轮式移动机器人的设计报告
第一章 绪论
1.1 设计的背景和意义
随着电子技术、计算机技术和制造技术的飞速发展，数码相机、DVD、洗衣机、 汽车等消费类产品越来越呈现光机电一体化、智能化、小型化等趋势。各种智能化 小车在市场玩具中也占一个很大的比例。根据美国玩具协会的调查统计，近年来全 球玩具销量增幅与全球平均GDP增幅大致相当。而全球玩具市场的内在结构比重却 发生了重大改变：传统玩具的市场比重正在逐步缩水，高科技含量的电子玩具则蒸 蒸日上。美国玩具市场的高科技电子玩具的年销售额2004年交2003年增长52%， 而传统玩具的年销售额仅增长3%。英国玩具零售商协会选出的2001圣诞节最受欢 迎的十大玩具中，有7款玩具配有电子元件。从这些数字可以看出，高科技含量的 电子互动式玩具已经成为玩家行业发展的主流。如今知识工程、计算机科学、机电一体化和工业一体化等许多领域都在讨论智能系统，人们要求系统变得越来越智能化。显然传统的控制观念是无法满足人们的 需求，而智能控制与这些传统的控制有机的结合起来取长补短，提高整体的优势更 好的满足人们的需求。随着人工智能技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展， 智能控制必将迎来它的发展新时代。计算机控制与电子技术融合为电子设备智能化 开辟了广阔前景。因此，遥控加智能的技术研究、应用都是非常有意义而且有很高市场价值的。
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1.2 智能小车的发展现状
随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。智能小车是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶等功能于一体的综合系统。它集中的运用了计算机、传感器、信息。通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。 一.国外智能车设计竞赛 (1)美国的智能车大赛
美国国防部与院校、企业和发明家联合开展，全球领先的智能汽车竞赛。 2007年11月，美国第三届智能汽车大赛在加州维克托维尔举行。本届智能汽车比赛的目标是对未来科学家的激励。大学、企业和发明家们期望制造出通过洛杉矶和拉斯维加斯间荒地、行程160km的自主控制汽车。
参赛汽车的车顶上有旋转的激光器，两边有转动的照相机，完全由电脑控制，利用卫星导航、摄像、雷达和激光，人工智能系统可判断出汽车的位置和去向，随后将指令传输到负责驾驶车辆的系统，丝毫不受人的干涉，用传感器策划和选择路线。参赛的无人驾驶智能汽车沿着附近公路飞奔。 (2)韩国大学生智能车大赛
韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办，以HCS12单片机为核心的大学生智能模型汽车竞赛。
组委会提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池，参赛队伍要制作一个能够自主识别路线的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，谁最快跑完全程而没有冲出跑道并且技术报告评分较高，谁就是获胜者。 二.国内智能车辆竞赛现状研究 (1)竞赛的起源
2005年11月，中国教育部高等学校自动化专业指导分委员会与飞思卡尔半导体公
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司签署了双方长期合作协议书。协议书规定从2006年起，飞思卡尔将至少连续5年协办“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛，提供参赛队的标准硬、软件技术平台和竞赛优胜者奖金,并为主办单位提供一定的竞赛组织经费,我国智能车竞赛由此开始. (2)智能车竞赛的地位
教育部：与老牌的数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等四大竞赛并列，被认定为国家教育部正式承认的五大大学生竞赛项目.
各高校：清华、交大、科大等名校均参加，最投入为北京科大，每年均举行校内赛（09年规模为79支队伍）.
校内：综合类竞赛（A类）仅3种，分别为智能汽车、机器人、挑战杯。 (3)竞赛历史——第一届邀请赛
2006年8月20日至21日在清华大学进行，共有来自全国57所高校的112支参赛队参加。赛道中只有直道和弯道，没有上下坡。从赛车寻迹技术方案来看，赛道检测方式也大体分
为红外发射/接受管检测方式和CCD/CMOS摄像头检测方式两类。摄像头方案的成绩普遍好于红外传感器方案。 (4)竞赛历史——第二届，赛区+总决赛
扩大到全国具有以自动化专业为主的理工类高等本科学校约300余所。采取赛区和全国总决赛结合的形式。全国分为5个赛区，总决赛在上海交大举行。总决赛中出现上下坡的限制，比赛变得复杂了。小车的平均速度较比上年有了显著的提高，采用摄像头方案的成绩更加明显（决赛前十名的队伍全为摄像头队伍）。同比韩国的智能车大赛，我们的竞赛成绩已经超过了韩国。 (5)竞赛历史——第三届，赛区+总决赛
第三届智能车大赛在东北大学举行，有551支代表队伍参加了分区赛，104支队伍参加了总决赛。第三届比赛保留了前两届的要求，同时又增加了跑完全部路程起跑线在3米内停车的限制，对起跑线的识别又提出了严格的要求。与前两届摄像头与光电同条件参加比赛不同，本次竞赛分为光电与摄像头两个赛题组。 (6)竞赛历史——第四届，赛区+总决赛
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第四届智能车总决赛在北京科技大学举行，有780支代表队伍参加了分区赛，120支队伍参加了总决赛。第四届比赛保留了前三届的要求，同时又增加了窄道、更复杂的背景、三角形标识识别等更具有难度的内容。增加了创意组，共有10个队经过初选进入复赛。
(7)竞赛的发展—第五届，更具难度
增加电磁组，扩大创意组规模；赛道变窄，提高小车控制难度；措施更严密。 1.3 该设计的主要内容和目的
智能小车主要由由四大组成部分：红外避障部分、红外循迹部分、执行部分、CPU。智能小车要实现循迹识别路线，避障后退并选择其他前进路线。该设计主要通过对系统硬件电路的设计，软件设计和程序的编写，然后通过后期软硬件调试达到设计目的，使其具有上述功能。
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第二章 系统总体方案设计与论证
2.1 系统的总体方案设计
该系统以AT89S52单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，利用红外遥控器代替开关按键控制小的启动和停止，能够轻松自如的实现小车的启动停止、左转、右转和前进后退等功能，假如我们希望小车运行到黑线上来检测是否有循迹功能，就可以用遥控器控制小车行驶到有黑线的地方，当小车遇到有黑线时，会自动启动循迹功能模块，让小车沿黑线跑，遇到障碍物时会后退并选择其他路线躲避障碍物。每个模块都是相互独立又相互协调配合，实现了小车的智能控制。系统控制框图如图2.1所示：
红外遥控模块 AT89S52 红外避障模块 电机驱动模块 红外接收模块 循迹模块 显示模块 图2.1 系统控制框图
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