基于51的避障循迹重力感应遥控的智能小车设计(C语 言)_毕业设计论文毛竹片
基于51的避障循迹重力感应遥控的智能小车设计
1 绪论
11 选题背景
随着汽车工业的迅速发展关于汽车的研究也就越来越受人关注全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目全国各高校也都很重视该题目的研究可见其研究意义很大本设计就是在这样的背景下提出的指导教师已经有充分的准备本题目是结合科研项目而确定的设计类课题设计的智能电动小车应该能够实现适应能力能自动避障可以智能规划路径 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同遥控小车不同遥控小车需要人为控制转向启停和进退比较先进的遥控车还能控制器速度常见的模型小车都属于这类遥控车智能小车则可以通过计算机编程来实现其对行驶方向启停以及速度的控制无需人工干预操作员可以通过修改智能小车的计算机程序来改变它的行驶方向因此智能小车具有再编程的特性是机器人的一种
中国自1978年把智能模拟作为国家科学技术发展规划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
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综合系统它集中地运用了计算机传感信息通信导航人工智能及自动控制等技术是典型的高新技术综合体 12 智能小车研究现状
智能车辆作为智能交通系统的关键技术是许多高新技术综合集成的载体智能车辆驾驶是一种通用性术语指全部或部分完成一项或多项驾驶任务的综合车辆技术智能车辆的一个基本特征是在一定道路条件下实现全部或者部分的自动驾驶功能下面简单介绍一下国内外智能小车研究的发展情况 121 国外智能车辆研究现状
伯努利方程实验国外智能车辆的研究历史较长始于上世纪50年代它的发展历程大体可以分成三个阶段
火灾预警系统
第一阶段 20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段1954年美国Barrett Electronics 公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统AGVSAutomated Guided Vehicle System该系统只是一个运行在固定线路上的拖车式运货平台但它却具有了智能车辆最基本得特征即无人驾驶早期研制AGVS的目的是为了提高仓库运输的自动化水平应用领域仅局限于仓库内的物品运输随着计算机的应用
和传感技术的发展智能车辆的研究不断得到新的发展
第二阶段从80年代中后期开始世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究在欧洲普罗米修斯项目于1986年开始了在这个领域的探索在美洲美国于1995年成立了国家自动高速公路系统联盟NAHSCNavlab10的研究取得了显著的成就
目前智能车辆的发展正处于第三阶段这一阶段的研究成果代表了当前国外智能车辆的主要发展方向在世界科学界和工业设计界中众多的研究机构研发的智能车辆具有代表性的有
德意志联邦大学的研究 1985年第一辆VaMoRs智能原型车辆在户外高速公路上以100kmh的速度进行了测试它使用了机器视觉来保证横向和纵向的车辆控制1988年在都灵的PROMRTHEUS项目第一次委员会会议上智能车辆维塔VITA7t 进行了展示该车可以自动停车行进并可以向后车传送相关驾驶信息这两种车辆都配备了UBM视觉系统这是一个双目视觉系统具有极高的稳定性荷兰鹿特丹港口的研究智能车辆的研究主要体现在工厂货物的运输荷兰的Combi road系统采用无人驾驶的车辆来往返运输货物它
行驶的路面上采用了磁性导航参照物并利用一个光阵列传感器去探测障碍荷兰南部目前正在讨论工业上利用这种系统的问题政府正考虑已有的高速公路新建一条专用的车道采用这种系统将货物从鹿特丹运往各地
日本大阪大学的研究大阪大学的Shirai实验室所研制的智能小车采用了航位推测系统Dead Reckoning System当外加额定直流电压时转速几乎相等这类电机用于录音机录相机唱机或激光唱机等固定转速的机器或设备中也用于变速范围很宽的驱动装置
图2 超声波传感器烟气脱硫设备
方案二用漫反射式光电开关进行避障光电开关的工作原理是根据光线发射头发出的光束被物体反射其接收电路据此做出判断反应物体对红外光由同步回路选通而检测物体的有无当有光线反射回来时输出低电平当没有光线反射回来时输出高电平光电开关的是物图如下图3所示
图3 光电开关
考虑到超声波测量的范围宽使用非常灵活帮助智能小车顺利绕过障碍可以适应十分复杂的环境我们最终选择了方案一
26 寻迹单元方案比较与选择
方案一利用寻迹来引导小车到达用户所指定的地点采用红外发射管和接收管光电对管寻迹传感器红外发射管发出红外线当发出的红外线照射到白的平面后反射若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平此方案存在的缺陷是对光线的亮度要求较高在夜间难以正常工作
方案二通过超声波定位模块来实时定位小车的位置超声波定位的基本原理是通过接收几个固定位置的发射点的超声波接收器在小车上加入一个发射器通过无线模块计算各模块接收到超声波的时间差通过集成模块的内部算法得出小车所在位置和原设定位置的偏差情况从而得到主体到这几个发射点的距离实现了超声波的定位由于超声波在空气中的衰减较大它只适用于较小的范围而且使用此方案还将面临着在家中的超声波各通讯线的布局使用很不方便经实测发现方案一中的红外对管型寻迹模块只要给进行一定的改善对环境的适应能力还是比较强的例如可以在晚上行进这样就可以用低成本来实现我们
工位管理系统你所需要的功能所以就排除了方案二以方案一作为小车在家庭中的行进方式
3 硬件系统的设计
31 单片机控制模块
STC89C52 是一种低功耗高性能CMOS8位微控制器具有 8K 在系统可编程Flash 存储器在单芯片上拥燕窝 亚硝酸盐
有灵巧的8 位CPU 和在线系统可编程Flash使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活超有效的解决方案 STC89C52具有以下标准功能 8k字节Flash256字节RAM 32 位IO 口线看门狗定时器2 个数据指针三个16 位定时器计数器一个6向量2级中断结构全双工串行口片内晶振及时钟电路另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作支持2种软件可选择节电模式空闲模式下CPU 停止工作允许RAM定时器计数器串口中断继续工作掉电保护方式下RAM内容被保存振荡器被冻结单片机一切工作停止直到下一个中断或硬件复位为止如图4是较为常见的单片机最小系统图
图4 单片机最小系统
311 时钟电路
单片机的时钟产生有两种方法内部时钟方式和外部时钟方式
系统的时钟电路设计是采用的内部方式即利用芯片内部的振荡电路AT89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路接在放大器的反馈回路中对外接电容的值虽然没有严格的要求但电容的大小会影响震荡器频率的高低震荡器的稳定性起振的快速性和温度的稳定性因此此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz电容应尽可能的选择陶瓷电容电容值通常取30PF在
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