基于单片机的智能循迹小车设计和实现 电子信息工程专业.docx
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1、基于单片机的智能循迹小车设计摘要随着我国科学技术的进步,智能化作为现代社会的新产物开始越来越普及,各种高新技术也广泛应用于智能小车和机器人玩具制造领域,使智能机器人越来越多样化。智能小车是一个多种高新技术的集成体,它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识,可以涉及到当今许多前沿领域的技术。智能小车的研究和开发正成为广泛关注的焦点。本设计是一种基于单片机控制的简易自动循迹小车系统,系统的设计主要分为总体方案设计、硬件和软件设计,其中每一部分均采用模块化设计原则,使得设计易读、易修改、易扩充。整个小车平台主要以51单片机为控制核心,通过无线遥控实现前进后退和转向行驶,
2、通过红外线以及超声波传感器,实现小车的自适应循迹、避障等功能。设计采用对比选择,模块独立,综合处理的研究方法。通过翻阅大量的相关文献资料,分析整理出有关信息,在此基础上列出不同的解决方案,结合实际情况对比方案优劣选出最优方案进行设计。从最小系统到无线遥控,红外线对黑线的自动循迹再到超声波自动避障,完成各模块设计。通过调试检测各模块,得到正确的信号输出,实现其应有的功能。关键词:智能小车;单片机;无线遥控;循迹;避障摘要I第一章绪论11.1 智能循迹小车概述11.1.1 循迹小车的发展历程11.1.2 智能循迹分类21.1.3 智能循迹小车的应用31.2 课题研究的目的及意义51.3 课题研究的
3、工作安排6第二章系统总体方案的确定72.1 小车循迹原理72.2 方案的选择与论证72.2.1 控制器的选择72.2.2 电源模块的选择92.2.3 电动机的选择92.2.4 电动机驱动模块的选择102.2.5 循迹传感器的选择112.3 系统总体方案确定11第三章硬件系统设计133.1 单片机控制模块133.1.1 STC89C52简介133.1.2 单片机最小系统设计163.1.3 核心控制模块设计173.2 电源模块183.2.1 稳压芯片简介183.2.2 电源稳压模块设计193.3 电机驱动模块193.3.1 电动机驱动芯片1293D简介193.3.2 模块设计213.4 循迹模块2
4、23.5 避障模块233.6 无线遥控模块24第四章软件系统设计264.1 PWM调速简介以及实现264.2 主程序设计274.3 程序的模块化设计284.3.1 循迹模块流程图294.3.2 避障模块流程图304.3.3 无线遥控模块流程图31第五章系统调试与分析335.1 软件调试平台335.2 程序调试355.2.1 设置和删除断点355.2.2 查看和修改程序35结论37参考文献38致谢39第一章绪论1.1 智能循迹小车概述智能循迹小车(AGV),英文全称是AutomatedGuidedVehic1eo其最初产自于上世纪中叶,作为新式的智能搬运机器人执行货物输送等功能。AGV在传统小车
5、的基础上增加了电磁转换的控制结构,或者利用光学原理等实现既定路径的前进与障碍躲避。智能小车使用的驱动方式是电力传动,以蓄电池作为储能设备,比较低碳节能,而且相比于内燃机驱动的汽车,电动小车的噪声明显降低,整体的工作环境清洁有序。其运动功能的实现有两种方式:一、下载程序,在小车的芯片中烧录给定的轨迹行进程序,使小车按照约定好的路线前进;二、电磁轨道约束,在小车的工作地段铺设轨道,通过发射不同频率的电磁信息来给小车运动信号,牵引其走上规定的道路,在没有操作员的情况下将货品在收发地之间进行运输。AGV在流水线加工中表现出的自动化水平比较高,可以在保证精确度的前提下完成物料的装载、输送、卸货等系列操作
6、。同时,小车的学习能力比较强大,能够自行收集路况数据,可以避开“陷阱”,找到并执行最短路径的规划,大大提高了工作效率。一般来说,AGV有机械手臂托举重物,还有与其他小车和站点相交互的接口,帮助彼此更好地配合工作。1.1.1 循迹小车的发展历程随着社会的不断发展,科学技术水平的不断提高,人们日益迫切希望将自己从繁重的劳动中解脱出来,或者寻找一种工具,帮助自己完成精密度以及复杂程度更高的工作,于是就诞生出机器人这门学科。在20世纪的中叶,全球首部机器人出世,至今已有50多年的历史,关于机器人的研究,涉及到的知识比较多,因此,机器人专业是一个综合性比较强的学科。该专业主要设置的课程有,机械应用,通信
7、与电子科学,计算机技术,还有信号处理以及计算机网络结构等。由于机器人自身要保持平衡,对于周围世界的感知程度要求比较高,所以要学好机器人系统,必须要掌握传感器原理。从历史来看,智能追踪轨迹小车的发展大致经历了三个阶段:第一阶段,运输车按照城区设计可以按照给定的路径运动,但是不具备学习功能,不能识别路况自行躲避障碍物,而且初代的机器人不含有任何的传感系统,他在运动过程中更像是履带上了发条的木偶,灵活性非常差。第二阶段,发展阶段。第二代小车装配了一定的传感器,因此能够对自己的速度进行记录,能够感知到自己与路径旁边的物体之间的距离,也就是说,能够初步定位自己的位置。他的自动控制是一个闭环的系统,具备一
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