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转《基于STC89C52单片机的智能循迹小车》.pdf

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.34M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    沈阳理工大学 毕业设计（论文） 题 目： 基于单片机的智能循迹小车 院 系： 信息与控制学院 专 业： 自动化 班级学号： 08303111 学生姓名： 指导教师： 成 绩： 年 月 日 w
    摘 要 本文论述了基于单片机的智能循迹小车的控制过程。智能循迹是基于自动引导机器 人系统，用以实现小车自动识别路线，以及选择正确的路线。智能循迹小车是一个运用 传感器、单片机、电机驱动及自动控制等技术来实现按照预先设定的模式下，不受人为 管理时能够自动实现循迹导航的高新科技。该技术已经应用于无人驾驶机动车，无人工 厂，仓库，服务机器人等多种领域。 本设计采用 STC89C52 单片机作为小车的控制核心；采用 TCRT5000 红外反射式开 关传感器作为小车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 程序，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 w
    Abstract This paper discusses the intelligent tracing electric trolley control process. Automatic tracing is used to make the car indentify route automatically , and choosing the right route, based on the automatic guide robot system. Intelligent tracing electric trolley is an advanced technology to realize automatic tracing navigation. It is out of human management but under the designed mode that use of the use of a transducer, single chip, motor drive and automatic control .This technology has been applied in unmanned vehicle, unmanned factory, warehouse, service robot and many other fields. During the design of Intelligent tracing electric trolley, STC89C52 single clip is used as the control core; at the same time with TCRT5000 reflective infrared transducer switch to identify the black guide line at the central of the white road, which used as the car tracing module, it can gather the signal and transfer it into digital signal that can be 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 program. In a nutshell, the design of the circuit has the advantages of simple structure, easy implementation, and high reliability. Key words：single chip microcomputer; automatic tracing; driving circuit w
    目 录 1 绪 论 .................................................................................................................................... 1 1.1 智能循迹小车概述 ................................................................................................... 1 1.1.1 循迹小车的发展历程回顾 ............................................................................ 1 1.1.2 智能循迹分类 ................................................................................................ 2 1.1.3 智能循迹小车的应用 .................................................................................... 3 1.2 智能循迹小车研究中的关键技术 ........................................................................... 4 2 智能循迹小车总体设计方案 .............................................................................................. 5 2.1 整体设计方案 ........................................................................................................... 5 2.1.1 系统设计步骤 ................................................................................................ 5 2.1.2 系统基本组成 ................................................................................................ 5 2.2 整体控制方案确定 ................................................................................................... 6 3 系统的硬件设计 .................................................................................................................. 8 3.1 单片机电路的设计 ................................................................................................... 8 3.1.1 单片机的功能特性描述 ................................................................................ 8 3.1.2 晶振电路 ........................................................................................................ 9 3.1.3 复位电路 ........................................................................................................ 9 3.2 光电传感器模块 ..................................................................................................... 10 3.2.1 传感器分布 .................................................................................................... 11 3.3 电机驱动电路 ......................................................................................................... 12 3.3.1 L298N 引脚结构 .......................................................................................... 13 3.3.2 电机驱动原理 .............................................................................................. 13 3.3.3 小车运动逻辑 .............................................................................................. 15 4 系统的软件设计 ................................................................................................................ 16 4.1 软件设计的流程 ..................................................................................................... 16 4.2 本系统的编译器 ..................................................................................................... 17 5 系统的总体调试 ................................................................................................................ 22 5.1 硬件的测试 ............................................................................................................. 22 5.2 系统的软件调试 ..................................................................................................... 22 结 论 ...................................................................................................................................... 24 w
    致 谢 ...................................................................................................................................... 25 参考文献 .................................................................................................................................. 26 附录 A 原理图及 PCB 图 ..................................................................................................... 27 附录 B 程序代码 .................................................................................................................. 32 附录 C 硬件实物图 .............................................................................................................. 37 w
    1 绪 论 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 智能循迹小车概述 智能循迹小车又被称为 Automated 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。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 循迹小车的发展历程回顾 随着社会的不断发展，科学技术水平的不断提高，人们希望创造出一种来代替人来 做一些非常危险，或者要求精度很高等其他事情的工具，于是就诞生了机器人这门学科。 世界上诞生第一台机器人诞生于 1959 年，至今已有 50 多年的历史，机器人技术也取得 了飞速的发展和进步，现已发展成一门包含：机械、电子、计算机、自动控制、信号处 理，传感器等多学科为一体的性尖端技术。循迹小车共历了三代技术创新变革： 第一代循迹小车是可编程的示教再现型，不装载任何传感器，只是采用简单的开关 控制，通过编程来设置循迹小车的路径与运动参数，在工作过程中，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。 w
    第三代循迹小车是智能的，目前在研究和发展阶段，以多种外部传感器构成感官系 统，通过采集外部的环境信息，精确地描述外部环境的变化。智能循迹小车，能独立完 成任务，有其自身的知识基础，多信息处理系统，在结构化或半结构化的工作环境中， 根据环境变化作出决策，有一定的适应能力，自我学习能力和自我组织的能力。为了让 循迹小车能独立工作，一方面应具有较高的智慧和更广泛的应用，研究各种新机传感器， 另一方面，也掌握多个多类传感器信息融合的技术，这样循迹小车可以更准确，更全面 的获得所处环境的信息[1]。 1.1.2 智能循迹分类 AGV 从发明至今已经有 50 多年的历史，随着应用领域范围的不断扩大，其种类 和形式也变得更加多样化。一般根据行驶的导航方式将智能循迹小车分为以下几种类 型： (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 安装有可旋转的激光扫描器的 AGV，可安装在墙壁或有高反射激光定位标志的支 柱上或者路径上运行，AGV 依靠激光扫描器发射激光束，然后接收由四周定位标志反 射回的激光束，车载计算机，计算出当前车辆的位置和运动方向，通过内置的数字地图 和校准位置相比，以实现自动处理。目前，这种 AGV 类型的应用比较广泛。基于同样 的原理，如果激光扫描仪被红外线发射器，或超声波发射取代，激光制导的 AGV 小车 可以转变为红外引导和超声引导的 AGV。 (3)视觉式 视觉引导式 AGV 是的迅速发展和比较成熟的 AGV，这种 AGV 配备 CCD 摄像机， 传感器和车载电脑，在车载计算机中设置有 AGV 欲行驶路径周围环境图像数库。在 AGV 的行驶过程中，相机得到的图像与图像数据库进行比较，以确定当前位置和车辆 周围的图像信息并对驾驶下一步作出决定。这种 AGV 小车并不需要设置任何的人工物 w
    理路径，所以在理论上具有灵活性，在计算机图像采集，存储和处理技术飞速发展的今 天，这种类型的 AGV 实用性越来越强。此外，还有铁磁陀螺惯性引导式 AGV、光学引 导式 AGV 等多种形式的 AGV[2]。 1.1.3 智能循迹小车的应用 智能循迹小车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)制造业 在制造业的的生产线中 AGV 小车大显身手，快速，精确，灵活的完成材料的运送 任务。由多台 AGV 小车组成的物流运输处理系统，较人工搬运系统来说更灵活，运输 路线可以根据生产过程及时调整，使一条生产线，生产十几个产品，大大提高了生产的 灵活性，企业的竞争力。在 1974 年瑞典的沃尔沃卡尔马的汽车组装厂，提高了运输系 统的灵活性，使用以 AGV 小车为载运工具的装配线，采用该装配线后，减少了 20%装 配时间、减少了 39%组装错误，减少了 57%投资资金回收时间以及减少了 5%的员工费 用。目前，在世界主要的汽车生产厂家，如通用、丰田、克莱斯勒、大众 AGV 小车已 被广泛应用。近年来，作为 CIMS(Computer Integrated Manufacturing Systems，直译为基 于计算机的现代集成制造系统)的基础搬运工具，AGV 已经深入到机械加工，家电制造， 微电子制造，烟草等行业，生产业和加工业已成为 AGV 小车使用最广泛的领域。 (3)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 年瑞典的大斯得哥尔摩邮局，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。 (4)烟草、医药、化工、食品 w
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