智能电动小车系统的设计

摘要几年来智能技术得到了较大和较快的发展，而智能电动小车作为智能技术的一个简单体现是毕业设计一个很好的课题。

另外最近几年国内外的电子设计方面的比赛和竞赛都有该方面的题目出现，可见得到了该领域的研究者、设计者和学习者的青睐和重视。

本课程设计是以AT89C51单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，运用光电传感器、金属探测传感器、超声波传感器组成不同的检测电路，实现小车在行驶中自动寻迹、躲避障碍物、探测光源及探测预埋金属铁片，并能显示运行时间和自动入库等问题。

运行时小车的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小车的智能化控制。

设计的具体思路是反射式红外光电传感器检测黑线，然后将信号传送到单片机系统进行处理，使小车沿轨道自主行走；电感式接近开关电路代替金属传感器探测预埋在轨道下的金属铁片，并发出声光信息进行提示；超声波传感器检测障碍物通过单片机控制电机来实现避障的目的；采用H型脉冲宽度调制（PWM）全桥式驱动电路控制电机的转向，实现电动小车的正反向行驶、快慢速行驶及转弯；采用LCD1602实时显示小车行驶的时间。

此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能，能满足系统的要求。

关键字智能电动小车；寻迹；避障；寻光；PWM；检测金属。

The Design of Intelligent Electronic Cars AbstractIn recent years ,intelligent technology has been improved by a huge margin . Intelligent electric car as intelligent technology is a simple graduation design and a good topic. These years at home and abroad, electronic design competition are the aspects of subject, visible on the field of researchers, designers and learners and attention. This course design based on AT89C51 control circuit, modular design, using photoelectric sensors, metal detection sensor, ultrasonic sensors, the realization of different detection circuit automatically in driving car tracing, evades obstacles, detection and light metal sheet, and having that running time and automatic warehousing etc. When the car running measurement data transfer process, then by single-chip microcontroller according to test data for intelligent control of electric cars.Design of concrete ideas are reflex electrcal sensor detection, and black signals to SCM system, make cars along the track independent walking, Inductive proximity switch circuit sensor embedded instead of metal in orbit, the metal sheet and light information clew, Ultrasonic sensor detection obstacles through the single-chip microcomputer control motor to achieve the purpose of obstacle avoidance, Using the H pulse width modulation (PWM) bridge type driving circuit control motor, electric car to drive, the speed of the pros and cons of speed and turn, Using LCD1602 real-time display car driving time.This system is more agile, using software method to solve complex hardware circuit, make the system hardware is concise, easy to realize and various functions are highly intelligent, humanization, partly reflects the intelligence, can satisfy the requirement of system.Keywords AT89C51，electric car，Automatic Track Finding(ATF).目录第一章绪论 (1)1.1 背景及意义 (1)1.2 智能技术的发展历史及现状 (1)1.3 智能技术的应用及发展趋势 (2)1.4 本文研究内容 (2)第二章方案论证 (3)2.1 总体方案论证与比较 (3)2.2 各模块的方案论证 (4)2.2.1 寻迹模块 (4)2.2.2 检测金属铁片模块 (4)2.2.3 避障模块 (5)2.2.4 寻找光源模块 (5)2.2.5 显示模块 (6)2.2.6电动机驱动模块 (6)第三章系统的硬件电路设计 (8)3.1 AT89C51模块 (8)3.1.1 主要特性 (9)3.1.2 管脚说明 (9)3.1.3振荡器特性 (12)3.1.4 AT89C51最小系统 (12)3．2 检测轨迹电路 (12)3．3 检测金属片电路 (14)3．4 检测障碍物电路 (15)3．5 检测光源电路 (18)3．6 显示电路 (19)3．7 电动机驱动电路 (20)第四章软件设计 (23)4.1 程序设计 (23)4.2 主程序设计 (23)4.3 探测金属程序设计 (25)4.4 躲避障碍物子程序设计 (25)总结 (27)参考文献 (28)附录1：程序清单 (30)附录2：系统原理图 (40)第一章绪论1.1 背景及意义随着科技的发展，对于未知空间和人类所不能直接到达的地域的探索逐步成为热门，这就使机器人的自动避障有了重大的意义。

在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对与一些危险或人类不能直接到达的地域的探测，这些就需要用机器人来完成。

而在机器人在复杂地形中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。

因此，自动避障系统的研发就应运而生。

我们的自动避障小车就是自动避障机器人中的一类。

自动避障小车可以作为地域探索机器人和紧急抢险机器人的运动系统，让机器人在行进中自动避过障碍物。

另外随着电子技术、计算机技术和制造技术的飞速发展，数码相机、DVD、洗衣机、汽车等消费类产品越来越呈现光机电一体化、智能化、小型化等趋势。

各种智能化小车市场玩具中也占一个很大的比例。

根据美国玩具协会的调查统计，近年来全球玩具销量增幅与全球平均GDP增幅大致相当。

而全球玩具市场的内在结构比重却发生了重大变化：传统玩具的市场比重正在逐步缩水，高科技含量的电子玩具则蒸蒸日上。

美国玩具市场的高科技电子玩具的年销售额2004年2003年增长52%，而传统玩具的年销售额仅增长3%。

英国玩具零售商协会选出的2001圣诞最受欢迎的十大玩具中，有七款玩具配有电子元件。

从这些数字可以看出，高科技含量的电子互动式玩具已经成为玩具行业发展的主流。

因此，遥控加智能的技术研究、应用都是非常有意义而且有很高市场价值的。

智能小车，也称轮式机器人，是一种以汽车电子为背景，涵盖控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多学科的科技创意性设计，一般主要由路径识别、速度采集、角度控制及车速控制等模块组成。

本次课题准备设计一种能够实时采集传感器信号、智能分析外部环境以及路径信息、自动实现方向控制等功能的智能小车。

1.2 智能技术的发展历史及现状在80年代中期，设计和制造机器人的浪潮已席卷全球，世界上一些著名的公司开始研制移动机器人（此时的移动机器人的主要用作大学实验室及研究机构的实验平台），并促进了移动机器人学多种研究方向的出现。

90年代以来，以研制高水平的环境信息传感器和信息处理技术、高适应性的移动机器人控制技术和真实环境下的规划技术为标志，开展了移动机器人的更高层次的研究。

现在机器人的应用越来越广，种类也越来越多，但大体上可分为轮式机器人和足式机器人。

智能小车就是轮式机器人的一种，虽然是最基本的机器人雏形，但其中已包含了大部分功能，综合国内外专家解释，可普遍认为机器人一般是具有如下功能的机器：（1）动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官（肢体、感官等）的功能；（2）有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变；（3）有一定程度的智能，如记忆、感知、推测、决策和学习等；（4）有独立性，完整的机器人系统在工作时不依赖于人的操纵。

1.3 智能技术的应用及发展趋势如今知识工程、计算，机科学、机电一体化和工业一体化等许多领域都在讨论智能系统，人们要求系统越来越智能化。

显然传统的控制观念是无法满足人们的需求，而智能控制能与这些传统的控制有机的结合起来取长补短，提高整体的优势更好的满足人们的需求。

随着人工智能技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，智能控制必将迎来它的发展新时代。

机器人领域近几年有如下几个发展趋势：（1）性价比逐步提高，性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单价不断下降。

（2）传感器的作用日益重要，除传统的位置、速度、加速度等传感器外，视觉、声觉、力觉等多种传感器的融合技术已用来进行环境建模及决策控制。

（3）虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，加速遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操作机器人。