智能避障小車畢業設計論文(已修改)

　

【正文】 河南科技大學本科畢業設計（論文）智能避障機器人設計與研究（硬件）摘 要在科學探索和緊急搶險中經常會遇到對一些危險或人類不能直接到達的地域的探測，這些就需要用機器人來完成。而機器人在復雜地形中行進時自動避障是一項必不可少也是最基本的功能。因此，自動避障系統的研發就應運而生。自動避障機器人就是基于這一系統開發而成的。隨著科技的發展，對于未知空間和人類所不能直接到達的地域的探索逐步成為熱門，這就使機器人的自動避障有了重大的意義。自動避障機器人可以作為地域探索機器人和緊急搶險機器人的運動系統，讓機器人在行進中自動避過障礙物。本文提出了一種經濟實用的智能避障機器人系統設計方法，采用了小車底盤作為載體、直流電機作為執行元件、紅外傳感器作為檢測元件、STC89C52單片機作為主控芯片、L298N作為驅動芯片和穩壓電源芯片完成了檢測電路設計、主控電路設計、電機驅動電路設計、穩壓電路設計等硬件設計和制作，并對系統進行了仿真和綜合調試，解決了一系列的難題，成功實現了自動避障功能。關鍵詞：智能避障機器人，紅外傳感器，單片機，L298N，PWM調速THE DESIGN AND STUDY OF INTELLIGENT OBSTACLE AVOIDANCE ROBOT(HARDWARE)ABSTRACTIn scientific exploration and emergency rescue often encounter some danger or human can not directly reach the area of detection, these will need to use the robot to plete. The robot39。s automatic obstacle avoidance movement in plex terrain is an essential and most basic function. Therefore, the automatic obstacle avoidance system development is made. Automatic obstacle avoidance robot development based on this system is made of. With the development of technology for the unknown space and mankind can not be directly accessible to gradually bee a hot area of exploration, which makes the automatic obstacle avoidance robot has great significance. Automatic obstacle avoidance robot can serve as a regional exploration and emergency rescue robot system that allows robots to automatically avoid obstacles in the road. This paper presents an economical and practical design of intelligent obstacle avoidance robot system, using the car chassis as the carrier, the DC motor as the actuator, infrared sensors as detection devices, STC89C52 microcontroller as the main chip, L298N as the driver chip and regulated power supply chip to plete the detection circuit design, master control circuit design, motor driver circuit design, voltage regulator circuit design of hardware design and production. A lot of simulation and integrated debugging have been done to the system and a series of problems have been solved. Finally, the automatic obstacle avoidance function is acplished successfully. KEY WORDS：Intelligent obstacle avoidance robot, infrared sensor, MCU,L298N, PWMspeedadjusting9目　錄 前　言 1第1章 系統總體方案設計 4167。 系統任務描述 4167。 控制系統要求 4167。 方案設計與論證 4167。 機器人載體選擇 4167。 主控制器選擇 5167。 傳感器選擇 5167。 電機驅動選擇 6167。 穩壓電源選擇 7167。 智能小車最終方案 7167。 系統總體設計 8167。 系統組成 8167。 系統工作原理 8167。 本章小結 9第2章 硬件設計 10167。 主控電路設計 10167。 STC89C52單片機硬件結構簡介 10167。 最小應用系統設計 12167。 電機驅動電路的設計 15167。 智能小車驅動電機的要求 15167。 直流電機調速原理 16167。 L298N電機驅動原理 17167。 障礙物檢測電路設計 22167。 報警電路設計 23167。 穩壓電源電路設計 24167。 系統整體電路設計 25167。 本章小結 26第3章 軟件設計簡介 27167。 主程序模塊 27167。 程序控制設計 27167。 主程序流程圖 27167。 初始化模塊 29167。 延時模塊 29167。 中斷模塊 29167。 報警模塊 29167。 驅動模塊 29167。 本章小結 30第4章 系統的安裝與調試 31167。 安裝步驟 31167。 系統調試 31167。 硬件調試 31167。 軟件調試 32167。 聯合調試 32167。 本章小結 32結　論 33參考文獻 34致　謝 35附　錄 36前　言1. 設計的依據與意義機器人作為人類的新型生產工具，在減輕勞動強度，提高生產率，改變生產模式，把人從危險、惡劣、繁重的工作環境下解放出來等方面，顯示出極大的優越性。機器人的應用越來越廣泛，幾乎滲透到所有領域。移動機器人是機器人學的一個重要分支，而自主式移動機器人是智能程度最高的機器人，是移動機器人的重要發展方向。在科學探索和緊急搶險中經常會遇到對與一些危險或人類不能直接到達的地域的探測，這些就需要用機器人來完成。而在機器人在復雜地形中行進時自動避障是一項必不可少也是最基本的功能。因此，自動避障系統的研發就應運而生。本設計的智能避障機器人就是基于這一系統開發而成的。安全避障具體的實現方法有很多種，主要有超聲避障、視覺避障、紅外傳感器、激光避障、接近覺傳感器、微波雷達等避障方法。隨著計算機、智能控制、傳感器技術、信息技術、單片機技術等的進一步發展，人們對機器人性能的要求也越來越高。智能機器人可以在“了解＂周圍環境的情況下自己進行邏輯判斷和分析，在無人控制的情況下，自主完成任務。機器人在完成任務的過程中面臨著如何去檢測路面上的障礙物并選擇最佳的路徑繞開障礙物的問題，即移動機器人的避障問題。對避障的研究具有十分重要的現實意義，為交通運輸業帶來巨大的變革，也為車輛的自主導航和無人駕駛車輛的實現提供了重要技術。2. 國內外同類設計的概況綜述1962年第一臺工業機器人Unimate在美國通用汽車公司投入使用，標志著第一代機器人的誕生。現代機器人從誕生到現在，已經發展到了第三代。第一代機器人主要指以“示教一再現”方式工作的機器人。示教內容為機器人操作機構的空間軌跡、作業條件、作業順序等。第二代機器人具有一定的感覺裝置，能獲取作業環境操作對象的簡單信息，通過計算機分析處理后，由機器人做一定的推理，對動作進行反饋控制，表現出低級的智能。第三代機器人是指具有高度適應性和自主決策能力的機器人，它具有復雜的感知和檢測功能，可進行復雜的邏輯判斷、自主規劃和決策，在作業環境中獨行動。在國外，研究工作有：（1）室外幾種典型應用的移動機器人：由美國NASA資助研制的“丹蒂II”八足行走機器人，是一個能提供對高移動性機器人運動的了解和遠程機器人探險的行走機器人。美國NASA研制的火星探測機器人索杰那于1997年登上火星，這一事件向全世界進行了報道。德國研制了一種輪椅機器人，并在烏爾姆市中心車站的客流高峰期的環境和1998年漢諾威工業商品博覽會的展覽大廳環境中進行了實地現場表演。（2）高完整性機器人。意指機器人在工作時一定是正確的，并不一定要連續工作。（3）遙控移動機器人。（4）環境與機器人集成。像人需要道路、交通信號燈等一樣，機器人為了在一個動態變化的環境中行動，也同樣需要基礎設施。（5）生態機器人學（生物機器人學）。（6）多機器人系統。主要是獲取機器人團隊協調和控制技術，并將其應用于戰略重要情況。在國內，對移動機器人的研究起步較晚，主要的研究工作有：（1）清華大學智能移動機器人于1994年通過鑒定。（2）中國科學院沈陽自動化研究所的AGV和防暴機器人。（3）哈工大機器人技術有限公司開發研制成功了我國第一臺智能型服務機器人。采用了先進的傳感系統（CCD攝像機、紅外、紅外等），智能水平很高，機器人帶有的視覺系統、語音系統和運動系統使其言行舉止更像人。（4）2003年1月，中科院自動化所成功研制開發了集多種傳感器、視覺、語音識別與會話功能于一體的智能移動機器人。基本結構由傳感器、控制器和運動機構構成。綜上所述，移動機器人技術已經取得了很多可喜的進展，研究成果令人鼓舞，但還遠未達到實用要求。隨著傳感技術、智能技術和計算機技術等的不斷提高，智能移動機器人一定能夠在生產和生活中某種程度上扮演人的角色。3. 課題設計的內容智能機器人是集計算機技術、智能控制、傳感器、電子學、檢測等技術于一體的機器人。智能機器人的研究是目前科學領域的重要研究課題之一，智能機器人各方面性能的提高更是現在研究的熱點。智能機器人能夠通過傳感器來感知外面的環境，并可以進行動態決策的特性正是智能機器人性能的一個重要體現。本課題主要內容是利用STC89C52RC單片機設計一個簡易智能機器人的運動控制系統、感知系統，并從硬件上予以實現。本課題的研究主要包括以下主要內容：首先，利用傳感器對移動機器人周圍障礙物進行探測，并及時傳輸給單片機；其次，確定移動機器人的避障方法及其控制算法；最后，實物進行試驗，實現移動機器人的實時避障。研究開發出一套簡易智智能避障機器人，要實現的主要目標有：(1) 利用STC89C52RC單片機設計出智能機器人的硬件系統。(2) 進行系統設計方案的論證和總體設計。(3) 進行系統的硬件設計和軟件設計。(4) 完成硬件電路板的PCB設計和調試。第1章 系統總體方案設計167。 系統任務描述該系統的任務就是讓移動機器人在行進的過程中，能夠自動檢測存在的障礙物、并且采取有效的避障措施。167。 控制系統要求該控制系統要滿足以下幾點要求：(1) 能對車體四周的環境進行探測以獲得障礙物的存在情況。(2) 實時性要求。(3) 交互功能。主要是設定小車正常行進、轉彎時驅動電機的速度；初始化系統時的一些參數設定。 (4) 驅動電機穩速運行要求。(5) 控制系統工作可靠、耐用，抗干擾能力強。167。 方案設計與論證167。 機器人載體選擇由于水平有限無法制作出雙足行走機器人，因此本設計選擇小車作為智能避障機器人的載體。方案一：自己設計制作車架自己制作小車底盤，用兩個直流減速電機作為主動輪，利用兩電機的轉速差完成直行、左轉、右轉、左后轉、右后轉、倒車等動作。減速電機扭矩大，轉速較慢，易于控制和調速，符合避障小車的要求。而且自己制作小車框架，可以根據電路板及傳感器安裝需求設計空間，使得車體美觀緊湊。但自己制作小車設計制作周期較長，且費用較高。 方案二：購買玩具電動車玩具電動車價格低廉，有完整的驅動、傳動和控制單元，其中傳動裝置是本設計所需的，縮短了開發周期。但玩具電動車采用普通直流電機驅動，帶負載能力差，調速方面對程序要求較高。同時，玩具電動車轉向依靠前輪電機帶動前輪轉向完成，精度低。綜合考慮到制作周期和精度問題，最終選擇了在淘寶購買小車車體零部件自己組裝。這樣不僅精度有保障，也增加了設計的靈活性。167。 主控制器選擇處理器可以選擇采用DSP或51單片機，DSP適合用于控制電機，功能強大。51單片機應用廣泛，能滿足一般控制的需要。由于對51單片機比較熟練，價格便宜，而DSP控制相對而言復雜，故采用51單片機。市場上流通很多種類的單片機，在一般性能上都可以達到要求，例如AT89C5AT89C52等都可以用于控制小車，唯一缺點在于不能在線下載，造成了不便的煩惱，下載器，AT系列單片機價錢比較貴，不利于小資本實驗。而STC系列單片機價錢容易接受，可以在線下載，下載器也比較容易購買到，方便攜帶應用。故本設計采用STC89C52作為該智能小車控制模塊的核心，通過STC89C52利用程序來精確控制小車的運動，從而實現對小車的自動控制，在對于智能小車的控