1、麻省理工學(xué)院2019年論文答辯,基于51單片機(jī)的循跡避障小車的設(shè)計(jì),指導(dǎo)老師：* 報(bào)告人：*,日期：2019.06.21,班 級(jí) ：*,主 要 內(nèi) 容：,選題背景:,第一代 可編程的在線型小車,第二代 離線編程型小車,第三代 智能型小車,以多種外部傳感器構(gòu)成感官系統(tǒng)，通過采集外部的環(huán)境信息，精確地描述外部環(huán)境的變化。,裝有簡單的傳感器，可以感覺到自身的的運(yùn)動(dòng)位置，速度等其他物理量，電路是一個(gè)閉環(huán)反饋的控制系統(tǒng)，能適應(yīng)一定的外部環(huán)境變化。,不裝載任何傳感器，只是采用簡單的開關(guān)控制，通過編程來設(shè)置循跡小車的路徑與運(yùn)動(dòng)參數(shù)。,智能車作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，它可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一

2、個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，無需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。,循跡避障小車特點(diǎn):,1,循跡避障小車是指裝備如電磁，光學(xué)或其他自動(dòng)導(dǎo)引裝置，通過電腦程序來控制，沿設(shè)定的引導(dǎo)路徑行駛，無需駕駛員操作，并能避過途中的障礙物。,2,循跡避障小車的另一個(gè)特點(diǎn)是高度自動(dòng)化，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活改變行駛路徑，而且改變運(yùn)行路徑的費(fèi)用與傳統(tǒng)的輸送帶和流水線線相比非常低廉。,3,此外，循跡小車依靠蓄電池提供動(dòng)力，具有清潔生產(chǎn)、運(yùn)行過程中無噪音、無污染的特點(diǎn)，不僅自身節(jié)能環(huán)保，還能代替人從事危險(xiǎn)任務(wù)。,高級(jí)智能車的應(yīng)用實(shí)例,Google 無人駕駛汽車,Amazon 物流搬運(yùn)

3、車,中國“玉兔”月球車,美國“好奇號(hào)”火星探測器,循跡小車總體設(shè)計(jì):,循跡避障小車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,本系統(tǒng)采用簡單明了的設(shè)計(jì)方案。以AT89C51為主控芯片，主要包括避障模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等。通過循跡及避障傳感器來采集周圍環(huán)境信息來反饋給CPU，通過主控的處理，來控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)循跡與避障的功能，達(dá)到智能行駛。,實(shí)時(shí)檢測路徑，并按照指定路線行駛,實(shí)時(shí)檢測障礙物，并繞過繼續(xù)行駛,預(yù)期功能,晶振電路:,本設(shè)計(jì)選用12MHZ無源晶振、2個(gè)22pF電容，使得一個(gè)機(jī)器周期是1s。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)，兩個(gè)電容則是起到并聯(lián)諧振的作用。,復(fù)位電路:,當(dāng)系統(tǒng)上電后，由于電容充

4、電，使RST持續(xù)一段高電平時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電且開關(guān)復(fù)位的操作。,循跡和避障模塊,循跡模塊： 信號(hào)端為檢測信號(hào)輸出，當(dāng)遇到黑線，黑線吸收大量的紅外線，反射的紅外線很弱，光敏三極管不導(dǎo)通，信號(hào)端輸出高電平；當(dāng)遇到白線，與黑線相反，反射的紅外線很強(qiáng)，使光敏三極管導(dǎo)通，信號(hào)輸出低電平。,避障模塊： 該傳感器是一種紅外光電管，是一種集發(fā)射與接收于一體的光電式傳感器。前方無障礙輸出高電平，有障礙輸出口（黃色）電平會(huì)從高電平變成低電平，背面圖有一個(gè)電位器可以調(diào)節(jié)障礙的檢測距離。,驅(qū)動(dòng)電路:,1,L298N是一個(gè)內(nèi)部有兩個(gè)H橋的驅(qū)動(dòng)芯片，這樣

5、電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)只需要用三個(gè)信號(hào)控制：兩個(gè)方向信號(hào)和一個(gè)使能信號(hào)。,2,如果OUT1信號(hào)為“0”，OUT2信號(hào)為“1”，并且使能信號(hào)是“1”，那么三極管Q1和Q4導(dǎo)通，電流從左至右流經(jīng)電機(jī)；如果OUT1信號(hào)變?yōu)椋骸?”，而OUT2信號(hào)變?yōu)椤?”，那么Q2和Q3將導(dǎo)通，電流則反向流過電機(jī)。,L298N驅(qū)動(dòng)芯片和直流電機(jī)接線圖,循跡小車軟件設(shè)計(jì):,1,本設(shè)計(jì)采用C語言來編譯程序。模塊化結(jié)構(gòu)程序的設(shè)計(jì)，可以使系統(tǒng)軟件便于調(diào)試與優(yōu)化，也使其他人更好地理解和閱讀系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。運(yùn)用了模塊化程序的結(jié)構(gòu)對軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得程序變得更加直觀易懂。,2,Keil C51單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)可用于編輯C或匯編源文件。然后

6、分別由C51編譯器編譯生成目標(biāo)文件（.OBJ）。目標(biāo)文件與庫文件一起經(jīng)連接定位生成絕對目標(biāo)文件（.ABS）。目標(biāo)文件最終轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件。,3,Proteus它具有強(qiáng)大的EDA工具軟件的仿真功能，且還具有仿真單片機(jī)及其他外圍器件的功能。,結(jié)論：,本課題研究的內(nèi)容主要是智能小車的循跡系統(tǒng)。以實(shí)驗(yàn)組裝小車為基礎(chǔ)，使用了4個(gè)光電傳感器來探測周圍環(huán)境，同時(shí)對采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行融合。取得了以下成果：,2,本設(shè)計(jì)以AT89C51為主控芯片，很好的將循跡模塊，避障模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等緊密結(jié)合起來，通過程序控制，使各模塊正常運(yùn)轉(zhuǎn)并相互反饋。,3,本設(shè)計(jì)還有巨大的發(fā)揮空間，可以達(dá)到更好的智能化效果。我相信如果實(shí)驗(yàn)條件和時(shí)間的允許下肯定能進(jìn)一步的對本設(shè)計(jì)進(jìn)行完善。同時(shí)，通過本次設(shè)計(jì)我掌握了很多以前不熟練的東西，使我在理論和實(shí)踐上又進(jìn)了一步。,1,小車可以實(shí)現(xiàn)按照預(yù)定軌道在無外部環(huán)境影響或改變時(shí)，小車將一直在軌道上循跡。當(dāng)小車探測到前進(jìn)前方的障礙物時(shí)，可以自動(dòng)暫停，人為撤開障礙物后，仍能夠繼續(xù)自動(dòng)循跡。,展望：,智能循跡避障小車屬于應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目，涉及了多種學(xué)科，由于本課題的試驗(yàn)性和不完善性。智能循跡小車在