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基于单片机智能循迹小车1

摘 要

本文论述了基于单片机的智能循迹小车的控制过程。智能循迹是基于自动引导机器人系统，用以实现小车自动识别路线，以及选择正确的路线。智能循迹小车是一个运用传感器、单片机、电机驱动及自动控制等技术来实现按照预先设定的模式下，不受人为管理时能够自动实现循迹导航的高新科技。该技术已经应用于无人驾驶机动车，无人工厂，仓库，服务机器人等多种领域。

本设计采用STC89C52单片机作为小车的控制核心；采用TCRT5000红外反射式开关传感器作为小车的循迹模块来识别白色路面中央的黑色引导线，采集信号并将信号转换为能被单片机识别的数字信号；采用驱动芯片L298N构成双H桥控制直流电机，其中软件系统采用C程序，本设计的电路结构简单，容易实现，可靠性高。

关键词：STC89C52 智能循迹小车 TCRT5000传感器 电机驱动

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目录

1引言 ........................................................................................................................................ 4 2 需求分析 ............................................................................................................................... 4 2.1 智能循迹小车概述 ........................................................................................................ 4 2.2 循迹小车的发展历程回顾 ............................................................................................ 5 2.3智能循迹小车的应用 ..................................................................................................... 5 2.4 智能循迹小车研究中的关键技术 ................................................................................ 7 3系统设计 ................................................................................................................................ 8 4详细设计 ................................................................................................................................ 8 4.1 硬件设计 ........................................................................................................................ 8 4.1.1电路原理图 .............................................................................................................. 8 4.1.2 器件选择 ............................................................................................................... 10

4.1.2.1 智能循迹小车的主控芯片的选择 ............................................................ 10 4.1.2.2 智能循迹小车电源模块的选择 ................................................................ 11 4.1.2.3 智能循迹小车电机驱动电路的选择 ........................................................ 11 4.1.2.4 智能小车循迹模块的选择 ........................................................................ 11

4.1.3 模块设计 ............................................................................................................... 12

4.1.3.1电机驱动模块电路 ..................................................................................... 12 4.1.3.2光电传感器模块 ......................................................................................... 13

4.2 软件设计 ...................................................................................................................... 15 4.2.1程序流程图 ............................................................................................................ 16 4.2.2实现主要代码 ........................................................................................................ 17 5 实验结果 ............................................................................................................................. 18 5.1设计实现 ....................................................................................................................... 18 5.2出现的问题和解决的方法 ........................................................................................... 19 5.3电路实物图展示： ....................................................................................................... 19 6 结束语 ................................................................................................................................. 20 7.参考文献 .............................................................................................................................. 20

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1引言

随着控制技术及计算机技术的发展，寻迹小车系统将在未来工业生产和日常生活中扮演重要的角色。本文所述小车寻迹系统采用红外反射式光电管识别路径上的黑线，并以最短的时间完成寻迹。采用一定的算法使得小车在直道上加速行驶，在弯道又可以减速转弯。为了使小车快速、平稳地行驶，系统必须把路径识别、相应的转向电机控制以及直流驱动电机控制准确地结合在一起。

自动寻轨小车的工作原理是以单片机为控制核心的一阶闭环控制系统。在实验室条件下，在一张白纸上用黑色胶纸制出机器车预先设定的运行轨迹。由于本次采用的前端传感器具有识别黑、白颜色的能力。因此，由前端光电传感器，单片机和驱动单元共同作用，保证小车能够在预先设定的轨迹上行驶。

2 需求分析

2.1 智能循迹小车概述

智能循迹小车又被称为Automated Guided Vehicle，简称AGV，是二十世纪五十年代研发出来的新型智能搬运机器人。智能循迹小车是指装备如电磁，光学或其他自动导引装置，可以沿设定的引导路径行驶，安全的运输车。工业应用中采用充电蓄电池为主要的动力来源，可通过电脑程序来控制其选择运动轨迹以及其它动作，也可把电磁轨道黏贴在地板上来确定其行进路线，无人搬运车通过电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作，无需驾驶员操作，将货物或物料自动从起始点运送到目的地。

AGV的另一个特点是高度自动化和高智能化，可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变行驶路径，而且改变运行路径的费用与传统的输送带和传送线相比非常低廉。AGV小车一般配有装卸机构，可与其它物流设备自动接口，实现货物装卸与搬运的全自动化过程。此外，AGV小车依靠蓄电池提供动力，还有清洁生产、运行过程中无噪音、无污染的特点，可用在工作环境清洁的地方。

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2.2 循迹小车的发展历程回顾

随着社会的不断发展，科学技术水平的不断提高，人们希望创造出一种来代替人来做一些非常危险，或者要求精度很高等其他事情的工具，于是就诞生了机器人这门学科。世界上诞生第一台机器人诞生于1959年，至今已有50多年的历史，机器人技术也取得了飞速的发展和进步，现已发展成一门包含：机械、电子、计算机、自动控制、信号处理，传感器等多学科为一体的性尖端技术。循迹小车共历了三代技术创新变革：

第一代循迹小车是可编程的示教再现型，不装载任何传感器，只是采用简单的开关控制，通过编程来设置循迹小车的路径与运动参数，在工作过程中，不能根据环境的变化而改变自身的运动轨迹。

支持离线编程的第二代循迹小车具有一定感知和适应环境的能力，这类循迹小车装有简单的传感器，可以感觉到自身的的运动位置，速度等其他物理量，电路是一个闭环反馈的控制系统，能适应一定的外部环境变化。

第三代循迹小车是智能的，目前在研究和发展阶段，以多种外部传感器构成感官系统，通过采集外部的环境信息，精确地描述外部环境的变化。智能循迹小车，能独立完成任务，有其自身的知识基础，多信息处理系统，在结构化或半结构化的工作环境中，根据环境变化作出决策，有一定的适应能力，自我学习能力和自我组织的能力。为了让循迹小车能独立工作，一方面应具有较高的智慧和更广泛的应用，研究各种新机传感器，另一方面，也掌握多个多类传感器信息融合的技术，这样循迹小车可以更准确，更全面的获得所处环境的信息[1]。

2.3智能循迹小车的应用

智能循迹小车发展历史及主要应用场所如下： (1)仓储业

1954年，来自美国南卡罗来纳州的Mercury Motor Freight公司成为第一批把AGV小车的应用到仓库的使用者，来实现出入库货物的自动处理。至今世界上有超过2100个厂家把大约2万台大型或小型的AGV小车应用到自己的仓库中。中国的海尔集团在2000年把9台AGV小车投产到了自己的仓库区，形成一个灵活的AGV自动数据库处理系统，轻松地完成了每天至少33500的储存和装卸货

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