基于51单片机的智能循迹小车设计.doc

********************** ************************ 参赛学校：****************** 参赛队号：****************** 参赛题目：（A题）智能小车控制 参赛学生：******************* 指导教师：******************* 参赛日期： 2011.7.18~2011.7.22 智能小车控制 摘要 智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等用途。我们通过软件编程实现它的行进、绕障、停止的精确控制以及遇障次数的显示，并再次寻找到原来的轨道。 一、功能说明 1、基本功能：小车能够在设计的线路上完成寻迹功能； 2、拓展功能：在循迹线路上设置障碍物，小车遇到障碍物能够自动绕道行驶，完成避障功能； 二、方案论证 方案一：以AT89S51单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，运用传感器检测电路，实现小车在行驶中、躲避障碍物但对输入输出都是模拟量的小装置，如果采用数字化方案，则要先用A/D转换器D/A转换器数字量模拟量转换这样必然带来高成本、电路复杂等缺点AT89S51单片机作为中央处理器。其主要任务是在小车行走过程中不断读取传感器采集到的数据，将得到的数据进行处理后，来控制小车行走，同时将相关数据送显示单元动态显示。 单片机是把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时/计数器以及输入输出适配器都集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机。它的优点是体积小，可放在仪表内部，且单片机内部有可以多次重复编程的闪烁ROM,并且闪烁ROM可以直接用编程器来擦写，使用起来比较方便。 在本系统中，AT89S51单片机的P0口用于数码显示，P2.4 P2.5 P2.6 P2.7口用于电动机的PWM驱动控制，P1.0 P1.1 P1.2口用于探测轨迹，P3.2 P3.3口用于探测障碍物， P2.1 P2.2 P2.3用于LED提示，P2.0用于倒车显示和蜂鸣器报警。 3、探测轨迹模块 为了保证小车沿黑线行驶，采用了两个检测器并行排列，左右方向都可以进行控制，控制精度得以提高。在小车行走过程中，结合查询方式，通过程序控制小车行走轨迹。如果左方向偏离黑线，则右侧的探头就会检测到黑线，把信号传送到单片机，进行处理校正。控制其向右转；如果右方向偏离黑线，则左侧的探头就会检测到黑线，把信号传送到单片机，进行处理校正。控制其向左转。从而保证小车沿黑线行驶。 方案一、采用发光二极管发光，用光敏二极管接收。 由于光敏二极管受可见光的影响较大，稳定性差，所以放弃该方案。 方案二、利用光敏电阻组成光敏探测器。 光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作 方案三、采用TK-20黑白线检测传感器 在本设计中，要求电动小车沿着路面的黑色轨道行驶。其探测路面黑线的基本原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸对光的反射系数不同，可以根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理，可以控制电动小车行走的路迹。 根据黑色和白色路面对光的反射程度不同，白色反射程度强，而黑色反射程度弱。我们采用TK-20黑白线检测传感器，其有效探测距离达5cm。通过调节电位器，最远可以达到10cm，受可见光干扰小，输出信号为开关量，信号处理简单，使用非常方便。 使用注意注意事项： （1）该传感器为开关量传感器，输出为TTL电平，可以直接和单片机连接，但需要在输出端加上拉电阻。（如不加上拉电阻会出现不规则电平输出）。 （2）一定不要把线接错，否则容易烧掉传感器 4、避障模块 考虑到在测障过程中小车车速及反应调向速度的限制，小车应在距障碍物一定范围内做出反应，这样在顺利绕过障碍物后，可寻找到最佳的位置和方向。否则，如果范围太大，则可能产生对障碍物的判断失误；范围过小又很容易造成车身撞上障碍物或虽绕过障碍物却无法实现理想定向。根据上述要求，提出以下方案。 我们想到采用激光传感器探测障碍物。该传感器能非常准确地测出障碍物的存在，但价格高，处理复杂，不符合该设计的要求。 在本设计中，要求电动小车沿着路面的黑色轨道行驶。其探测路面黑线的基本原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸对光的反射系数不同，可以根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理，可以控制电动小车行走的路迹。此次设计我们采用光电传感器探测障碍物。光电传感器安装于小车前端，在规定的检