论文总字数：18783字

摘 要

本设计是一种基于单片机的智能小车系统，包括避障模块和寻迹模块。小车采用AT89C51 作为控制核心，避障模块利用车头辐射状分布的三个红外传感器（包括红外发射器和红外接收器）来探测左前方、正前方和右前方的障碍物，寻迹模块利用车底并列分布的五个红外传感器来检测路面的黑色轨线，根据红外接收器是否接收到红外发射器发射的红外线将信号以高低电平的形式传送给单片机。单片机分析并判断信号，发送指令给小车左右两个直流电机，电机接收指令并作出相应的动作以改变小车的驶向，从而使小车能够躲避障碍物并沿着黑色轨线继续行驶。

关键词：AT89C51 红外传感器 寻迹模块

Design of intelligent tracking and obstacle-avoid car based on MCU

ABSTRACT

The design is an intelligent car system based on single chip microcomputer, including obstacle-avoid module and tracking module. The car takes AT89C51 as the control core. The obstacle-avoid module uses the front three infrared sensors(infrared emitter and infrared receiver) which are distributed radially to probe the obstacles which are distributed in the left-front , front and the right-front of the car. The tracking module uses the bottom five infrared sensors which are distributed in parallel to detect the black locus on the pavement. According to whether the infrared receiver has received the reflexed infrared emitted by the infrared emitter, the car send back the signals in the form of high or low electrical level to the microcontroller. The MCU analyses and judges the signals, and sends orders to the left and right motors. The motors receive the orders and react properly to adjust the car-steering, so that the car can avoid the obstacles and keep on driving along the black locus.

Key words: AT89C51; infrared sensor; tracking module

目 录

摘 要 I

ABSTRACT I

第一章 绪论 1

1.1 本选题的意义 1

1.2 智能小车的发展近况及将来趋向 2

1.3 智能小车的研究意义 2

第二章 系统方案分析与选择论证 4

2.1 系统设计方案及其论证 4

2.1.1 控制器模块 4

2.1.2 避障模块 4

2.1.3 寻迹模块 5

2.1.4 电源模块 6

2.1.5 电机模块 6

2.1.6 驱动芯片 6

2.2 系统最终方案 6

第三章 硬件电路的设计 8

3.1 主控系统 8

3.1.1 单片机引脚功能说明 8

3.1.2 电源电路 9

3.2 电机驱动模块 10

3.2.1 L298N引脚功能 10

3.2.2 L298N逻辑功能 12

3.3 LM339电压比较器电路 13

3.3.1 LM339电压比较器介绍 13

3.3.2 电压比较器电路设计 14

3.4 信号检测模块 14

第四章 系统的软件设计 17

4.1 主程序框图 17

4.2 寻迹模块程序设计 17

4.3 避障模块程序设计 20

第五章 系统调试 24

5.1 避障模块的调试 24

5.2 寻迹模块的调试 26

第六章 总结与展望 29

6.1 总结 29

6.2 展望 29

致谢 30

参考文献 31

附录一 硬件原理图 32

附录二 程序清单 33

第一章 绪论

1.1 本选题的意义

从工业革命到现代社会，机器人已经在电子，机械，交通，冶金，国防，航空航天等各个领域迅速发展。现代机器人的科技化程度越来越高，并不断改变着人类日常生活的各方面。几百年来，在不停研究、变革和了解大自然的历程中，人类永远梦想着生产机器来取代日常的工作劳动.

电子科技，智能控制科技，计算机科技发展越来越迅速，机器人感觉传感器已经有了越来越多的类型，视觉传感器是极其关键的构成部分，结合其他传感器构成了机器人的核心部分。视觉传感器已经能从拍摄的整个图片捕获千万像素级的细节光线。图像的细腻程度和清晰程度一般以分辨率作为判定标准，国外公司已经具备捕捉130万像素的能力。在识别范围内，不管传感器离对象多远，都可以识别出一个非常微妙的图像。识别图像后，将识别到的图像与参考图像进行分析比较。比如，如果视觉传感器被拟定识别正确地插有八螺栓构造的机器，也应拒绝七螺栓构造的机器，或错位的机器零件。另外，不论此零件旋转的弧度是否小于三百六十度，不论此零件处于视角区域的哪个地点，传感器均可以准确地判定。

视觉传感器的工作通常包含三个过程：采集图像，处理图像和理解图像。相对而言，图像理解技术还很落后，因此在并不需要一个清晰的图像或只是需要一个粗糙的感觉的情况下，可以考虑使用接近传感器，是一种符合实际情况又有效的方法。

机器人行驶时要实现自动躲避障碍物以及自动寻迹行驶，则机器人必须通过传感器来探测行驶路径前方的障碍物和地面的导引线。用来探测的传感器等同于机器人的视觉器官。避障单元基于AVG系统，可以应用于自动探测导引线，检测并躲避障碍物自动行驶，并选取最佳的路径继续行驶。机器人通过传感器检测前方的障碍物和路面的导引线，分析并判断传感器采集的信号，根据信号作出对应的动作。

作为机器人的典型应用，智能小车由三个主要的部分构成：传感器单元，执行单元，处理器单元 。智能小车可以实现自动躲避障碍物的功能，还可以增加寻迹等功能从而检测障碍物和导引轨线。智能小车可以检测导引线，选取最佳的行驶路径，识别并躲避障碍物自动行驶。考虑到这些要求，因为智能小车通常不要求清晰地识别图像，只需要大概地识别，则放弃成本较高的视觉传感器，用成本较低的红外传感器来替代。小车的执行模块由直流电机来改变转向和速度。单片机驱动电机第一种方案选择直接用单片机PWM功能，并可以精准地调节速度;第二种方案选择软件模拟PWM输出调制，但是耗用单片机资源比较多，并且小车的速度不易准确地调节，但是芯片的选取范围很大。考虑到实际应用，本设计使用AT89C51单片机作为CPU的核心，通过软件编程使小车能够躲避障碍物自动行驶并能够沿着导引线循迹行驶。

1.2 智能小车的发展近况及将来趋向

作为当代的新发明，小车的智能化程度越来越高，同时智能小车也是将来的发展趋向，小车在预定的程序下自动工作，无需人工操作，能够应用于勘探采矿等环境。智能小车可以实时显示距离，速度，时间，具有自动跟踪，寻光，自动避障，准确定位停车，远程图像传输功能并可以通过编程控制小车的行驶速度。

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