基于单片机的智能寻迹小车设计

I基于单片机的智能小车设计摘要本文介绍了基于AT89S52单片机的智能循迹小车的设计与实现，小车完成的主要功能是能够自主识别黑色引导线根据黑色引导线的走向实现快速稳定的行驶，并且在前方出现障碍物时能够发出报警信号。小车系统以AT89S52单片机为微控制处理器，采用TCRT5000光电传感器获取路线信息，通过由L298N构成的驱动电路分别驱动两个直流电机的正转、反转和停止，从而实现小车的循迹功能，当路线前方检测到有障碍物时，小车能够立即停止并报警，障碍物消除后，小车继续循迹行驶。关键词:单片机；自动寻迹；TCRT5000；L298N；IITheDesignofIntelligentCarBasedonSingle-chipMicrocomputerAbstractThisarticleintroducesthedesignandexecutionofintelligenttrackingcar.Themainfunctionofthecaristrackingtheblacklinetorealizeautodrivingstablyandsendingalarmsignalwhenobstacleappears.TheintelligenttrackingcartakesAT89S52single-chipmicrocomputerasmaincontrolprocessor.UsingTCRT5000single-beaminfraredphotoelectricsensorforrouteinformationdetectiondevice，andL298Nconstantvoltageconstant-currentbridgedriverICforcardrivingchiptodrivetwoDCmotorstoforward,reverseandstop,sothatthecarcanrunbyplannedpathwaystably.Whenthereisanobstacleisdetectedinfrontofthecar,thecarwillstopandsendalarmsignal.Whenobstaclesremoved,thecarwillcontinuedtotrackingtheblackline.Keywords:Single-chipmicrocomputer；Auto-tracking；TCRT5000；L298NdriverICIII目录1绪论......................................................................51.1智能小车的研究背景....................................................51.2智能小车的自主循迹概述................................................51.3设计的思路和要实现的功能..............................................52系统总体方案和主要芯片介绍................................................62.1系统总体方案..........................................................62.1.1车体设计...........................................................62.1.2系统结构框图.......................................................72.2主要芯片介绍..........................................................72.2.1STC89C52简介......................................................72.2.278L05简介.........................................................92.2.3TCRT5000简介.....................................................102.2.4L298N简介........................................................113硬件设计与实现...........................................................123.1单片机主控电路.......................................................123.1.1单片机最小系统...................................................123.1.2输入输出端口确定................................................133.2电源电路.............................................................143.3路面检测及蜂鸣器电路.................................................143.3.1路面检测电路.....................................................143.3.2蜂鸣器电路.......................................................153.4系统运动部分设计.....................................................163.4.1电机选型.........................................................163.4.2驱动电路.........................................................164软件设计.................................................................204.1程序设计的思路和结构.................................................204.1.1程序设计总体思路.................................................204.1.2程序流程图.......................................................214.2各模块程序分析.......................................................214.2.1端口定义.........................................................214.2.2子程序...........................................................224.2.3主程序............................................................235总结.....................................................................25致谢.....................................................................26参考文献...................................................................27附录１智能小车照片及总接线图...............................................28IV附录2系统程序............................................................291绪论自第一台工业机器人诞生以来,机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能化水平不断提高,它大大提高了劳动效率,减轻了人的劳动强度,提高了产品质量,改善了劳动环境,减少了能源和材料消耗,保证了安全等。1.1智能小车的研究背景智能小车,即轮式机器人,是移动机器人的一种。它可以通过计算机编程来实现其对行驶方向、启停以及速度的控制,无需人工干预,操作员可以通过修改智能小车的计算机程序来改变它的行驶方式。智能小车是一个集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统,它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术,是典型的高新技术综合体。智能小车能够在无现场操作人员的情况下按照预定的设计方案和根据现场的实际情况作出相应的反应，并能稳定的运行，在恶劣条件下探测、救生等方面具有广阔的应用前景。1.2智能小车的自主循迹概述自主循迹已成为当今许多智能小车设计中的一个必不可少的功能，可以说是智能小车实现智能化的一个重要指标。任何智能小车想要实现智能化就必须能够实现对外部环境的自我感知判断并作出相应反应，最终完成人们布置的任务。自主循迹小车是一种集环境探索、决策规划、自动行驶等功能于一体的机电系统，其设计技术涉及机电、电子、传感、计算机控制等多门学科知识，尤其涉及许多当今前沿领域的相关技术。因而自主涉及循迹小车已成为培养当代大学生的动手能力、创新能力首选工程实践训练项目之一，被列为国内众多机器人大赛重点项目，备受各类院校与机器人开发公司的高度重视。1.3设计的思路和要实现的功能本设计的主要任务就是设计一个以单片机为核心的智能小车，主要实现循迹及简单的障碍物检测功能。通过装在小车前面的红外传感器，获取路面黑线位置信息，输入到单片机中，再由单片机输出控制信号，由驱动模块驱动电机实现小车的自主循迹行驶，同时当路线前方检测到有障碍物时，小车能够立即停止并报警，障碍物消除后，小车继续沿黑线行驶。2系统总体方案和主要芯片介绍本章围绕智能小车设计的总体思路，确定车体的设计方案，系统各部分组成，以及主要芯片的选定。2.1系统总体方案2.1.1车体设计小车采用废旧的玩具车车架，传感器安装在小车车体正前方，传感器的安装高度要保证每个传感器能正常工作。小车采用左右两轮分别驱动，后万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩完全相同的直流电机进行驱动，车体尾部装一个万向轮。这样，当一个电机转另一个电机不转时实现转弯，由此可以轻松的实现小车坐标不变的90度和180度的转弯。在安装时要保证两个电机同轴。当小车前进时，左右两驱动轮与后万向轮形成了三点结构，这种结构使得小车在前进时比较平稳。图2-1车体结构2.1.2系统结构框图整个系统电路由电源模块、微控制模块、路面检测模块、电机驱动模块、蜂鸣器模块构成。系统的结构框图如下所示。图2-2系统结构框图2.2主要芯片介绍2.2.1STC89C52简介STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-FlashProgramableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。图2-3STC89C52单片机实物图图2-4STC89C52单片机接口引脚图STC89C52具体介绍如下：