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《智能壁障小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、目錄第一章緒論11.1智能小車的意義和作用11.2智能小車的現(xiàn)狀1第二章方案設(shè)計(jì)與論證22.1主控系統(tǒng)22.2循跡模塊22.3避障模塊32.4電機(jī)驅(qū)動模塊42.5總體設(shè)計(jì)框圖4第三章硬件設(shè)計(jì)53.1單片機(jī)控制模塊53.1.1時(shí)序電路83.1.2復(fù)位及復(fù)位電路93.1.3燒寫接口電路103.2尋跡模塊113.3避障模塊123.4電機(jī)驅(qū)動模塊143.5LCD顯示模塊163.6電源模塊183.7蜂鳴報(bào)警電路20第四章控制算法21第五章軟件設(shè)計(jì)225.1主程序流程圖225.2電機(jī)驅(qū)動程序235.3紅外循跡程序流程圖24第六章硬件調(diào)試266.1
2、單元模塊的測試266.2軟件調(diào)試26第七章結(jié)論27致謝28參考文獻(xiàn)29第一章緒論1.1智能小車的意義和作用自第一臺工業(yè)機(jī)器人誕生以來,機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領(lǐng)域。近年來機(jī)器人的智能水平不斷提高,并且迅速地改變著人們的生活方式。人們在不斷探討、改造、認(rèn)識自然的過程中,制造能替代人勞動的機(jī)器一直是人類的夢想。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,機(jī)器人的感覺傳感器種類越來越多,其中視覺傳感器成為自動行走和駕駛的重要部件。視覺的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航系統(tǒng),對于視覺的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá),而基于圖像的理解技
3、術(shù)還很落后,機(jī)器視覺需要通過大量的運(yùn)算也只能識別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡單的目標(biāo)。視覺傳感器的核心器件是攝像管或CCD,目前的CCD已能做到自動聚焦。但CCD傳感器的價(jià)格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢,因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺的系統(tǒng)中考慮使用接近覺傳感器是一種實(shí)用有效的方法。[1]機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動導(dǎo)引功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線和障礙物,感知導(dǎo)引線相當(dāng)給機(jī)器人一個(gè)視覺功能。避障控制系統(tǒng)是基于自動導(dǎo)引小車(AVG—auto-guidevehicle)系統(tǒng),基于它的智能小車實(shí)現(xiàn)自動識別路線,判斷并自動避開障礙,選擇正確的行進(jìn)路線。使用
4、傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動作。[2]該智能小車可以作為機(jī)器人的典型代表。它可以分為三大組成部分:傳感器檢測部分、執(zhí)行部分、CPU。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動避障功能,還可以擴(kuò)展循跡等功能,感知導(dǎo)引線和障礙物??梢詫?shí)現(xiàn)小車自動識別路線,選擇正確的行進(jìn)路線,并檢測到障礙物自動躲避?;谏鲜鲆?,傳感檢測部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像,只要求粗略感知即可,所以可以舍棄昂貴的CCD傳感器而考慮使用價(jià)廉物美的紅外反射式傳感器來充當(dāng)。智能小車的執(zhí)行部分,是由直流電機(jī)來充當(dāng)?shù)模饕刂菩≤嚨男羞M(jìn)方向和速度。單片機(jī)驅(qū)動直流電機(jī)一般有兩
5、種方案:第一,勿需占用單片機(jī)資源,直接選擇有PWM功能的單片機(jī),這樣可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速;第二,可以由軟件模擬PWM輸出調(diào)制,需要占用單片機(jī)資源,難以精確調(diào)速,但單片機(jī)型號的選擇余地較大。考慮到實(shí)際情況,本文選擇第二種方案。CPU使用STC89C52單片機(jī),配合軟件編程實(shí)現(xiàn)。1.2智能小車的現(xiàn)狀現(xiàn)智能小車發(fā)展很快,從智能玩具到其它各行業(yè)都有實(shí)質(zhì)成果。其基本可實(shí)現(xiàn)循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫、避崖等基本功能,這幾屆的電子設(shè)計(jì)大賽智能小車又在向聲控系統(tǒng)發(fā)展。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列。[3]第二章方案設(shè)計(jì)與論證本設(shè)計(jì)主要是制作一
6、款能進(jìn)行智能判斷并能做出正確反應(yīng)的小車。小車主要具有以下幾個(gè)功能:自動避障功能;尋跡功能(按路面的黑色軌道行駛);顯示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)功能。2.1主控系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求,我認(rèn)為此設(shè)計(jì)屬于多輸入量的復(fù)雜程序控制問題。據(jù)此,擬定了以下兩種方案并進(jìn)行了綜合的比較論證,具體如下:方案一:選用一片CPLD(如EPM7128LC84-15)作為系統(tǒng)的核心部件,實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。CPLD具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn),可利用VHDL語言進(jìn)行編寫開發(fā)。但CPLD在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢。同時(shí),CPLD的處理速度非???,而小車的行進(jìn)
7、速度不可能太高,那么對系統(tǒng)處理信息的要求也就不會太高,在這一點(diǎn)上,MCU就已經(jīng)可以勝任了。若采用該方案,必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。為此,我們不采用該種方案,進(jìn)而提出了第二種設(shè)想。方案二:采用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心,用其控制行進(jìn)中的小車,以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng),其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車的自動控制,而在這一點(diǎn)上,單片機(jī)就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢——控制簡單、方便、快捷。這樣一來,單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此,這種方案是一種較為理想的方案。采用STC89
8、C52單片機(jī)來作為整機(jī)的控制單元。紅外線探頭采用市面上通用的發(fā)射管與接收頭,經(jīng)過比較芯片調(diào)制處理后由控制系統(tǒng)接收。此系統(tǒng)比較靈活,采用軟件來解決復(fù)雜的硬件電路部分,使系統(tǒng)硬件簡潔化,各類功能易于實(shí)現(xiàn),能很好的滿足題目的要