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摘 要

目前，各式各样的服务机器人越来越多应用于人们的生活中，极大地提高和改善了人们的生活质量。本文设计出一种定时扫地的智能避障小车，该小车以STC89C51单片机作为核心控制器，还包括电机驱动模块，红外传感器模块，风扇驱动模块和电源模块。传感器检测模块通过红外光电装置对前方障碍物进行检测；核心控制器采集传感器模块所获取的信息并进行处理。小车使用双电机驱动，以提高整车运动的平稳性，其电机驱动模块由L293D驱动电路完成。

关键词：STC89C51单片机，红外传感器，避障，扫地，智能小车

Abstract:Today, various ministrant robots have been applied go people"s lives, greatly improving people"s equality of life.This time, we designed a smart obstacle avoidance trolley with regular sweeping. The car uses STC89C51 single-chip microcomputer as the core controller,also includes motor drive module, infrared sensor module, fan drive module and power supply module. The sensor detection module detects the obstacles ahead through infrared photoelectric devices. The core controller collects the information acquired by the sensor module and processes it.The trolley uses a dual motor drive to improve the smoothness of the vehicle"s motion. The motor drive module is completed by the L293D drive circuit.

Keywords: STC89C51 single chip computer, infrared sensor, obstacle avoidance, sweeping floor, intelligent car

目录

1 前言 3

1.1研究课题的目的和意义 3

1.2 国内外研究现状 3

2 系统设计方案比较与论证 4

2.1 总体方案设计 4

2.2 控制核心模块的选择方案论证 5

2.3 主电路板的方案论证 6

2.4 电机驱动模块的方案论证 6

2.5 车架选择的方案论证 7

2.6 最终方案选择 7

2.7 本章小结 7

3 控制系统硬件电路设计 8

3.1 STC89c51单片机 8

3.2 晶振电路设计 9

3.3 复位电路设计 9

3.4 电源电路设计 10

3.5 电机驱动电路设计 11

3.6 蜂鸣器电路设计 12

3.7 硬件电路连接效果 12

3.8 本章小结 14

4 软件设计 14

4.1 程序流程图 14

4.2 软件调试 15

4.3本章小结 16

5 系统调试和测试 16

5.1 无障碍物小车运行调试 16

5.2 左侧有障碍物小车运行调试 17

5.3 右侧有障碍物小车运行调试 18

结论 20

参考文献 21

致谢 22

附录 23

1 前言

随着21世纪的到来科学技术的发展步入了一个高速发展的阶段，智能化也普及了各个领域。汽车作为21世纪最为热门的交通工具，其在全球的使用率达到一个较高的水平，为了满足人们的需求，汽车在产量、种类上的剧增以及行驶速度的大大提升，然而由此带来了很多问题，比如说交通拥堵、交通事故、环境污染以及能源浪费^[1]。在经济和科技高速发展的今天，数据化、自动化、智能化已经成为科学技术发展的主力军，我们国家进几年对于自主科技的创新力度更是越来越大，在自己掌握科技才是硬道理的今天，我们青年人更要努力学习先进技术，不断创新和奋斗。

1.1研究课题的目的和意义

通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测障碍、寻线和电机驱动等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹以及避障。在此过程中，加深对控制理论的理解和认识。

从对红外线、电机驱动和光电开关在智能小车上的应用，可以进一步研发，将红外线技术应用到现实中的车辆上，比如红外线倒车警报系统、红外车辆防盗系统等等很多方面都可以利用。

智能控制小车模拟机器人的运作，可以通过自己的动手排除故障，更加可以给学生一个实践操作的空间，加强学生的动手能力和思维能力。

在制作的产品中，发现一些比较符合实际应用的玩具，而且成本低廉，能够运用实际生产并且有一定的新颖度，有一定的社会需求。在制作中提高自身对社会需求方向的灵敏度，发现商机，为自己在以后实现创业这个宏伟的目标中打下一个坚实的基础。

1.2 国内外研究现状

智能汽车是一种正在研制的，集成了智能控制器，执行器和多种传感器的高科技

新型汽车。智能汽车的发展根据国际的标准可以分为两个阶段，第一个阶段是辅助驾驶阶段，第二个阶段是无人驾驶阶段^[2]。

图1-1 谷歌无人驾驶汽车

辅助驾驶阶段经过多年的发展现在已经基本成熟，辅助驾驶是指驾驶员通过汽车上安装的辅助驾驶设备来控制汽车，常见的辅助驾驶系统有车道保持辅助系统、自动泊车辅助系统、刹车辅助系统、倒车辅助系统和行车辅助系统^[2]。其中较为常见的就是倒车辅助系统(Parking Assist System)，倒车辅助系统，通常是用显示器以图片的形式告知驾驶员汽车和障碍物的相对位置，消除驾驶员观察不到的视野盲区，从而为驾驶者倒车泊车提供方便，消除安全隐患。除了倒车辅助系统之外GPS定位系统是最广为人知的行车辅助驾驶系统，GPS又称为全球定位系统（Global Positioning System GPS），是美国从20世纪70年代开始研制，于1994年全面建成，具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统^[3]。自动驾驶系统的运用主要体现在无人驾驶汽车上，近年来关于无人汽车的研究屡见不鲜，目前在社会也已经出现了几款无人驾驶汽车，主要包括美国卡耐基梅隆大学的NavLab-5^[4]Boss智能车、谷歌公司的Google Driverless Car、意大利帕尔马大学的The ARGO vehicle^[6]等。图1-1是谷歌研制的无人驾驶汽车。

我此次的设计最终要求小车能在无人操作的条件下主要实现红外避障和定时除尘这两个功能。

2 系统设计方案比较与论证

2.1 总体方案设计

本设计的总体设计思路是由电源发送信号来启动并复位小车，通过单片机控制小车行驶、除尘、蜂鸣和调速。智能车使用双电机驱动，以提高整车运动的平稳性。在智能车进驶过程中，采用双极式H型PWM脉宽调制技术实现快速、平稳地的调速。该设计的智能小车可以分成如下几个模块：红外传感器模块、风扇驱动模块、电源模块和电机驱动模块。智能小车可以实现自动避障，定时除尘等。下面对几个比较主要的模块的方案进行选择和论证。

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