智能小车循迹与避障运动控制系统的设计

本文主要是介绍智能小车循迹与避障运动控制系统的设计，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

摘　要

随着我国微型电子技术和嵌入式系统的发展，目前行业内相对比较传统的智能小车系统无法满足客户的需求。为了改进智能小车系统在控制上得短板问题，在本次毕业设计中，将使用相对先进、快捷、智能的控制机制。该系统的控制大脑为核心控制器51系列嵌入式开发系统，主要采用数字控制技术，将输入的连续模拟电压信号转换成离散的数字信号。该智能小车系统设计具有智能控制、数字显示等功能，而且性价比高、度准确、能耗较低、制作简易、称重方便快捷等特点，给人民生活带来了很大的影响，在市场上很受欢迎。

本设计主要由STC89C52单片机来进行控制，通过输入输出两个端口控制驱动模块来调节电机的工作状态。本设计预利用机器视觉，通过识别条带状路标实现自主导航且利用超声波模块实时检测距离以实现避障功能，利用光电传感器模块自动循迹以实现循迹功能，通过液晶屏显示小车与障碍物之间的距离。本设计以STC89C52单片机，光电传感器，超声波模块和L298N驱动模块为控制核心，采用STC89C52单片机扫描光电传感器，并把所采集到的信息进行处理，从而得到行进方向和行进速度的指令。然后根据导航系统的算法规则驱动直流电机和控制舵机的转向，实现智能车的循迹与避障。

关键词:51单片机；L298N驱动；超声波；光电传感；数码管

Abstract

With the development of micro electronic technology and embedded system in China, the relatively traditional intelligent car system in the industry can not meet the needs of customers.In order to improve the intelligent car system in the control of the short board, in this graduation design, will use a relatively advanced, fast, intelligent control mechanism.The control brain of the system is the core controller 51 series embedded development system, which mainly uses digital control technology to convert the input continuous analog voltage signals into discrete digital signals.The intelligent car system design has intelligent control, digital display and other functions, and cost-effective, accurate, low energy consumption, simple production, weighing convenience and fast, to the people's life has brought a great impact, is very popular in the market.

This design is mainly controlled by STC89C52 single chip microcomputer, through the input and output two ports to control the drive module to adjust the working state of the motor. In this design, machine vision is pre used to realize autonomous navigation by identifying the strip road signs, and the ultrasonic module is used to detect the distance in real time to realize the obstacle avoidance function, the photoelectric sensor module is used to track automatically to realize the tracking function, and the distance between the car and the obstacle is displayed on the LCD screen. This design takes STC89C52 single chip microcomputer, photoelectric sensor, ultrasonic module and L298N drive module as the control core, uses STC89C52 single chip microcomputer to scan photoelectric sensor, and processes the collected information, so as to get the direction and speed instructions. Then, according to the algorithm rules of the navigation system, drive the DC motor and control the steering of the steering gear to realize the tracking and obstacle avoidance of the intelligent vehicle

Key words: 51 single chip microcomputer; L298N drive; ultrasonic; Photoelectric sensor; Digital tube

引言 - 1 -

一、绪论. - 1 -

（一）课题研究背景和意义. - 1 -

（二）课题研究状况与发展趋势. - 5 -

二、智能小车的方案相关设计. - 7 -

（一）单片机的相关技术研究. - 7 -

1. 型号选型. - 7 -

2.引脚及功能介绍. - 7 -

（二）智能小车的相关技术研究. - 10 -

三、系统方案论证与设计. - 10 -

（一）电源模块选型. - 11 -

（二）寻迹模块采用光电传感器实现寻迹功能. - 11 -

1.光电传感器的工作原理. - 11 -

2.光电传感器的分类及工作方式. - 11 -

3.光电传感器的选择. - 12 -

4.光电传感器的特点. - 12 -

（三）避障模块. - 13 -

1.超声波测量距离的原理. - 13 -

2.超声波传感器的分类. - 13 -

3.超声波测量距离的特点. - 14 -

（四）电机驱动模块. - 14 -

四、系统硬件电路设计. - 14 -

（一）单片机控制系统. - 15 -

1.芯片介绍. - 15 -

（二）电机驱动模块. - 19 -

1. L298N芯片介绍. - 19 -

2.电机驱动电路的设计. - 19 -

3.超声波检测与处理模块设计. - 20 -

4.显示模块设计. - 20 -

（三）程序设计. - 21 -

1.主程序设计. - 21 -

五、系统仿真调试. - 22 -

（一）软件研发的背景. - 22 -

（二）软件程序设计. - 23 -

五、系统安装与调试. - 24 -

（一）安装过程. - 24 -

1. 元器件的检查. - 24 -

2.焊接元器件. - 24 -

3.调试过程. - 25 -

六、结论展望. - 25 -

参考文献. - 27 -

致谢 - 28 -

智能小车的单片机设计与实现

引言

现在“智能”在科技高速发展的今天，已成为一个引领时尚前沿的代名词，智能手机，智能机器人等等已经在工业，军事中得到广泛的作用，在不为人们所熟知的领域，如深海探测，航空航天，地质勘探，智能也发挥着举足轻重的作用111 智能车是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。国内外对小型智能系统的应用越来越广泛，种类也越来越多。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。

本设计以智能化全面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炼，有利于以后独立及全面的发展。

一、绪论

（一）课题研究背景和意义

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水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人工作的机器一直是人类的梦想。其中智能小车可以作为机器人的典型代表。其需要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，实现自动识别路线，选择正确的行进路线，使用传感器感知路线并做出判断和相应的执行动作。智能小车设计与开发涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科。它可以分为三大部分:传感器检测部分，执行部分，CPU。现代智能小车发展很快，从智能玩具到各行业都有实质成果，其基本可实现循迹、避障功能等基本功能。

现在我国的微电子技术已经得到了前所未有的进步，微处理器的智能化越来越好，性能也趋向完美，以目前的技术来达到对智能小车系统的控制是完全可以实现的，随着国外处理器开发性能上的提高，而且性价比很高，不需用花费很大的成本，增强控制智能小车系统的智能化和准确度，这个是很重要的。随着电子技术的发展和微处理器的革新，电子产品越来越智能化，我们要逐步实现智能小车系统控制系统的智能化是当今社会的发展方向，引领智能小车系统新的航向。

随着近年来智能小车系统技术的不断创新，智能小车系统的智能化程度越来越高，经过有效的数据处理和显示，并且在过程中增加控制，现如今智能小车系统被应用在各大十字路口领域。

现如今我国大多数城市，伴随着人口数量和人口流动量也在不断提升，对智能小车系统的智能化要求更高，智能测量、智能显示、智能报警等功能成为行业的发展趋势。智能控制系统就是一个关键的因素，我们一般常见的智能小车系统都是靠计时来操作的，但随着微电子技术的提高，智能小车系统的控制方式也越来越多，在测量过程中可能由于各种原因，从而导致智能小车系统损坏。因此智能显示是非常重要的，能让用户清楚的知道智能小车系统的状况。然而现在市场上一般的智能小车系统都需要人为去相应的控制，但这样很难保证及时性和标准性，由于如今的一线大城市需求量较多，智能小车系统的数量也越发增多，做到智能小车系统的智能化、快捷化成为如今的发展趋势。

现在我国的微电子技术已经得到了前所未有的进步，微处理器的智能化越来越好，性能也趋向完美，以目前的技术来达到对智能小车系统的控制是完全可以实现的，随着国外处理器开发性能上的提高，而且性价比很高，不需用花费很大的成本，在我们的消费范围内增强控制智能小车系统的智能化和准确度，这个是很重要的。随着电子技术的发展和微处理器的革新，电子产品越来越智能化，我们要逐步实现智能小车系统控制系统的智能化是当今社会的发展方向，引领智能小车系统新的航向。

随着近年来智能小车系统技术的不断创新，智能小车系统的智能化程度越来越高，经过有效的数据转化和处理，并且在过程中增加控制，现如今智能小车系统被应用在各大公司。同时数模转换电路技术和功能一直在发展，这也为智能小车系统随着A/D转换器性能的不断突破，这也为智能小车系统行业的引领了方向。

（二）课题研究状况与发展趋势

20世纪初，纽约和芝加哥开始使用智能小车系统。那时，智能小车系统已经从煤气发展到电力，跟现如今的智能小车系统相差不远。只有显示器，美国还改进了信号灯，对其进行控制。二十世纪三十年代，一个新的青铜色智能小车系统在纽约第五大道竖立起来。

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