基于51单片机的智能小车寻迹与避障设计开题报告

1. 研究目的与意义

基于51单片机的智能小车寻迹与避障设计，通过实时检测安装在小车上的各个模块传感器的输入信号，利用红外对管检测黑线实现寻迹,通过光电传感器实现避障，采用AT89C51作为主控制芯片，小车电机驱动采用L298N芯片，根据内置的程序分别控制小车左右两个直流电机运转，实现小车自动识别路线，能较有效的控制其在碰上障碍物时能转弯角度及寻迹行驶。课题采用对比不同的解决方案，结合实际情况对比方案优劣，选出较好的寻迹与避障方案。最后将各个调试成功的模块结合到小车的车体上，结合程序，通过单片机的控制，将各模块有效整合在一起，达到所预期的目标。

2. 课题关键问题和重难点

本设计的关键问题在于：要成功设计出能够寻迹和避障的小车。

本设计的难点在于：在设计出小车后，如何控制电机的转速和转向来提高小车的精确性和灵敏性。采用何种方法来检测小车前进方向的障碍并且能够把检测到的信号转化为高低电平输入到单片机内部，然后控制小车做出相应的避障动作。考虑实物小车的车速及反应时间等限制，小车应在障碍物10cm-30cm范围内做出反应，这样小车才能顺利避障，如果范围太大则可能产生障碍物的判断失误，范围过小又很容易造成小车车身撞上障碍物，所以这个难点必须认真考虑。因为AT89C51单片机和外围的电压是TTL电平，其最大电压是5V，设计方案又是电池供电，所以需要设计稳压电路将供电电压转化为5V。

3. 国内外研究现状（文献综述）

本设计的主要组成系统为：单片机最小系统、下载电路、伺服电机、寻迹传感器、红外避障传感器、防撞架、小车车体。单片机接收并处理寻迹传感器和红外避障传感器的信息，从而控制伺服电机的转动，让小车做出各种各样的动作。

本系统中的单片机和伺服电机均采用5v供电。5v电来自手机移动电源。本文将介绍小车寻迹与避障的原理、整个系统的总体设计、所用到的软件。小车的硬件部分采用模块化的设计，软件的设计采用循序渐进的方法。设计一步，验证一步。程序主要由电机驱动子程序、主程序、信号检测程序。通过小车接收到的各种信息来调用不同的子程序，当小车受到外部撞击时，防撞架上的开关会被触发使小车紧急停止并发出警报声音。小车的自动寻迹与避障，将会给人们带来极大的方便，很多的巡逻任务就会交由小车来完成。智能寻迹避障小车可以在一些非常狭小且非常危险的环境中工作，从而避免人员的进入。其中的自动避障功能可以使小车寻找到一条安全的路。在一些大的厂房里，可铺设一条轨迹，智能寻迹避障小车就可以自动巡逻，以节省人员成本。

近年来随着单片机技术和传感器技术的飞速发展，机器人的应用已经普及到生产生活的方方面面，尤其在自动化生产以及国防等领域有着因为突出的作用。机器人正在改变着人们思考和生活的方式，人们在认识、探讨改造自然的过程中，发明一种可以解放人们双手的机器人一直是科学家的梦想。

4. 研究方案

设计方案：在玩具小车的基础上，加上光电传感器和电机，实现对小车位置和运行状况的实时测量，并将测量数据传送到单片机进行处理，然后根据检测数据实现智能控制。

研制方案：方案一：采用msp430系列单片机，该单片机是ti公司1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器。其内部集成了很多模拟电路、数字电路和微处理器，提供强大的功能。不过该芯片昂贵不适合一般的设计开发。方案二：采用at89c51单片机，该单片机是一个可靠性高，价格低，无法解密，性能高的8位单片机，32个io口，且此系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。

在考虑传感器和两部电机驱动等诸多因数后，决定采用at89c51单片机。

5. 工作计划

第 1 周 接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关资料；第 2 周 阅读相关资料，理解有关内容；第 3 周 翻译相关英文资料，提出拟完成本课题的方案，写出相关开题报告一份；第 4 周 确定51单片机、测速传感器、电机控制模块、舵机等，参阅有关资料，分析相应硬件的工作原理；第 5 周 设计基于避障算法的智能避障小车控制原理图；第 6 周 设计相关的电机驱动模块及相应的PCB版图；第 7 周 完善避障模块、电机驱动模块及相应的PCB版图；第 8 周 设计PID控制器，提高减速的稳定性；第 9 周 设计系统软件总体结构；第 10周硬件制作/完善软硬件设计；第 11周软硬件联调/软件调试；第 12周进行毕业设计说明书写作，写业务总结，接收验收成果，接受答辩资格审查；第 13周评阅教师评阅论文；第 14周准备参加答辩。