1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） 智能循迹小车设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 21世纪是智能化高速发展的世纪，智能化的发展引领着工农业的高速发展，他可以按照人们一开始设置的模式在特定的环境里面实现智能化操作，不需 要人的参与。基于以上背景，本设计围绕着智能化展开，其中的设计思路，思考方法，新颖点都能为巡逻机器人，探测循迹车，自动送料装置等提供一定的参考价值。同时小车可以作为教学工具，为学生提供更加直观，更加有效地范例，提高学生的学习兴趣。 本设计以 AT89S51 为控制核心，通过无线模块 PT22
2、62 和 PT2272 遥控小车的前进、后退、转弯并通过红外线传感器采集路面信息以实现小车自动循迹和避障等功能。本设计在方案论证上，结合大量的相关技术资料，不断反复对比推敲，提出相关的实现方案，并结合到本设计的具体设计要求，选择最佳的 实现方案。从对控制芯片的选取，到无线模块的取舍，再到相关传感器的筛选，并在此基础上完成各模块设计。通过对相关模块的独立测试调节，得到相关信号，从而实现该模块功能。最后将各个模块整合在小车上，进行调试检测，达到预期目标，实现多功能智能小车的设计。 关键词： 智能，红外对管，自动寻迹，语音控制，综合处理 - 2 - Abstract The 21st century
3、 is the century of rapid development of intelligent, leading the development of intelligent high-speed development of industry and agriculture. It can work in a specific environment according to the mode of people s with the intelligent operation, witbackt human involvement. Based on the above backg
4、round, the intelligent design around the start, in which the design ideas, thinking, innovative point of the robot is able to patrol, detection tracking vehicles, such as automatic feeding device to provide a reference value. At the same time the car can be used as a teaching tool, providing student
5、s with a more intuitive, more effective paradigm to enhance students interest in learning. AT89S51 for the control of the design core, through the wireless module PT2262 / PT2272 control the forward, backward, turn and collect the road information through the infrared sensor to achieve automated car
6、 tracking and obstacle avoidance capabilities. The design of the demonstration program, combined with a large number of relevant technical information, and constantly repeated comparison scrutiny. And listing different solution; according to practical situation and choose the best scheme to design.
7、To complete the module design from the control chip , the wireless module choice and the relevant sensor selection. To receive the signal and enable the module function relate modules by independent testing regulation,. Finally, each module will be integrated in a small car and achieve the desired g
8、oal by testing then achieve multi-functional smart car design. Key Words: intelligence, infrared sensor, auto-guiding, voice- control, combined processing - 3 - 目 录 1 引言 . 1 2 总体设计 . 2 2.1 方案论证与比 较 . 2 2.1.1 控制模块比较与选择 . 2 2.1.2无线遥控单元方案比较与选择 . 3 2.1.3语音控制单元方案比较与选择 . 3 2.1.4避障模块比较与选择 . 3 2.1.5循迹单元方案比较
9、与选择 . 4 2.2 总体设计框图 . 4 3 硬件设计 . 6 3.1控制模块 . 6 3.1.1复位电路 . 7 3.1.2时钟电路 . 7 3.1.3 单片机烧录电路 . 8 3.2 无线遥控模块 . 9 3.2.1 无线遥控工作原理 . 9 3.2.2 PT2262/2272 芯片 . 9 3.3语音控制模块 . 10 3.4红外避障模块 . 11 3.4.1 红外避障电路介绍 . 11 3.4.2 555芯片工作原理 . 12 3.5 电机驱动模块 . 13 3.6红外对管寻迹模块 . 13 3.6.1 模块系统分析 . 13 3.6.2 LM393芯片介绍 . 15 4 程序设计
10、 . 17 4.1 程序设计步骤 . 17 4.2程序流程图 . 17 4.3 软件程序设计部分源程序 . 18 5 制作和调试 . 22 5.1 使用的仪器仪表及软件 . 22 5.2 系统制作 . 22 5.3系统调试 . 22 5.3.1硬件调试 . 23 5.3.2 软件调试 . 25 5.3.3 联合调试 . 25 6 结论与展望 . 26 - 4 - 致 谢 .错误 !未定义书签。 参考文献 . 27 附录 1 系统实物图 . 28 附录 2 实验原理图 . 31 附录 3 毕业设计作品说明书 . 32 - 1 - 1 引言 21世纪是智能化高速发展的世纪，智能化的发展引领着工农业
11、的高速发展，他可以按照 人们一开始设置的模式在特定的环境里面实现智能化操作，不需要人的参与。 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 1。经过由分立元件设计的模拟电路，到数字电路设计，再 到由集成芯片和数字电路组合的跨越式设计，集成化的发展推动了智
12、能化设计实现的可能性，提供了良好的物理环境。 本设计在智能化高速发展的时代背景下，结合当今科技普及现状，以大家都比较容易理解的研究理论，控制平台和普通的电子元件为基础设计而成，且经济实用，符合课题研究的意义。本设计围绕着智能化展开，其中的设计思路，思考方法，新颖点都能为巡逻机器人，探测循迹车，自动送料装置等提供一定的参考价值。同时小车可以作为教学工具，为学生提供更加直观，更加有效地范例，提高学生的学习兴趣。 本设计以组装式小车为物理平台，结合了红外 传感器的应用，无线通信技术，电机拖动原理，以单片机 AT89S51 为微处理控制芯片，通过采集路面相关信息转换成相关电信号，传递给单片机处理并作出
13、对应的处理信号，从而实现小车的只能化操作。智能化系统由单片机控制模块、无线控制模块、红外循迹模块、红外避障模块和语音控制模块有效整合而成，相互协调，控制小车的前进后退、转弯，按给定线路自动运行并能自动避障，与此同时受语音信号的控制等，实现智能化小车的设计。 - 2 - 2 总体设计 本设计主要是制作一辆能够集无线遥控和语音控制，自动按给定路线循迹，自动躲避障碍于一体的智能化小 车。该小车既是智能化发展的一个缩影，同时也能作为大学生学习传感器和单片机系统的一个研究实例。 本设计的总体思路：以 AT89S51 单片机为核心控制器，通过红外传感器收集路面信息传送给单片机进行处理，单片机将处理信息转换
14、为相对应的电平信号传送到电机控制芯片从而控制两直流电机的运动，最终实现对小车的智能化控制。其中驱动电机选用高电压、大电流的电机专用芯片 L293D 同时驱动两个电机；循迹模块采用封装好的红外对管模块；避障模块采用红外接收和红外发送模块；无线模块则采用具有遥控编码、解码集成芯片 PT2262/PT2272；语音控制模块以驻极体话筒脉冲波经过处理后完成。 最后 由控制单元处理数据后通过汇编程序有序合理的将各模块信号整合在一起并完成相应动作，实现了智能控制，相当于简易机器人 2。 2.1 方案论证与比较 结合相关材料对个模块方案进行对比论证，选取最佳设计方案。 2.1.1 控制模块比较与选择 方案一
15、：采用模拟电路控制系统，控制小车的避障、循迹、无线遥控及语音处理。此方案线路复杂、修改难度大、性能不稳定且不利于调试修改。虽然成本更加低廉，但不实用。 方案二：采用单片机 AT89S51 作为智能化小车控制系统的控制核心 。以封装好的红外对管采集路面信息，以红外接收和发射模块采集障碍信号并由对应芯片调制，将所得信息传入单片机控制，同理包括无线遥控信号和语音控制信号。该系统灵活方便，易于调试控制，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求 3。 综上所述，方案二比方案一更能满足本设计需要，具有良好的可塑性和可扩张性。故采用方案二来实现。 - 3 - 2.1.2 无线遥控单元方案比
16、较与选择 方案一：采用红外遥控电路。红外遥控遥控方式分为单用户、单通道和多用户、多通道遥控方式。虽然采用多用户、多通道遥控方式能实现所需遥控功能，但为了提高传输信号的抗干扰能力还需要添加相应的高频率载波模块且其本身实现的点对点控制方式制约了遥控的灵活性，难以满足需要 。 方案二：采用超声波遥控。超声波遥控利用超声波独特的抗干扰能力实现对遥控指令的传送控制，精度高。但由于超声波遥控模块相对来说不经济，用在本小车上有点大材小用，故不采用。 方案三：采用无线电遥控电路。无线电遥控是利用电磁波传送原理，其传送空间范围相对来讲较广，受空间范围局限较小，控制距离较远，抗干扰性强且经济实惠，符合系统设计要求
17、。 综上所述，采用以电磁波为传输介质、空间使用范围大的无线电 遥控方式。此方式以遥控编码、解码集成芯片 PT2262/PT2272 为核心器件 , 它们是一对带地址、数据编码功能的无线遥控发射接收芯片 , 其中发射芯片 PT2262-IR将载波振荡器、编码器和发射单元集成于一身，使发射电路变得非常简洁。 2.1.3 语音控制单元方案比较与选择 方案一：采用 ZY1420 语音录放模块，其性能优良且集成了专用的语音调制模块能得到比较理想的效果，但 ZY1420 语音录放模块价格比较高，不够经济，故不采用。 方案二：采用驻极体传声器。其是采用驻极体材料作为声 -电转换元件的声电传感器，本方案通 过
18、驻极体传声器对外界声音进行采集转换成电信号传送给单片机处理，作出相应的反应，此传声器具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点 4 。 2.1.4 避障模块比较与选择 方案一：采用超声波避障，超声波能实现对障碍物的精确定位且精度优于一般的避障模块，当利用其进行避障所需要的硬件电路比较复杂且对电源系统也是一个大负担，又由于超声波检测障碍物的时候比较难精确的区别区别所接受到的回波是遇到障碍反射回来的还是由于地面反射回来的，故不适合本系统要求。 方案二：利用红外避障， 红外发送二极管的阳极为 38KHZ 的载波 信号，由单片机输出信号进行调制，通过发射二极管发送调制后的红外信号。红外接收器由-
19、4 - 安装在车头中央的专用的红外接收模块进行信号的接收并解调， 输出比较电平。外界对红外信号的干扰比较小，且可以通过调整红外管的取向，有效的降低光源对障碍物检测的影响。故采用方案二。 红外线避障方法，利用一对红外管模块进行收发红外线。红外发送二极管的阳极为 38KHZ 的载波信号， 红外发射二极管的阳极为红外二极管的使能调制端，由单片机输出信号进行调制，通过发射二极管发送调制后的红外信号。红外接收器由安装在车头中央的专用的红外接收模块进行信号 的接收。通过单片机处理电平信号，实现壁障功能 。 2.1.5 循迹单元方案比较与选择 方案一：采用光敏电阻构成光敏探测器。光敏电阻的阻值取决于周围环境
20、光线的强弱。即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。因此可以肯定光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。但是此方案受环境光线强弱的影响，其存在较大的局限性，因此决定放弃此方案。 方案二：采用封装好的红外对管作为寻迹传感器。其原理为：红外发射管发出的红外线照射至白色平面后反射。若红外接收管接收到反射光线，说明其检测到白线， 相应输出低电平；若接收不到反射光线，说明检测出黑线，相应输出高电平。由于其较好的满足系统的基本要求，决定采用此方案。 当小车行驶的时候，装在下车地盘下面的红外对管不断进行对路面检测，当检测到黑线的时候，单片机检测到输入电平为高电平，检测到白线的时候，单片机检测到输入电平为低电平。单片机通过对检测电平进行判断进行处理，保证小车循迹前进。 2.2 总体设计框图 整个系统是以单片机为控制核心，通过红外传感器和语音传感器检测得到的电平信号，并结合无线模块对其进行控制，最后再经过单片机处理并把处理结果传递给小车电机， 使小车做出相关反应。如图 2-1总体设计框图 - 5 - 红外 循迹 模块 红外 避障 模块 控制核心 A T 8 9 S 5 1 语音 控制 模块 无线 遥控 模块 单片机 驱动模块 L 2 9 3 D 电机驱动 图 2-1 总体设计框图
