1、本科毕业论文（20 届）智能循迹机器人设计(软件部分）所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：2014 年 5 月 27 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家
2、有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名： 日期：2014 年 5 月 27 日导师签名： 日期：2014 年 5 月 27 日- 2 -智能循迹机器人设计(软件部分)摘要：智能循迹是一种在控制系统的作用下,可以准确沿既定路线自动行驶的系统。本设计中,采用 STC89C52 单片机为主控制芯片,结合直流减速电机、传感器、电源电路及其他外围电路,设计实现了机器人沿黑迹行走的智能循迹机器人,其中机器人循迹功能由红外式光电传感器完成。采
3、用红外反射式开关传感器作为机器人的循迹模块来识别白色路面中央的黑色引导线，采集信号并将信号转换为能被单片机识别的数字信号；采用驱动芯片 L298N 构成双 H 桥控制直流电机，其中软件系统采用 C 语言编程，本设计的电路结构简单，容易实现，可靠性高。关键词：单片机 自动循迹 驱动电路指导老师签名:- 3 -The design of intelligent tracking robot (software) Abstract: Intelligent tracking under the control of a role can be accurately automatically tra
4、veling along a predetermined route system . In this design , the use of STC89C52 SCM control chip , combined with DC gear motors, sensors , power supply circuits and other peripheral circuits , designed to achieve a black guide line along the track to walk intelligent tracking robot , where the robo
5、t tracking infrared photoelectric transfer function to complete . At the same time reflective infrared transducer switch to identify the black guide line at the central of the white road, which used as the robot tracing module, it can gather the signal and transfer it into digital signal that can be
6、 recognized by single chip. And the driving chip L298N constitute the double H bridge constitute of driving chip L298N can control direct current motor. Among which the software system is using C language. In a nutshell, the design of the circuit has the advantages of simple structure, easy implemen
7、tation, and high reliability.Keywords: SCM automatic tracking drive circuitInstructor Signature:- 4 -目 录一、绪论1.1 智能机器人的作用和意义 .11.2 智能机器人的现状 .2二、系统设计方案的分析2.1 系统设计 .42.2 机器人的选择 .42.3 寻迹模块设计 .42.4 总体结构框图设计 .4三、硬件设计3.1 信号检测模块 .63.2 电源模块 .63.3 传感器模块 .63.4 控制模块 .83.5 电机驱动模块 .9四、 软件设计4.1 程序流程图 .114.2 程序设计 .
8、114.3 KELL 简介 .17五、安装与调试5.1 智能循迹机器人实物图 .225.2 传感部分的分析及调试 .225.3 单片机控制部分的分析调试 .23六、结语参考文献 .27致 谢 .29附录 .3011 绪论1.1 智能机器人的作用和意义自第一台机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等众多领域里。这些年来机器人的智能水平不断提高，并且快速地改变着我们的生活方式。人们在不断探讨、改造、研究的过程中，发明能替代人劳动的机器一直是人我们的终极目标。当今机器人的发展趋势主要有两个突出的方面：一个是机器人的应用不断扩大；另一个是机器人的性能不断完整。如今，机器
9、人技术的进步将会对科学的发展产生巨大影响。随着科学技术的发展，对于机器人的各种技术而言图像处理技术已近很发达，而基于图像的理解技术还相对落后，机器人视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境比较简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管和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合理，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中，考虑使用视觉传感器是比较可行的，因此视觉传感器种类也越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的最主要部件。视觉传感器的典型应用领域为智能导航一种实用有效的方法。机器人要实现自动循迹功能和避障功能就必须要准确感知导引线和障
10、碍物，感知导引线相当给机器人一个眼睛。避障控制系统是基于自动循迹小车系统，基于它的智能小车实现智能识别路线，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动作。 该智能机器人可以作为机器人的典型代表。智能机器人可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现循迹功能，还可以扩展自动避障等功能，感知导引线和障碍物。可以实现机器人智能识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物后自动躲避。基于以上要求，传感检测部分考虑到机器人一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃比较贵的 CCD 传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器
11、来充当。智能机器人的执行部分是由两个直流驱动电机来充当的，主要控制机器人的转弯和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，不需要占用单片机资源，直接选择有 PWM 功能的单片机，这样可以实现精确调速；第二，可以由软件模2拟 PWM 输出调制，需要占用单片机资源，难以精确调速，但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情况，本文选择第二种方案。CPU 使用 STC89C52 单片机，配合软件编程实现。1.2 智能机器人的现状现如今智能机器人发展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。其基本可实现循迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等基本功能，这几节的电子设计大赛智能小车又在向声控系统发展。比较
12、出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列。我此次的设计主要实现循迹避障这两个功能。智能机器人的发展现状智能机器人是第三代机器人，这种机器人带有多种传感器能够将多种传感器得到的信息进行融合，能够有效的适应变化的环境，具有很强的自适应能力、学习能力自治功能。 目前研制中的智能机器人智能水平并不高，只能说是智能机器人的初级阶段。智能机器人研究中当前的核心问题有两方面：一方面是，提高智能机器人的自主性，这是就智能机器人与人的关系而言，即希望智能机器人进一步独立于人，具有更为友善的人机界面。从长远来说，希望操作人员只要给出要完成的任务，而机器能自动形成完成该任务的步骤，并自动完成它。另一方面是，提高智能机器人
13、的适应性，提高智能机器人适应环境变化的能力，这是就智能机器人与环境的关系而言，希望加强它们之间的交互关系。智能机器人涉及到许多关键技术，这些技术关系到智能机器人的智能性的高低。这些关键技术主要有以下几个方面：多传感信息耦合技术，多传感器信息融合就是指综合来自多个传感器的感知数据以产生更可靠、更准确或更全面的信息，经过融合的多传感器系统能够更加完善、精确地反映检测对象的特性消除信息的不确定性提高信息的可靠性；导航和定位技术，在自主移动机器人导航中，无论是局部实时避障还是全局规划，都需要精确知道机器人或障碍物的当前状态及位置，以完成导航、避障及路径规划等任务；路径规划技术，最优路径规划就是依据某个
14、或某些优化准则，在机器人工作空间中找到一条从起始状态到目标状态、可以避开障碍物的最优路径；机器人视觉技术，机器人视觉系统的工作包括图像的获取、图像的处理和分析、输出和显示,核心任务是特征提取、图像分割和图像辨识；智能控制技术，智能控制方法提高了机器人的速度及精度；人机接口技术，人机接口技术是研究如何使人方3便自然地与计算机交流。在各国的智能机器人发展中，美国的智能机器人技术在国际上一直处于领先地位，其技术全面、先进，适应性也很强，性能可靠、功能全面、精确度高，其视觉、触觉等人工智能 技术已在航天、汽车工业中广泛应用。日本由于一系列扶植政策，各类机器人包括智能机器人的发展迅速。欧洲各国在智能机器
15、人的研究和应用方面在世界上处于公认的领先地位。中国起步较晚，而后进入了大力发展的时期，以期以机器人为媒介物推动整个制造业的改变，推动整个高技术产业的壮大。42 系统设计方案的分析2.1 系统设计智能循迹机器人采用后轮驱动，左右后轮各用一个直流减速电机驱动，通过调制后面两个轮子的转速从而达到控制转向的目的在机器人前部分别四个红外反射式传感器，当机器人左边的传感器检测到黑线时，说明机器人向右边偏移，这时主控芯片控制左轮电机减速，机器人向左边修正。同理，当机器人的右边传感器检测到黑线时，主控芯片控制右轮电机减速，机器人向右边修正。当黑线在机器人的中间，中间的传感器一直检测到黑线，这样机器人就会沿着黑
16、线一直行走。2.2 机器人的选择在本次智能循迹机器人的选择过程中，我们选择了前两轮驱动，后万向轮转向的机器人，即前左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流减速电机进行驱动，机器人后部装一个万向轮，这样当我们通过 I/O 口控制两个直流减速电机的转速和转向时就可以实现机器人的左转、右转和直行，因此我将选择体积轻容易控制的机器人作为机器人。2.3 寻迹模块设计循迹模块我们可以用光敏电阻组成。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化当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，光线发射较弱因此当光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平，但是这种方式受环境影响大，工作不稳定，因此，我们将研究几种方案，选择性价比和各方面更好的红外传感器。2.4 总体结构框图设计智能机器人的总体结构框图设计如图 2.1 所示：5图 2.1 总体结构框图
