（优秀毕业全套设计）智能清障小车设计（整套下载）

图超声波接收和发射电路图方案二采用型光电对管。

是种体化反射型光电探测器，其发射器是个砷化镓红外发光二极管，而接收器是个高灵敏度，硅平面光电三极管。

主要应用在游戏机复印机和办公自动化等设备中。

其优点是体积小结构紧凑较高灵敏度。

其缺点是测距有限，只有，受外界光线影响较大。

电路框图如图所示，相对于超声波测距电路，该方案使用电路简单，编程也容易。

图型光电对管电路框图方案三采用点触开关。

点触式开关是种通过触碰开关就能接通，松手就断开的简易开关。

优点是结构简单价格低廉无需程序控制。

唯缺点是需要触碰控制，即控制距离近。

在电路中只需将开关端接单片机，另端根据需要的反馈信号接在高或低电平上，电路框图如图所示。

图点触开关电路框图综合三个方案的优缺点，考虑本系统设计需要高精度，对测距无要求，决定采用方案三。

运动单元方案论证方案采用步进电机，配合驱动芯片组合。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的电机。

在非超载的情况下，电机的转速停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，只要施加合适的脉冲序列，电机就按照人为预定的速度或方向进行转动。

但是软件程序的编写较直流电机稍显复杂，驱动芯片的硬件电路复杂，且步进电机的价格昂贵，如电路框图所示。

图步进电机组合电路图方案二采用直流电机，配合驱动芯片组合。

直流电动机是将直流电能转换成机械能的旋转电机。

通过驱动芯片控制电机的转向与转速，硬件电路简单，如电路框图所示，个芯片就能控制两个电机的运动，且不需要外接电路。

但容易受到外部因素干扰，影响稳定的转速和转矩输出。

图直流电机组合电路框图综合上述两种方案的优缺点，鉴于本系统设计体积较小，自身重量较轻，对电机输出功率要求不高，故采用方案二。

循迹单元方案论证方案用光敏电阻组成光敏探测器。

光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的种阻值随入射光强弱而改变的电阻器，入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

在本课题中，当光线照射到白线上面时，光线发生强烈反射，光线照射到黑线上面时，光线反射较弱，利用光敏电阻在白线和黑线上的不同阻值，通过比较器将阻值转变成电信号反馈给单片机就能实现寻迹功能。

此方案的优点是光敏电阻价格低廉，技术成熟。

但光敏电阻受外界光照影响很大，不能稳定的工作，电路框图如所示。

图光敏电阻电路框图方案二用红外发射管和接收管制作的光电传感器。

红外对管是红外线发射管与红外线接收管配合在起使用时候的总称。

红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的红外线则表示是白线，若接收不到发射管发出的红外线则表示是黑线，通过比较器转换信号，继而向单片机反馈高低电平。

这样的传感器基本能满足要求，但其工作不稳定，容易受外界光线的影响，因此每次工作前必须根据传感器的反馈电压来调整比较器的比较电压范围，电路框图如所示。

图红外对管电路框图方案三采用型光电对管。

是种体化反射型光电探测器，其发射器是个砷化镓红外发光二极管，而接收器是个高灵敏度，硅平面光电三极管。

主要应用在游戏机复印机和办公自动化等设备中。

其优点是体积小结构紧凑较高灵敏度。

其缺点是测距有限，只有。

电路框图如图所示，该方案使用电路简单，编程也容易。

综合比较三种方案，根据制作的难以程度等因素，我们最终采用方案三。

.系统最终方案经过反复论证，我们最终确定了如下方案车体用购买的金属材料四轮驱动小车。

电动机械手作为清障工具。

采用点触开关监测路面障碍。

采用单片机作为主控制器。

通过双电源为系统供电稳压电源方面为电机供电，另方面经降压后为舵机以外的其它模块供电干电池直接供舵机使用。

作为直流电机的驱动芯片。

采用型光电对管进行路面信息采集。

系统的结构框图如图所示。

图系统结构图第章智能清障小车硬件设计.系统硬件电路介绍本课题设计的智能小车硬件系统主要包括机械和电气两部分，机械部分主要有障碍物监测模块和障碍物清理模块电气部分主要有单片机最小系统供电模块寻迹模块直流电机驱动模块。

障碍物监测模块顾名思义，就是实时进行黑线上障碍物的监测工作，主要通过点触开关结合图中第部分的电路，实现该模块监测障碍物的功能障碍物清除模块主要通过舵机驱动的机械手清除障碍物单片机最小系统相当于“大脑”，是整个电路的控制核心供电模块为整个系统提供电源寻迹模块相当于“眼睛”，为小车寻找道路上的黑线直流电机驱动模块相当于“脚”，控制小车的进退与转向。

图系统电路原理图.单片机最小系统.供电单元.寻迹单元.直流电机驱动模块.监测障碍物模块.障碍物监测模块介绍通过方案论证，系统最终确定采用点触开关作为障碍物检测传感器，小车在黑线上行驶的过程中，通过点触开关的开闭状态判断道路上是否有障碍物，障碍物监测电路如图所示。

点触开关闭合时，检测指示灯发光，此时引脚为低电平，触发了单片机的外部中断，从而控制机械手工作断开时，检测指示灯不发光，引脚为高电平，不能触发外部中断，表明黑线上无障碍物，机械手不工作。

图障碍物监测电路点触开关的安装位置如图所示，当障碍物进入夹持器并触碰开关后，就能触发单片机的中断，使整个系统停止当前切动作，进入中断执行清除障碍物程序。

若点触开关的安装位置太靠前，则触发中断的时候障碍物还未进入夹持器，机械手就开始动作，无法实现清障功能若点触开关安装太靠后，即触头不在夹持器范围内，这样导致点触开关始终处于断开状态，障碍物监测模块和障碍物清理模块都无法正常工作。

图点触开关安装位置.障碍物清理模块介绍机械手介绍电动机械手是种利用电机驱动并能夹持物体的机构。

考虑到本课题设计的模型体积小重量轻，且机械手安装于车体头部，为了防止车体前后不稳，机械手重量不能太大，故机械手材料采用优质工程塑料制作，抓取的物体最大直径为，夹持器张开后长度为，闭合后长度为。

本设计清障的方案是第步，障碍物监测模块发现障碍物第二步，机械手加紧障碍物第三步，小车向黑线外运动，将障碍物推出黑线，此时松开机械手，小车回到黑线继续运动清障过程详细参见图图图。

整个过程只是通过机械手夹住障碍物，而不是仅仅通过机械手就达到清障目的，故设计中的机械手只起到夹持物体作用，对其要求只有夹持器范围，夹持力并无要求，只要夹住便可，设计模型使用的机械手见图。

机械手控制电路介绍本课题设计的机械手通过个舵机驱动，控制电路如图红圈中所示，所使用的单片机先接上拉电阻，然后直接与舵机的信号线连接即可。

由于单片机口提供的电流有限，无法驱动机械手使用的舵机，所以通过上拉电阻，为舵机提供足够大的驱动电流。

图舵机控制电路舵机电路虽然简单，但编程还是比较复杂的。

舵机必须通过信号控制，具体的数据如图所示，舵机的控制信号是周期的脉宽调制信号，其中脉冲宽度为，相对应舵盘的位置为度，呈线性变化，也就是说，给它提供定的脉宽，它的输出轴就会保持在个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供另外个宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的位置上，详细参见表。

值得注意的是舵机的响应时间对于控制非常重要，方面可以通过修改周期获得，另方面也可以通过机械方式，利用舵机的输出转距余量，将角度进行放大，加快舵机响应速度。

图舵机工作信号表舵机角度控制表.单片机最小系统介绍单片机最小系统由复位电路时钟电路组成，单片机最小系统电路如图所示。

复位是单片机的初始化操作，其主要功能是使单片机从单元开始执行程序，除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为使单片机正常工作，也可以通过复位以重新启动。

复位操作有上电自动复位按键电平复位外部脉冲复位和自动复位四种方式，该最小系统采用上电自动复位方式，使复位端经电容与电源接通而实现。

时钟电路相当于“心脏”，为单片机提供时钟电平，所需晶振为。

图单片机最小系统单片机简介是美国公司生产的低功耗高性能位单片机。

器件采用公司的高密度非易失性存储技术生产，兼容标准指令系统及引脚。

它集程序存储器既可在线编程也可用传统方法进行编程。

单片机的功能强价位低，适用于许多高性价比的场合，可灵活应用于各种控制领域。

.主要性能参数与产品指令系统完全兼容字节在系统编程闪速存储器的电压工作范围全静态工作模式字节内部个可编程口线个位定时计数器，可通过编程实现种工作方式个具有个中断源个优先级的中断潜嵌套结构中断可从空闲模式唤醒系统看门狗及双数据指针灵活的在系统编程字节或页写模式.所使用引脚功能接电压接地接外部晶振的个引脚，在单片机的内部，它是个反相放大器的输入端，此反相放大器构成了片内振荡器接外部晶体的另个引脚，在单片机的内部，它是反相放大器的输出端，输入到内部时钟发生器。

当使用外部振荡器时，接地，接收振荡器信号位准双向口，内部含有上拉电阻位准双向口，具有内部上拉电路位准双向口，具有内部上拉电路，它还提供特殊功能，包括串行通信外部中断控制计时计数控制及外部随机存储器内容的读取或写入控制等功能复位输入信号，高电平有效。

在振荡器工作时，在上作用两个周期以上的高电平，便可复位器件片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。

当接地时，只执行片外存储器中的程序当接时，首先执行片内程序存储器中的程序，然后自动转向执行片外程序存储器中的程序单片机使用资源规划单片机具有比较强大的系统资源，系统电路在设计时充分利用了它的自身特性，并进行合理的规划，详见表。

口具有普通口功能外，还有第二功能，如定时器中断等，所以般不用，除非需要使用它的第二功能口内部无上拉电阻，需外加上拉电阻才能输出高电平，在电路中未加上拉电阻，因而不用口口和口作为普通口，可任意使用。

表单片机资源分配表系统资源类型用途备注看门狗防止系统跑飞定时器定时喂狗外部中断监测障碍物输入.控制小车左侧电机转向输出.控制小车右侧电机转向输出.控制小车左侧电机转速输出.控制小车右侧电机转速输出.控制舵机运动输出.监测黑线，反馈左微动信号输入.监测黑线，反馈左转信号输入.监测黑线，反馈右微动信号输入.监测黑线，反馈右转信号输入.供电模块介绍供电模块为系统的控制机构执行机构传感器等模块提供可靠的工作电压。

该模型采用两个独立电源对整个系统供电，即稳压直流电源部分对四个直流电机及驱动模块供电，另部分经过降压到，分别对单片机最小系统寻迹模块供电，另干电池电源单独对舵机供电，两电源共地连接。

供电模块电路设计如图所示，电路中的两个电容主要用于滤波，以滤除直流电源中不需要的交流成分，使直流电平滑，同时滤除高频交流电。

图稳压直流电源转换电路.寻迹模块介绍寻迹是指小车在白色地面上总是循着黑线行走。

该功能通过型光电对管对黑线进行识别而实现，即利用发光二极管在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，当可见光遇到白色地面时发生漫反射，反射光使安装于小车上的光电三极管导通并通过比较器反馈高低电平给单片机，当遇到黑线，可见光线则被吸收，光电三极管接收不到光线而无法导通，单片机根据是否收到反馈电平为依据来确定小车的行走路线，从而实现小车的寻迹功能。