基于单片机的简易智能小车的设计

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智能化作为现代社会的新产物， 是以后的发展方向， 他可以按照预先设定的
/ G' n; ^1 M0 W8 b" N) c+ D模式在一个特定的环境里自动的运作， 无需人为管理， 便可以完成预期所要达到
的或是更高的目标。中国自1978 年把“智能模拟”作为国家科学技术发展规划
+ R2 T* t! N+ V8 o2 p- b的主要研究课题， 开始着力研究智能化。从概念的引进到实验室研究的实现， 再
: }8 `7 T" Q% ?0 y$ H; D  w到现在高端领域（航天航空、军事、勘探等）的应用，这一过程为智能化的全面
发展奠定基石。智能化全面的发展是实现其对资源的合理充分利用， 以尽可能少
9 r& ^; Y4 _9 K的投入得到最大的收益， 大大提高工业生产的效率， 实现现有工业生产水平从自
) b) P5 Q" K8 ^0 N$ u  s. i0 \动化向智能化升级， 实现当今智能化发展由高端向大众普及。从先前的模拟电路
设计，到数字电路设计， 再到现在的集成芯片的应用， 各种能实现同样功能的元
件越来越小为智能化产物的生成奠定了良好的物质基础。本设计以智能化全面
: O2 S1 o$ D. i  |" x. @发展的普及与应用为目的， 整体开发过程简单易懂， 所选择的平台与各电子元件
% k. a- V9 Y3 @- U恰当合理， 无需花费过多的人力财力便可达到预期所要求各功能的实现， 也符合
" L7 C3 r# k% c( I课题研究的意义。设计的理论方案、分析方法及特色与创新点等可以为国内自动
运输机器人、采矿勘探机器人、家用自动清洁机器人等自动半自动机器人的设计
与普及有一定的参考意义。小车也可以作为玩具的发展对象， 为中国玩具市场技
1 E5 d3 e8 r& T- G术含量的缺乏进行一定的弥补， 实现经济收益， 形成商业价值。同时作为高校毕
业设计研究课题， 对学生的思维、动手能力以及总结论述等综合能力得到充分锻
! {4 t( [' [8 b' {2 v7 v1 W炼，有利于以后独立及全面的发展。设计主要以简易智能机器人为开发平台， 选
  o5 E- G, e) Z* Z: M5 Q; L择通用、价廉的51 单片机为控制平台，选择常见的电机模型车为机械平台，通
过细化设计要求， 结合传感器技术、电机控制技术、无线通信技术等相关知识实
, R$ j& g2 z7 I2 I+ m3 U% G* f现小车的各种功能。设计完成以由无线电遥控、红外线对管的自动寻迹、红外线
自动避障以及语音控制组成的硬件模块结合软件设计组成多功能智能小车， 共同
实现小车的前进倒退、转向行驶， 自动根据地面黑线寻迹导航， 检测障碍物后停
2 ~5 r! M$ m; }7 i& n% L止和语音信号的控制等功能，实现智能控制，达到设计目标。
天津大学网络教育学院专科毕业论文
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4 o/ x1 j& m9 {1 }1.1 智能小车的意义和作用
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
2 O7 ^$ {4 I# o, ^) _通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着
4 O" k0 k) Q! n9 g( }# d* h人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳
/ S( ^% x/ z; o1 @9 w动的机器一直是人类的梦想。
随着科学技术的发展， 机器人的感觉传感器种类越来越多， 其中视觉传感器
9 z# |% j2 X9 E5 B: l) \成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，
对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达， 而基于图像的理解技术还很
! b- G. Z* `7 P  w$ x落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视
觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传
感器的价格、体积和使用方式上并不占优势， 因此在不要求清晰图像只需要粗略
; L7 R! p3 j, y+ }( Q4 K) K感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。
. @1 N0 [! s7 L0 Z1 F机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物， 感知
3 ]% Y+ r* H* V8 b导引线相当给机器人一个视觉功能。避障控制系统是基于自动导引小车（ AVG—
auto-guide vehicle ）系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动
避开障碍， 选择正确的行进路线。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应
, {  U" w* U4 V) Y5 S# p0 h# b的执行动作。
该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分： 传感器
, O9 ^( t& |6 f/ i, w; X检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功
能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，
9 |' Y* l6 {& _  A并检测到障碍物自动躲避。基于上述要求， 传感检测部分考虑到小车一般不需要
感知清晰的图像， 只要求粗略感知即可， 所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑
: ?* o: k+ M3 k) [使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分， 是由直流电机
来充当的， 主要控制小车的行进方向和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方
2 ^/ t% z( J5 {案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有PWM功能的单片机，这样可以实现
( v' `! ~* l7 F% W2 b) E8 K  Z9 j精确调速；第二，可以由软件模拟PWM输出调制，需要占用单片机资源，难以精
确调速，但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情况，本文选择第二种方案。
CPU使用STC89C52RC单片机，配合软件编程实现。

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