基于MCS-51的智能迷宫小车的设计与实现.doc

基于MCS-51的智能迷宫小车的设计与实现 专业：自动化 学生：陈震南 指导教师：郑恩辉 摘要：随着电子、信息技术的应用与迅速普及，人们对电子技术的要求越来越高。迷宫小车的出现为今后能够更好地使用机器人来代替人工活动垫定了扎实的基础。经过完善的迷宫小车将可以广泛用于军事排雷、火灾现场的救灾抢险、有害气体中毒的抢救等活动中。然而，目前存在的一些迷宫车主要还是停留在人工远程控制阶段，真正稳定完备，并能实现自主学习的智能小车还有待继续研发。 本课题设计了一个基于单片机控制的迷宫小车系统，该系统采用STC89S52单片机为主控制核心，实现信号采集，路线判断，以控制小车的运动；利用光电传感器检测迷宫黑线的走向，结合L298N芯片驱动减速电机运转，从而实现小车走迷宫。该系统有单片机控制模块和光电传感器模块两个主要功能模块。单片机控制模块主要利用单片机接受到传感器输出的高低电平后再输出信号去控制小车的运动；传感器模块则利用光电传感器对黑线的感应，然后输出相应高低电平并传送给单片机。 这样就可以实时监测小车在迷宫中所处的位置，并进行相应的运动，最终经判断让小车停止在迷宫出口指定的位置上，并通过迷宫小车的自主学习功能对迷宫路线进行最优化处理并学习记忆，使其在二次走迷宫时，能以最优路径走到迷宫出口。 关键词：迷宫小车；单片机；传感器 1.引言： 智能迷宫小车也可以称为智能迷宫机器人，既然是智能机器人，那么就应当具备以下几个特征功能：识别，处理，执行，学习。目前全世界各国所举办的大大小小关于机器人的比赛C数不胜数，其中的宗旨是一致的都是为了培养创新精神，激发思维想象力，并估计理论与实践相结合。在我国高校的机器人比赛中，最为广泛的是“飞思卡尔”杯大学生智能车竞赛，该比赛充分的利用学生的各方面知识，并要求将其运用至切实的实践中，极好的诠释了上述的机器人比赛宗旨。正因目前的机器人发展越来越迅速，越来越多智能机器人产品或已经或正在投入到农业、工业的生产当中，代替人工劳 图1 迷宫形状示意图 作。同样，在抢险救、军事活动中，智能迷宫机器人也可以达到同样的功效，该迷宫小车可以在复杂的迷宫中，在迷宫的入口处进入迷宫，并对迷宫路口进行智能识别，选择正确路径，最后找到迷宫出口。该迷宫机器人为采用MCS-51单片机为控制核心，ST188为识别路线的传感器，通过控制直流电机的正确运作，进行一系列的信号采集、数据处理、电机控制实现走迷宫的功能。迷宫是以白板为底，宽度为18mm的黑线组成的线形迷宫，迷宫的大小不限，但是对于迷宫过的路线均为直线，拐角均为直角弯，如图1所示。 2.智能迷宫小车总体设计方案 该智能迷宫车是由光电传感器模块、单片机控制模块、电机模块、液晶显示模块组成的。 迷宫小车采用的是由一个万向轮作为前轮，以及两个直流电机驱动轮作为后轮的结构形式组成的三轮车。该车的特点就是灵活，通过后侧两个驱动轮的差速转动实现小车的转向。两电机以相同速度同方向运转时，小车为前进；以相反方向运转时，小车实现绕车体中心自转，十分灵活。 2.1智能迷宫小车控制电路的设计 小车传感器对白底黑线的迷宫路线进行检测，并将其信息进行具体的处理。 该智能迷宫小车的整体控制流程是：由光电传感器检测路面信息，返回模拟信号；该信号通过比较器使其转换成数字信号；单片机对数字信号进行处理，判断道路目前情况；了解路面情况后，通过单片机对驱动电机进行调整；然后再次通过传感器检测车体是否行走正确。其中各个核心元器件选用的是STC89C52的核心控制器， ST188的光电传感器，L298N的电机驱动，以及采用LCD1602作为路径的显示器。具体控制框图与流程图如下图2.1和图2.2所示： 图2.1总体设计硬件图 图2.2系统控制流程图 3.传感器的安装与检测方案 对于不同的路面情况选用不同的传感器，针对该智能迷宫小车的迷宫为白底黑线的情况，选用ST188光电传感器则是较为合理。该传感器是将路面的黑白情况反映成为一个0~5V的模拟信号，再通过以LM358的基础的比较器，将其模拟信号转换为可以让单片机可以识别的数字信号0、1。 传感器的不同安装方式，对于迷宫的检测效果也是不同的。总的来讲，按传感器安装的排数还是分为两大类：一类是单排，一字型排开；另一类则是多排，而多排又是一两排为主。 3.1单排传感器： 单排一般以5个为适中，具体方式如图3.1所示。这种排布方式的主要优点资源的节省，传感器要求数量较少；而且理论上实现起来简单，只需通过此时刻与之前想接近的某一时刻进行对比（这两个时刻可以设为时是间间隔一定），就可以得出目前小车所处迷宫的位置状态，并可以判别出迷宫的路口情况。但是这个也只是存在于理论当中，现实的实践中往往是存在诸多干扰与不理想的情况，比如电机的转速不完全一致，以及传感器接受信号不完全同时等等。