智能小车课程设计报告书

1、探 2015级学生 课程设计材料 探 课程设计报告书 课题名称智能小车蓝牙操控和循迹的实现 姓 名 学 号 学 院 专 业 指导教师 2019年2月15日 1设计目的 通过设计进一步掌握51单片机的应用，特别是在嵌入式系统中的应用。 进一 步学习51单片机在系统中的控制功能，能够合理设计单片机的外围电路，并使之 与单片机构成整个系统。 2功能要求 智能小车作为现代的新发明，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模 式在一个环境里自动运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等用途；并 且能实现显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障等功能，可程控行 驶速度、准确定位停车，远程传输图像、按

2、键控制加速，减速，刹停，左转和右 转、实时显示运行状态等功能。 3总体设计方案 在现有玩具电动车的基础上，加了四个按键，实现对电动车的运行轨迹的启 动，并将按键的状态传送至单片机进行处理， 然后由单片机根据所检测的各种按 键状态实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时 控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。本设计采用AT89C51 单片机。以AT89C51为控制核心，禾I用按键的动作，控制电动小汽车的状态。 加装光电、红外线、超声波传感器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实 时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理， 然后由单片机根据所检测的各种 数

3、据实现对电动小车的智能控制，如图 1所示。简易智能电动车采用 AT89C51 单片机进行智能控制。开始由手动启动小车，并复位初始化，当到达规定的起始 黑线，由小车底部的红外光电传感器检测到第一条黑线后，通过单片机控制小车 开始记数、显示、调速。在白纸所做轨迹道路中，小车通过超声波传感器正前 方检测和光电传感器左右侧检测，由单片机控制实现系统的自动避障功能。在电 动车进驶过程中，采用双极式 H型PWM脉宽调制技术，以控制小车调速；并 采用动态共阴显示行驶时间和里程。小车通过光电传感装置实现驶向光源并通过 循迹保持小车在白纸范围内行驶。当小车到达终点第二次检测到黑线时， 单片机 控制小车停车。 图

4、1总体设计框架图 4硬件电路选取与设计 (1)硬件电路选取 1. 控制器模块选取 我们采用AT89C51单片机作为主控制器，AT89C51是一种带4K字节闪烁 可编程可擦除只读存储器(FPEROM的低电压，高性能CMOS位微处理器，俗称单 片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，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CPUS闪烁存储器组合在 单个芯片中，ATME的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提 供了一种灵活性高且价廉的方案。 2. 电机模块选取 采用普通直流电机。直流电机运转平稳，精度有一定的保证。直流电机控 制的精度虽

5、然没有步进电机那样高， 但完全可以满足本题目的要求。通过单片机 的PWM输出同样可以控制直流电机的旋转速度， 实现电动车的速度控制。并且直 流电机相对于步进电机价格经济。 3. 电机驱动器模块选取 采用电机驱动芯片L298N L298N为单块集成电路，高电压，高电流， 四通道驱动，可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/O输入 改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，非常方便，亦 能满足直流减速电机的大电流要求。 调试时在依照芯片手册，用程序输入对应的 码值，能够实现对应的动作。 4. 电源模块选取 在本系统中，需要用到的电源有单片机的5V,L298N芯片的电源

6、5V和电 机的电源12V。所以需要对电源的提供必须正确和稳定可靠。用9V的锂电池串 联2节5号普通电池给前、后轮电机供电，然后使用7805稳压管来把高电压稳 成5V分别给单片机和电机驱动芯片供电。因此为了方便，这里我们采用12V电 源给电机供电，再用7805转换成5V电源给单片机使用。 (2)硬件设计 小车采用四轮驱动，一侧的前后两个车轮共用一个电机驱动，另外两个前 后轮共用一个驱动，调节左右车轮转速从而达到控制转向的目的。 图2硬件控制模块图 1. 控制模块设计 根据设计的小车性能，使用控制系统来控制电机的状态，按键来操作，从而 使小车可以进行加速、减速、刹停、左转和右转的运行。设计的控制模

7、块电路图 图3 AT89C51单片机的P0通过控制总线来连接锁存器74LS373以及计数器8253, 以此来控制L298N驱动芯片的工作方式，PWM和PWM来控制电机的工作状态。 AT89C51的P2 口通过控制总线与显示器连接。 图3控制模块设计图 2. 电机模块设计 因为设计的小车运行比较简单，没有避障等复杂的功能，所以我们选择普通 直流减速电机，通过到商店里和到网上等途径进行购买， 电机模块采用2块电机 同时驱动，这里将同一侧电机短接接到 L298N的-个输出端。 3. 电机驱动模块设计 采用电机驱动芯片L298N L298N是SGS公司的产品，为单块集成电路，高 电压，高电流，四通道驱

8、动，可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过单 片机的10输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作， 非常方便，亦能满足直流减速电机的大电流要求。 调试时在依照芯片手册，用程 序输入对应的码值，能够实现对应的动作 图4电机驱动模块设计图 如图4所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流信号， 还可驱动2个电机，0UT1, 0UT2, 0UT3, OUT4之间分别连接2个电动机。5、 7、10、12脚接控制电平，控制电机的正反转，ENA EN B接控制使能端，控制 电机的停转。 同时输出两组PWM波,每一-组P WMB来控制一一个，电机的速度。另外， 二个I

9、/0 口可以控制电机的正反转，P1.0,P1.1控制第-一个电机的方向， 输入的：PWM控制第-一个电机的速度；P1.2、P1.3控制第二个电机的方向，输 出的PWM控制第二个电机地说速度。 由于电机的正常的工作时对电源的干挠很大，只用一组电源时，会影响单片 机的正常工作，所以选用双电源供电。d1,Q1是一对红外发射接收对管，与LM324 构成光右转电传感的检测电路。可实现对小车的加速，减速，刹停，并可通过两 个电机的不同转速实现左转和。 可以用表表示为 EN A (0) IM (IN3) I册(IM) 电机运行情况 H H L 止枭 H L II 反转 H 同 1N2 (1N4) 同 IN2

10、 快速停止 L X X 停止 4. 电源模块 采用电脑USB 5V、2A输出或者用充电宝的5V、1A或2A输出都可以 结构图如下： U9KN 5. 按键模块 本系统添加四个键，用来选择控制小车。并接于P2 口 图6按键控制图 5软件设计 1. 流程图设计 SI ffiT S2按下 S3按下 S4按下 ss按下 1 f耳 ri 1 ri 加速减連刹f?左轉右转 图7主程序流程图 2.小车运行设计 若要求小车直走，这需要给4个电机正转命令。根据L298N芯片手册，这 里将 P1=0 xfa。 EX A (0) IM (IN3) IN2 (IN1) 电机运行情况 H H L 正转 H L li 反转

11、 H 同 IN2 (IN4) 同 IN2 TX4 ) 快速停止 L X X 停it 3.小车调速设计 若要求车调速，只需用PW来控制L298N的ENA和EN就可以对小车进行调 速。这里我使用定时器T0的工作方式2自动重装。并赋初值 TH0=0 xf6 ； TL0=0 xf6 ； 6系统测试与结果分析 基于单片机技术的智能小车蓝牙控制与循迹系统的实验样机图如图8所示, 用1台*型直流稳压充电宝提供+5V的电压，经过多次调试我们发现两个问题。 如下： 1. 转向时间需要慢慢调，时间长，旋转弧度大；时间短，旋转弧度小。 2. 直行时，由于每个电机的性能不一样，导致两侧占空比一样时，小车会 存在转弯，

12、这样需要微调占空比。 图8实验样机图 7 使用说明 现在智能小车、机器人得到很多人的关注和追捧，因而市面上智能小车的控 制板，价格都很昂贵，硬件自己动手的机率小，基本都是成品模块，所以我们在 学习电子时应该先硬件后软件 , 这样你很快就能学会电子。 在使用智能小车的过程中，你需要了解一些C语言的知识、单片机的知识， 掌握了这些你才能更快速、更有效的控制我们的智能小车。 8 设计总结 经过此次的项目经验， 我们学会了学以致用， 能够将自己在课堂上学习到的 东西能够在项目中加以利用，正所谓知行统一。首先我们复习C语言对51单片 机进行编程使我们能够准确的控制到单片机， 然后再将单片机连接到小车上去

13、组 成此次项目的成品智能小车。 由于小车上有装了蓝牙模板、 红外感应模块等， 我们又能摸索学习蓝牙模块的一系列知识， 对于我们是一次长知识的经历同时也 是一次能够接受的挑战。 参考文献 1陆蕊 . 基于单片机的智能小车系统的设计J. 电子世界 , 2017（8）:166-166. 2陈梦婷，胡白燕，黄璨基于单片机的智能循迹避障小车的设计与实现J.智能机器人，2016: 47-51. 3 陈海宴 .51 单片机原理及应用 M. 北京:北京航空航天大学出版社 .2010:62-65. 4 高枫基于ARM的智能寻迹小车的设计与实现 D.山西：中北大学,2012.6. 陈海洋，李东京基于单片机的智能循

14、迹避障机器人小车设计J.科技风，2014（20）： 99. 钱栢霆，李娟.基于单片机的循迹避障智能小车系统的设计J.电子制作，2015（ 6x）. 7 寸巧萍.基于Mega16单片机的智能小车循迹避障设计方案 8 . 电子技术与软件工程， 2015（18）： 258. 9 顾群，蒲双雷基于单片机的智能小车避障循迹系统设计J.数字技术与应用，2012( 5): 23. 10 蔡莉莎, 曾维鹏. 基于人工智能路径规划系统的智能小车的设计与实现J. 电子世界 , 2016(18):112-113. 11 朱思敏 . 自循迹智能小车控制系统的设计与实现 D. 浙江工业大学 , 2013. 12 徐少朋

15、 . 基于 Android 开发的智能小车路径规划 D. 天津大学 , 2014. 13 吕闪 , 金巳婷 , 沈巍 . 基于 STM32 的循迹避障智能小车的设计 J. 计算机与数字工程 , 2017, 45(3):549-552. 14 朱丹峰 , 葛主冉 , 林晓雷 . 基于 Android 平台的无线遥控智能小车 J. 电子器件 , 2013, 36(3):408-412. 15 俞文武 , 程恒文 , 金天宝 ,等. 基于 STM32 的智能跟踪小车的设计 J. 山东工业技术 , 2017(8):294-296. 16 李娜 , 杨春鹤 , 王泽昊 ,等. 浅谈基于 STM32 单片

16、机的智能车设计过程 J. 数码世界 , 2016(11):90-91. 附录 #include sbit key1=P3A3; sbit key2=P3A4; char a; int flag=0; sbit lefta=P0A0; sbit leftb=P0A1; sbit righta=P0A2; sbit rightb=P0A3; sbit outl=P0A6; sbit outr=P0A5; int n; void delay(int n) int i,j; for(i=0;in;i+) for(j=0;j113;j+); void get_up() / lefta=1; leftb=

17、0; righta=1; rightb=0; void get_down() / lefta=0; leftb=1; righta=0; rightb=1; void get_left() / 前进 后退 左转 lefta=0; leftb=1; righta=1; rightb=0; void get_right() / 右转 lefta=1; leftb=0; righta=0; rightb=1; void get_up_left() / 前进左转 /timer_intconfiguration(); int x=50; lefta=1; righta=1; rightb=0; whil

18、e(x-) leftb=0; delay(50); leftb=1; delay(50); 前进右转 void get_up_right() / /timer_intconfiguration(); int x=50; lefta=1; leftb=0; righta=1; while(x-) rightb=0; delay(50); rightb=1; delay(50); 后退左转 void get_down_left() / /timer_intconfiguration(); int x=50; lefta=0; leftb=1; righta=0; while(x-) rightb=

19、1; delay(50); rightb=0; delay(50); void get_down_right() / 后退右转 /timer_intconfiguration(); int x=50; lefta=0; righta=0; rightb=1; while(x-) leftb=1; delay(50); leftb=0; delay(50); void stop() lefta=0; leftb=0; righta=0; rightb=0; void set_com() / 串口中断置位 TMOD=0 x20; TH1=0 xfd; TL1=0 xfd; SCON=0X50; ES=1; EA=1; TR1=1; /ET1=1; void fasong() interrupt 4 / 串口中断服务函数 if(RI) RI=0;