（定稿）智能清障小车设计（全套下载）

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。

综合考虑，采用方案二。

经上述两方案论证，本课题使用的车体如图所示。

图小车车体障碍物清理单元方案论证方案气动机械手气动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。

其主要特点是抓重可达几百斤以上传动平稳结构紧凑动作灵敏。

但对密封装置要求严格，不燃油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温低温下工作。

方案二电动机械手电动机械手即有特殊结构的感应电动机直流电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的机械手，因为不需要中间的转换机构，故其结构简单。

其中直线电机机械手的运动速度快，行程长，维护和使用方便。

但此类机械手目前还不多，资料方面比较欠缺。

鉴于价格体积等因素，且本系统重量轻。

决定采用方案二。

本课题使用的机械手如图所示。

图电动机械手控制器方案论证根据课题要求，控制器主要用于控制电机和舵机，通过相关传感器对路面的轨迹信息进行处理，并将处理信号传输给控制器，然后控制器做出相应的处理，实现电机的前进和后退舵机的转向和转速。

方案可以采用为系统的控制器。

优点是该系统功能强大，片上外设集成密度高，使其拥有高稳定性，同时系统的处理速度也很高，但是芯片编程复杂，般用于大型的项目控制系统中。

方案二采用单片机作为系统控制核心。

单片机算术运算功能强，软件编程灵活功耗低体积小技术成熟。

只要合理设计外接电路，其稳定性也满足要求。

综合考虑成本工作量等，本设计选择用单片机做控制器。

供电单元方案论证整个系统需要电源的有四个直流电机及驱动模块寻迹模块单片机舵机。

监视和控制的系统，这种智能小车可以适应不同环境，不受温度湿度空间磁场辐射重力等条件的影响，可以在人类无法进入或生存的环境中完成人类无法完成的探测任务以位单片机作为系统控制处理器，基于传感器采集视频图像，通过对获得的图像进行处理分析，获得道路信息提取赛道黑线，并结合测速反馈实现对小车的闭环反馈控制，后轮驱动电机控制模块采用了模糊控制算法，充分利用了内部提供的模糊推理机基于的智能小车系统，该系统以单片机作为处理器，用作为通信模块，将所采集的温湿度传送到上位机，利用蚁群算法实现路径规划，并在此基础上实现避障功能，避障功能模块我们采用多超声波传感器来实现以为核心搭建智能小车的控制系统的硬件平台，通过光电码盘防碰开关超声波传感器等来实现智能小车的多种功能。

.研究的目的和意义机器人要实现自动寻迹功能和检测障碍物功能就必须要有感知导引线，感知导引线相当给机器人个视觉功能。

智能小车实现自动识别路线和检测障碍物使用传感器感知路线并作出判断和相应的执行动作，选择正确的行进路线。

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，设计小车的检测驱动和显示等外围电路，结合障碍物监测和清除模块，实现小车的循迹清障功能。

灵活应用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统。

本课题利用设计了种嵌入式智能寻迹小车，在传感器电机驱动和软件的控制下，能够智能地完成行走路线探测监测障碍物清除障碍物等任务，与传统的遥控玩具车相比，具有定的独立性和智能性。

.研究的内容本课题设计的智能清障小车具有自动寻迹障碍物检测障碍物清除等功能。

整体设计可分为机械和电气两部分机械部分主要包括车体结构和机械手结构设计，目前车体主要有轮式和履带式两种可供选择，机械手设计需根据障碍物进行结构设计加紧力计算等电气部分主要包括单片机最小系统模块供电模块运动模块寻迹模块障碍物监测模块组成。

采用系列中的单片机制作最小系统，直流电机作为小车动力源并通过驱动芯片控制小车的前进和转向，利用光电传感器识别黑线，经比较器反馈信号最终实现寻迹功能，点触开关实时监测黑线上的障碍物，整个系统通过双电源供电，稳压电源部分供运动模块使用，另部分经转换，供单片机最小系统模块寻迹模块障碍物监测模块使用，机械手上的舵机由干电池供电。

整个系统的电路结构比较简单可靠性高。

第章智能清障小车系统.系统总体方案经过对本设计要求的分析，提出了不同的方案，需要进行方智能，清障，小车，设计，毕业设计，全套，图纸摘要智能小车在自动化生产线仓库管理机器人服务环境监测航空航天等领域有广泛的应用。

本文介绍了款集自动寻迹障碍物监测障碍物清除等功能于体的智能小车。

智能小车采用单片机为系统控制核心，利用反射式光电传感器检测识别黑线，通过比较器反馈高低电平信号给单片机，从而控制直流电机的运动，实现寻迹功能。

安装于车体前端的点触开关实时监测黑线上的障碍物，旦触发开关，拉低所接单片机口，触发外部中断，从而控制机械手夹持障碍物，配合小车运动，达到清除障碍物的目的。

本课题研制的智能小车样机实验证明了本文叙述的技术方案的有效性和正确性，可以为今后全国及省内电子大赛提供宝贵的经验。

关键词单片机传感器循迹清障摘要第章绪论.智能化小车发展现状与趋势课题背景移动式机器人在国内外研究现状.研究的目的和意义.研究的内容第章智能清障小车系统.系统总体方案.系统方案论证车体方案论证小车结构方案论证障碍物清理单元方案论证控制器方案论证供电单元方案论证障碍物识别单元方案论证运动单元方案论证循迹单元方案论证.系统最终方案第章智能清障小车硬件设计.系统硬件电路介绍.障碍物监测模块介绍.障碍物清理模块介绍机械手介绍机械手控制电路介绍.单片机最小系统介绍单片机简介单片机使用资源规划.供电模块介绍.寻迹模块介绍.直流电机驱动模块介绍第章智能清障小车软件部分.软件开发平台.软件开发调试舵机工作程序仿真直流电机工作程序仿真.系统软件流程.寻迹软件流程.障碍物检测及清理软件流程第章系统测试.测试场景介绍.实际测试过程.测试结果分析结论致谢参考文献附录附录第章绪论.智能化小车发展现状与趋势课题背景肩负着人类探测火星使命的“勇气”号和“机遇”号分别于年月日和月日在火星不同区域着陆，并于年月日和年月日相继通过所有“考核标准”。

美国宇航局的孪生火星车探测计划至此正式宣告取得圆满成功。

美国宇航局科学家和工程师先设立了系列硬指标，作为判定两辆火星车联合探测计划是否能成功的依据。

按照规定，每辆火星车都需要至少工作个火星日约地球上的天，在火星上行驶总里程至少达到米，至少造访个不同地点，必须拍下周围环境的立体和彩色全景照片。

“勇气”号是迄今美国发射的最尖端的火星探