图书分类号：密 级：毕业设计(论文)智能清障小车设计DESIGN OF INTELLIGENT BARRIERSREMOVING CAR学生姓名学院名称机电工程学院专业名称机械设计制造及其自动化指导教师2011年5月27日 徐州工程学院毕业设计(论文)徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日I摘要智能小车在自动化生产线、仓库管理、机器人服务、环境监测、航空航天等领域有广泛的应用。本文介绍了一款集自动寻迹、障碍物监测、障碍物清除等功能于一体的智能小车。智能小车采用AT89S52单片机为系统控制核心，利用反射式光电传感器检测识别黑线，通过比较器反馈高低电平信号给单片机，从而控制直流电机的运动，实现寻迹功能。安装于车体前端的点触开关实时监测黑线上的障碍物，一旦触发开关，拉低所接单片机I/O口，触发外部中断，从而控制机械手夹持障碍物，配合小车运动，达到清除障碍物的目的。本课题研制的智能小车样机实验证明了本文叙述的技术方案的有效性和正确性，可以为今后全国及省内电子大赛提供宝贵的经验。关键词 单片机；传感器；循迹；清障；全套图纸，加153893706AbstractIntelligent car has been widely used in automated production lines, warehouse management, robotics services,environmental monitoring, aerospace and other fields.This paper introduces a intelligent car, with the functions of automatic driving, barriers monitoring and barriers removing . The intelligent car use AT89S52 SCM as control core. By using reflective photoelectric sensor to detect the information of black track,the intelligent car acquires the information and sends them to the MCU to control the movements of the DC electric motors for tracing function. Point-touch switch installed at the front of the car monitor barriers on the black line everytime. Once the trigger switch, the signals of I/O trigger external interruption to achieve the purpose of remove barriers.The test shows that the intelligent vehicle design is the effectiveness and correctness.Consequently,the issue can provide invaluable experience for the electronic competition of the national and provincial.Keywords SCM sensor track finding barriers removing徐州工程学院毕业设计(论文)目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 智能化小车发展现状与趋势11.1.1 课题背景11.1.2 移动式机器人在国内外研究现状21.2 研究的目的和意义21.3 研究的内容2第2章 智能清障小车系统42.1 系统总体方案42.2 系统方案论证42.2.1 车体方案论证42.2.2 小车结构方案论证52.2.3 障碍物清理单元方案论证52.2.4 控制器方案论证62.2.5 供电单元方案论证62.2.6 障碍物识别单元方案论证72.2.7 运动单元方案论证82.2.8 循迹单元方案论证92.3 系统最终方案10第3章 智能清障小车硬件设计123.1 系统硬件电路介绍123.2 障碍物监测模块介绍123.3 障碍物清理模块介绍133.3.1 机械手介绍133.3.2 机械手控制电路介绍133.4 单片机最小系统介绍153.4.1 AT89S52单片机简介163.4.2 单片机使用资源规划173.5 供电模块介绍173.6 寻迹模块介绍173.7 直流电机驱动模块介绍19第4章 智能清障小车软件部分224.1 软件开发平台224.2 软件开发调试234.2.1 舵机工作程序仿真234.2.2 直流电机工作程序仿真244.3 系统软件流程254.4 寻迹软件流程274.5 障碍物检测及清理软件流程28第5章 系统测试305.1 测试场景介绍305.2 实际测试过程305.3 测试结果分析32结 论33致 谢34参考文献35附录I36附录II37I徐州工程学院毕业设计(论文)第1章 绪论1.1 智能化小车发展现状与趋势1.1.1 课题背景肩负着人类探测火星使命的“勇气”号和“机遇”号分别于2004年1月3日和1月24日在火星不同区域着陆，并于2004年4月5日和2004年4月26日相继通过所有“考核标准”。美国宇航局的孪生火星车探测计划至此正式宣告取得圆满成功。美国宇航局科学家和工程师先设立了一系列硬指标，作为判定两辆火星车联合探测计划是否能成功的依据。按照规定，每辆火星车都需要至少工作90个火星日(约地球上的92天)，在火星上行驶总里程至少达到600米，至少造访8个不同地点，必须拍下周围环境的立体和彩色全景照片。“勇气”号是迄今美国发射的最尖端的火星探测装置，其顶部的桅杆式结构上装有全景照相机及具有红外探测能力的微型热辐射分光计。火星车能够在火星上自主行驶，当火星车发现值得探测的目标，它会驱动六个轮子向目标行驶；在检测到前进方向上的障碍后，火星车会去寻找可能的最佳路径1。类似火星车，以轮子作为移动机构，能够实现自主行驶的机器人，我们称之为智能小车，又称轮式机器人。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智能轮式机器人，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。智能小车作为现代高科技的产物，是21世纪的科技亮点之一。智能小车技术的发展，应该说它是科学技术发展的一个综合性结果。同时，它为社会经济发展产生了一门有着重大影响的科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战后各国加强了经济的投入，而对轮式机器人的研究成果又提高了本国的经济的发展水平。比如说日本战后开始进行汽车工业，这时候由于它人力的缺乏，它迫切需要一种机器人来进行大批量的制造，提高生产效率降低劳动成本，这是社会发展本身的一个需求。另一方面它也是生产力发展的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，人类在不断探讨自然、认识自然、改造自然过程中，需求一种能够解放人的自动化装置。那么这种自动化装置就是代替人们能够从事复杂和繁重的体力劳动，实现人们对不可达到的世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。但另一方面，尽管人们有各种各样好的想法，它也归功于电子技术，计算机技术及制造技术等相关技术的发展提供额强大技术保证2。目前，许多国家已经把智能小车方面的比赛作为创新教育的战略性手段。智能小车涉及到多个学科，如：电工、机械、自动控制、人工智能、传感技术等，是众多领域中的高科技。智能小车比赛是一种高科技对抗活动，各国专家学者通过这项竞赛，不断推进了轮式机器人方面的研究，通过不断改进轮式机器人寻址速度和算法研究，试图让轮式机器人更接近智能化，它集高科技、娱乐和竞赛于一体，引起了各国的广泛关注和极大兴趣，从而推动了轮式机器人的研究热潮。1.1.2 智能化小车在国内研究现状我国智能化小车研究主要有：1)以MCS-51单片机为控制核心，结合多种传感器实现寻迹、测速、避障、清障等功能3；2)基于FPGA的智能小车系统，即本地计算机通过接入Internet小车实现对远端工作现场、危险环境地段等特殊环境进行监视和控制的系统，这种智能小车可以适应不同环境，不受温度、湿度、空间、磁场辐射、重力等条件的影响，可以在人类无法进入或生存的环境中完成人类无法完成的探测任务4；3)以Freesealel6位单片机MC9S12DGl28作为系统控制处理器，基于CCD传感器采集视频图像，通过对获得的图像进行处理分析，获得道路信息提取赛道黑线，并结合测速反馈实现对小车的闭环反馈控制，后轮驱动电机控制模块采用了模糊PID控制算法，充分利用了内部提供的模糊推理机5；4)基于DSP的智能小车系统，该系统以DSP单片机作为处理器，用RFl2作为通信模块，将所采集的温湿度传送到上位机，利用蚁群算法实现路径规划，并在此基础上实现避障功能，避障功能模块我们采用多超声波传感器来实现6；5) 以LPC2368为核心搭建智能小车的控制系统的硬件平台，通过光电码盘、防碰开关、超声波传感器等来实现智能小车的多种功能7。1.2 研究的目的和意义机器人要实现自动寻迹功能和检测障碍物功能就必须要有感知导引线，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。智能小车实现自动识别路线和检测障碍物使用传感器感知路线并作出判断和相应的执行动作,选择正确的行进路线。通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电路，结合障碍物监测和清除模块，实现小车的循迹清障功能。灵活应用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到