基于传感器技术的自动避障循迹小车 - --本科毕业设计论文

毕业设计论文

基于传感器技术的自动避障循迹小车

目录

第一章 绪论 .......................................... 3 1.1 小车避障系统设计的意义 ................................................................................ 3 1.2 小车避障系统 .................................................................................................... 3

1.2.1 主控系统 .................................................................................................. 4 1.2.2 机械系统 .................................................................................................. 5 1.2.3 电机驱动模块 .......................................................................................... 5 1.2.4 传感器系统 .............................................................................................. 6 1.2.5 电源电路的选型 ...................................................................................... 7 1.2.6 里程检测模块 .......................................................................................... 7 1.2.7 显示模块 .................................................................................................. 8

第二章 主控制单元 ...................................... 9 2.1 整体构思 ............................................................................................................ 9 2.2 主控制部分 ........................................................................................................ 9

2.2.1 CPU介绍 ................................................................................................... 9 2.2.2 CPU功能 ................................................................................................. 12 2.2.3 CPU相关电路 ......................................................................................... 12 2.3 主程序设计 ...................................................................................................... 13

2.3.1 关于定时与计数器 ................................................................................ 13 2.3.2 程序 ........................................................................................................ 14

第3章 驱动单元 ....................................... 16 3.1 直流电机的驱动原理 ...................................................................................... 16 3.2 直流电机的驱动电路 ...................................................................................... 16 第4章 躲避障碍物单元 .................................. 18 4.1 避障传感器电路 .............................................................................................. 18

4.1.1 近距离避障传感器 ................................................................................ 18 4.1.2 远距离避障传感器 ................................................................................ 19 4.2 避障方法 .......................................................................................................... 20

1

4.2.1 前方有障碍物 ........................................................................................ 20 4.2.2 侧面有障碍物 ........................................................................................ 22 4.3 避障程序 .......................................................................................................... 23 第5章 显示单元 ....................................... 24 5.1 里程和时间显示 .............................................................................................. 24 5.2 显示模块硬件 .................................................................................................. 24

5.2.1 ZLG7289A介绍 ...................................................................................... 26 5.2.2 ZLG7289A串行接口 .............................................................................. 27 5.2.3 ZLG7289A控制指令 .............................................................................. 28

第6章 在系统编程 ..................................... 33 6.1在系统编程(ISP)介绍 ....................................................................................... 33 6.2 FLASH EPROM 存储器 .................................................................................. 33 6.3 ISP设计 ............................................................................................................. 34 6.4 单片机与PC机的连接 .................................................................................... 35

6.4.1 连接介绍 ................................................................................................ 35 6.4.2 MAX232概述 ......................................................................................... 36

结 论 ............................................ 38 致 谢 ............................................ 39 参考文献： ........................................... 40 附 录 .............................................. 41

2

第一章 绪论

1.1 小车避障系统设计的意义

自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。

随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。

机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。避障控制系统是基于自动导引小车（AVG—auto-guide vehicle）系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动避开障碍，选择正确的行进路线。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作。

1.2 小车避障系统

该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。基于上述要求，传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有PWM功能的单片机，这样可以实现精确调速；第二，可以由软件模拟PWM输出调制，需要占用单片机资源，难以精确调速，但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情况，本文选择第二种方案。CPU使用P89C51RA单片机，配合软件编程实现。还有显示部分通过软件可以显示行使时间和路程。

3