2022年机器人视觉系统的研究与设计开发与研究结题报告.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 高校生实践创新训练方案工程结题材料工程名称： 机器人视觉系统的设计与讨论一、目录一、工程验收报告二、工程申报书1、第一指导老师主要成果2、其次指导老师主要成果3、工程简介4、工程讨论目的、讨论价值和创新表达名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5、本工程讨论内容 6、本工程拟实行的讨论方法 7、本工程执行环节、进度支配 8、工程组成员分工 9、学校供应条件 10、本工程预期成果 11、经费预算三、中期检查表1、工程进展情形 2、存在的问题以及拟实行的解决问题的措施四工程结题总结报告五、工程结题讨论成果工程结题验收表学院名称：工程训练中心 立项年度： 2022 工程名称名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 承担工作量成员姓名学号（）本人签字备注202215000负责人程杰25 4 202215004工程组成员成员 2 邓臧阳25 5 成员 3 牛俊辉031003117 25 202212099成员 4 朱恩泽25 1 成员 5 讨论成果简介（重点介绍特色及创新点）：第一我们依据交通路面的复杂情形,依据适当的比例制作了一个路况模型；包括弯道,直道以 及在路面设置障碍物等；在弯、直道上,小车沿着预定轨道自由行驶,当小车遇到障碍物时脉 冲调制的红外传感器,将检测到的信息传送给单片机,单片机依据程序发出相应的掌握信号,掌握小车自动躲开障碍物,进行倒车、前进、左转、右转等动作；另外安全性和人性化也是本 系统的一大特色,我们在车身上安装了红外传感器,动作指示灯,以及反应小车运行时间的计 时显示模块；小车的每一个动作都会有相应的指示灯显示,充分表达了小车的智能化主题；本 系统结构简洁,成本低,采纳电能驱动,不会造成环境污染,噪声低不会阻碍人们的日常生 活；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 成果形式及数量：成果形式：实物数量： 1 指导老师看法：签字：年月日学校专家组建议：专家组成员签字：年月日名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学校看法教务处负责人签字：年月日江苏省高等学校高校生实践创新训练方案工程申报表推荐学校：（盖章）机器人视觉系统的设计与讨论（足名师归纳总结 工程名称：球机器人）第 5 页,共 35 页工程类型：省级指导工程所 属 一 级 学 科 名工学称：程杰工 程 负 责 人 ：联系电话：徐苏指导教师：联系电话：2022.05 申报日期：- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 江苏省训练厅 制二 一三年三月工程申报书工程名称 机器人视觉系统的设计与讨论（足球机器人）工程所属 工程所属工学 自动化类一级学科 二级学科工程类型（）重点工程（）一般工程（）指导工程工程实施时间 起始时间： 2022年 4 月完成时间： 2022年 7 月项 足球机器人视觉子系统由摄像头、图像采集卡和图像处理软件组成,在视觉系统工作目 之前必需对系统的一些数据进行初始化,初始化工作主要包括摄像头标定和机器人色简 标的标定,通过摄像头捕获图像,然后图像采集卡进行采集,最终通过图像处理软件介 进行图像处理,达到图像识别,从而使机器人做出相应的动作；100 字以内）名师归纳总结 申 请 人 或 申 请 团 队主姓名年级学号所在院系联系电话E-mail /专业牛俊辉高校0310031电子工程学18551024081182820226q三年17 院自动化9 级持程杰2022120电子工程学863381499qq.高校人三年004 院自动化com 级成朱恩泽高校2022120 991 电子工程学137461647qq. com 三年院测控系级邓臧阳高校2022120 045 电子工程学857523379qq. com 三年员院自动化级第 6 页,共 35 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 第一指姓名徐苏单位淮海工学院工程训练中心导老师年龄40 专业技术职务试验师1）基于嵌入式掌握芯片在机械掌握系统中的应用,制造业自动 化.2022.13 、2）电信计费系统的设计,国外电子测量技术 2022.1 、3）动态环境中机器人路径规划算,法讨论淮海工学院学主要成果报.2022.2 、.2022.10 、4）高速电路传输线阻抗匹配分析与仿真,煤炭技术5）粒子滤波算法在远程打击系统中的应用,电光与掌握指 导 教 师其次指姓名2022.10 、6）基于 Contourlet的医学图像融合技术探讨,中国医学影像技术2022.11 、7）基于贝叶斯估量的加权最小二乘分布式融合,探测与掌握学报 .2022.6李要球单位淮海工学院电子工程学院导老师年龄43 专业技术职务讲师1）数字测量技术在圆形材料直径测量中的应用,煤矿机械2006 年 3月；2）基于AVR 单片机的光学水准仪数字化改造,江西科学2006 年 6月；主要成果3）基于 Simulink的磁滞回线仿真,鸡西高校学报2007 年 2 月、4）水准仪数字化改造中光电成像系统的设计,河北理工高校学报（自然科学版）2007 年 3 月5）基于 Sobel 算子的弧形材料边缘检测,煤矿机械2022 年 1 月一、申请理由 （包括自身具备的学问条件、自己的特长、爱好、已有的实践创新成果 等）本人通过高校三年的学习,基本把握了一些基本的单片机、电路、PLC、图像处理、模式识别等相关学问,也曾独自制作过小收音机等器件,具有肯定的动手才能,敢于挑战复杂的掌握系统,这次想通过这次机会将理论用于实践,进一步检验自己对所学学问的把握程度名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 二、工程方案详细内容包括：1、工程讨论背景（国内外的讨论现状及讨论意义、工程已有的基础,与本工程有关的讨论积存和已取得的成果,已具备的条件,尚缺少的条件及方法等）一、 工程讨论意义：足球机器人是属于代表进展方向的第三代智能机器人,它是高科技的集成,足球机器人视觉面对的是真彩色图像和动态目标的实时识别,这是机器人视觉领域的挑战性课题,而机器人足球的长远目标是 前日本在这方面做的最好；50 年后的人机大战,它是一个划时代的工程,意义重大,目二、工程讨论目标及主要内容：工程主要讨论机器人对真颜色图像及动态目标的实时识别,从而达到人机交互,实现机器人讨论 的一个创新,在讨论过程中如何更好的捕获动态图像,以及如何准时有效的对图像进行处理将是 工程的关键之处,这里需要用到许多图像处理方面的学问,牵扯到一些复杂的算法运算；三、拟实行的讨论方法、技术路线、试验方案及可行性分析：制作机器人模型,并由摄像头、镜头和图像采集卡构成机器人的视觉系统硬件,通过数字图 像处理技术及模式识别对收集到的图像进行处理,并让机器人识别做出反应,工程中要用到的技 术正是我们正在学习的内容,活学活用,理论加上实践,可行性很大；四、本工程的创新之处：通过足球这一动态事物讨论机器人对动态彩色图像的处理功能,是对机器人讨论的一个创 新,而且在讨论过程中用到的学问正是我们所学的专业学问,便利把握；五、工程讨论方案准时间支配：2022 42022.7 ： 进行资料的收集调研,明白图像处理及模式识别方面学问,进行操作训 练； 2022.92022.10 ： 在基础性试验的应用讨论、分析,语言的编程,简洁测试； 2022.112022.1 ：组合提高型讨论、采集数据、分析； 2022.32022.5 ： 制作机器人模型,搭载视觉系统,下载程序,进行仿真模拟,事物演练,分析,调试； 2022.62022.7 ：总结试验讨论成果,提交总结报告；六、工程组成员分工 程杰: 主要负责工程的总体规划,硬件设计及软件编写 朱恩泽：电路板的接线,资料收集整理,软件的仿真和测试；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 三、学校供应条件（包括工程开展所需的试验实训情形、配套经费、相关扶持政策 等）淮海工学院工程训练中心目前拥有车、铣、刨、磨、以及先进制造系统,等全套机械加工设 备,可以对高校生创新试验供应强大的加工条件,中心仍建有单片机、电子创新、机器人试验室 并对同学开放,可以为高校生创新试验供应必需的试验条件,如电路板制作,焊接,调试等工 作；四、预期成果制作仿生气器人模型,讨论机器人对动态事物的识别反应才能,得出讨论结果并撰写试验报告；五、经费预算总经费（元）6000 财政拨款0 学校拨款6000 （元）（元）注： 总经费、财政拨款、学校拨款由 详细包括：学校 依据有关规定核定数目进行填写1、调研、差旅费； 2000元2、用于工程研发的元器件、小型硬件购置费 1800元3、资料购置、打印、复印、印刷等费用 200元4、进行相关试验、软硬件测试等费用 2000元合计 6000元六、导师举荐看法机器人视觉系统的设计与讨论是一项涉及多学科融合的创新试验工程,既需要机械原理方面的学问,也需要丰富的电子学学问,如掌握理论,c 语音,图像处理与模式识别技术等；通过这样的试验,可以提高同学的科研才能,以及对学问的把握和敏捷应用的才能；该课题具有创新性,适合试验室现有试验条件,能够在试验中让同学得到科技创新的训练；同意申请！签字：徐苏2022年 5 月 8 日名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 七、院系举荐看法同意举荐院系负责人签名：学院盖章：2022年 5 月 8 日八、学校举荐看法：同意举荐为省级指导工程学校负责人签名：李纪明 学校公章2022 年 5 月 8 日名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 高校生创新创业工程中期检查表工程编号： SD202 工程名称： 机器人视觉系统的设计与讨论（足球机器人）负 责 人： 程杰 学 院：工程训练中心 专 业：工程训练 指导老师：徐苏 工程年度： 2022 淮海工学院教务处制名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 工程进展情形：到目前为止,工程进行的比较胜利,对于完成循迹小车这个工程有了一个准 确的方向,这段时间讨论循迹小车的测距和避障功能的进展也增加了我们完 成这个工程的信心；目前循迹小车的进程始终在预期时间内完成,组内成员团结合作,距离胜利仅有一步之遥；但在做工程的过程中也发觉了我们有很 多的不足,在专业学问方面的把握仍有待提高；存在的问题以及拟实行的解决问题的措施：存在问题 1：循迹小车测距不稳固解决措施：通过调整超声波测距头的位置和检查测距头是否完好来解决；存在问题 2：循迹小车运行过程中略有杂音解决措施：拟安装一个消音器来解决指导老师看法：同意提交签字：日期 学校看法：同意工程连续进行；教务处负责人签字：日期名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 四、工程结题总结报告机器人视觉系统的设计与讨论（足球机器人）摘要： 本智能小车是以有机玻璃为车架,51 单片机为掌握核心,加以步进电动机、发射式光电传感器和电源电路以及其他电路构成；系统由 51 单片机通过 IO 口掌握小车的前进后退以及转向；寻迹由 ST188 光电传感器完成；关键词： ATmage32L 直流电机 光电传感器 自动寻迹电动车 Abstract: The smart car is aluminum alloy for the chassis, 51 MCU as its core, including stepper motor and servo, plus photoelectric sensors, as well as other flame sensor and power circuit. MCU controls the car turning back forward or running on the white line. RPR220 reflective photo sensor seeks the trace.Far infrared flame sensor tracksthe flame.Inaddition, the SCM system with Sunplus for voice broadcast can remind current status. The system transmitsinformation through DF module. The car s status will be transmitted to the Remote Console. Keywords: 51MCU Stepper Motor Servo Photo sensor Electrical fire engines 一、系统设计1、设计要求（1）自动寻迹小车从安全区域启动；（2）小车按指定路线运行,自动区分直线轨道和弯路轨道,在指定弯路处拐弯,实现敏捷前进、转弯、倒退等功能,在轨道上划出设定的地图；（3）小车在行驶过程中如遇到障碍物能够自动避让,绕过障碍物后将会自动安全行驶；（4）即使小车在行驶过程中偏离预置的轨道,仍可通过无线装置掌握使小车按着预定的路线行走来达到小车完全被掌握；2、小车循迹的原理这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走,通常实行的方法是红外探测法；红外探测法,即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点,在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光,当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射,反射光被装在小车上的接收管接收；假如遇到黑线就红名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 外光被吸取,小车上的接收管接收不到红外光；单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线；红外探测器探测距离有限,一般最大不应超过15cm；对于发射和接收红外线的红外探头,可以自己制作或直接采纳集成式红外探头；3、模块方案比较与论证依据设计要求,本系统主要由掌握器模块、电源模块、寻迹传感器模块、直流电机及其驱动模块、电压比较模块等模块构成；为较好的实现各模块的功能,我们分别设计了几种方案并分别进行了论 证；3.1 车体设计方案 1：购买玩具电动车；购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路；但是一般的说来,玩具电动车具有如下缺点：第一,这种 玩具电动车由于装配紧凑,使得各种所需传感器的安装特别不便利；其次,这 种电动车一般都是前轮转向后轮驱动,不能适应当题目的方格地图,不能便利快速的实现原地保持坐标转90 度甚至 180 度的弯角；再次,玩具电动车的电机多为玩具直流电机,力矩小,空载转速快,负载性能差,不易调速；而且这种 电动车一般都价格不菲；因此我们舍弃了此方案；方案 2：自己制作电动车；经过反复考虑论证,我们制定了左右两轮分别 驱动,后万向轮转向的方案；即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的 直流电机进行驱动,车体尾部装一个万向轮；这样,当两个直流电机转向相反 同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转,由此可以轻松的实现小车坐标 不变的 90 度和 180 度的转弯；在安装时我们保证两个驱动电机同轴；当小车前进时,左右两驱动轮与后 万向轮形成了三点结构；这种结构使得小车在前进时比较平稳,可以防止显现 后轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情形；为了防止小车重心的偏移,后 万向轮起支撑作用；综上考虑,我们挑选了方案2；小车底盘如图 1 所示：名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 1 车体底盘图3.2 掌握器模块方案 1：采纳可编程规律期间CPLD 作为掌握器； CPLD 可以实现各种复杂的规律功能、规模大、密度高、体积小、稳固性高、IO 资源丰富、易于进行 功能扩展；采纳并行的输入输出方式,提高了系统的处理速度,适合作为大规 模掌握系统的掌握核心；但本系统不需要复杂的规律功能,对数据的处理速度 的要求也不是特别高；且从使用及经济的角度考虑我们舍弃了此方案；方案 2：采纳凌阳公司的16 位单片机,它是16 位掌握器,具有体积小、驱动才能高、集成度高、易扩展、牢靠性高、功耗低、结构简洁、中断处理能 力强等特点；处理速度高,特殊适用于语音处理和识别等领域；但是当凌阳单片机应用语音处理和辨识时,由于其占用的 时处理其它任务的速度和才能降低；CPU 资源较多而使得凌阳单片机同本系统主要是进行寻迹运行的检测以及电机的掌握；假如单纯的使用凌阳 单片机,在语音播报的同时小车的掌握简洁显现不稳固的情形；从系统的稳固 性和编程的简洁性考虑,我们舍弃了单纯使用凌阳单片机而考虑其它的方案；方案 3：AT89C51 是一种带4K 字节闪耀可编程可擦除只读储备器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的 低电压,高性能 CMOS8 位微处理器,俗称单片机；该器件采纳 ATMEL 高密度非易失储备器制造技术制造,与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容；由于将多功能8 位 CPU 和闪耀储备器组合在单个芯片中, ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微掌握器,为许多嵌入 式掌握系统供应了一种敏捷性高且价廉的方案；从便利使用的角度考虑,我们挑选了方案 3；3.3 电源模块名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 由于本系统需要电池供电,我们考虑了如下集中方案为系统供电；方案 1： 采纳 10 节 1.5V 干电池供电,电压达到15V,经 7812稳压后给支流电机供电,然后将 12V 电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电；但干电池电量有限,使用大量的干电池给系统调试带来很大的不便,因此,我们舍弃了这种方案；方案 2：采纳 3 节 4.2V 可充电式锂电池串联共12.6V 给直流电机供电,经过 7812 的电压变换后给支流电机供电,然后将 12V 电压再次降压、稳压后给 单片机系统和其他芯片供电；锂电池的电量比较足,并且可以充电,重复利 用,因此,这种方案可行；再说试验室里已有锂电池没必要再花钱买干电池或 蓄电池,能够节约开支,因此,我们挑选了这种方案；综上考虑,我们挑选了方案 2；3.4 稳压模块方案 1： 采纳两片 7812 将电压稳压至12V 后给直流电机供电,然后采纳一片 7809 将电压稳固至 9V,最终经 7805 将电压稳至 5V,给单片机系统和其他芯片供电,但 7809 和 7805 压降过大,使 7809 和 7805 消耗的功率过大,导致 7809 和 7805 发热量过大,因此,我们舍弃了这种方案；方案 2：采纳两片7812 将电压稳压至12V 后给直流电机供电,然后采纳2576将电压稳至 5V；2576的输出电流最大可至 综上考虑,我们挑选了方案 2；3.5 寻迹传感器模块3A,完全满意系统要求；方案 1：用光敏电阻组成光敏探测器；光敏电阻的阻值可以跟随四周环境 光线的变化而变化；当光线照耀到白线上面时,光线发射剧烈,光线照耀到黑 线上面时,光线发射较弱；因此光敏电阻在白线和黑线上方时,阻值会发生明 显的变化；将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平；但是这种方案受光照影响很大,不能够稳固的工作；因此我们考虑其他更 加稳固的方案；方案 2：用 RPR220 型光电对管； RPR220 是一种一体化反射型光电探测 器,其发射器是一个砷化镓红外发光二极管,而接收器是一个高灵敏度,硅平 面光电三极管； RPR220 采纳 DIP4 封装,其具有如下特点：塑料透镜可以提高 灵敏度；内置可见光过滤器能减小离散光的影响；体积小,结构紧凑；当发光二极管发名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 出的光反射回来时,三极管导通输出低电平；此光电对管调理电路简洁,工作 性能稳固；方案 3：用 ST188 红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器；红 外发射管发出红外线,当发出的红外线照耀到白色的平面后反射,如红外接收 管能接收到反射回的光线就检测出白线继而输出低电平,如接收不到发射管发 出的光线就检测出黑线继而输出高电平；这样自己制作组装的寻迹传感器基本 能够满意要求,但有点受外界环境因素影响,但我们从试验室中已有的器件可 以完全做出性能较稳固的巡迹传感器,既合理利用了试验室现有的资源,又节 省了我们做这个工程的开支；因此,我们挑选了这个值得我们去尝试的方案；综上所述,我们挑选了方案 3；3.6 电机模块本系统为智能电动车,对于电动车来说,其驱动轮的驱动电机的挑选就显 得特别重要；由于本试验要实现对路径的精确定位和精确测量,我们综合考虑 了一下两种方案；方案 1：采纳直流减速电机；直流减速电机转动力矩大,体积小,重量 轻,装配简洁,使用便利；但它存在着直流换向问题,结构复杂,爱护检修不便利；方案 2：采纳步进电机作为该系统的驱动电机；由于其转过的角度可以精 确的定位,可以实现小车前进路程和位置的精确定位；由于步进电机具有定时 定位且不受负载变化的影响,所以采纳步进电机能够通过无线模块装置实现很 好的掌握；经综合比较考虑,我们挑选了此方案；为了能够较好的满意系统的要求,因此我们最终挑选了方案 2；3.7 电机驱动模块方案 1：采纳专用芯片ULN2003 作为电机驱动芯片；ULN2003 是高耐压、大电流达林顿陈设,由七个硅NPN 达林顿管组成；它的工作电压高,工作电流大,灌电流可达500mA ,并且能够在关态时承担50V 的电压,输出仍可以在高负载电流并行运行；用该芯片作为电机驱动,操作便利,稳固性好,性能优良；所以有必要考虑这个方案；方案 2：采纳电机驱动芯片L298N；298 内部就是 8 个功率管加驱动电路,名师归纳总结 使用起来电路简洁,但驱动电流只能达到2A,要增加电流可用两片并联或选用第 17 页,共 35 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 类似的大电流的芯片,仍有一点是电压限制,298 最高电压只能用到40V,低速时电机会振动；因此,我们舍弃了这种方案；方案 2：对于直流电机用分立元件构成驱动电路；由分立元件构成电机驱动电路,结构简洁,价格低廉,在实际应用中应用广泛；但是这种电路工作性能不够稳固；综上所述,我们考虑选用了方案 1；3.8 无线发射接收模块方案 1：PT2262和 PT2272无线模块； PT2262/PT2272 是一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路,PT2262/PT2272 最多可有 12 位A0-A11 三态地址端管脚 悬空 ,接高电平 ,接低电平 ,任意组合可供应 531441 地址码 ,PT2262 最多可有 6 位 D0-D5 数据端管脚 ,设定的地址码和数据码从17 脚串行输出,可用于无线遥控发射电路；该无线模块使用便利,编程简洁有用,且遥控掌握的范畴较远；因此可考虑此方案；方案 2：其他无线数据收发模块,如nRF401、红外线或蓝牙模块,由于其价格较昂贵,不利于调试,而且系统中不需传输大量的数据,因此我们舍弃了 此方案；综上所述,我们考虑选用了方案 1；3.9 避障模块 方案 1：红外传感器；红外避障传感器（以下简称红外）；红外具有一对红 外信号发射与接收二极管,发射管发射肯定频率的红外信号,接收管接收这种 频率的红外信号,当红外的检测方向遇到障碍物（反射面）时,红外信号反射 回来被接收管接收,经过处理之后,通过数字传感器接口返回到机器人主机,机器人即可利用红外波的返回信号来识别四周环境的变化；该传感器对环境光 线的适应才能比较强；我认为可考虑此方案；方案 2：超声波传感器；超声波是一种肯定频率范畴的声波；它具有在同种媒质中以恒定速率传播的特性, 而在不同媒质的界面处 , 会产生反射现象；但超声波在应用于避障方面由于存在盲区可能会使小车无法检测到前面的障碍物,致使无法达到避障的成效；因此,我们舍弃了这种方案；通过两种方案的比较,红外传感器的性能较稳固,我们挑选了方案 1；4、最终方案经过反复论证,我们最终确定了如下方案：（1）车架用一般电路板手工制作；（2）采纳 51 单片机作为主掌握器；（3）用蓄锂离子电池经7812 稳压后为直流电机供电,将12V 电压经 2576降压、稳压后为单片机系统和其他芯片供电；名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - （4）用 ST188 光电传感器进行寻迹；（5）采纳红外传感器到达避障成效；（6）专用驱动芯片 ULN2003 作为步进电机的驱动芯片；（7）运用 PT2262和 PT2272-L4 对小车进行无线掌握；系统的结构框图如图2 所示：红外传感器无线模块稳压电源主控芯片ULN2003 步进电动机模块51 单片机电压比较器光电传感器图 2 系统结构框图二、硬件实现及单元电路设计1、微掌握器模块的设计我们在开发过程中使用51 单片机,便利程序的调试和整机的测试,待系统调试完成后,将单片机从开发板上取下,安装在小车系统板的单片机座中,由 于本次设计要求中,小车需要完成的任务比较简洁,因此我们只在小车系统板 的单片机系统中保留了晶振和复位电路；2、巡迹模块电路的设计我们设计并论证了ST188 光电传感器的检测及调理电路,电路原理图如下名师归纳总结 图所示：红外光的发送接收选用型号为ST188 的对管；当小车在白色地面行驶第 19 页,共 35 页时,装在车下的红外发射管发射红外线信号,经白色反射后,被接收管接收,- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 一旦接收管接收到信号,那么图中光敏三极管将导通,比较器输出为低电平；当小车行驶到黑色引导线时,红外线信号被黑色吸取后,光敏三极管截止,比较器输出高电平,从而实现了通过红外线检测信号的功能；将检测到的信号送到单片机 I/O 口,当 I/O 口检测到的信号为高电平常,说明红外光被地上的黑色引导线吸取了,说明小车处在黑色的引导线上；同理,当 为低电平常,说明小车行驶在白色地面上；I/O 口检测到的信号在小车详细的循迹行走过程中,为了能精确测定黑线位置并确定小车行走的方向,需要同时在底盘装设 4 个红外探测头,进行两级方向订正掌握,提高其循迹的牢靠性；这 4 个红外探头的详细位置如图 2 所示；图中循迹传感器共安装 4 个,全部在一条直线上；其中InfraredMR 与 InfraredML 为第一级方向控制传感器, InfraredSR 与 InfraredSL 为其次级方向掌握传感器；小车行走时,始终保持黑线（如图2 中所示的行走轨迹黑线）在InfraredMR 和 InfraredML 这两个第一级传感器之间,当小车偏离黑线时,第一级探测器一旦探测到有黑线,单片机就会依据预先编定的程序发送指令给小车的控制系统,掌握系统再对小车路径予以订正；如小车回到了轨道上,即 4 个探测器都只检测到白纸,就小车会连续行走；如小车由于惯性过大照旧偏离轨道,越出了第一级两个探测器的探测范畴,这时其次级动作,再次对小车的运动进行订正,使之回到正确轨道上去；可以看出,其次级方向探测器实际是第一级的后备爱护,从而提高了小车循迹的牢靠性；3、电机驱动电路的设计名师归纳总结 我们采纳电机驱动芯片ULN2003 作为电机驱动,驱动电路的设计如图3 所第 20 页,共 35 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 示：驱动电路图 图 3 ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈设, 由七个硅NPN达林顿管组 2.7K 的基极成； 该电路的特点如下: ULN2003的每一对达林顿都串联一个电阻 ,在 5V 的工作电压下它能与 原先需要标准规律缓冲器；TTL 和 CMOS 电路 直接相连 ,可以直接处理4.红外传感器避障电路设计红外具有一对红外信号发射与接收二极管,发射管发射肯定频率 的红外信号,接收管接收这种频率的红外信号,当红外的检测方向遇到障碍物（反射面）时,红外信号反射回来被接收管接收,经过处理之后,通过数字传 感器接口返回到小车上的单片机的端口,机单片机即可利用红外波的返回信号 来识别四周环境的变化,从而掌握小车做出相应的变向运动；该传感器对环境光线的适应才能比较强；5.无线掌握电路设计采纳 PT2262和 PT2272-L4 的无线发射和接收模块进行无线传输,该发射模 块采纳 315M 晶振,当有高电平触发各个数据口时发出相应的振荡波；接收模块名师归纳总结 采纳具有锁存功能的PT2272-L4 芯片, 该芯片能够较好的掌握小车按预置的黑线第 21 页,共 35 页行驶；其模块框图如下图4 所示；无 线发无 线 接STC89C52 单片机射模块收模块无线发射模块图 4 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 三、软件实现3.1 主程序流程图我们所设计的软件的主程序流程图如图 5 所示：开头初始化端口检测小车调用偏离订正无线掌握子函数转变行是否偏离轨道驶轨迹是否遇到小车倒退转弯无线掌握行驶函数障碍物完成任务主程序流程图 图 5 3.2 传感器数据处理及循迹程序流程我们用一个字节来代表车底的 感器的检测状态；4 个光电传感器；用每一个位来代表当前传我们把小车直线行进时分成三种状态,当中间四个传感器都检测到白线 时,小车在跑道的正上方,这时掌握两电机同速度全速运行；当检测到有一个 传感器或者同侧的两个传感器偏出白线时,小车处于微偏状态,这时将一个电 机速度调慢,另一电机速度调快,完成调整；当检测到有三个电机偏出时,小名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 车处于较大的偏离状态,这时把一个电机的速度调至极低