智能迷宫寻迹小车报告全解

1、目名称：迷宫寻迹机器人（EJ1参赛队员:*摘要：本寻迹小车选用8位89C52单片机为控制器，通过6个红外光电传感器 TCRT5000对信号进行釆集，采集到的信号经比较器LM393处理后传给89C52 单片机，经单片机处理后，发出控制命令给L298N,驱动2台直流电动机进行 相应的动作。该小车能够识别出黑色轨迹并能沿着黑色轨迹前进直到终点，并 能显示出运行时间。1方案论证与比较1.1传感器的选择与比较方案一釆用摄像头，然后用CCD处理技术，对采集的信号进行分析。方案二使用光敏传感器，能够采集回来黑与白两种信号，然后进行处理与 分析。由于釆用摄像头进行CCD处理所用的硬件搭接较为繁琐，并且处理起來

2、还 比较麻烦，而光敏传感器TCRT5000可以虽然智能识别黑与白两种颜色由于现 场条件，并不能对其造成干扰，而且其反应速度快，响应时间短，故此，我们 选用光敏传感器TCRT5000o1.2车体的选择与比较方案一采用4轮小车，前轮由舵机控制转弯，后轮由动力电机控制前进与 后退。方案二釆用三轮小车，前面两轮由两个电机分别控制，用其速度差来实现 转弯与调整，后前轮为万向轮，用来维持小车的平衡由于釆用4轮车，小车在转弯时会产生转弯半径，会偏离轨迹，不能按照 黑色轨迹前进，而转弯半径无法缩小到满意的程度，由于三轮小车用两个电机 来控制两个轮子，故很容易来实现转弯与调整，是理想的车体模型。1.3前进路径与

3、返回路径的最优选择由于小车需要按照黑色轨迹寻到终点，并且按最优路径返回，故小车应能 识别迷宫的路况，普通寻迹小车智能按照黑色轨迹走，但不能识别路况，这样 小车寻到终点的效率很低，乂不能按照最优路径返回。考虑到以上情况，我们 给小车加上了识别路口程序，并且让小车按照右手原则前进，在每个路口处让 小车记录出所走过的路况，并且记忆，以便于在返航时调用记录信息，使小车 顺利返回。14传感器个数的比较与选择方案一总共5个传感器，两个传感器用來检测小车是否偏离轨迹，另外三 个传感器用來检测小车是否遇到路口（前方.左方及右方各一个），由前方传感 器來检测终点。（如图1.1）方案二总共6个传感器，其中两个传感

4、器用來检测小车是否偏离轨迹，另 外三个传感器用來检测小车是否遇到路口（前方左方及右方各一个），还有一 个传感器配合前方的传感器来检测终点。（如图1.2）图1.1五个传感器示意图图1.2六个传感器示意图图1.3八个传感器示意图方案三总共8个传感器，两个传感器用來检测小车是否偏离轨迹，另外五 个传感器用來检测小车是否遇到路口（前方一个，左方及右方各两个），还有一 个传感器配合前方的传感器来检测终点。检测路口左右方向时用2个传感器， 是以使能减少误判，让小车更好的寻迹。（如图1.3）方案一比方案二多一个传感器，是为了更好的检测终点，方案一检测终点的 方法是前当方传感器检测到死胡同时在让其延时继续前进

5、如图1.4,当再检测到 黑色信号时即使终点，但是实际运作时发现由于2cm对于运动的小车來说过小， 而且即便检测到终点在返回时，会再次遇到黑色信号，和死胡同标志容易产生 混淆，不易于小车更好的判别路口，而当有第6个传感器辅助前方传感器检测 到终点时，则能避免以上问题，当检测到死胡同标志时，只要再继续往前走， 辅助检测传感器便会检测到白色信号小车就会认为到达终点如图1.5,避免了小 车混淆死胡同与终点标志，同时让终点标志更好的被识别。而方案三，将检测 左右路口的传感器增加至每侧2个，以防出现如图1.6所示的误判，而图1.7的 方案三只要两个传感器不全进入黑线就不会认为有路口，能大大的避免误判的 几

6、率。但是后来在软件编写和实际测试的时候，发现了用软件可以进行防误判，而 由于这种防误判方法的引入，是传感器的个数从8个减少到了 6个，其具体如 何防误判将在后面说明。图1.4 一个传感器检测终点示意图图1.5两个传感器检测终点示意图图1.6路II误判示意图图17路II防误判示意图1.5传感器位置摆放的比较与选择1 为了让小车在检测到路口时就进行转弯，在转完后其中线仍与轨迹中线 重合，避免了其每次转弯后都进行调整，我们经测量发现小车轮距为10cm,而 轨迹宽度为2cm,故检测路口的传感器与轮子轴承间的距离D= (10-2)/2=4cm, 如图1.8所示。2.为了让小车刚刚检测偏离轨迹就做出调整，

7、同时乂给小车在走直线时留 有余量，经过不断实践测试，认为检测偏离轨迹的两个传感器间距以2.1cm为 最佳。如图19所示3图1.8检测转弯路I 1传感器位置的计算7图19检测偏离轨迹的传感器示意图3为了两检测终点的传感器能够准确快速的检测并识别出终点，设定两传感器 间距离为2.1cnioc图1.10两检测终点传感器间距4总体摆放如下图1.1L A=l.lcm, B=3.2cm图1.11总体摆放图2硬件系统设计2.1总体设计有光敏传感器进行信号釆集，经电压比较器LM393处理后直接传给 AT89C52，单片机对信号按照预定的程序进行处理，将处理的结果通过10 口传 给74LS08,通过与PWM波合

8、成后给L298N （直流电机驱动芯片）信号，通过 L298N进行控制小车两轮子，以实现左右微调，左右转弯,前进与原地旋转等 动作。小车每到路口都进行相关的记忆处理，以便最优返回。图2.1总体设计框架图2.2单元电路设计2.2.1传感器单元电路的设计图2.2传感器单元电路当传感器进入黑色轨迹中时，由发射管发射的不可见光被吸收，不能被接 收器接收到，故接收一侧电路不导通，LM393的同向输入为高，输入比较器输 出为高，其输出高电压为5V,低电压为0V,故可以直接传给单片机。而电压 比较器的输出端所接的LED能够实时的显示传感器的工作状况。本题目要求小车能够不偏离中心轨迹，由于轨迹交窄小车相对运动速

9、度快, 故要求传感器单元必须较为灵敏，相应时间短，反应速度快。我们采用的LM393 电压比较器，其工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，消耗电流小, 输入失调电压小，共模输入电压范围宽，反应时间快，其内部结构图如图2.3 所示。2.2.2电机驱动单元电路的设计bEN1EN2翥常VCCVDDOUT1OUT2OUTSOUT4图2.4电机驱动电路图由于要对电机实行加速减速刹车的控制，故采用由L298N和74LS08构成 的驱动电路，由1.0和1.1 口负责控制1号电机的前进与后退，而与他们一起走 与门74LS08的1.4 口负责输出PWM波,由PWM波负责控制小车的减速与加 速以及制动的控制。

10、同时与门也起到了扩大单片机输出电流的作用，由于L298N 需要的输入电流AT89C52无法驱动，与门在此起到一定的上拉作用。因为要用单片机对电动机进行四象限的控制，由于控制象限的复杂以及驱 动电机功率的问题，这里我们需要采用电动机驱动芯片來实现，我们釆用的是 L298N这款电机驱动芯片，该芯片具备控制简单，反应快，输出功率大，支持 外接电机工作电源等一系列优点。其结构图如图2.5所示。图2.5 L298N内部结构图2.2.3电源模块单元电路的设计图2.6电源模块单元电路图由于整个控制板都需要5V电压，考虑到电池随着使用时间的增强，电压 会有所下降，故我们选用直流稳压电源9V进行供电，由于多方同

11、时分流，有 可能造成电量不足，为了保持电压能够稳定在5V,故选用L7805进行稳压。在 其输出输入端口各并联一个电容，以起到保护芯片的作用。其内部结构图如2.7 所示。$兀 04图27 L7805内部结构图224液晶显示单元电路设计PL1JZEX；PL2 轧PL6MS0)PL?tsoo y i p?3jynT CZ Jpmxn;P34TOfTvpnXTALlXIAL2XS7p=.?T p油应(ADLJP0.1 AD2：P0J CADJJPOJ 0.4 AD5 昨 (AD5)m UDW7CADP2CCAW11 (A】沁2 (All)?： 3 (A】2阳 (ABp：5 (AU)P： d (A15p

12、：7vcc GNDRJO7卫汕40200091图2.8液晶显示单元电路图釆用1602液晶进行时间和方向的显示，我们采用单独的AT89S52来控制 液晶，减少其对小车控制的干扰，然后由2根数据线让其与主控AT89S52进行 通信，以此來显示小车运行的时间和方向。图2.8中R38用来控制液晶字幕的 清晰度，R37用來控制液晶屏幕的对比度。3软件系统设计3.1总体设计小车自上电时程序开始运行，我们依着右手原则为小车寻迹方法，右为先。 自上电后小车进入初始化阶段之后转入主函数，我们将小车能遇到的各种情况进行一一排列出来，这样无论传感器反馈回來什么样的信号都有与之对应的命 令，分为以下10种情况：左微调

13、，右微调，前进，左转，右转，T型，左T, 右T，十字路口，死胡同。其流程图如图3.1所不。113.2各子模块的设计3.2.1转弯模块的设计为了让小车能够顺利并且及时的停止转弯，我们将其转弯的停止标志设为当 检测前方是否有路的传感器遇到黑色轨迹，即表示其己完成转弯，这样避免了 小车转弯过大或者过小的问题。3.2.2终点识别模块的设计为了让小车能够准确的识别终点标志，釆用2个传感器來检测终点标志， 当且仅当前后检测终点的传感器同时检测到终点信号时，才认定到达终点，即 当前后前后检测终点的传感器323防误判模块的设计列出了小车在行走时可能碰到的各种误判情况，对其一一分析后判别出应 是那种路况，将其对

14、应情况列出，并给出小车应该正确运行的指令。4附加功能增加了小车转弯的转向灯模拟功能，转向灯能随小车的转向实时的闪烁起来，以此一 次来表示小车的运转状态，还在车尾处额外增加了两组led小灯，以此表示小车现在处于 的状态即状态前进最优路径返回歿占起点绿色1010绿色1010蓝色0110蓝色011015附录1主控程序清单存include 存include 存include /char pro_left,pro_nght,iJ； 左右占空比标志 extein iiit a24=3,4O0O0,0Q0,0,OOOOOQOQQO;extein iiit n=2Jogo=0;/sbit leftl=PlzO

15、;sbit left2=Pr 1;sbit right 1=P1A2;sbit right2=PlA3;sbit enl=PlA4; sbit en2=PlA5; sbitpl6=PlA6; sbitp!7=PlA7;/左电机正反转/右电机正反转输出PWM1波控制左电机输出PWM2波控制左电机/sbitp23=P2A3; sbit p24=P2A4; sbit p25=P2A5; sbitp26=P2A6;sbit lefCtuin=POAO;sbit left=POAl;sbit midb=P0A2;sbit midf=P0A3;sbit right=POA4;sbit iight_aini

16、=POA5;左侧传感器（识别路II）微调左位置后中间传感器（识别路|丨）/前中间（识别路1）微调右位置右侧传感器（识别路II）7/sbit p20=P2A2; sbit p21=P2T;左拐直走右拐sbit p22=P2A0:void fiist_stiaight(); 启动直走void stiaight();直走void sd_straight();左岔直走void stopQ;终点稍停void endQ;回到起点停车void wleft();左微调void wright();右微调void ftJeftQ;左转90由黑到白void sd_left();左转90由白到黑void ft_rig

17、ht();右转90由黑到白void sdjightO;右转90由白到黑void ft_180nQ;左转180由黑到白void sd_18Ort0;左转180由白到黑7/void iiifraredQ;初次循迹void comebackQ;返航void memoi-y(mt x);/记忆void delay(int z); 延时 1ms7/void delay(int z)延时 z*lnischai k;while(z-) fbr(k=O ;k121 ;k+);延时 1 ms启动走直线/void fiist_stiaightQ p20=l;p21=0；p22=l;pro_left=85; pio

18、_right=85; leftl=l; 嚴 2=0;right 1=1;nght2=0;delay(5);/void stiaight() /走直线函数p20=l;p21=0；p22=l;pro_left=80; pro_right=80; leftl=l;嚴 2=0;right 1=1; nght2=0;/void sd_straightQ 左岔走直线函数 p20=l;p21=0；p22=l;straightQ;if(left_turn= 1 )/&(right_turn=O)&(nudf= 1) sdsUaightQ;elsestraight();/void wleft() 微调左转函数

19、pio_left=0;pio_right=85;leftl=O;left2=0;light 1=1; iight2=0;/void wHght() /微调右转函数 pro_left=85;pro_right=0: leftl=l;left2=0;light 1=0;iight2=0;31/void ftJeftQ p20=0;p21=l；p22=l; pro_left=0;pro_right=80; leftl=O; 嚴 2=0;right 1=1; nght2=0; if(niidf=l) elsesdjeft(); void sd_left() p20=0;p21=l；p22=l;左转90

20、由黑到白左轮不动右轮动左转90由白到黑pro_left=0; pio_right=80;leftl=O;嚴 2=0;right 1=1;nght2=0; if(nudf=0)sd_left();else fiist_straightQ; sUaightQ;左轮不动右轮动/void ft_right() p20=l;p21=l；右转90由黑到白p22=0;pro_left=85; pro_right=0: leftl=l; 嚴 2=0; right 1=0; nght2=0;if(nudf=l) ft.nghtO； elsesdnghtQ； void sdjightQ p20=l;p21=l；p

21、22=0;左轮动右轮不动右转90由白到黑pro_left=80; pio_right=0: leftl=l;/左轮动嚴 2=0;right 1=0;nght2=0;if(nudf=0) sd_nght(); else fiist_straightQ; suaight();右轮不动7/void ft_ 180110 p20=0;p21=0；p22=0;左转由黑到白pro_left=80; pio_right=80; leftl=0; left2=l; right 1=1; nght2=0;if(nudf=l) ft_180rt0； elseif(nudf=0) sd_180rt();左轮反转右轮

22、正转void sd_18Ort0 p20=0;p21=0;左转由白到黑p22=0;左轮反转右轮正转pro_left=80; pio_right=80; leftl=0; left2=l; right 1=1;nght2=0;if(nudf=O)sd_180rt0；elsefiist_straightQ; suaight();/void stopQ 回到起点 while(l) pl7=l;pl6=l; p23=0;p24=0;p25=0;p26=0; pio_left=0;或是全等于0pio_right=0: leftl=l;left2=l;light 1=1;iight2=l;/或是全等于1v

23、oid endQpro_left=0; pro_right=0; leftl=0;嚴 2=0; right 1=0; nght2=0; delay(150);单程刹车/循迹 char flag=10;pl6=0;pl7=l;p23=0;p24=0;p25=l;p26=l;&(nght_niin=0)&(niidf=l)&(niidb=l)&(left=0)&(right=0)flag=7;直线elseif(left_tuin=0)&(right_tuin=0)&(nudf=0)&(midb=0)&(left=0)&(nght=0)flag=4; / memoiy(4); 死胡同else&(ri

24、ght_turn=0)&(midf=0)&(midb=l)flag=3;/memory(3);左拐else&(right_tuin=0)&(midf=0)&(midb=0)flag=13;误认为左拐左拐elseif(left_turn=0)&(right_turn=l)&(midf=0)&(midb= 1)fhg= 1;/memory( 1);右拐elseif(left_tuin=0)&(right_tuin=l)&(midf=0)&(midb=0)flag=ll;误认为右拐右拐elseif(left_turn= 1 )&(right_turn=0)&(nudf= 1 )&(midb= 1)f

25、lag=2;/memory(2);左岔else&(right_turn=0)&(nudf=l)&(midb=0)flag=12;误认为左岔直走elseif(left_turn= 1 )&(right_turn= 1 )&(midf=0)&(midb= 1)flag=l;/memoiy(l); 丁字elseif(left_turn=l)&(right_turn=l)&(midf=O)&(midb=O)flag=ll;误认为丁字右拐elseif(left_turn=O)&(right_turn=l)&(nudf=l)&(midb= 1)flag=l; /memory(l); 右岔elseif(le

26、ft_turn=O)&(right_turn=l)&(nudf=l)&(midb=O)flag=ll; /误认为右岔右拐elseif(left_tuin= 1 )&(right_tuin= 1 )&(nndf= 1 )&(midb= 1) flag=l; /memoiy(l);十字else1 )&(right_tuin= 1 )&(nndf= 1 )&(midb=O) flag=ll； 误判十字 右拐elseif(left_tuin=O)&(right_tuin=O)&(nndf=l)&(midb=O)&(left=O)&(nght=O )flag=O;/memorv(O); 终点elseif

27、(left_turn=O)&(right_turn=O)&(left=O)&(right= 1)flag=5;左偏(light)elseif(left_turn=O)&(right_turn=O)&(1 亡 ft= 1 )&(right=O)flag=6;右偏(left)elseflag=7;直走switch (flag)case 0: pl7=0;pl6=0;p23=0;p24=0;p25=0;p26=0;end();ft_180rt();memoiy(0); logo=l; break; /p!7=0:pl6=0;终点两个灯全亮case 1: ft_nght();memoiy(1);log

28、o=0;break:右拐case 2: sd_stiaight();memory(2);logo=0;break:直走case 3:memory(3);logo=0;break:左拐case 4: ft_l 80rt();memoiy(4);logo=0;break;死胡同case 5: wrightQ;logo=0;break:左偏case 6: vleft();logo=0;break:右偏case 7: straight();logo=0;break:直走case 11: ft_right();logo=0;break:误认为右case 12: stiaightQ;logo=0;brea

29、k:误认为直case 13: ft_left();logo=0;break:误认为左default: straight();logo=0;break;/记忆程序void memoiy(mt mflag) if(niflag=l)an+=l;if(an=4)an=O; n=n-2;n+;elseif(niflag=2)an+=2； n+；else if(niflag=3)an+=3； n+；elseif(niflag=4)an=O;11;else if(niflag=O)n; void comeback()/p23=I;p24=I;p25=0;p26=0;pl 7=0;pl6=l;if(left

30、_nirn=0)&(right_nirn=O)&(nudf=l)&(midb= 1 )&(left=O)&(nglit=0else1 )&(nudb= 1)i左边有路iswitch(an)tcase 1: ft_left();case 2: sd_straight();case 3: ft_iightQ;logo=l;n-; logo=l;n-; logo=l;n;break; break; break;) straightO；logo=l;直线elseif(iighcturn= 1 )&(midb= 1)i右边有路iswitch(an)tcase 1: ft_left();case 2: s

31、d_straight();case 3: ft_iightQ;logo=l;n-; logo=l;n-; logo=l;n;break; break; break;elseif(left_tuin=O)&(right_tuin=O)&(midf=O)&(midb=O)&(left=O)&(right=O )&(n=l) pl7=l;pl6=l;stop();回到起点两个灯全灭elseif(left_turn=O)&(right_turn=O)&(left=O)&(right=l)wrightQ;logo= 1;左 偏(motoi_right)elseif(left_turn=O)&(right

32、_turn=O)&(left= 1 )&(right=O)wleft();logo= 1;右偏(motor_left)/* elsestraightO；logo=l;*/void uiitQTMOD=0x01;TH0=(65536-100)/256;TL0=(65536-100)%256;EA=1;中断总开关ETO=1;开启定时器0TRO=1;/定时器0启动enl=l;使能1端eii2=l;使能2端void timeO(void)internipt 1i+;片；if(i=projeft) enl=l;else enl=0;if(i=100) enl=enl;i=0;if(j =pro_righ

33、t) eii2= 1;else eii2=0;if(j=100) en2=en2;j=0;TH0=(65536J 00)/256;TL0=(65536J00)%256;/void mam(void)nutQ；delay(l);while(l)if(logo=0)infiared();if(logo=l)comebackQ;void mtO(void)mtermpt 0附录2液晶驱动源代码程序#include#defiiie ucliar unsigned char#defiiie umt unsigned int sbitrs=PlAO;sbit lcden=PlAl;sbit p20=P2A0;sbit p21=P2Al;uchar countaium;chai nuao,shi,fen;uchar code table=n2010-6-22 ROBOT1; uchar code table 1=M0090: