循迹避障智能小车设计[业界研究]

毕业设计(论文)课题名称智能循迹避障小车设计学生姓名XXX学号00000000000000系、年级专业XXXXXXXXXXXXXXXXXXX指导教师XXX职称讲师2016年5月18日摘要自从首个工业智能设施诞生以来，智能设施的发展已经扩展到了包括机器、刻板、电子、冶金、交通、宇航、国防等产业领域。

近年来智能设施水平迅速上升，大大的改变了大多数人类的生活方式。

在人类的智能化技术不断飞速进步的过程中，能够取代手动的机器人在更加人性化的同时也越来越智能化。

本文主要讨论了基于单片机的智能循迹避障小车的设计。

智能自动循迹制导系统在驱动电路的基础上，实现自动跟踪汽车导线，而智能避障是使用红外传感器测距系统来实现功能来规避障碍。

智能寻光避障小车是一种采用了多种传感器，以单片机为核心，电力马达驱动和自动控制为技术，根据程序预先确定的模式，而不是人工管理来实现避障导航的自动跟踪高新技术。

这项技术已广泛应用于智能无人驾驶、智能机器人、全自动工厂等许多领域。

这个设计使用STC89C52单片机[1]作为小车的智能核心，使用红外传感器对智能小车跟踪模块识别引导线跟踪，收集模拟信号并将信号转换成为数字信号，使用C 语言编写程序，设计的电路结构简单，易于实现，时效性高。

关键词：智能化；单片机最小系统；传感器；驱动电路ABSTRACTFrom the first level of industrial intelligent facilities since birth, the development of intelligent facilities has been broadened to include machinery, electronics, metallurgy, transportation, aerospace, defense and other fields. Intelligent facilities level rising in recent years, and rapidly, significantly changed the way people live. People in the process of thinking, improvement, learning and intelligence of replace the manual machine is more and more.This paper mainly discusses the intelligent tracking based on single chip microcomputer control process of the obstacle avoidance car. Intelligent automatic tracking is based on the driving circuit of the guidance system, to achieve automatic tracking car line; obstacle avoidance is the use of infrared sensor ranging system to realize the function to evade obstacles. Intelligent tracking obstacle avoidance car is a use different sensor , motor drive for power and automatic control technology to realize according to the procedures predetermined mode, not by artificial management can realize the automatic tracking of obstacle avoidance navigation of high and new technology. The technology has been widely used in unmanned intelligent unmanned line, intelligent robot and so on many fields.Using infrared sensors for car tracking module to identify the guide line tracking, collecting analog signal and converts the signal into digital signal; Using C language to write the program, the design of the circuit structure is simple, easy to implement,timeliness is high.Keywords: Intelligent; Single chip microcomputer minimum system; The Sensor; Driver circuit目录第1章绪论 (1)1.1智能小车的发展近况与趋势 (1)1.2课题研究的目的及意义 (1)1.3课题研究的主要内容 (2)第2章方案设计 (3)2.1系统概述 (3)2.2硬件模块方案 (3)2.3软件模块方案 (5)第3章硬件设计 (6)3.1电源模块 (6)3.2核心控制模块 (6)3.3循迹模块 (7)3.4避障模块 (8)3.5无线遥控模块 (9)3.6电机驱动模块 (10)3.7拓展模块 (13)第4章软件模块 (15)4.1循迹程序模块 (15)4.2避障程序模块 (16)4.3无线遥控程序模块 (17)4.4寻光拓展程序模块 (18)4.5驱动电机程序模块 (19)第5章系统测试与分析 (20)5.1硬件调试 (20)5.2软件调试 (21)总结 (22)参考文献： (23)附录 (24)致谢 (25)第1章绪论1.1智能小车的发展近况与趋势1.1.1智能小车的发展近况现阶段智能汽车的发展十分的迅速，从智能玩具到其他各行各业都有实质性的结果[1]。

循迹避障寻光电动小汽车摘要：采用美国A TMEL公司资源丰富的A Tmegal128产品作为主控芯片进行设计系统整体结构1模块方案比较与论证1.1车体设计方案1：自己制作电动车。

经过考虑，若自己制作电动车，价格便宜，可靠性良好，但制作工序复杂，耗费大量时间，在如此紧迫的赛程里，我们只能选择放弃此方案。

方案2：使用已有车模改装。

在已有车模的基础上进行改装，省去了制作电动车的大量时间，且可靠性高，用塑料做的车架，比铁制小车更轻便、美观，综合考虑，我们选择此方案。

1.2控制器模块方案1：可采用A T89C51，A T89C51是一款带4K字节FLASH 寄存器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器128×8位内部RAM，32可编程I/O线两个16位定时器/计数器，5个中断源，电路简单，编程也比较容易，资料齐全,芯片很便宜,也很容易买到,适合入门级，由于I/O不足，一旦数据量很大、涉及复杂运动控制等内容时，A T89C51就力不从心了。

运算的速度和效率低也是A T89C51的一个缺点.。

方案2：采用美国A TMEL公司资源丰富的A Tmegal128产品作为主控芯片进行设计。

A Tmegal128为基于A VR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器，具有快速、灵活、集成度高、加密性强和易实现等诸多优点。

A Tmegal128具有128KB的系统内可编程FLASH、4KB 的SRAM、35个中断、53个通用I/O口线、32个通用寄存器、实时时钟RTC、4个灵活的具有比较模式和PWM功能的定时器/计数器（T/C）、2个USART、面向字节的两线接口TW1、8通道10位ADC、具有片内振荡器的可编程看门狗定时器、SPI串行端口、与IEEE 1149.1规范兼容的JTAG测试接口，以及6种可以通过软件选择的省电模式。

总的来说，CPU构架不同，虽然都是8位的，但指令集不同，A Tmega128是用RISC的，哈佛结构的总线；A T89C51是用CISC，冯诺衣曼结构的总线。

摘要本系统以设计题目的要求为目的，采用80C51单片机为控制核心，利用红外线传感器进行寻线，控制电动小汽车的自动循迹，并再通过光电开关探测障碍，从而控制电机转向，实现进行壁障功能。

整个系统的电路结构简单，可靠性能高，实验测试结果满足要求。

本文着重叙述了该系统的硬件设计方法、软件设计方法及测试结果分析。

小车运行方案，在现有玩具电动车的基础上，加装红外线光电开关模块和红外寻线模块，实现对电动车位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。

关键词：80C51单片机、红外线传感器、光电开关、电动小车AbstractThe system requirements of the design project for the purpose of the 80C51 microcontroller for the control of the core,the use of the hunt and infrared sensors,automatic obstacle acoidance control of electric cars,and the photoelectric switch to the barrier function.The electric circuit construction of whole system is simple, the function is dependable. Experiment test result satisfy the request, this text emphasizes introduced the hardware system designs and the result analyse. Car is running the program, under the existing toy electric car, based on the installation of super sonic sensor and infrared sensors, to achieve the location of electric vehicles,operational status of the real-time measurement, and measurement data sent to the microcontroller for processing, then SCM detected according to a variety of data to achieve intelligent control of electric vehicles.Key words: 80C51 single chip computer, infrared sensors, photoelectric switch, the electric car目录第1章前言 (1)1.1研究目的及意义 (1)1.2国内外发展情况 (2)第2章整体设计框架 (3)2.1方案选择及论证 (3)2.1.1控制模块选择 (4)2.1.2路面探测黑线轨迹模块 (4)2.1.3探测路面障碍模块 (5)2.1.4电机模块 (6)2.1.5电机驱动模块 (6)2.1.6车架选择 (7)2.1.7最终方案选择 (7)2.2方案可行性分析 (8)第3章硬件设计 (8)3.1系统总体设计框图 (9)3.2 红外线光电开关模块 (9)3.2.1光电开关的工作原理 (10)3.2.2光电开关的类型 (10)3.2.3光电开关电路的设计 (13)3.3电机驱动模块 (13)3.4红外循线模块 (15)3.4.1 红外放射式光电传感器特性与工作原理 (15)3.4.2 红外循线具体设计与实现 (16)3.5 最小系统模块 (17)3.5.1 晶振电路的设计 (17)3.5.2 复位电路的设计 (17)3.6电源模块 (18)第4章软件设计 (19)4.1 主程序流程图 (19)4.2 避障子程序流程图 (20)4.3 循线子程序流程图 (21)第5章系统调试和测试 (21)5.1安装步骤 (21)5.2电路调试 (23)5.2.1 光电开关模块调试过程 (23)5.2.2电机模块调试过程 (23)5.2.3红外循线模块调试过程 (24)5.2.4测试结果与分析 (25)结论 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录系统设计原理图 (28)附录设计系统部分源代码 (29)第1章前言随着生产自动化的发展，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人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。

循迹避障小车国内外研究现状简述
目前，移动机器人的开发和研究越来越令人瞩目，而智能循迹壁障小车作为移动机器人的一个重要分支，非常值得我们探索和讨论。

智能循迹功能以智能导航系统为主要功能模块，帮助小车能够实现自主实现识别和判断正确路线的功能。

智能循迹避障小车可以在没有人为管理的情况下实现智能寻迹导航功能以及避开阻碍障碍物功能，设定智能小车的预定模式，根据其预定的功能需求应用传感器技术、自动控制技术以及电机驱动技术等手段来完成小车的设计，并且探索开发新功能。

该技术已经应用于仓库、无人驾驶车辆、服务机器人以及无人工厂等领域。

以STC89C52单片机为控制核心，以红外反射开关传感器为主要器件的循迹模块判断白色路面中间的黑色预定路径；传感器数据即时传输回控制系统，系统将信号转换成单片机能够识别的数字信号。

L298N作为驱动芯片构成双H桥以控制直流电机；软件系统采用C程序。

小车运行过程中同时不间断地检测每个模块传感器的输入信号，循迹模块实时检测5路循迹模块在黑线跑道上的状态，在小车跑出设定限制范围以外的时候，智能汽车可以独立调整汽车的方向和位置。

避障模块在智能汽车运行的可以同时探测前方是否有障碍物以及小
车实时距离障碍物的距离，当前方障碍物距离小于20厘米时，小车将避开障碍物，向后折返继续循迹运行。

LCD1602液晶显示器能够显示智能汽车和前方障碍物之间的距离，智能小车的驱动部分采用L298驱动芯片。

此设计的电路结构简单，可靠性高，易于实现。

循迹避障智能小车设计一、硬件设计1、车体结构智能小车的车体结构通常采用四轮驱动或两轮驱动的方式。

四轮驱动能够提供更好的稳定性和动力，但结构相对复杂；两轮驱动则较为简单，但在稳定性方面可能稍逊一筹。

在选择车体结构时，需要根据实际应用场景和需求进行权衡。

为了保证小车的灵活性和适应性，车架材料一般选择轻质且坚固的铝合金或塑料。

同时，合理设计车轮的布局和尺寸，以确保小车能够在不同的地形上顺利行驶。

2、传感器模块（1）循迹传感器循迹传感器是实现小车循迹功能的关键部件。

常见的循迹传感器有光电传感器和红外传感器。

光电传感器通过检测反射光的强度来判断黑线的位置；红外传感器则利用红外线的反射特性来实现循迹。

在实际应用中，可以根据小车的运行速度和精度要求选择合适的传感器。

为了提高循迹的准确性，通常会在小车的底部安装多个传感器，形成传感器阵列。

通过对传感器信号的综合处理，可以更加精确地判断小车的位置和行驶方向。

（2）避障传感器避障传感器主要用于检测小车前方的障碍物。

常用的避障传感器有超声波传感器、激光传感器和红外测距传感器。

超声波传感器通过发射和接收超声波来测量距离；激光传感器则利用激光的反射来计算距离；红外测距传感器则是根据红外线的传播时间来确定距离。

在选择避障传感器时，需要考虑其测量范围、精度、响应速度等因素。

一般来说，超声波传感器测量范围较大，但精度相对较低；激光传感器精度高，但成本较高；红外测距传感器则介于两者之间。

3、控制模块控制模块是智能小车的核心部分，负责处理传感器数据、控制电机驱动和实现各种逻辑功能。

常见的控制模块有单片机（如 Arduino、STM32 等）和微控制器（如 PIC、AVR 等）。

单片机具有开发简单、资源丰富等优点，适合初学者使用；微控制器则在性能和稳定性方面表现更优，适用于对系统要求较高的场合。

在实际设计中，可以根据需求和个人技术水平选择合适的控制模块。

4、电机驱动模块电机驱动模块用于控制小车的电机运转，实现前进、后退、转弯等动作。

智能循迹避障小车的设计项目意义：目前，国内外的许多大学和研究机构，都在积极投入人力、财力研制开发特殊条件下的检测系统，其中包括远程、无人方法来进行实现，如机器人，远程监控等。

此次设计的智能小车可以作为机器人的典型代表，具有很强的实际意义，可以应用于考古，机器人救援，医疗器械等许多方面，尤其是在足球机器人的研究方面具有很好的发展前景。

在考古方面，超声波传感器检测已经有了实质性的应用。

同时，通过本次设计，培养设计并实现自动控制系统的能力，熟悉以单片机为核心的控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹，灵活运用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。

设计指标：（1）自动沿预设轨道行驶，小车在行驶过程中，能够自动检测预先设好的轨道，实现直道和弧形轨道的前进。

若有偏离，能够自动纠正，返回到预设轨道上来；（2）当小车探测到前进前方的障碍物时，可以自动调整行驶方向，躲避障碍物，从无障碍区通过。

小车通过障碍区后，能够自动循迹；（3）自动检测停车线并自动停车。

设计内容：该小车设计包括四个模块，第一个是循迹模块，第二个是主控系统，第三个是电动机驱动模块，第四个是避障。

在循迹模块方面，由于该设计只需要实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并在检测到障碍物时自动躲避，基于这些要求，传感器部分只需要粗略感知路线既可，考虑到成本和设计的方便，传感器部分采用红外反射式传感器来充当。

电动机驱动后模块采用直流电机，主要控制小车的前进方向和速度，主控系统采用单片机处理芯片。

循迹模块采用两只红外对管，分别置于小车车身前轨道的两侧，根据两只光电开关接受到白线与黑线的情况来控制小车转向来调整车向，只要合理安装好两只光电开关的位置就可以很好的实现循迹的功能。

避障模块方面，采用两只红外对管分别置于小车的前端两侧，方向与小车前进方向平行，对小车与障碍物相对距离和方位能作出较为准确的判别和及时反应。

基于ARM单片机的智能小车循迹避障研究设计共3篇基于ARM单片机的智能小车循迹避障研究设计1一、研究的背景近年来，随着机器人技术的不断发展，人们对智能小车的需求越来越高。

智能小车能够根据周围环境的变化，自动地进行信号处理和运动抉择，实现自主导航、路径规划和避障等功能。

在工业生产、物流配送、智能家居、环保治理等领域，智能小车具有广泛的应用前景。

二、研究的目的本文研究的目的是基于ARM单片机的智能小车循迹避障设计。

通过对小车的硬件组成和软件程序的设计，使小车能够自主进行行车，避免撞车和碰撞，并能够遵循预设的路径进行行驶，完成既定的任务。

三、研究的内容1. 小车的硬件组成小车的硬件组成主要包括以下方面：（1）ARM单片机：ARM单片机是一种高性能、低功耗的微处理器，广泛应用于嵌入式系统领域。

在本设计中，ARM单片机作为控制中心，负责控制小车的各项功能。

（2）直流电机：直流电机是小车的动力来源，通过电路控制，实现小车前进、后退、转弯等各种运动。

（3）红外循迹传感器：红外循迹传感器是小车的“眼睛”，能够检测和识别地面上的黑色和白色，实现循迹运行。

（4）超声波传感器：超声波传感器是小车的避障装置，能够探测小车前方的障碍物，实现自动避障。

（5）LCD液晶屏幕：LCD液晶屏幕是小车的显示器，能够显示小车行驶的速度、距离、角度等信息。

2. 小车的软件程序设计小车的软件程序设计分为两部分：一部分是嵌入式软件设计，另一部分是上位机程序设计。

（1）嵌入式软件程序设计嵌入式软件程序是小车控制程序的核心部分，负责控制小车硬件的各项功能。

具体实现过程如下：① 初始化程序：负责对小车硬件进行初始化和启动，包括IO口配置、计数器设置、定时器设置等。

② 循迹程序：根据红外循迹传感器所检测到的黑白线，判断小车的行驶方向。

如果是白线，则小车继续向前行驶；如果是黑线，则小车需要进行转向。

③ 路径规划程序：根据预设路径，计算小车应该按照什么路线进行行驶。

智能寻迹避障小车寻迹系统设计文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]第二章智能寻迹避障小车寻迹系统设计1．任务任务一：产生智能寻迹避障小车沿黑线转圈的控制程序；任务二：产生智能寻迹避障小车带状态显示沿黑线转圈的控制程序；2．要求（1）能控制智能寻迹避障小车沿黑线实现转圈功能；（2）行走过程中小车一直压着黑线走，不得冲出黑线圆圈之外或之内；（3）智能寻迹避障小车可以从小于90度的任意方向寻找到黑线圆圈；项目描述该项目的主要内容是：在智能寻迹避障小车电机控制系统之上扩展寻迹电路，然后运用C语言对系统进行编程，使智能寻迹避障小车实现沿黑线转圆圈的功能，并且在行走过程中小车一直压着黑线走，不得冲出黑线圆圈之外或之内；当人为将小车拿开，再从小于90度的任意方向放置小车，小车应能重新找回轨道，并沿黑线继续转圈。

通过该项目的学习与实践，可以让读者获得如下知识和技能：继续掌握单片机I/O端口的应用；掌握红外线收、发对管的工作原理与控制方法；掌握数码管的工作原理与控制方法；掌握单片机C语言的编程方法与技巧；能够编写出智能寻迹避障小车沿黑线实现转圈功能的控制函数；必备知识2.1.1 关于红外线传感器红外线定义：在光谱中波长自至400微米的一段称为红外线，红外线是不可见光线。

所有高于绝对零度（℃）的物质都可以产生红外线。

现代物理学称之为热射线。

医用红外线可分为两类：近红外线与远红外线。

红外线发射器：红外线发射管在LED封装行业中主要有三个常用的波段，如下850NM、875NM、940NM。

根据波长的特性运用的产品也有很大的差异，850NM波长的主要用于红外线监控设备，875NM主要用于医疗设备，940NM波段的主要用于红外线控制设备。

如：红外线遥控器、光电开关、光电计数设备等。

红外线对管应用：本项目中，小车的寻迹功能采用红外线收、发对管实现。

具体工作过程如下：两对红外线收、发对管安装在智能寻迹避障小车底盘正前方，红外发射管一直发射信号，接收管时刻准备接收信号。

循迹避障智能小车设计
循迹避障智能小车设计文档范本：
⒈摘要
本文档旨在详细介绍循迹避障智能小车的设计方案。

介绍了小车的硬件组成、软件设计和算法实现，以及测试结果和优化方案。

⒉引言
介绍循迹避障智能小车的背景和应用场景，解释设计的目的和意义。

⒊系统架构
详细介绍循迹避障智能小车的系统组成，包括传感器模块、控制器、执行器等硬件部分，以及软件部分的整体架构。

⒋传感器设计
说明循迹避障智能小车所使用的传感器，包括红外线传感器、超声波传感器等的选择原因和工作原理，以及如何与控制器进行连接。

⒌控制器设计
介绍循迹避障智能小车的控制器设计，包括主控芯片的选择、引脚分配以及与传感器和执行器的连接方式。

⒍执行器设计
详细说明循迹避障智能小车的执行器设计，包括电机控制模块、转向模块等的选择和工作原理。

⒎算法设计
阐述循迹避障智能小车所采用的算法设计，包括循迹算法和避障算法的原理和实现方法。

⒏系统测试与优化
描述循迹避障智能小车的测试方法和实验结果分析，以及针对存在的问题进行的优化措施。

⒐结论
总结循迹避障智能小车设计的成果，评估其性能和应用前景，并展望未来的发展方向。

⒑附件
提供循迹避障智能小车的原理图、源代码、测试数据等附件，以供读者参考使用。

1⒈法律名词及注释
在文档末尾提供相关法律名词的注释，并进行对应解释，以确保读者对相关法律概念的理解和使用的合法性。

循迹避障智能小车的实验设计本实验旨在设计和实现一个能够循迹避障的智能小车，通过实践验证其实验设计方案是否可行。

通过本实验，希望能够提高小车的自动化水平，使其能够在复杂的路径环境中自主运行。

循迹避障智能小车：实验所用的智能小车需具备循迹和避障功能。

传感器：为了实现循迹和避障功能，我们需要使用多种传感器，如红外线传感器、超声波传感器等。

电路：实验中需要搭建的电路包括电源电路、传感器接口电路和控制器电路等。

编程软件：采用主流的编程语言如Python或C++进行编程，实现对小车的控制和传感器数据的处理。

搭建电路：根据设计要求，完成电源电路、传感器接口电路和控制器电路的搭建。

安装传感器：将红外线传感器和超声波传感器安装在小车上，并与电路连接。

编程设定：使用编程软件编写程序，实现小车的循迹和避障功能。

调试与优化：完成编程后进行小车调试，针对实际环境进行调整和优化。

通过实验，我们成功地实现了小车的循迹避障功能。

在实验过程中，小车能够准确地跟踪预设轨迹，并在遇到障碍物时自动规避。

实验成功的主要因素包括：正确的电路设计、合适的传感器选型、高效的编程实现以及良好的调试与优化。

在实验过程中，我们发现了一些需要改进的地方，例如传感器的灵敏度和避障算法的优化。

为了提高小车的性能，我们建议对传感器进行升级并改进避障算法，使其能够更好地适应复杂环境。

通过本次实验，我们验证了循迹避障智能小车实验设计方案的有效性。

实验结果表明，小车成功地实现了循迹避障功能。

在未来的工作中，我们将继续对小车的性能进行优化，以使其在更复杂的环境中表现出更好的性能。

本实验的设计与实现对于智能小车的应用和推广具有一定的实际意义和参考价值。

随着科技的不断发展，智能小车已经成为了研究热点之一。

避障循迹系统是智能小车的重要组成部分，它能够使小车自动避开障碍物并按照预定的轨迹行驶。

本文将介绍一种基于单片机的智能小车避障循迹系统设计，该设计具有简单、稳定、可靠等特点，具有一定的实用价值。