摘 要

本次设计的课题为循迹智能小车的设计，运用了之前所学习的机械设计、机械原理、单片机原理、传感器原理与运用等相关的理论知识。智能小车技术已经应用到生活的各个方面，例如最近兴起的无人驾驶技术，智能吸尘器技术，仓库搬运技术，还有用于服务的机器人，有的领域甚至实现的无人化工作。本次设计的智能循迹小车主控制器是单片机，型号为80C51，循迹的传感器为色标传感器，型号为E18-F10NK ，它在进行路径探测方面应用极为广泛。色标传感器将检测到的数据传回单片机，单片机进行处理后，控制步进电机的转向与转速，从而控制智能循迹小车的行进方向和速度，以达到控制小车的行进状态的目的。此外，本循迹智能小车还配有机械手臂，可以在指定地点实现对目标的抓取，再配合智能循迹小车的行进，机械手臂的运动，从而实现对物体进行简单的搬运工作。整个系统分为多个模块，电源模块，提供小车运动动力的步进电机驱动模块，提供机械手运动动力的舵机驱动模块，提供路径信息的传感器模块，还有控制整个系统的单片机模块。整个系统的结构不复杂，相应比较可靠，并且还可以按后期需要相应增加或者删除模块，方便以后进行改进和扩展。达到了智能循迹小车必备的基本要求。

关键字： 单片机；C语言编程；循迹智能小车；色标传感器；机械手

Tracking smart car design literature review

wangjiale

(Nanjing Forestry University, institute of machinery and electronics Machinery and electronics engineering)

Abstract

The design of the topic for the tracking of the smart car design, the use of previously learned mechanical design, mechanical principles relevant theoretical knowledge, SCM principles, sensor principle and so on use. Smart car technology has been applied to all aspects of life, such as the recent rise of unmanned technology, intelligent vacuum cleaner technology, warehouse handling technology, as well as services for the robot, unmanned work even achieved some areas. The owners of small intelligent tracking controller design is a single chip, model 80C51, tracking sensor for the color sensors, model E18-F10NK, making it extremely broad application of path detection. Color sensors will detect the data back to the microcontroller, after a single-chip processing, control stepper motor steering and speed to control the direction of travel and speed intelligent tracking the car, in order to achieve the purpose of controlling the running state of the car. In addition, the tracking of the smart car is also equipped with a mechanical arm that can achieve the target of at designated locations crawl, together with travel, intelligent robot motion tracking car, in order to achieve the simple handling of objects work. The whole system is divided into multiple modules, power modules, providing sports car powered stepper motor driver module provides robotic motion power steering gear drive module, providing route information sensor module, as well as to control the entire system microcontroller module. Structure of the entire system is not complicated, corresponding more reliable, and also can require a corresponding increase in late or remove modules to improve and facilitate future expansion. Intelligent tracking car reached the necessary basic requirements.

Key words: MCU ;C language;Tracking smart car; Color sensors;Manipulator

1绪论 5

1.1引言 5

1.2智能小车研究的目的及意义 6

1.3国内外同类研究概况 7

1.3.1国外发展状况 7

1.3.2国内发展状况 8

2小车车体硬件设计 9

2.1前轮电机驱动模块设计 9

2.2传感器方案的选定 10

2.3机械手部分 12

2.3.1机械手整体图 12

2.3.2舵机 13

3硬件电路的搭建 15

3.1单片机最小系统模块 15

3.2舵机驱动模块 16

3.2.1舵机的工作原理示意图 16

3.3电源模块 18

3.4电机驱动模块 18

3.5传感器模块 22

4软件及算法设计 23

4.1软件设计系统主程序流程图 23

4.2小车运动逻辑 24

4.3主程序函数 24

4.4小车前进子程序模块 25

4.5小车左转子程序模块 26

4.6小车右转子程序模块 26

结 论 27

致 谢 28

参考文献 29

附录一 31

附录二 35

1绪论

1.1引言

现代科技发展极为迅速，尤其是汽车工业和自动控制技术的碰撞越发激烈，随着公路的增多，人们出行对行车要求越来越苛刻，交通事故造成的危害越来越为人关注，汽车智能化研究也越发火热起来^[1]。随着行车智能化的研究的深入，越来越多的领域因此受惠。不仅限于工业生产方面，生活方面也出现了不少智能小车技术的身影。家居智能打扫机器人，消防搜救，甚至应用到了医学方面。国家对智能机器人发展也极为重视，早在二十一世纪初就出台了《国家中长期科学和技术发展规划纲要》，并且在十一五规划中有所提及。

智能小车的设计工作涵盖诸多领域，机械方面的自不必说，机械设计，机械原理等一系列理论知识，它在电子方面的应用也甚为广泛，传感器的大量使用，大量信息的处理和控制，小车的自动驱动，自动控制，各种模式的识别，计算机技术等等^[2]。它是一个涉及多个学科的综合技术。这项技术已经问世很久，但对它始终难以形成一种统一的概念。一方面因为它太复杂，发展太快，应用太广，另一方面可能还是由于涉及到了智能这个概念^[3]。这种分歧不但存在于国家和国家之间，在我们自己国家内都难以形成一个清晰的界限划分。“机器人是一种自动化的机器,所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力,如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力,是一种具有高度灵活性的自动化机器。”这是我们国家对机器人的大致定义^[4]。至于分类，由于国际没有明确统一的划分，我国把机器人分为工业机器人和特种机器人。像机械手臂，自动化生产设备用等于工业生产的机器人被归为工业机器人一类。特种机器人则是在这类应用之外的机器人。比如上文提到的家居智能打扫机器人就属于特种机器人，此外应用与医疗领域的医疗机器人，消防领域的消防机器人，军事领域的机器人等。本次设计的智能循迹机器人则是属于特种机器人，上面配备的机械手则属于工业范畴。智能小车的实用化一直以来都是一个焦点问题，相信不久将来智能小车技术将会有突破性的进展，更实用可靠应变能力更强的智能车辆会普及开来，带给工业生产，人类生活更多方便^[5]。