摘 要

本设计主要以STC89C52型单片机为控制核心的自动寻线轮式机器人，该设计主要是采用红外光电传感器检测路面上预先设置好的黑色轨迹,检测到的路面信号会反馈给单片机，单片机处理好采集到的信号后产生8位的PWM波，轮机驱动电路L298N利用从单片机处接收到的反馈信号对机器人的方向和速度进行调整,这样一来轮式机器人就能够自动地沿着黑线进行行驶,实现轮式机器人的自动寻迹。在此次的设计中，我还在机器人上加装了超声波避障模块，使其能够在行进的过程中检测到前方的障碍物，实现避障功能。本次的设计对于智能轮式机器人的控制模块、避障模块、寻迹模块、红外接收模块、电机驱动模块进行了详细的介绍。给出各功能实现的程序设计流程图，并进行寻迹、避障实验，通过实验发现基于STC89C52单片机的智能轮式机器人系统结构简单，性价比高，易于推广和移植，具有广阔的应用前景。

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第一章 前言

1.1研究目的和意义

人类是善于发明和创造的种族，无数的发明和新发现经过人们不断的创新和改造日趋完善；近年来，自机器人诞生开始，经过数年时间的研究，具备一定智能的机器人越来越普及到人们的日常生产和生活之中。基于各种类型的单片机的日益普及化以及人们对更加智能化产品的需求，本设计使用STC89C52型单片机使智能轮式机器人实现自动寻迹行驶，并且增加的避障模块也使轮式机器人具备了检测并且躲避障碍物功能，这样人性化的设计也更加符合当今人们的需求。通过调查发现在人们的日常生活中、生产劳动中以及工程建设等方面，智能轮式机器人的开发和研究有着相当重要的意义。这项设计可以用于工厂中代替人力劳动，以实现无人工厂，室内智能除尘机器人，以及无人驾驶的校园观光车等方面。

1.2国内外发展现状

机器人诞生至今已有50多年的时间， 随着相关技术的不断发展和进步，智能的概念也随之更加丰富，同时其内涵也越来越宽泛。

目前，国际上所应用的机器人中所占比重最大的是工业机器人，同时其它行业中的机器人也随着研究的深入应用的范围也更加广泛。美国和日本在机器人领域的研究和开发方面一直处于世界领先的位置，除了工业机器人外，还一直研究和开发其它产业的机器人。比如，日本的服务机器人和特种机器人以及一些相关中间件的研制都要领先于其它国家，并且在日常生活中的应用程度也很好；而美国则对军用机器人和太空机器人方面有着深入的研究。另外，美国特斯拉公司已经正式投产无人驾驶的智能化清洁能源车。

从机器人的诞生开始，我国对于这方面的研究始终处于比较低的水平，其应用范围也有一定的局限性。目前我国的机器人研究已经跨过起步阶段，逐步和国际先进水平接轨。其中比较有代表性的是：工业生产中的机器人、水下探测机器人、空间操作机器人以及在核领域方面的机器人。在工业应用方面，我国的机器人技术已经具备了大型机器人工程设计和实施能力。工厂中用于生产、装配、喷涂以及焊装的生产线，以及自动运输车。

1.3本文研究的主要内容

此次课程设计所研究的主要内容是：以STC89C52型单片机为控制核心，采用4路红外线探测系统对场地中设置好的黑线进行寻迹，从而实现轮式机器人的自动寻线功能；因为在此次的设计过程中，我给轮式机器人加装了避障模块，是利用超声波避障系在轮式机器人的前进过程中统检测并躲避障碍物，所以此次我所设计的轮式机器人具有自动寻线以及避障的功能。

第二章 系统硬件电路的设计

2.1系统总体方案设计

在此次的设计过程中，以STC89C52型的单片机作为主控制系统、使用L298N电机作为电路驱动系统、使用4路红外（光电）探测器循迹作为寻迹系统、使用US-100超声波测距模块作为避障系统、使用7段数码管作为显示系统以及电源系统。系统运行时，4路红外探测器能够实时监测路面上黑线的状态，将信号反馈到单片机中，单片机就能够对接收到的信号进行分析处理，驱动电机调整轮式机器人前进的方向，从而实现自动寻迹功能。超声波是通过探头发射出来，当它在碰到物体时就会产生反射，然后接收探头就会接收到回的超声波，并且依照脉冲对这一过程中的时间差进行计算，再利用STC89C52单片机中的处理器把轮式机器人和物体之间的距离计算出来，当轮式机器人与障碍物之间的距离小鱼预先输出的最小距离，轮式机器人就会自动发声警报。在循线的跑道上行进时，超声探测器会测出与前方障碍物的距离，在与前方的距离少于预先输出的最小距离的时候，轮式机器人就会避开障碍物掉头之后再继续循线。本次的设计还使用了L298型号的驱动芯片来驱动轮式机器人的行进。

2.2系统相关器件的介绍

2.2.1 STC89C52单片机

在此次设计的系统中占有最重要位置的是STC89C52单片机。单片机STC89C52是由 STC公司生产出来的，它是一种性能相当高的CMOS 8位微控制器，具有功耗较低、性能较好等优势，并且在Flash存储器中可编程系统有8k之大。它的内核所使用是MCS-51型号内核，而后又在这一基础上改善了一些功能，令其具备了一些传统的51单片机所不能够实现的功能。单芯片中包含的CPU为8位以及可编程Flash，这样使得STC89C52就能将更多灵活度较高以及效果显著的方法提供给许多的嵌入式的控制使用体系。

它具有如下的性能：512字节的RAM，8k字节的Flash，看门狗式的定时器，32位的I/O 口线，4KBEEPROM，3个16 位的定时器/计数器，复位电路采用的是MAX810式，包含4个外部中断，1个7向量4级中断结构（兼容传统51单片机的5向量2级中断结构），串行口为全双工式的。

并且STC89X52的静态逻辑操作可以实现到0Hz之低，在省电的模式下可以兼容软件的使用。非工作形式下，CPU就会处在非工作状态，但是中断、定时器/计数器、串口和RAM则可以继续进行；如果是在掉电保护状态下，RAM中的内容就可以保留，振荡器会被冻结，所有单片机中结构的工作都会停止，直到硬件复位或是出现下一个中断才会解除这种状态。