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摘要
随着生产自动化的发展需要,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,机器人的传感器种类也越来越多,其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。
红外的典型应用领域为自主式智能导航系统,机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物,感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。智能避障是基于红外传感系统,采用红外传感器实现前方障碍物检测,并判断障碍物远近。
由于时间和水平有限,我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的目标。
本设计通过小车这个载体再结合由AT89S51为核心的控制板可以达到其基本功能,再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555组成的转速控制电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。
关键词:避障光电开关红外线漫反射差分控制
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Infraredobstacleavoidancecar

Abstract
Withthedevelopmentneedsoftheproductionautomation,robotshavebeenmoreandmorewidelyappliedtotheautomationofproduction,withthedevelopmentofscienceandtechnology,therobotmoreandmoretypesofsensors,includinginfraredsensorshasbecomeanimportantcomponentoftheautomaticwalkinganddriving.
InfraredTypicalapplicationsforautonomousintelligentnavigationsystems,roboticstoachieveautomaticobstacleavoidancemustbeperceivedobstacles,,infraredsensorfrontobstacledetectionanddeterminetheobstacledistance.
Duetothelimitedtimeandthelevelofourmostbasicobstacleavoidancetemporaryasthedesigngoal.
DesignbycarcarrierrecombinationbyAT89S51asthecoreofthecontrolpanelcanachieveitsbasicfunctions,supplementedplusdiffusephotoelectricswitchobstacleavoidancecircuit555comprisingaspeedcontrolcircuit,powercircuit,.
Keywords:obstacleavoidancephotoelectricswitchinfrareddiffusereflectancedifferentialcontrol
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目录
前言 1
第1章课题研究价值 2
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第2章课题设计 3
3
3
第3章方案论证 5
5
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6
第4章智能小车硬件设计 8
8
11
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第5章智能小车软件设计 20
20
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第6章开发流程 25
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27
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结论 29
附录A 30
附录B 34
附录C 35
参考文献 39
致谢 40
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前言
随着生产自动化的发展需要,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,机器人的传感器种类也越来越多,其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。
红外的典型应用领域为自主式智能导航系统,机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物,感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。智能避障是基于红外传感系统,采用红外传感器实现前方障碍物检测,并判断障碍物远近。
由于时间和水平有限,我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的目标。
本设计通过小车这个载体再结合由AT89S51为核心的控制板可以达到其基本功能,再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555组成的转速控制电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。
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第1章课题研究价值

国内外随着计算机技术,控制技术,信息技术的快速发展,工业的生产和管理进入了自动化,信息化和智能化的时代,智能化已经成为时代发展的需要。第三代单片机包括了Intel公司发展MCS-51系列的新一代产品,如8xC152﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8xC451﹑8xC452,还包括了Philips﹑Siemens﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑ATMEL等公司以80C51为核心推出的大量各具特色﹑与80C51兼容的单片机。新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩展,以实现Microcomputer完善的控制功能为己任,将一些外部接口功能单元如A/D﹑PWM﹑PCA(可编程计数器阵列)﹑WDT(监视定时器)﹑高速I/O口﹑计数器的捕获/比较逻辑等。这一代单片机中,在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线,为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。Philips公司还为这一代单片机80C51系列8xC592单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线----CAN(ControllerAreaNetworkBUS).新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构,为系统的扩展与配置打下了良好的基础。该项目可以应用于机车头自动寻迹,工厂自动化,仓库管理,可提高劳动生产效率,改善劳动环境。在柔性自动化生产线,智能仓库管理及物流配送等领域,当生产环境恶劣时,工人不能完成的任务如物料运输和装卸等,可采用智能寻迹小车完成相应的任务。基于生产现场和日常生活的实际需要,研究和开发智能寻迹小车系统具有十分重要的意义。
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第2章课题设计

在本次设计中,要求所设计的小车具有自动避障的功能,能在红外探头探测到前方有障碍物的时候先进行后退大约2秒再进行向左转180度角,第二次探测到前方障碍物的时候再后退大约2秒再进行向右转180度角,这样循环下去。很明显,我要设计的小车是要能遇见障碍物自动窥探到障碍物并立即倒退和转动方向重新行驶,当然小车行驶速度不会有太大的变化。

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单片机
AT89S51
指示灯
红外发射
红外接收
电机驱
器
电机M1
电机M2
红外发射
红外接收
红外接收
红外发射

智能避障小车能避障主要是由前方的两对红外发射与接收探头来完成的。根据光有反射的特性。所以说当红外发射出来的光线遇到物体时,就会形成反射的光线,而这个经反射的红外光线刚好被红外接收探头接收到。当红外接收探头接收到信号后,再将信号送到单片机由单片机内部程序来控制电机,由电机完成小车的前进,转向。
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第3章方案论证

在单片机选择提供两种选择一种是8031另一种是AT89S51。
选用8031单片机系统8031单片机内不带程序存储器ROM,使用时用户需外接程序存储器8255和一片2764,来进行扩展。电路复杂。选用AT89S51单片机系统AT89S51里有4K程序存储器是FLASH工艺的,这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。不用扩展外部存储器。显而易见,这种单片机对开发设备的要求很低,开发时间也大大缩短。
由此可见选用AT89S51单片机。

在传感器方案的选择中,有以下两种方案供参考:
方案一:使用CCD传感器来采集路面信息。使用CCD传感器,可以获取大量的图像信息,可以全面完整的掌握路径信息,可以进行较远距离的预测和识别图像复杂的路面而且抗干扰能力强。但是对于本项目来说,使用CCD传感器也有其不足之处。首先使用CCD传感器需要有大量图像处理的工作,需要进行大量数据的存储和计算。因为是以实现小车视觉为目的,实现起来工作量较大,电路复杂。
方案二:使用光电传感器来采集路面信息。使用红外传感器最大的优点就是结构简明,实现方便,成本低廉,免去了复杂的图像处理工作,反应灵敏,响应时间低,便于近距离路面情况的检测。但红外传感器的缺点是,它所获取的信息是不完全的,只能对路面情况作简单的黑白判别,检测距离有限,而且容易受到诸多扰动的影响,抗干扰能力较差,背景光源,器件之间的差异,传感器高度位置的差异等都将对其造成干扰。
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经过综合考虑,在本设计中采用红外光电传感器作为信息采集元件。

在小车的运行中,主要有方向和速度的控制,即舵机和电机的控制,这两个控制是系统软件的核心操作,对小车的性能有着决定性的作用。
对电机的控制,要达到的目的就是:在任何情况下,总能给电机一个合适的高低电压,保证小车能始终遇见障碍物时可以随时转动运行的方向。在电机的控制方案中,有以下两种方案可供选择:
方案一:比例控制
这种控制方法就是在检测到车体偏离的信息时给小车一个预置的反向偏移量,让其回到跑道。比例算法简单有效,参数容易调整,算法实现简单,不需要复杂的数字计算。在实际应用中,由于传感器的个数与布局方式的限制,其控制量的输出是一个离散值,不能对舵机进行精确地控制,容易引起舵机左右摇摆,造成小车行驶过程中的振荡,而且其收敛速度也有限。
方案二PID控制
PID控制在比例控制的基础上加入了积分和微分控制,可以抑制振荡,加快收敛速度,调节适当的参数可以有效地解决方案一的不足。不过P,I,D三个参数的设定较难,需要不断的进行调试,凭经验来设定,因此其适应性较差。
方案三:最少拍控制
最少拍设计,是指系统在典型输入信号(如阶跃信号,速度信号,加速度信号等)作用下,经过最少拍(有限拍),使系统输出的稳态误差为零。所以,最少拍控制系统,也称最少拍无差系统,最少拍随动系统,实质上是时间最优控制系统,系统的性能指标就是系统的调节时间最短或尽可能短。可以看出系统对闭环脉冲传递函数的要求是快速性和准确性。也就是说让小车在行驶出跑道后,能在最短的时间内回到跑道上。最少拍控制系统的设计与被控对象的零极位置有很密切的关系。