东华理工大学大学生科技创新基金项目
摘 要
PIC16F877A单片机是MicroChip公司生产一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评，它的丰富的外围功能模块为我们的设计提供了便利。这里介绍的是如何用红外线传感器采集信号并通过单片机控制来实现避障寻线小车功能的设计，该设计是结合科研项目而确定的设计类课题。本系统以设计题目的要求为目的，并进行了小车功能的拓展。小车采用PIC16F877A单片机为控制核心，实现智能小车的智能控制，包括智能避障、路面寻线、PWM调速、测速并实时显示速度等功能。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。实验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统的方案论证、硬件设计方法及测试结果分析。
关键词：PIC16F877A； 红外线传感器； 避障寻线系统； PWM调速； 智能小车
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ABSTRACT
PIC16F877A microcontroller is an 8 bit MCU made by MicroChip company, its ease of use and versatility are the majority of users praise,its rich peripheral function modules for our design provides convenience. Here is how to capture the signal using infrared sensors and through MCU control to achieve obstacle avoidance function of line-tracking car design, the design is a combination of scientific research and to determine the design of class topics. The system design requirements for the purpose of the subject and had a car function expansion. PIC16F877A microcontroller to control the car using the core, intelligent car of the intelligent control, including the Smart obstacle avoidance, road hunting, PWM speed control, speed and real-time display speed and other functions. A simple circuit structure of the system reliability can be high. Experimental test results meet the requirements, this article highlights the program demonstration of the system, hardware design methods and test results analysis.
Key words：PIC16F877A single chip computer; Infrared sensors; Obstacle avoidance seeking
line system; PWM speed; Smart car
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目 录
前言 ..................................................................................................................................... 1 1 方案设计与论证 ............................................................................................................. 2
1.1 总体方案选择 ........................................................................................................ 2 1.2 各模块方案选择与论证 ........................................................................................ 2 1.2.1 控制器模块 ......................................................................................................... 2 1.2.2 避障模块 ............................................................................................................. 3
1.2.3 寻线模块 ..................................................................................................... 3 1.2.4 直流调速模块 ........................................................................................... 6 1.2.5 车速检测模块 ............................................................................................. 7 1.2.6 电机驱动模块 ............................................................................................. 8 1.2.7 电源模块 ..................................................................................................... 8 1.3 系统各模块最终方案 ............................................................................................ 8 2 硬件系统的设计与实现 ................................................................................................. 9
2.1 电源电路设计 ...................................................................................................... 9 2.2 检测电路设计 ...................................................................................................... 9 2.3 电机控制电路设计 .............................................................................................10 2.4 PWM调速设计 .................................................................................................. 11 2.5 舵机方向控制设计 .............................................................................................12 3 软件系统的设计与实现 ................................................................................................ 13
3.1系统软件设计与调试 ............................................................................................13 3.2 软件抗干扰技术 ...................................................................................................13
3.2.1 数字滤波技术 ............................................................................................14 3.2.2开关量的软件抗干扰技术 .........................................................................14 3.2.3指令冗余技术 .............................................................................................14 3.2.4软件陷阱技术 .............................................................................................15
4 系统测试与调整 ............................................................................................................16
4.1电路硬件测试 ........................................................................................................16 4.2系统实现功能测试 ................................................................................................16 4.3整车测试 ................................................................................................................16 总结 .................................................................................................................................. 17 致谢 .................................................................................................................................. 18 参考文献 ............................................................................................................................19 附录 .................................................................................................................................. 20
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前 言
当今社会，科学技术日新月异，时代前进的步伐越迈越宽，应用自动化设备,计算机处理,现代化通讯,数字化信息,现代化显示设备等高新技术而建立的现代化智能,监控等系统已经得到充分的发展与应用,智能机器人也就应运而生。同时，在建设以人为本的和谐社会的过程中，智能服务机器人能够完成考古发掘，海底揭密，宇宙探索等危险作业，以保证人身安全。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》一文指出：智能服务机器人是在非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的智能化装备。以服务机器人和危险作业机器人应用需求为重点，研究设计方法、制造工艺、智能控制和应用系统集成等共性基础技术。重点研究低成本的自组织网络，个性化的智能机器人和人机交互系统、高柔性免受攻击的数据网络和先进的信息安全系统。
由于单片机具有多功能、低价位及小型化等优势，它们已被广泛地应用在消费电子、汽车电子、办公室自动化、通信及一般工业产品上。近些年来，单片机技术的发展已达到了相当高的水平，一些新型单片机层出不穷，技术日新月异。传统单片机（MCU）主要由外围部件、微控制器和存储器构成。新型单片机为了更好灵活地适应不同领域的应用，除了具有这些传统的数字功能外，还提供模拟功能，甚至射频功能，它们不仅是可编程的，而且是可动态重构的。它们是具有PsoC或SoPC特性的、真正的单片机。做单片机项目开发，首先应该关注的是项目的功能和性能要求，即做需求分析.通过需求分析,明确实现这些功能和性能指标所需芯片的功能和结构资源、综合成本核算和产品集成度等要求，才能从琳琅满目、特色各异的芯片中选择合适的货架产品。
2006━2020年，既是国家中长期技术发展计划实现阶段，也是我们最具有活力和最激情洋溢的时段。于是，我们五个人认识到自己的位置，都对智能机器人的研发和制作有着强烈的好奇心，有着共同爱好和理想，想用自己的青春和智慧挥写这段焕发青春活力的乐谱。
随着生产自动化的发展，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，但其价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。
机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。故对机器人的研究已成为必要。 智能循线和避障是基于智能导引小车系统，采用红外传感器实现小车速度检测，判断并检测障碍物。本文对智能小车的循线，避障以及速度的采集进行了研究。
