智能小车方案设计书报告

1、智能小车设计报告组员：指导老师：专业：应用电子技术班级：班学院智能小车设计报告摘要:本设计以AT89C52单片机小系统作为控制与检测的核心，用 L298N为主控芯片组成的驱动模块作为直流电机驱动，用主控芯片为 ST188组成的反射式红外传感器进行寻黑线，进而实现智能小车的 循迹功能。用超声波进行测距、避障，并用一个液晶进行测距显示， 红外无线遥控实现对小车的无线控制。此设计是集循迹、避障、测距、 遥控于一体的智能小车。电路简单，性能可靠，是一款智能化，自 动化的电子作品。关键词：AT89C52单片机红外传感器ST188无线遥控智能化Abstract:Combining with SCM AT8

2、9C52 as the controlling core ， take the L298N as the de motor driver using a pair of reflective ST188 infrared transmitting and receiving tubes to detect obstructions and black lines. Then the realization of intelligent vehicle tracking function. Ultrasonic range obstacle avoidance, And a liquid cry

3、stal display rangeInfraredwireless remote control to a small wirelesscontrol.This design is a set of tracking,obstacleavoidance, ranging remote control in one of the smart car. Simple circuit, reliable performance is an intelligent, automated electronic work一、各个模块选择方案41.1车体的选择 41.2控制器模块的选择方案 41.3驱动模

4、块的选择方案 41.4避障模块的选择方案 51.5循迹模块的选择方案 51.6电源模块的选择方案 61.7红外无线遥控的方案选择 71.8总体设计的方案选择7二、系统软、硬件方案设计 72.1电机驱动电路的设计 72.2超声波避障电路的设计 92.3红外循迹电路的设计 122.4无线控制模块的电路设计 152.5总体电路设计 16三、系统功能测试 173.1驱动模块的功能测试 173.2避障模块的功能测试 173.3循迹模块的功能测试 183.4红外无线控制模块的功能测试 .18四、项目总18五、附录19-、各个模块选择方案1.1车体的选择方案一：选用四轮四驱的车体。四轮四驱车速较快，但车体

5、太大，过于笨重。四个驱动需要两个驱动电路模块，它的电路复 杂，耗电量大，编写程序也相对困难。方案二：选用三轮两驱的车体。三轮两驱采用两个驱动马达一 个驱动模块。前轮是一个万向轮进行转弯，调整方向，后轮进行 驱动车体。此方案电路简单，功耗小，小车灵活且费用低。综上所述我们选择方案二。1.2控制器模块的选择方案我们在之前学习与应用的都是由主控芯片AT89C52组成的单片机小系统，AT89C52单片机小系统由单片机和一些 基本的外围电路所组成的的一个可以工作的单片机小系统，它包括了单片机、电源、晶振电路和复位电路。它是一款低功耗、 高性能CMOS位单片机。它有4组8位并行I/O端口、3个16 位定时

6、器/计数器、一个全双工串行口、片内振荡器和复位电 路。它功能齐全，简单易操作，且性价比高。所以我们选择此 款单片机小系统作为智能小车的主要控制器。1.3驱动模块的选择方案方案一：使用L298N芯片驱动电机。L298N是一个具有高 电压大电流的全桥驱动芯片，输出电压最高可达 50V,可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的10 口连接来进行控制，而且带有使能端，方便 PWM调速。L298N芯片可以驱 动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，正好符合我们小车 的驱动要求。此方案电路简单，性能稳定，使用比较方便。方案二：使用独立的逻辑器件搭建驱动模块。 此方案费用低, 但相对麻烦且性能不稳

7、定，容易在硬件上出现故障。综上所述，我们选择方案一。1.4避障模块的选择方案方案一：采用红外避障：红外传感器可以实现小车的避障， 并且价格便宜。但是红外传感器只能通过调整硬件来改变灵敏 度，并且无法量化，所以，判断障碍物效果较差，无法使小车高 准确度的运行。方案二：采用超声波避障：利用超声波传感器，根据时间差 可以精确的测量前方障碍物的距离，精度高，价格合理。可以通 过调整软件算法，改变小车的避障精度。并且可以控制小车与前 方障碍物的距离大小来使小车做出反应，智能化高。综合比较得：方案二更加智能化，精确度高，更加符合当前的实际。所以采用方案二。1.5循迹模块的选择方案方案一：采用发光二极管和光

8、敏电阻检测黑线， 但这种方案易受 到外界光源的干扰，有时可能检测不到黑线。这种方案性能不稳定， 所以不采用。方案二：采用反射式红外发射接收管 ST18 &由于采用带有交流 分量的调制信号，则可大幅度减少外界的干扰；此外红外发射接收管 的工作电流取决于平均电流，如果采用占空比小的调制信号，在平均 电流不变的情况下，瞬时电流很大（50100mA，则大大提高了信 噪比。此种测试方案反应速度大约在 5us，反应快，符合我们设计要 求。综上所述，我们选择方案二。1.6电源模块的选择方案方案一：采用交流电经直流稳压处理后供电：采用交流电提供直流稳压电源，电流驱动能力及电压稳定性最好， 且负载对电源

9、影响 也最小。但由于需要电线对小车供电，极大影响了壁障小车行动的灵 活性及地形的适应能力。而且壁障小车极易把拖在地上的电线识别为 障碍物，人为增加了不必要的障碍。故我们放弃了这一方案。方案二：采用干电池组进行供电：采用四节干电池降压至5V 后给单片机及其他逻辑单元供电，另取六节干电池为电机驱动供电。 这样电机启动及制动时的短暂电压干扰不会影响到逻辑单元和单片 机的工作。干电池用电池盒封装，体积和重量较小，使用方便。综上所述，我们选择方案二。1.7红外无线遥控的方案选择在无线控制的选择上我们的智能小车采用的是红外无线控制， 红外无线控制可以再和其它同样具备红外接口的设备间进行信息交 流，红外接口

10、可以省去下载或其它信息交流所发生的费用，操作起来方便简单易懂，而且红外需要对接才能传输信息，安全性较强。综上 所述我们选择了红外无线遥控（SC2272。1.8总体设计的方案选择在此智能小车设计中，我们使用的是三轮两驱的小车车体，用干 电池组对系统进行供电，采用 AT89C52单片机作为主控芯片，采用 L298N作为电机驱动的芯片，使用ST188的反射式红外发射接收管作 为循迹芯片，使用超声波进行避障，测距，然后用一个1602液晶进行测距显示。二、系统软、硬件方案设计2.1电机驱动电路的设计1）L298N电机驱动PCB板图2 ) L298N电机驱动电路原理图啓卜例丁CAPA B43) 电机驱动模

11、块原理 、主要芯片：L298N光电耦合器 、工作电压：控制信号直流 4.55.5V;驱动电机电压530V 、可驱动直流（530V之间电压的电机） 、最大输出电流2A （瞬间峰值电流3A） 、最大输出功率25W 、特点：1、具有信号指示2、转速可调3、抗干扰能力强4、具有续流保护5、可单独控制两台直流电机6、可单独控制一台步进电机7、PWM脉宽平滑调速（可使用PWM信号对直流电机调速）8、可实现正反转9、米用光电隔离、L298N逻辑功能表:左电机右电机左电机右电机智能小车运行状态IN1IN2IN3IN4正转正转前进1010正转反转左转1：001正转停以左电机为中心原地左转1011停正转右转111

12、0反转正转以右电机为中心原地右转0101反转反转后退2.2超声波避障电路的设计1）超声波介绍1、典型工作用电压：5V。2、超小静态工作电流：小于2mA3、感应角度：不大于15度。4、探测距离：2cm-400cm5、高精度：可达0.3cm。6、盲区（2cn）超近。7、完全谦容GH-311防盗模块。8带金属USB外壳，坚固耐用。2）接口定义：Vcc、Trig （控制端）、Echo （接收端）、 Gnd本产品使用方法：控制口发一个10US以上的高电平，就可 以在接收口等待高电平输出.一有输出就可以开定时器计时， 当此口变为低电平时就可以读定时器的值，此时就为此次测距的时间,方可算出距离.如此不断的周

13、期测，就可以达到你移动测量的值了。3）超声波时序图曲 TTL模坎内部回隔电平输出口柿刃囲需曲比例4）超声波避障模块工作原理： 采用10触发测距，给至少10us的高电平信号； 模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回； 有信号返回，通过I0输出一高电平，高电平持续的时间就 是超声波从发射到返回的时间； 超声波从发射到返回的时间.测试距离=（高电平时间*声速（340M/S）/2;5）超声波模块程序流程图：2.3红外循迹电路的设计1) ST188传感器介绍3口口 口口/h sli sh sl一、特点1 .采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。2. 检测距离可调整范围大

14、，4-13mm可用。3. 采用非接触检测方式。二、应用范围1. IC卡电度表脉冲数据采样。2 .集中抄表系统数据采集。3 .传真机纸张检测。4 .与本公司的方向判别电路 ST288A结合使用可判别被测物的运动方向及正反转速测量、行程测量等。三、极限参数（Ta=25C）项目符号数值单位输正向电流IF50mA反向电压Vr6V入耗散功率P75mW集-射电压Vceo25V输出射-集电压Veco6V集电极功耗Pc50mW工作温度Topr-20 s 65C储存温度Tstg-30 s 75c2）循迹模块工作原理我们采用的是ST188作为红外检测传感器这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走， 由于黑线和白色

15、地板对光线的反射系数不同，可以根据接收到得反射光的强弱来判断“道路”。通常采用的方法是红外探测法在黑线检测的测试中。若检测到白色区域，发射管发射的红外线没有反射到接收管，测量接收管的电压大约为4.8V，若检测到黑色区域，接收管接收到发射管发射的红外线，电阻发生变化所分得的电压也随之变化，测得接收管的电压大约为0.5V。C0N7J2R100*1it ill1reiijCOMPONENT 1COMPONENT 243tl_t4 HEADER0_4C4 HEADER0COMPONENT 34 HEADER3) ST188循迹模块的电路原理图4) 循迹工作原理简化图:5）循迹流程图2.4无线控制模块的

16、电路设计1）接收板主要参数:工作频率：315M工作电压：DC5V工作电流:< 3mA(5.0VDC)编码芯片：SC2272遥控距离:2050米以上（开阔地）2 ）接收模块的七个引脚（D3 D2 D1、D0 GND VT、VCC说明:VCC为DC5V的供电端，GND接地端。 VT端为解码有效输出端，只要发射器的数据码有输出，VT都能同步输出高电平。 D3 D2 D1、DO是2272解码芯片的四位数据输出端，有 信号时能输出5V左右的高电平，驱动电流约 2mA与发 射器的四位数据码输出一一对应。2.5总体电路设计1）智能小车系统结构图智能小车控制系统由稳压电源模块、主控芯片模块、电机驱动 模

17、块和传感器模块、无线控制模块等部分组成，控制系统结构图如 下：2）智能小车实体图二、系统功能测试3.1驱动模块的功能测试在调试驱动模块的过程中，我们首先要搞清楚驱动模块的工 作原理和跟51单片机的连线。在书写程序的过程中我们要明确的 知道驱动模块的主要芯片L298N的逻辑功能表。驱动模块在通电以 后车轮能够正常转动则证明驱动模块的功能测试已成功。3.2避障模块的功能测试避障功能使用的是HC-SR0 4超声波模块，HC-SR0 4超 声波模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。我们将两个超声 波电路分别安放在智能小车车头两边， 输入程序进行测试调整，开 始由于车速太快，小车反应不够灵敏，不能够实

18、现避障功能，通过 不断的程序修改及电流电压的控制，智能小车最终能够正常实现避 障功能。3.3循迹模块的功能测试循迹功能的实现我们以前采用的是以 ST188为主要芯片的循 迹模块，经过我们三个星期的辛苦调试，发现ST188芯片出现了问 题，我们替换了循迹模块采用了 TCRT5OO0勺循迹模块，经过重新 的编程调试，最终实现了小车的循迹功能。3.4红外无线控制模块的功能测试红外无线控制我们采用主要芯片是 SC2262在红外无线控制模 块中我们花费的精力相对较少，因为在购买此模块的时候，买的就已 经是半成品了，按照我们查找的资料把线连接好即可，再把程序输入 到单片机中，小车就能通过无线控制来进行行走

19、的方向（向前、向后、 向左、向右）。四、项目总结此次项目的完成是我们四个人团结努力的结果及指导老师 赵老师的辛苦指导。完成此次项目的过程中我们小组也遇到了很 多困难，但是面对困难的时候，我们小组选择的不是逃避而是积极的面对去克服困难，然而遇到困难选择一个好的开始必然会带来好的结果在经历了十五个周的学习和制作，终于完成了智能小车的驱动、避障、循迹、无线控制四大功能。在我们为此次项目的成功感到高兴的同时，我们小组也适时的总结了通过此次项目的学习得到的经验和教训。通过此次项目的学习提高了我们自主学习的能力、动手操作的能力和团结合作的能 力。遇到问题时我们小组也会产生分歧， 通过此次的学习我们了解 到

20、在一个团队合作的过程中沟通是解决分歧的最好办法。一个团队制作一个项目的时候是需要每个成员的团结、配合和努力。通过我们小组在十五个周的辛苦学习制作后， 虽然我们没有达 到我们小组刚开始期望的目标，但是通过我们的努力还是完成了最 主要的功能实现（驱动、避障、循迹、无线控制），我们小组为此 次项目的成功感到自豪高兴，最主要的还是要感谢我们的指导老师 赵老师的辛苦指导。五、附录5.1参考的书籍： 单片机应用技术项目教程（C语言版）郭志勇著 模拟电子技术基础周良权、傅恩锡、李世馨著 电子线路CAD实用教程（第三版） 潘永雄、沙河著 C程序设计（第四版） 谭浩强著5.2电机驱动模块程序#in clude&

21、lt;reg52.h>sbit in仁P1A0; /电机驱动输出控制管脚配置sbit i n2=P"l；sbit i n3=P"2;sbit i n4=P1A3;un sig ned char i,j,k;void delay(k)/定义延时函数 delay (k)for(i=k;i>0;i-)for(j=0;j<255;j+);void mai n()while(1)delay (30);in 1=1,i n2=0,i n3=1,i n4=0; /控制小车前进动作delay(30);in 1=0,i n2=1,i n3=0,i n4=1; /控制小车后退

22、动作delay(30);in 1=1,i n2=0;/控制小车右转in 3=1,i n4=0;/控制小车左转 5.3超声波避障模块的程序/ 超声波模块1void SRF06_1(void)un sig ned int j=4000;TH0=0x00;TL0=0x00;TR0=0;TRIG 仁1;for(i=0;i<100;i+)_nop_(); /大于 10usTRIG仁0;/ 启动模块while(ECHO 仁=0&&j!=0)j-; /等待发射TR0=1;while(ECHO1=1 && TH0<=150);TR0=0;Distance1=(TH0

23、*256+TL0)*36.89)/2000;单位 cm/ 超声波模块2hhGGGGGGvoid SRF06_2(void)un sig ned int j=4000;THO=OxOO;TLO=OxOO;TR0=0;TRIG2=1;for(i=0;i<100;i+)_no p_(); /大于 10usTRIG2=0 /启动模块while(ECHO2=0&&j!=O)j-;/等待发射TR0=1;while(ECHO2=1 &&TH0<=150);TR0=0;Distance2=(TH0*256+TL0)*36.89)/2000;单位 cm5.4循迹模块程

24、序#in clude<reg52.h>#defi ne uint un sig ned int#defi ne uchar un sig ned charsbit P10=P1A0;sbit P1 仁P1A1;sbit P12=P1A2;sbit P13=P1A3;sbit P14=P2A0;/寻迹左sbit P16=P2A1;寻迹中sbit P17=P2A3;寻迹右void fun 1()P1 仁0;P12=1;P13=0;前void fun 2()P10=1;P1 仁0;P12=1;P13=1;/ 右void fun 3()P10=1;P11=1;P12=1;P13=0;/ 左

25、void fun 4()P10=1;P11=1;P12=1;P13=1;/ 停void mai n()while(1)if( (P14=0&&P16=0&&P17=0)|(P14=1 &&P16=0&&P17=1)fun 1();elseif( (P14=1 &&P16=0&&P17=0)|(P14=1 &&P16=0&&P17=0)|(P14=1 &&P16=1 &&P17= =0)fun 2();elseif( (P14=0&&P16=1 &&P17=1)|(P14=0&&P16=1 &&P17=1)|(P14=0&&P16=0&&P17= =1)fun 3();/ else if( (P14=1 &&P16=1 &&P17=1)/fun 4();/* else fun 1();