1、本科毕业论文（20 届）运动电子狗设计所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 毕业论文（设计） I目 录目录 .摘要 .Abstract .第一章 引言 .11.1 智能循迹功能概述 .11.1.1 循迹功能的发展历程回顾 .11.1.2 智能循迹分类 .21.1.3 智能循迹的应用 .31.2 智能避障功能概述 .
2、31.2.1 智能避障系统 .41.3 智能循迹和避障研究中的关键技术 .5第二章 智能循迹和避障电子狗总体设计方案 .62.1 整体设计方案 .62.1.1 循迹模块 .62.1.2 避障模块 .62.2 机械系统 .72.3 电源模块 .72.4 传感器系统 .7第三章 系统的硬件设计 .103.1 总体设计 .103.1.1 晶振电路 .103.1.2 复位电路 .113.2 信号检测模块 .123.2.1 传感器分布 .133.3 电机驱动电路 .133.3.1 小车运动逻辑 .143.3.2 L298N 引脚结构 .15毕业论文（设计） II第四章 系统的软件设计 .164.1 软件
3、设计的流程 .164.2 本系统的编译器 .174.3 软件设计系统主程序流程图 .214.3.1 软件设计循迹方法 .214.3.2 软件设计避障方法 .22第五章 系统的总体调试 .235.1 硬件的测试 .235.2 系统的软件调试 .235.3 小车调试 .245.4 自动循迹过程 .255.5 自动避障过程 .26结 论 .27参考文献 .28致 谢 .29附录 A 程序代码 .30附录 B 原理图 .55毕业论文（设计） III运动电子狗设计摘 要本文谈论了基于单片机的智能循迹和自动避障的过程。智能循迹是在自动识别的基础上，而且并选择正确的路线，达到能够按照路线运动过程。智能循迹是
4、利用一个传感器，微控制器，马达驱动和自动控制技术来实现，无需人工时间管理可以自动化高科技导航的技术。该技术已在多种无人机，无人工厂，仓库，服务机器人领域得到了的广泛应用。采集前方障碍信息并对智能小车进行控制,选用红外避障传感器检测智能小车前方的障碍物,设计了智能小车的自动避障系统,并阐述其工作原理。该系统设计简单、成本低、实时性好,在室内环境中取得了预期的实验结果,使智能小车无碰撞到达目的地。关键词：单片机；传感器；自动循迹；自动避障；红外线毕业论文（设计） IVDog sports electronic designAbstractThis article discusses the con
5、trol microcontroller-based intelligent tracking process. Intelligent tracking is based on the automated guided robot system for automatic recognition for electronic dog route, and choose the correct route. Intelligent tracking is the use of a sensor, a microcontroller, motor drive and automatic cont
6、rol technology to achieve according to the following pre-set mode, without artificial time management can automate the tracking of high-tech navigation. The technology has been applied in a variety of areas of unmanned vehicles, unmanned factories, warehouses, service robots.Barriers to information
7、gathering in front of the car and intelligent control, use infrared obstacle avoidance sensors detect obstacles in front of the Smart car, smart car designed automatic obstacle avoidance system, and explains how it works. The system is designed to be simple, low-cost, real-time, achieved the expecte
8、d results in indoor environments, making intelligent car collision-free destination.Key words：single chip microcomputer;sensor;automatic tracing; Automatic obstacle avoidance;infrared毕业论文（设计） 第 1 页第一章 引言进入二十一世纪，随着计算机技术和科学技术的不断进步，机器人技术较以往已经有了突飞猛进的提高，智能循迹小车即带有视觉和触觉的小车就是其中的典型代表。1.1 智能循迹功能概述智能循迹小车又被称为 A
9、utomated Guided Vehicle，简称 AGV，是二十世纪五十年代研发出来的新型智能搬运机器人。智能循迹小车是指装备如电磁，光学或其他自动导引装置，可以沿设定的引导路径行驶，安全的运输车。工业应用中采用充电蓄电池为主要的动力来源，可通过电脑程序来控制其选择运动轨迹以及其它动作，也可把电磁轨道黏贴在地板上来确定其行进路线，无人搬运车通过电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作，无需驾驶员操作，将货物或物料自动从起始点运送到目的地。AGV 的另一个特点是高度自动化和高智能化，可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变行驶路径，而且改变运行路径的费用与传统的输送带和传送线相比非常低廉
10、。AGV 小车一般配有装卸机构，可与其它物流设备自动接口，实现货物装卸与搬运的全自动化过程。此外，AGV 小车依靠蓄电池提供动力，还有清洁生产、运行过程中无噪音、无污染的特点，可用在工作环境清洁的地方。1.1.1 循迹功能的发展历程回顾随着社会，科学技术正在的不断发展，人们希望创造一个机器代替人做一些事情非常危险事情，或者需要高分辨率及其他事项的工具，于是就诞生了智能的机器人这门学科。世界上诞生了第一台机器人诞生于 1959 年，有 50 年以上历史，取得了机器人的快速发展进步，已发展成为包括一门：机械，电子，计算机，自动控制，信号处理，传感器等多种学科的最先进的技术之一。一共有三代循迹跟踪技
11、术变革创造新的历程：第一代循迹功能技能达成是可编程的示教体现型，不装载任何的传感器，仅仅采纳轻易开关管理，经过编程来实现循迹小车的途径与活动参数，在作事过程当中，但是不能根据环境的变化而改变自身的运动轨迹。支持离线编程的第二代循迹小车具有一定感知和适应环境的能力，这类循迹小车毕业论文（设计） 第 2 页装有简单的传感器，可以感觉到自身的的运动位置，速度等其他物理量，电路是一个闭环反馈的控制系统，能适应一定的外部环境变化。 第三代的跟踪能力是智能的，在研究和发展阶段目前，与各种外部传感器彼此的感官系统，通过环境参数的外部收集和详细的描绘外部环境的变化。智能跟踪电子狗组装，就可以完成任务独自一人，
12、自己的知识库，信息处理系统，在布局或半结构化的工作环境，根据形势的变化作出的决定，适应必要的能力，自我学习能力和自我组织能力。为了使该跟踪可以独立工作，一方面应高智能和更一般的应用和研究各种新机的传感器，另一方面，多传感器信息融合的操作技术，该跟踪可以对环境信息准确，更全面的服务.1.1.2 智能循迹分类从早期发展到这 50 年的历史记录，随着应用规模不断扩大，物种的种类和方式也越来越多样化。一般按照智能导航的形式跟踪分为以下例子。(1)电磁感应式电磁感应式引导一般在地面上，沿预定路径埋电线，当高频电流通过导线，电线周围产生电磁场流动，AGV 小车上安装两个对称的电磁感应传感器，他们收到的电磁
13、信号差异可以反映的 AGV 偏离程度路径的程度。AGV 自动化控制系统，基于这种偏差值，以控制车辆的转向，连续的动态的闭环控制设置能够保证 AGV 对设定路径的稳定自动跟踪。在目前商业用途的 AGV 中，特别是大型和中型小车，绝大多数都采用电磁感应导航。(2)激光式可旋转的激光扫描仪可以安装在墙上或高反射激光定位标记的方式工作或依靠激光扫描仪发出的激光束，然后接收激光束，由注册标记周围的背面的折射，目前计算的坐标活动和方向的车辆，通过内置的数字地图和校准位置相比，实现自动检查功能。目前，使用广泛。基于同样的原因，如果所处的红外辐射或超声波发射的激光扫描装置，可以转换成一个红外激光制导引导指令等
14、。 (3)视觉式视觉风格指南是快速发展和相对成熟的技术，这种类型的配置 CCD 摄像机、传感器和车载电脑，想在图书馆里的星载计算机设置路径周围的图像数据。在驾驶过程中，毕业论文（设计） 第 3 页摄像头采集到的图像与图像数据库，以确定车辆的当前位置和图像信息，并决定在下一个驱动器。而不需要设置任何人工物理路径，所以在理论上，是灵活的，计算机图像的采集、存储和处理的技术的飞速发展，这一类的实用性越来越强 。 1.1.3 智能循迹的应用智能循迹发展历史及主要应用场所如下：(1)仓储业1954 年，来自美国南卡罗来纳州的 Mercury Motor Freight 公司成为第一批把 AGV小车的应用
15、到仓库的使用者，来实现出入库货物的自动处理。至今世界上有超过 2100个厂家把大约 2 万台大型或小型的 AGV 小车应用到自己的仓库中。中国的海尔集团在2000 年把 9 台 AGV 小车投产到了自己的仓库区，形成一个灵活的 AGV 自动数据库处理系统，轻松地完成了每天至少 33500 的储存和装卸货物的任务。(2)邮局、图书馆、港口码头和机场在邮局，图书馆，码头和机场候机楼等人口密集的公众场所，存在着大量的物品的运送工作，充满不定性和动态性强的特点，搬运过程往往也很单一。AGV 有着可并行工作、自动化、智能化和处理灵活的特点，可以很好的满足这些场合的运输要求。1983 年瑞典的斯得哥尔摩邮
16、局，1988 年日本东京的多摩邮局，1990 年中国上海的邮政相继开始使用 AGV 小车来完成邮品的搬运工作。在荷兰的鹿特丹港口，50 辆被称为“院子里的拖拉机 ”的 AGV 小车每天都在把集装箱从船边运送到几百米以外的仓库中。(3)烟草、医药、化工、食品对于处理一些需要在清洁、安全、无排放污染等其他特殊环境要求的产品生产如烟草、制药、食品、化工等产品时应考虑 AGV 小车的应用。在全国许多卷烟企业，如青岛颐中集团、玉溪红塔集团、红河卷烟厂、淮阴卷烟厂，应用激光引导式 AGV 完成托盘货物的搬运工作。(4)危险场所和特种行业在军事方面，以 AGV 小车为基础有着自动驾驶和检测功能的设备，可用于
17、战场侦察和扫雷，英国军方正在开发 MINDER 侦察系统，这是一种具有地雷探测、销毁和路线验证能力自动型侦察车。在钢铁厂，AGV 小车负责炉料运输，大大降低了工人们的劳动强度。在核电厂的核储存地点使用 AGV 小车，以避免辐射的危险。AGV 小车可在黑暗环境中，准确、可靠的运输物料 3。毕业论文（设计） 第 4 页1.2 智能避障功能概述自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。随着科学技术的发展，机器人
18、的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或 CCD，目前的 CCD 已能做到自动聚焦。但 CCD 传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。避障控制系统是基于自动导引小车（AVGau
19、to-guide vehicle）系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动避开障碍，选择正确的行进路线。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作。该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动避障功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。基于上述要求，传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的 CCD 传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。CPU 使用STC51 单片机，配合软件编程实现。还有显示部分通过软件可以显示行使时间和路程。1.2.1 智能避障系统该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。基于上述要求，传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只
