基于.STC89C52单片机地避障智能小车-毕业设计汇总介绍说明手册.doc
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1、毕业设计说明书基于 STC89C52 单片机的避障智能小车设计基于基于STC89C52单片机的避障智能小车设计单片机的避障智能小车设计摘要摘要本文介绍了基于 STC89C52 单片机的避障智能小车的设计与实现。小车主要通过单片机实现对自身的控制,使其能够识别黑线并检测障碍物,实现在固定跑道内行驶并且具有自动避障功能。本设计对单片机最小系统、电机驱动、红外避障等硬件电路分别给出了相应的设计方案。依据 PCB 设计的原则、抗干扰措施,自行设计了印刷电路板。该设计采用 STC89C52 单片机为控制系统,L298N 作为电机驱动,四路红外线探测系统为避障系统,单片机产生 PWM 波并通过 L298N
2、来对小车的方向和速度进行控制。实验测试结果基本满足要求。采用的技术主要有:(1)小车以单片机作为控制器;(2)采用红外线探测系统实现对黑线及障碍物的检测;(3)通过单片机产生 PWM 波并通过 L298N 来对小车的方向和速度进行控制。关键词:关键词:STC89C52,单片机,L298N,红外线探测系统,避障,PWMSTC89C52 microcontroller-based intelligent car obstacle avoidance DesignAbstractThis paper describes the design and implementation of the sma
3、rt car obstacle avoidance STC89C52 microcontroller based. Trolley primarily through MCU control of their own to be able to identify the black line and detect obstacles and achieve traveling in a fixed track and has an automatic obstacle avoidance function. The design for the smallest single-chip sys
4、tems, motor drives, infrared obstacle avoidance were given the corresponding hardware circuit design. Based on the principles of PCB design, anti- jamming measures, to design a printed circuit board. The design uses STC89C52 microcontroller for the control system, L298N as motor drive, four infrared
5、 detection system as obstacle avoidance system microcontroller PWM wave generated by L298N to the direction and speed of the car can be controlled. Experimental test results meet the basic requirements. Technologies used are: (1) car microcontroller as a controller; (2) using four infrared detection
6、 system to achieve the detection of black lines and obstacles; (3) generated by the microcontroller PWM wave through L298N to the direction and speed of the car can be controlled.Keywords: STC89C52, Microcontroller, L298N, Infrared detection system, obstacle avoidance, PWM目 录1 1 引言引言 .1 11.1 本课题的研究背
7、景.11.2 本课题的发展现状及前景.21.2.1 国外研究现状.21.2.2 国内研究现状.31.3 本课题研究的意义.42 2 避障智能小车总体方案论证避障智能小车总体方案论证 .6 62.1 直流调速方案论证直流调速方案论证.62.2 设计方案的论证设计方案的论证.62.2.1 单片机模块的选择与论证.62.2.2 电机驱动模块的选择与论证.72.2.3 避障模块的选择与论证.83 3 避障智能小车硬件设计避障智能小车硬件设计 .9 93.1 系统硬件设计概述.93.2 避障智能小车硬件电路设计.93.2.1 STC89C52 单片机最小系统设计.93.2.2 避障模块的设计.123.2
8、.3 电路驱动模块设计.133.3 印制电路板的设计.133.3.1 印制电路板的设计原则.133.3.2 PCB 及电路抗干扰措施.143.3.3 PCB 设计版图 .153.4 硬件调试.164 4 避障智能小车软件设计避障智能小车软件设计 .17174.1 避障智能小车应用程序设计.174.1.1 电机驱动设计.174.1.2 避障程序设计.184.2 程序下载以及软件说明.185 5 避障智能小车的整体性能测试避障智能小车的整体性能测试 .21215.1 避障智能小车避障功能测试.215.2 实验心得实验心得.226 6 总结以及展望总结以及展望 .23236.1 总结.236.2 展
9、望.23附录附录 A A 实物图实物图.2424附录附录 B B 部分程序代码部分程序代码.2525参考文献参考文献 .2828致致 谢谢 .30301 引言引言1.1 本课题的研究背景本课题的研究背景 智能小车,也就是轮式机器人,是一个集多学科于一体的综合性高技术产物,所涉及到的学科包括机械学、力学、拓扑学、电子与微电子学、控制科学、系统工程、人工智能等。虽然机器人发展了几十年,但至今对于机器人都没有一个统一、准确的定义。机器人主要涵盖以下内容:具有一定的仿人或生物功能;具有通用性,动作程序灵活易变;具有智能性,如记忆、推断、决策、学习等。随着机器人的发展,其定义也会逐渐的修改,进一步的明确
10、和统一。智能移动机器人不仅能促进对于复杂智能、人类思维模式的研究,而且在生产、生活中起到越来越大的作用。智能移动机器人要想在有障碍的环境中寻找一条从起点到终点的路径,通常需要解决三个问题,首先,机器人必须通过内、外部传感器确定自身在所工作环境中的精确位置,其中主要涉及到的问题有传感器的选择、环境建模以及如何提高定位的精度;然后根据探测到的环境信息以及构建的环境模型来确定目标的方位。有了自身的位置与目标点,还需要知道怎样才能到达目标,这就属于路径规划的问题了,这三个问题解决了机器人便可以自主导航。移动机器人导航可分为在已知环境中的导航和未知环境中的导航,许多学者对已知环境中的导航控制方法进行了大
11、量的研究也取得了一定的成果,对未知环境及移动障碍物环境的导航虽然也提出了若干方法,但尚未形成统一和完善的体系结构,还有许多关键理论和技术问题有待解决和完善。因此,未知环境中的移动机器人导航将是今后很长一段时间内研究的热点问题。移动机器人要想准确的感知环境状况以及障碍物的位置,就必须利用多种传感器及更为有效的控制算法,多传感器的数据融合技术将在智能机器人的导航中得到越来越多的应用。作为一个多学科交叉的高科技领域,移动机器人的研究内容涉及到计算机科学、控制理论、机械电子、传感技术等多个方面,因此开展移动机器人技术的研究不仅为我国培养多学科的复合型人才,而且对于促进工业、农业、国防现代化建设都具有重
12、要意义,而且对相关领域研究的发展具有积极的推动作用1。1.2 本课题的本课题的发展现状及前景发展现状及前景1.2.1 国外研究现状机器人的发展从上世纪 60 年代至今,从最初的示范模仿机器人到现在的具有感知功能的智能机器人,在技术上取得了很大的进步,从其发展的先后顺序来看,大概可分为三代。第一代简单机器人也就是示教再现型机器人。它基本上不会思考也没有感觉,工作前需要操作者教其动作顺序和运动路径,机器人装有记忆存储器将示教指令记存起来,当它接到再现命令时,则自主地再现。第二代机具有控制器和简单传感器的可编程机器人。因为装有传感器,所以它能获得操作对象和外界环境的简单信息,它具有一定的感觉系统。其
13、特征是以根据作业对象的状况改变作业内容,即所谓的“知觉判断机器人”。第三代是智能机器人。具有复杂的感知系统和控制系统,能够根据环境的变化作出决策,具有模拟人类思维的功能、能够自主学习和具有自适应能力。体现出高度的智能化,是多学科综合发展的产物。自从上世纪 60 年代末期,第一台自主移动机器人 Shakey 问世以后,国外的许多国家对移动机器人进行了大量的研究,其中法国于 2001 年提出了“机器人与人工体”,这是在机器人研究方面提出的一项大型国家计划,该项计划主要是对机器人的认知功能进行深入的研究,使之能够在变化、复杂的环境中通过学习、判断来实现各种功能,包括多机器人协作、视觉定位,移动式操作
14、手等几个方面2。美国生产的双轮差速驱动移动机器人,可以在室内送信件、食品等生活用品,还可以牵引吸尘器来打扫卫生。环境信息的获取,主要采用地图输入方式获取环境信息,可以很好的完成任务并返回原点待命。喷漆机器人在国外的使用可以追溯到 20 世纪中叶,美国 Morris Motors Cowley 公司成功的安装了一条高产出的涂装生产线,把所有的汽车外身的涂装工作交给 3 台 3 轴机器人完成,到了七八十年代,第二代多轴机器人的研制工作取得了很大进展,美、日欧等国的汽车涂装线,己使用多轴机器人对车身内部难以到达的地方进行涂装作业,朝着喷漆车间无人化的目标迈进了一大步。近年来兴起的手术机器人技术在微创
15、的基础上,将手术的精度和可行性提升到了一个全新的度,引起学术界的广泛关注甚至有人预言一个以手术机器人为代表、以信息化处理为标志的新的外科手术时代即将来临。目前,国外手术机器人已在心胸外科、泌尿外科、妇科和腹部外科等领域逐渐普及,手术机器人具有灵活度高,稳定性好,安全性高的优点。日本经济产业省 1998 年开始启动了人形机器人技术研究计划(HRP)。该计划主要用来建立一个人形机器人研究平台,开展机器人应用研究。在 2002 年提出了 5 年期的机器人排雷计划以及“21 世纪机器人挑战”一国家项目,其中一个 3 年的子项目是开发应用于机器人开放式结构的中间件。在当时,更长远的预期在于到 2009
16、年,机器人将应用在家庭、医疗服务、灾害救助等各个领域,基本实现商品化。由东京工业大学研发的技术名为“SOINN”的机器人,能够学习并掌握编程时所不具备功能的机器人。能够将瓶子中的水倒进杯子,这是事先编辑好的程序,在此之后,他们有要求正在完成其他任务的机器人将杯子中的水冷却。机器人停下手上的工作,思考之后放下瓶子,拿起冰块放入杯子中。这个看似不起眼的举动说明 SOINN 机器人已经具备学习能力。根据事先设定的指令,它并不会往杯里放冰块,完全是自行决定3。在机器人研究的热点领域中,各国的实力不尽相同,其中在发表文章方面,美国的发文总量为最多,为 13533 篇,占世界机器人研究领域发文量的 35,
17、日本紧随其后,占 19,排名第三的是德国,其余依次为韩国、法国、加拿大、意大利等。各个国家对于机器人的科研能力都再逐渐增强。1.2.2 国内研究现状国内移动机器人经过快速的发展也取得了一定的成果,“八五”期间的军用智能机器人的研制,“九五”期间军用“智能机器人平台 2 号”可以实现自主行驶,“十五”期间对复杂智能机器人进行研究,危险作业机器人、仿人机器人、复合结构移动机器人等研究都取得了很大的成果,上海交通大学研制的机器人采用仿人关节结构,具有很强的越障功能,中科院自动化研究所研制的机器人具有语音识别、会话等功能。国防科技大学研制的智能车车采用复杂的控制算法,实现了自主行驶,高速自主超车功能,
18、多项技术都处于世界领先地位4。在智能小车的路径规划及控制算法方面,我国的许多高校和研究所也做了大量的研究。新疆大学设计的智能小车配有红外光电传感道路检测装置、速度检测装置、电机驱动装置、转向控制舵机等设,采用模糊控制算法对小车进行控制,使小车具有道路检测和自动跟随功能。四川大学设计的的智能小车对智能小车视觉导航中图像处理复杂和路径数据存储量大的问题,采用了一种基于路径记忆算法的智能小车控制系统。通过推导小车转向控制角和摄像头检测出的路径横向偏差之间的简洁关系,实现了对小车的运动控制,提高了系统的实时性和控制精确度,将数学形态学滤波算法和行程编码算法结合用于路径记忆,该方法占用的存储空间小、计算
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