基于單片機的自動循跡小車設計

　　摘 要

　　近年來由于互聯網技術的飛速發展帶來了汽車行業的新時代.無人駕駛汽車也稱智能汽車,即不需要人為干預,通過事先編程好的程序進行相應的操作,實現預期的路徑效果的汽車.本次設計主要在原有的智能汽車基礎上加載了自動滅火的功能,以實現在發生火災這種高風險的情況下避免沒有人員傷亡的情況下實現滅火.

　　本次設計的自動循跡小車,利用各種傳感器原件,如紅外傳感器、循跡模塊、超聲波模塊、溫度傳感器等對外部信息進行采集再傳遞給單片機,單片機再解析反饋的內容下達指令給電機,從而驅動電機控制小車按照事先預定的軌道行駛從而在行駛的過程中實現循跡、避障、遙控以及滅火等功能.在火焰檢測傳感器檢測到火源時下達指令讓風扇轉動實現滅火.最后在完成滅火之后按照預定軌跡返回至初始點.

　　軟件方面采用C語言進行相關程序編程,將每一個模塊分別編寫再做匯總, 再對小車實物進行硬件調試,最終完成能夠實現預期功能的智能小車.

　　關鍵詞:單片機 避障 循跡 滅火

　　Abstract

　　In recent years, thanks to the rapid development of Internet technology, theautomobile industry has brought a new era. Driverless cars, also known as smart cars,do not require human intervention to achieve the desired path effect throughprogrammed procedures. This design mainly based on the original smart cars loadedthe function of automatic fire extinguishing, to realize in the case of a fire in the highrisk avoid under the condition of no casualties fire.

　　The design of automatic tracking car, use a variety of original sensor, such asinfrared sensor, tracking module, ultrasonic module, temperature sensor and externalinformation acquisition and passed to the single chip microcomputer and single chipmicrocomputer to parse the content of the feedback give orders to the motor, thusdriving drive motor control the car according to the predetermined orbit in advance soas to realize tracking in the process of moving, avoiding obstacle,remote control andfire fighting, and other functions. When the flame detection sensor detects the sourceof fire, the instructions are sent to the fan to turn the fire. At last, return to the originalpoint according to the predetermined trajectory after extinguishing the fire.

　　Software with C language programming, each module respectively do summary towrite again, again on the car physical hardware debugging, finishing can achieveexpected function of smart car.

　　Key words: single chip microcomputer; Obstacle avoidance; Black line tracking;Put out the fire

　　目錄

　　1 緒論.........................................................7

　　1.1 課題研究的歷史背景和影響....................................7

　　1.1.1 課題研究的歷史背景........................................7

　　1.1.2 課題研究的影響...........................................7

　　1.2 國內外智能汽車的發展情況....................................8

　　1.2.1 國內智能汽車的發展情況 ..................................8

　　1.2.2 國外智能汽車的發展情況 ..................................8

　　1.2.3 未來的研究方向 ..........................................8

　　1.3 論文主要內容..............................................9

　　2 設計任務和方案的確定.........................................10

　　2.1 設計的主要內容要求 .........................................10

　　2.2 總體方案設計 ...............................................10

　　2.3 各電子元件以及模塊部件的選擇及特性 ...........................11

　　2.3.1 主控制模塊 .............................................11

　　2.3.2 電源模塊 ...............................................11

　　2.3.3 循跡模塊 ...............................................11

　　2.3.4 避障模塊 ...............................................11

　　2.3.5 電機模塊 ...............................................12

　　2.3.6 電機驅動模塊 ...........................................12

　　2.3.7 火焰檢測模塊 .........................................12

　　2.3.8 滅火模塊 ...............................................12

　　2.4 本章小結..................................................12

　　3 系統硬件電路的設計與實現......................................13

　　3.1單片機電路 .................................................13

　　3.2 循跡電路設計 ..............................................14

　　3.3避障電路設計 ................................................14

　　3.4滅火電路設計 ................................................15

　　3.5智能防撞報警電路設計 ........................................16

　　3.6 遙控電路設計 ...............................................16

　　3.7 電機驅動電路 ...............................................17

　　3.8 本章小結 ..................................................18

　　4 系統軟件設計與實現 ...........................................19

　　4.1 主控制程序流程圖 .............................................19

　　4.2 循跡程序流程圖 ...............................................20

　　4.3 避障程序流程圖 ...............................................21

　　4.4 報警程序流程圖 ...............................................22

　　4.5 電機驅動模塊程序流程圖 .......................................24

　　4.6 本章小結 .....................................................25

　　5 系統調試........................................................26

　　5.1 軟件調試 .....................................................26

　　5.2 硬件調試 .....................................................26

　　5.2.1循跡模塊測試 ............................................26

　　5.2.2 電源模塊調試 ...........................................26

　　5.2.3 紅外避障模塊調試 .......................................27

　　5.3 本章小結 .....................................................27

　　結 論.............................................................28

　　參考文獻..........................................................28

　　致 謝............................................................30

　　附錄1電路原理圖...................................................31

　　附錄2 底板PCB圖....................................................33

　　附錄3 主板PCB圖....................................................34

　　附錄4 硬件實物圖....................................................35

　　附錄5 元件清單.....................................................36

　　附錄6 部分功能子程序................................................38

　　1 緒論

　　1.1 課題研究的歷史背景和影響

　　1.1.1 課題研究的歷史背景

　　由于人們缺乏相關的消防意識導致火災現象時有發生.尤其在最近幾年科學技術的飛速 發展,高層建筑逐漸增多,再加上人們消防意識的匱乏,火災安全隱患時刻存在.由于高層建筑的特殊結構,消防員很難在第一時間趕到火源的位置進行滅火.同時消防員在現場滅火時,由于潛在的易燃易爆物品會導致爆炸產生沖擊波從而危及消防員的生命,媒體上也常常報道消防員因公殉職的事跡.另外隨著人工智能浪潮的席卷,無人汽車的 技術支持越來越成熟,另外人口的增長加上人們生活質量的提高加上出行的頻繁.無人車的需求日益高漲,再加上傳統人為駕駛汽車的局限性和危險性,像交通事故造成的人員傷亡每年也時有報道.所以越早遏制住火災的發生顯得尤為重要.但是我國對此類智能消防循跡小車的研究才剛剛起步,在技術和實踐方面還不夠成熟[1].對于很多高�；馂默F場,例如化工廠,易燃易爆的生產廠房乃至加油站,這些地方的消防工作對消防員的生命安全威脅極大,所以智能循跡小車的消防功能研究顯得尤其突出.

　　為了能夠在求援的黃金時間求出火災中的受害者,無人小車的小巧性可以避免在前往始發途中突發的交通堵塞問題,從而能夠在第一時間趕到事故現場,而隨著人工智能元年的到來,人工智能技術的日趨成熟使得智能小車即將成為現實.由于大數據時代的到來加上科技的發展,實時監控技術的完善也給小車的控制提供了強有力的保障.現在 類似的智能機器也已經逐漸走進人們的生活,常見的家里有清潔機器人和早教機器人,一些工廠也逐步用機器人來代替人工工作.當然為了保障智能小車順利高效的完成工作,如何準確的收集外部環境信息并加以分析就顯得格外重要.

　　1.1.2 課題研究的影響

　　由于大數據時代的到來,人工智能日趨成熟,無人車所具有的功能越來越豐富復雜,無人消防車的運用就可以有效取代消防員這樣的高危職業.然而,相比國外而言我國對無人車的領域研究開發還不夠成熟,在技術層面還比較落后.我國應該加強對智能科技無人駕駛領域的重視,從根本上提升自主科技水平,當災難發生時,能夠在黃金時間采取最佳的營救措施,同時保障消防員,武警等高危職業的人身安全,最大程度降低災后的損失,維護國家人民的財產和人身安全.

　　這篇論文研究的基于單片機的智能循跡小車應用十分廣泛,就滅火功能的實現就可以應用在消防領域,未來發展前景十分廣闊,對很多高危險職業來說是一次福音.智能小車其實本質上是一種智能機器人,它可以完成一些人類才能完成的工作.這次設計出來的智能循跡小車,不同于市面上的高級人工智能機器人,它在結構和電路方面都比較簡單,在未來此類滅火小車的不斷完善能夠有效的促進消防行業的進步.

　　現在,智能車在各個領域具有無限潛在的發展可能.類似飛機的無人駕駛技術也可以應用在日常家用汽車中,其中自動巡航,避障等功能還可以有效提高交通效率.在一些暴雨,暴雪天氣,交通事故很容易發生,但是通過超聲波或者紅外避障就能避免交通事故的發生.這些技術的發展都能夠有效提高人們的出行和生活質量.

　　1.2 國內外智能汽車的發展情況

　　1.2.1 國內智能汽車的發展情況

　　在上個世紀八十年代起我國對于智能汽車的研究才剛剛有了萌芽.在最開始的幾年由于我國還未改革開放外加技術的落后,相關科研進度還比較緩慢.后來國家出臺了相關政策措施促進了我國機器人研究的發展,如現在的家用機器人乃至百度人工智能小度都與之密不可分.這幾年,工廠采用機器人代替人工的措施也促進了相關工作生產的效率.由于機器人的科技進步加上成本的降低,人們對于它們代替簡單勞動的期望日益增加.

　　可以預料到隨著我國科技的不斷進步加上綜合國力的增強,我國在智能汽車領域也會越來越重視,并且會出臺有關政策促進智能車事業的發展.科技興國指日可待.

　　1.2.2 國外智能汽車的發展情況

　　國外對于無人車的研究比較早,最早可以上述到上個世紀五十年代美國一家公司于1954年自主研發出了世界上首臺自動循跡汽車系統AGVS(Automated Guided VehicleSystem).這個系統的本質其實就是無人駕駛技術.AGVS最初應用于公司內部材料、貨物的運輸.由于當時技術和需求的局限性并沒有深入的拓展功能和活動范圍,直到后來智能化的發展,此項技術開始廣泛應用于各個領域.

　　1.2.3 未來的研究方向

　　智能汽車綜合了車輛工程,人工智能,計算機科學與技術,機械及其自動化等多個專業和領域,同時這也是未來必然的發展趨勢.此次課題所設計的智能小車本質上就是智能汽車的概念映射.隨著圖像識別計算機技術和算法設計的不斷提高.智能汽車已成為未來汽車領域一個重要的分支,同時滅火功能的完善對于消防領域也有著重要的提升:

　　相信在不久的未來,智能汽車能夠克服復雜的環境因素,成為人們生活中的必需品.

　　1.3 論文主要內容

　　本次畢業設計智能循跡小車的關鍵就在于對于外部環境信息的收集和分析.本次設 計的智能小車配備有多個傳感器,這些傳感器可以對外部信息進行采集將結果傳給單片機,再由單片機發布相應的操作指令,簡言之這次設計的智能小車具備循跡,避障,遙控,滅火等功能,可以看成是一個智能消防車的微型縮影.這次小車的循跡功能主要是循跡黑線并且不脫離軌道.這次設計的黑線我采用了16毫米寬的黑色絕緣膠,通過對于 黑線的檢測改變電機的電壓進行差速轉向,從而實現設計本身的功能需求.通過單片機控制對各傳感器感應的信息進行分析和反饋,以此實現小車的循跡、避障和滅火等功能.論文分為以下五個章節:

　　第一章:緒論,本章詳細闡明了這次畢業設計課題的歷史和發展過程,簡要說明了國內外智能汽車的發展現狀和趨勢,并且展望了未來無人汽車的發展前景.

　　第二章:設計任務和方案的確定,本章節通過小車所要實現的相關功能提出對應的具體方案,同時確定各個零部件以及電子元件的選擇和優缺點分析.

　　第三章:系統硬件電路設計與實現,本節主要是闡述了各個模塊的電路原理圖和設 計思想.

　　第四章:系統軟件設計與實現,本章主要以流程圖的形式來表示各功能實現的原理過程.

　　第五章:系統調試,本章將硬件和軟件兩個部分分開敘述,同時簡述在最后小車焊接以后運行中所存在的問題及解決辦法.

　　在本文的最后,對此次設計進行總結.

　　…………由于本文篇幅較長,部分內容省略,詳細全文見文末附件

　　結 論

　　本次課程設計題目為"基于單片機的圖規劃智能循跡小車設計",小車以STC89C2為主控制單元對各個模塊傳感器的信息進行分析,并發布命令完成小車所要實現的功能.這 次畢業設計的未來前景是無人汽車.盡管無人汽車撞人的事情屢次發生,甚至在近一次美國的無人駕駛汽車撞到了一名行人并致其死亡.但人們對于無人汽車技術的向往依舊十分強烈.同時在本次設計的應用技術層面我們加上了滅火功能,這一功能應用本質上是模擬消防汽車.由于傳統消防汽車體積的問題導致很多特殊地點無法準確到達,導致救援的延誤.所以智能小車的研究拓展顯得尤為重要.

　　致 謝

　　經過×××老師的耐心指導和幫助外加上自己不懈地學習和努力,設計完成的智能循跡小車也已經能夠完成實現預期的功能.在做畢業設計的這幾個月內,×老師對于相關專業知識的掌握力和教學水平讓我很是收益.此外還要感謝飛思卡爾車隊的學弟們幫助我對小車進行了故障排除和軟硬件調試,在此表示深深的感激.經過這次畢業設計讓我重新認識了我的專業以及汽車專業和其他專業的交叉融合,相輔相成,同時也為我今后的考研,乃至工作提供的專業導向,是人生中不可或缺的一段經歷.

　　通過本此畢業設計,我收獲良多,尤其是在C語言上的理解要比以往更深一個層次,同時對單片機也有了一定的了解,當然在硬件調試時由于自身的一些原因出現了很多方面的問題,像電壓的選擇錯誤導致單片機無法正常工作等等,但是最后通過咨詢×老師和學弟們讓我順利的解決了存在的問題.最后由于自身專業水平有限,可能在本次設計中還存在有一些不對的地方,還希望各位老師能夠指出來加以點評.
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