电动智能车控制系统

毕业论文电动智能车控制系统的设计

系别电气工程系

专业机电一体化

班级机电3092

姓名吴康

学号

2010～2011学年第1学期

摘要

本课题组设计制作了一款具有智能判断功能的小车，功能强大。小车具有以下几个功能：自动避障功能；寻迹功能（按路面的黑色轨道行驶）；趋光功能（寻找前方的点光源并行驶到位）；检测路面所放置的铁片的个数的功能；计算并显示所走的路程和行走的时间，并可发声发光。作品可以作为高级智能玩具，也可以作为大学生学习嵌入式控制的强有力的应用实例。

作品以两电动机为主驱动，通过各类传感器件来采集各类信息，送入主控单元AT89S52单片机，处理数据后完成相应动作，以达到自身控制。电机驱动电路采用高电压，高电流，四通道驱动集成芯片L293D。其中避障采用红外线收发来完成；铁片检测部分采用电感式接近开关LJ18A3-8-Z/BX检测；黑带检测采用红外线接收二极管完成；趋光部分通过3路光敏二极管对光源信号的采集，再经过ADC0809转化为数字信号送单片机处理判别方向。由控制单元处理数据后完成相应动作，实现了无人控制即可完成一系列动作，相当于简易机器人。

关键字：智能控制、蔽障、红外线收发、寻迹行驶、趋光行驶

目录

目录 (4)

第一章．序言 (5)

1.1智能技术的发展历史及现状 (5)

1.2智能技术的应用及发展趋势 (6)

1.3研究课题目标 (6)

第二章．硬件设计 (7)

2.1小车控制单元的选择 (7)

2.2电机的选择 (7)

2.3小车的选择 (7)

2.4电源的选择 (8)

第三章．方案论证与比较 (9)

3.1总体方案论证与比较 (9)

3.2模拟电路设计与比较 (10)

第四章．硬件设计 (18)

4.1单片机最小系统组成 (18)

4.2臂障原理 (18)

4.3黑带检测原理 (18)

4.4计程原理 (18)

第五章．系统程序设计 (19)

第六章．调试及性能分析 (23)

第七章．系统功能测试 (24)

7.1测试仪器清单 (24)

7.2功能测试 (24)

第八章．结论 (26)

参考文献 (27)

第一章．序言

随着电子技术、计算机技术和制造技术的飞速发展，数码相机、DVD、洗衣机、汽车等消费类产品越来越呈现光机电一体化、智能化、小型化等趋势。各种

智能化小车在市场玩具中也占一个很大的比例。根据美国玩具协会的调查统计,

近年来全球玩具销量增幅与全球平均GDP增幅大致相当。而全球玩具市场的内

在结构比重却发生了重大变化:传统玩具的市场比重正在逐步缩水,高科技含

量的电子玩具则蒸蒸日上。美国玩具市场的高科技电子玩具的年销售额2004年

较2003年增长52%,而传统玩具的年销售额仅增长3%。英国玩具零售商协会选

出的2001圣诞最受欢迎的十大玩具中,有七款玩具配有电子元件。从这些数字

可以看出,高科技含量的电子互动式玩具已经成为玩具行业发展的主流。因此，

遥控加智能的技术研究、应用都是非常有意义而且有很高的市场价值的。

智能小车，也称轮式机器人，是一种以汽车电子为背景,涵盖控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多学科的科技创意性设计，一般

主要由路径识别、速度采集、角度控制及车速控制等模块组成。本次课题准备

设计一种能够实时采集传感器信号、智能分析外部环境以及路径信息、自动实现

方向控制等功能的智能小车。

1.1智能技术的发展历史及现状

在80年代中期，设计和制造机器人的浪潮已席卷全球，世界上一些著名的

公司开始研制移动机器人（此时的移动机器人的主要用作大学实验室及研究机构

的实验平台），并促进了移动机器人学多种研究方向的出现。90年代以来，以研

制高水平的环境信息传感器和信息处理技术、高适应性的移动机器人控制技术和

真实环境下的规划技术为标志，开展了移动机器人的更高层次的研究。现在机器

人的应用越来越广，种类也越来越多，但大体上可分为轮式机器人和足式机器人。

智能小车就是轮式机器人中的一种，虽然是最基本的机器人雏形，但其中已包含

了大部分功能，综合国内外专家解释，可普遍认为机器人一般是具有如下功能

的机器：

（1）动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功

能；

（2）有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变；

（3）有一定程度的智能，如记忆、感知、推测、决策和学习等；

（4）有独立性，完整的机器人系统在工作时不依赖于人的操纵。

1.2智能技术的应用及发展趋势

如今知识工程、计算机科学、机电一体化和工业一体化等许多领域都在讨论智能系统，人们要求系统变得越来越智能化。显然传统的控制观念是无法满足人们的需求，而智能控制能与这些传统的控制有机的结合起来取长补短，提高整体的优势更好的满足人们的需求。随着人工智能技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，智能控制必将迎来它的发展新时代。机器人领域近几年有如下几个发展趋势：

（1）性价比逐步提高，性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单价不断下降。

（2）工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化。同时，器件集成度提高。从而，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维护性。

（3）传感器的作用日益重要，除传统的位置、速度、加速度等传感器外，视觉、声觉、力觉、触觉等多种传感器的融合技术已用来进行环境建模及决策控制。

（4）虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操作机器人。

（5）当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的操作系统，使智能机器人走出实验室走入实用化阶段。

1.3研究课题目标

电动智能小车要实现自动寻迹功能、避障功能和金属探测功能就必须要感知导引线、障碍物和金属物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。故对机器人的研究已成为必要。智能循迹和避障是基于红外传感器实现小车寻找黑线并检测障碍物，利用接近开关探测金属物并用电磁铁将金属捡起。