初稿基于单片机的智能小车控制系统

1、基于单片机的智能小车控制系统摘要 智能化是社会的新产物，也一个重要的发展方向在将来，未来智能化主要体现在不管理就可以按照人类的意愿需要人为的去控制就可以完成各项功能。这篇文章主要讲述以单片机为主控制的多功能智能小车的系统控制过程。多功能智能小车是以自动引导机器人系统为基础的，可用以实现智能小车自动循迹，可以选择出正确的线路。多功能智能小车是一个运用传感器、单片机、电机驱动及自动控制等技术来实现按照预先设定的模式下，不受人为管理时能够自动实现循迹导航的高新科技。该技术已经应用于无人驾驶机动车，无人工厂，仓库，服务机器人等多种领域。整个智能小车的设计主要是以STC89C52为主控制的，利用无线功能

2、来实现智能小车的各项运动，以及对智能小车各种功能模式的切换；采用了红外线光电传感器和,实现智能小车的进行自动避障和循迹两种功能。这篇设计的各个模块都是独立的，综合的分析与对比，选择出实用性最强的方案来设计。从最智能小车的小系统到红外循迹功能和避障功能，都是非常谨慎的选择与对比试验才得出的结论。经过一系列的调试与检测，才得到准确的信号，将应该有的功能实现出来。在单片机的控制下，可以将各模块整合在一起，达到所预期的设计想法，成功的完了本次的设计与制作，可以使智能小车实现智能化的各种功能。智能小车避障 循迹 智能化elligent car control system based on single

3、 chipputerAbstractelligence is an important direction for the future development as anew product of modern society. It can operate automatically in a specific environmentaccording to the predetermined pattern and will be able to complete theendedwithout users management. This pr discusses theelligen

4、t tracing electric trolley control pros. Automatic tracing is used to make the car indentify routeautomatically , and choosing the right route, based on the automatic guide robotsystem.elligent tracing electric trolley is an advanced technology to realizeautomatic tracing navigation.This disserion d

5、iscusses mainly on the design of theelligent car insingle-chip prosor as the control core. To realize the car moving around andtransform the mode of the small car function, it uses wireless remote control; torealize the small car obstacle-avoidance function and comprehensively car tracingfunction, i

6、t uses the infrared sensor. This excogiion adopts the researethods ofcontrast selected, independent modules, comprehensive treatment method. After thecomparison betn Pros and cons, the best program design will be electedcombining with the actual situation. It is complete in accordance with the rigor

7、ousscientific attitude from the smallest systems to the wireless remote control, infrared tracking and ultrasonic obstacle avoidance. The right signal outputs can be gotten toachieve its function by the debugging detection module. Finally on the commisingof the moduleo the bodywork of the car, with

8、procedure and by single-chipprosor control, it will be effectivelyegrated with the module, achieve theended objectives, final design and productiont can make carselligentlyoperate in a certain circumstan.Key wordselligent toy car; Obstacle avoidance; tracking;elligent目录第1章绪论21.1 研究的背景21.2研究意义31.3研究内

9、容31.4国内外研究现状31.5国内外发展现状5第2章系统方案设计62.1 主控制系统62.2电源模块92.3 电机模块92.4循迹模块92.5避障模块102.6测速模块112.7显示模块11第3章 硬件设计113.1 系统硬件设计123.2电机驱动原理133.3循迹电路163.4避障检测电路173.5测速电路183.6显示电路183.7复位电路193.8晶振电路203.9单片机最小系统20小结21第4章设计224.1主程序模块设计224.2电机驱动程序设计254.2.1电机驱动程序图254.2.2电机驱动程序的设计254.3循迹程序设计274.3.1循迹流程图2743.2循迹程序28小结29

10、总结30致谢31参考文献31附录 A33附录B33第1章绪论1.1 研究的背景近年来计算机和微电子技术的高速发展使得各方对智能化技术的开发进程也随之加快，不但在其智能程度方面有所提高，在各个领域的应用也越来越广。智能小车系统以成现代技术为基础，涉及到多个学科领域，如计算机、电子、传感技术和电子等。同时,机器人技术的发展日新月异,其应用于考古,探测,国防等众多领域。无人飞船,外星探测,智能化生产等等无不得益于机器人技术的发展。一些发达国家已经把机器人设计制作竞赛作为创新教育的手段。以某种角度来看，判定一个国家综合科技技术水平的高低，机器人技术在其中占比很大。而智能小车是机器人的雏形,它的控制系统

11、的研究与制作将有助于推动智能机器人控制系统的发展1。随着智能化技术的发展,对于智能化技术的研究也越来越受关注。根据，近些年性的或者地方性的电子竞赛中，有关智能小车的赛题越来越常见，这也引起了很多重点高校对该项目的重视，其中部分高校已经开始投入对其的研究，由此见得，对智能小车的研究重要意义。生活和生产的智能化大大提高了现活和工作的效率，同时也是今后的发展和研究方向。所谓智能，其实是在某种特定的情境下，依照提前设置的某种模式来进行自动化运行，不需要再投入些许精力去管理它的，就可以达到前面设定的目标。由于智能的高效化，越来越多的领域将其运用其中，比如工业控制、科学勘探、智能家居等领域。而智能的其中一

12、个简单应用就是智能小车，市场上随处可见一些功能简单的智能小车，这也是众多智能化玩具种类中的其中一种，对玩家来说，智能化玩具的交互性和可控性较强，能够按照提前设置好的模式去自动运行，光是这一点，就深受人们喜爱。一些功能较齐全的智能小车还可以应用于搜索和机器人研究的各个方面，所以智能小车的研究不光有现实意义，还拥有长远的应用前景和不可估量的市场价值。1.2研究意义智能小车作为一个高新技术综合体，需要运用计算机结束、传感技术、信息技术、通信技术、导航技术、人工智能技术和自动控制技术去实现对环境的感知，自动规划决策及自动行驶。目前，它已经被军事、民用和科学研究等方面所应用，并且为解决道路交通安全寻找到

13、一条全新方法。随着各种交通工具的速度被不断，能够按照既定的行驶路线自动行驶并且能够自动避开途中的障碍物的智能汽车也在研究之列。本设计就把这一设想基本变成了现实，小车能够利用传感器装置实现对车体自身的智能控制，它不仅可以沿着地面的黑线行驶，还能够自动检测并且避开前方设置的，实现了对现代机器的基本智能控制。对小车进行可以利用无线模块，通过控制小车的前进和后退，左转和右转及停止行驶来分别实现循迹模式、避障模式、以及模式这三种模式之间的相互转换，所以它是一个相当典型的现代测控系统，更是现代测控技术应用中的典型。1.3研究内容整个智能小车的设计主要是以STC89C52为主控制的，利用无线功能来实现智能小

14、车的各项运动，以及对智能小车各种功能模式的切换；采用了红,实现智能小车的进行自动避障和循迹两种功能。这篇外线光电传感器和设计的各个模块都是独立的，综合的分析与对比，选择出实用性最强的方案来设计。从最智能小车的小系统到红外循迹功能和避障功能，都是非常谨慎的选择与对比试验才得出的结论。经过一系列的调试与检测，才得到准确的信号，将应该有的功能实现出来。在单片机的控制下，可以将各模块整合在一起，达到所预期的设计想法，成功的完了本次的设计与制作，可以使智能小车实现智能化的各种功能。1.4国内外研究现状作为高技术领域的一个重要研究课题，智能车的研究工作得到了世界各国的广泛关注。美、德、意、法、日等国从多种

15、角度展开了对智能车的研究，取得了许多有实际价值的研究成果，产生了明显的社会和经济效益。下面简要的介绍一下他们在智能车辆领域的研究现状。在，早在1954年，Barret Electronic:公司就研制出了世界上第一台自动引导的车辆系统AGVS，是最早的关于智能车的研究，该系统还在SouthCarolina州的Mercury Motor Freight公司的仓库内投入运营，用于物品的自动。同时俄亥俄州立大学和加州大学以及其他一些研究机构也正在进行全自动车辆的研制与改进工作。.大学机器人研制了一台能够完成传感器信息融合、图像理解和车体横向控制等功能的NabLab-5系统智能车。1995年6月，Na

16、bLab-5进行了从宾州的匹兹堡到加州的亚哥行程4587公里的实验，其中驾驶部分占98.2%。另外，CMU大学研制出了一种类似于行星探测车的“流浪者”号智能车，此车具有多种环境感知能力，能在非结构动态环境中实现控。由习、自推理等功能，并能在沙漠中进行控制和几千公里以外的人工遥喷气推进开发的一种微型智能车纳漫游车，用于协助火星车的工作。它的可移动柱杆的关节带有结构，是腿式机器人和轮式机器人结构的结合，它可以在底盘朝上时自动翻转，实现自动矫正功能，并能在微重力的环境下行走。在欧洲，意大利Parma大学信息工程系研制的带有机、霍尔效应传感器、IO接口板、信息输出装置和奔腾200MMX的PC ARGO

17、试验车，使用Linux操作系统，在1998年6月进行了具有大量的高架桥和隧道2000公里的长距离实验。在试验中，ARGO试验车自动驾驶里程达到总里程是94%。德国慕尼黑国防大RDT和障大学的学与奔驰汽车公司合作研制开发了V试验车，装有道路检测与碍物检测与ODT视觉系统，具有强大的自动驾驶功能。法国Peugeot系统，将CCD机和速度传感器以及集成了计算机功能的一块数字信号处理卡都安装在雪铁龙汽车上，该车在数百千米不同路况的自动行车试验中最高时速达130km/h。在亚洲，千叶技术在2004年宣称研制出一名叫“尼亚一号”的新型智能车，它的8个汽车各带一个智能腿，组合安装在汽车上，由30个发带动，使

18、其按一定的规律运动，具有人腿的行走功能，可以前进、后退、道偏离像楼梯等物。夜视、后视系统、防撞设备、前方防撞和车系统等都己应用在某些汽车上。本田公司、尼桑公司和丰田公司都在先进安全性车辆计划中发展类似于这种的行车安全子系统，它们包括:车道定位系统、前车距离控制系统、自动控制系统、物警报系统、驾驶员打吨系统和夜间行人系统等。在我国，关于智能车的研究起步较晚，但发展迅速，差距也在逐步减小。一汽和国防科技大学机电工程与自动化学院共同研发了中国第一辆驾驶车辆，采用最先进的计算机视觉导航方案，能实时分辨岔道、斑马线和虚线，能自适应能车体姿态变动和自然光照的变化，具有很强的驾驶功能。计算机系智能技术与系统

19、国家研究开发的THMR系列智能车辆系统。其一代的智能车THMR-V系统装备了超声波测距、光码盘和电子罗盘等传感测量元件，同时载有DGPS互补，测距仪220和机远近距离处理系统等主要设备，兼有面向高速公路和一般道路的功能。在智能车辆的导航方面处于国内领先水平的吉林大学，其智能车辆课题组正在研制第四代视觉导航车辆一UIV-IV，能感知车辆周围环境、完成图像处理、导航路径识别及决策控制，可实现路径自动、自动转向和自动行驶交通大学牵头研制的首辆无人驾驶智能车采用发射激光并捕捉反射光判断前方180”范围内的达27km/h。物的方式控制，可以在特定校园环境中行驶，最高车速由上述可以看到目前智能车辆技术在实

20、际应用汽车上还只局限在智能速度适应、自动操作、智能检测导航、碰撞系统、系统等辅助驾驶上，还不能实现完全的全智能控制，但随着科学技术的发展，车辆智能化是未来汽车的发展方向，适应性强、环境适应性好、安全可靠的智能车辆将是汽车领域的一个研究热点。从2005年起，开始举办了一年一度的飞思杯大学生智能车竞赛，该大赛是在飞思半导体公司资助下举办的大学生课外科技竞赛提供一个标准的汽车模型，要求参赛队伍以飞思半导体公司的8位、16位微控制器作为控制单元制作智能车，让其能够沿着白色赛道上的25宽的黑色导航线行驶，跑完赛道单圈用时最短者胜出。1.5国内外发展现状世界上对机器人的设计和制造是由80年代中期开始的，很

21、快这股浪潮推动了一些著名的公司开始对移器人的研制（但此时主要是一些大学的和特定的研究机构年代以后，研究会用到），从而引申出的对移器人学的研究方向。90把研制出高水准的环境信息传感器和信息处理技术，适应性强的移器人住址技术和真实环境下的规划技术作为标杆，开始了更次的对移器人的研究。现代应用到机器人的领域越来越广泛，机器人的功能也越来越繁杂，但是总体层面上可以归类为轮式机器人和足式机器人，而轮式机器人中最基本，最简单的雏形就是智能小车，而且就是这样一种简单的智能小车就已经具备了机器人的大部分功能，综合国内外 的解释，可普遍认为机器人一般是具有如下功能的机器：(1)动作机构具有类似于人或其他生物体某

22、些(肢体、感官等)的功能;(2)有通用性,工作种类多样,动作程序灵活易变;(3)有一定程度的智能,如、感知、推测、决策和学习等;(4)有独立性,完整的机器人系统在工作时不依赖于人的。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。机器人领域近几年有如下几个发展趋势:(1)机器人的性价比在不断提高的同时，其性能在速度、精度可靠性便于操作性和维修方面也在，但是单价却与之成反比，呈下降趋势。(2)工业机器人为了实现标准化和网络化，其控制系统朝着基于PC机的开放性控制器的方向发展，与此同时，其器件的集成度也在很大程度上得到了提高，更促进了系统的可靠性。易操作性和可

23、性。(3)众多领域对传感器的应用越来越频繁，更加显现出传感器作用的重要性，传统的传感器，如位置传感器、速度传感器、加速度传感器等已经远不能满足需要，而像视觉、声觉、力觉、触觉等其他新兴的多种传感器早已被成熟融合运用于环境的建模和对决策的控制。(4)机器人中运用到的虚拟现实技术发挥的作用已经从一开始的仿真、预演发展到应用于对过程的控制，例如让觉来对机器人进行相关操作。机器人的操作者根据在远处其他情境中的感(5)随着发展，机器人系统追求的不是全系统，而是在发展中寻求操作者和机器人之间的相互控制，也就是说操作系统由人为的再加上部分的系统能够然研制的智能机器人不再是的常客，而是能够真正进入社会，被各个

24、领域广泛应用。第2章系统方案设计基于单片机的智能电动小车控制系统主要实现循迹功能，为实现对小车的运动状态进行实时控制，需要对小车设计进行软硬件方案的设计与论证，以使其满足控制灵活、可靠，精度高等性能。据此，确定如下方案：画出要设计小车的PCB原理图打成印制板，把印制板合理规划作为小车的底板，在底板上加装光电传感器和单片机控制系统以实现对小车的位置、运行状况等进行实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，以便单片机根据所检测的各种数据实现对小车的智能控制。2.1 主控制系统方案一：单片机的另一个名称是单片微控制器,它不具有完成某一个逻辑的功能，是能把一个计算机的系统集成到一个上。概括的说：一块

25、就变成有的了一台计算机。它的体积很小、质量也轻、价格也比较便宜。单片机的模块和电脑功能相似。例如CPU，并行总线，内存，也有的一样的。器件和硬盘作用单片机它是一种集成电路的据处理能力的处理器CPU随机，应用了很大规模的集成电路技术把具有数器RAM、只读器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上计算机系统。的一个小而完善的因为单片机拥有价格相对较便宜，而且种类多、控制功能也非常的强大等优点，所以本次的设计就以STC89C52单片机作为整个智能小车的，它来控制智能小车使其能完成各项功能。STC8

26、9C52是一个拥有超低功耗的增强型51单片机，它与其他的51单片机对比下，它具有更快的运算速度，能力也比其他的51系列单片机要强很多，它还可以在ISP编程，片上集成了512字节的随机存取数据器（RAM），并且片内含8k字节空间的可以反复擦写1000次的Flash器， 32个I/O口，以及3个16位可编程定时计数器。其指令系统和传统只读的8051系列单片机指令系统完全兼容，降低了系统设计的难度，电路设计简单、价格低廉，在实验中就可以发现，STC 89C52的准确度和运算速率非常的高可以更有效的完成智能小车的各项功能。STC89C52单片机是一种功耗低、性能高CMOS8位微控制器，带8K字节闪烁可

27、编程可除只读器。是拥有8位CPU的，而且在系统还可以编程Flash。STC89C52单片机提供给为大多数控制应用系统灵活高、非常有效的解决方案。 STC89C52单片机拥有以下标准功能:8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内设4KB EEPROM，还有两个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。此外，当在空闲模式下，CPU 已经停止工作，允许定时器/计数器、RAM、串口、中断继续工作。在掉电保护方式下，振荡器被冻结，RAM内容被保存，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。方案二：选用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）

28、作为系统的，实现控制与处理的功能。CPLD具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用VHDL语言进行编写开发。但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势。同时，CPLD的处理速度非常快，而小车的行进速度不可能太高，相对缓慢，那么对系统处理信息的要求也就不会太高，在这一点上，MCU就已经可以胜任了。若采用该方案，必将在控制上遇到许多不必要增加的难题，进而提出了第三种方案。方案三：采用单片机作为整个系统的，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。充分分析设计的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出了它的优势控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发

29、挥其资源丰富、有较为强大的控制功能、可位寻址操作功能以及价格低廉等优点。本设计采用方案二来完成智能小车的控制系统的设计。针对本设计特点多开关量输入的复杂程序控制系统，需要擅长处理多开关量的标准单片机，在小车运行过程中需实时控制小车的运动状态，控制智能小车运行程序比较复杂，因而所需的内存空间比较大。根据这些分析,我选定了STC12C5A60S2单片机作为本设计的主控装置。STC12C5A60S2单片机有内存空间大、高速、高可靠、宽电压、超强等功能；具有功能强大的位操作指令；I/O口均可按位寻址，程序空间多达60K；有8路8位高速A/D转换器，速度可达到300KHz，且STC12C5A60S2单片

30、机具有A/D转换和功能。通过以上的分析可以知道方案一最为适合。2.2电源模块由于本系统需要给整个智能小车系统供电，考虑了以下几种方案:方案一：采用4节1.2V可充电电池组。在电充满时4节电池电压可以达到5v且可充电电池组具有较强的电流驱动能力及稳定的电压输出性能，但是直流电机工作时会对LCD1602液晶显示有一定干扰，使其显示不稳定。故放弃此方案。方案二：可采用两个电源供电，将9v可充电方块电池电压降压、稳压到5V后给单片机系统和LCD1602液晶和的供电。另外选用4节1.2V可充电电池组为直流电机供电，经测试在用此种供电方式下，单片机和传感器工作稳定，直流电机工作良好，LCD显示也很稳定，小

31、车也能长时间工作。根据以上的参考，此次设计选择方案二能比方案一更好的为此设计的整个系统的供电。2.3 电机模块方案一：此次设计应用继电器控制电小车的车速。电路非常简单是次设计的优点,，采用转换电的开关从而调节他也有很多的缺点，比如说：继电器的响应时间相对来说比较慢, 可使用的时间也相对较短,并且很容易就会损坏,稳定性也不是很好。所以决定放弃这个设计方案。方案二：采用的电机驱动L298N来控制直流，单个L298N电机， L298N芯可以对两个直流减片是一个具有高电压大电流的全桥驱动速电机分别控制，当电压值为5至45V时，所提供的额定电流为2A，而且还拥有电流反馈检测和当过热的时候自动关断的功能，

32、稳定性非常高也非常的安全。L298N利用了TTL电平进行整体控制。利用单片机的IO口输出和低电平对L298N控制端的输入电平进行改变改，也就完成了对电机进行的反转、正转和停止的几种操作。为了确保可以正常的工作，还需要使用续流二极管。使用L298N驱动电机，提高了驱动的能力、更方便操作、具有良好的稳定性、安全系数大。L298N的综合性能要比继电器强，所以此次设计选用方案二作为多功能智能小车的电机驱动。2.4循迹模块方案一：探测是采用光敏电阻来进行的。当周围环境的光线增强或者减弱的时候可以改变光敏电阻的阻值。所以光敏电阻的阻值变化差异很大的时候是在黑色或白色轨迹上。输出电平的高低取决于电压比较器输

33、入的电阻值。当输出的电平信号有变化时，小车会收到来自单片机的左右转动和向前向后还有停止的指令，小车就会做出相应的工作状态。但是此方案的最终效果并不是非常的理想，因为小车受到环境的影响非常的大，极其容易产生较大的偏差，从而使小车不能正常的工作，所以此方案的实用性不大，而且不稳定，故放弃此方案。方案二：应用红外反射式光电管来实现小车系统的循迹。TCRT5000是一种反射型的光电探测器，它的传感器是应用了高红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，它的是一个砷化镓红外发光二极管，但是它的却是一个灵敏度很高，硅平面的光电三极管。郑重探测器运用了物理学中的光的反射，白纸被光线照射的时候，反射量相对来讲会较

34、大，黑纸被光线照射的时候，反射量相对较小，原因是黑色可以吸收光，通过这个原理就能知道黑色轨迹的方向。它应用了红外线发射的原理，一些在外边的可见光对接的收影响并不是跟大，当检测黑色轨迹的时候采用红外管，之后经过LM393的检测来对比，取反，然后在单片机中进行处理。这个电路不是很复杂，并且可使用的长，且具有稳定的工作性能。方案一的工作性能与方案二相比差了很多，系统的稳定性也不如方案二强，经过经测，决定放弃方案一，选取方案二为小车循迹系统。2.5避障模块小车的速度和反应会受到定的限制在小车近视避障的时候，当在小车还有十五厘米的范围之中的时候小车做出避障反应，当顺利避开，就能找到合适的位置与方向。加入

35、范围太大的话，就很可能产生对物距离物之后物的检测失败；当在短距离避障过程中又非常的容易造成车身撞上物或者已经避开了物但是也不能找到合适的位置与方向。根据这几点要求，提出以下方案：方案一：利用激光传感器探测物。激光传感器能够非常精确的测出物的距离与方向，价格昂贵，并且设计难度高，所以此设计不使用它。方案二：利用红外线避障传感器进行小车的避障。用单片机产生的38KHz信号对红外线发射管进行调制发射，红外线接收管对被避障物反射回来的红外线进行调节，输出比较电平。外界对红外信号的干扰相对较小，并且容易实现。使用 长，价格低廉。方案三：应用超声波传感器进行传感器，当在十五厘米范围内，当前方的物的探测。将

36、小车的前边安装上超声波物被检测到的时候，信号由超声波传感器传送向单片机，信号被单片机检测后，小车会自动调节方向，从而使小车成功避开物。并且超声波传感器具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、具有定向等特点6。综上所述，选用方案二为小车避障系统。2.6测速模块方案1：利用霍尔开关元器件来检测上的磁感应来小车转动的圈数，它的作用就是测速。霍尔元件质量小，安装方便，并且操作简单，使用寿命长，对电路的设计要求不多，电源的要求也不高。霍尔元件对具有一定强度的磁场有用，不容易扰能，因此可以在车轮上安装小磁铁，而将霍尔器件安装在固定轴上，通过对脉冲的计数进行车速测量。方案2：利用红外传感器来对小车测

37、速。可测速的红外传感器有两种，一种是反射式红外传感器，另一种是对射式红外传感器，但是这两种红外传感器的价格相对较高，而且使用起来条件苛刻，稳定性也不高。综上所述，选择方案一来作为小车的测速系统。2.7显示模块方案一：应用LED数码管作为小车进行显示系统。LED数码显示管具有操作方便简单，价格相对来讲较优点，但是一个数码管也只能显示一个数字，如果要显示多个数字时就要同时使用多个数码管，所以会增加额外的功耗，也使硬件电路的复杂程度大大提高，并且LED数码管不能显示数字以外的字符。因为LED数码管不可以显示过多的信息，所以不选用此方案为小车的显示模块。方案二：应用LCD液晶显示作为小车的显示模块。L

38、CD液晶之所以被广泛的应用是因为它的功耗相对较低，并且显示的内容清楚和显示的容量大，它的速度也比LED块很多。它的运行电路并不复杂，所以选择此方案为小车的显示模块。综上所述，选择方案二来显示小车运行速度和路程。第3章硬件设计一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容：一是系统扩展，即单片机的功能单元，如ROMRAMI/O口定时/记数器中断系统等能量不能满足应用系统的要求时，必须在片行扩展，选择适当的，设计相应的电路。二是系统配置，既按照系统功能要求配置设备，如键盘显示器A/DD/A转换器等，要设计合适的接口电路,对于硬件的设计是最为重要的。3.1 系统硬件设计智能小车依靠前轮来进行驱动，

39、即前轮的一左一右各会用到一个电机驱动，通过店家驱动L298N来的运动进而控制小车的转向，后轮是万向轮，它的作用是支持前轮的转向，在小车底座的前端装4个红外光电传感器，这样一来，小车就可以由传感器对地面环境检测到的境况前进。对小车速度的检测则要利用到槽型光电传感器，把码盘装在电机的转动轴上面，然后码盘会跟着电机的转动而转动，最后把对数据的检测情况传给单片机处理。小车要达到避障的目的就需要用到超声波避障模块HC-SR04，把这个模块放在车头，这样小车才检测到前方物，从而车体做出相应的避障运动。3.2电机驱动原理电机的驱动需要用到L298N，这是一款能够承受高压大电流的全桥型直流、步进电压驱动器。表

40、3-1 L298N引脚与功能引脚名称功能1电流传感器A在该引脚和地之间接小阻值电阻可用来检测电流2输出引脚1内置驱动器A的输出端1，接至电机A3输出引脚2内置驱动器A的输出端2，接至电机A4电机电源端电机供电输入端,电压可达46V5输入引脚1内置驱动器A的逻辑控制输入端16使能端A内置驱动器A的使能端7输入引脚2内置驱动器A的逻辑控制输入端28逻辑地逻辑地9逻辑电源端逻辑控制电路的电源输入端为5V10输入引脚3内置驱动器B的逻辑控制输入端111使能端B内置驱动器B的使能端12输入引脚4内置驱动器B的逻辑控制输入端213输出引脚3内置驱动器B的输出端1，接至电机B14输出引脚4内置驱动器B的输出

41、端2，接至电机B15电流传感器B在该引脚和地之间接小阻值电阻可用来检测电流如上图：这是一个典型的控制直流电机的电路。因为它的形状很接近英文字母H，其中，四个三极管就像是H桥的四条垂直的线，H中的横线就是电机，所以被称作“H桥驱动电路”。，H桥电机驱动电路包括两个部分，第一个部分是四个三极管，第二个部分就是一个电机。电机要运转，一定要按照导通在对角线上的一对三极管，根据不同三极通的情况来控制电机的转向，电流不但可以从左至右流过电机，也可以反方向流通。当Q1管和Q4通时，电流就会由电源的正极经过Q1从左享有地流过电机，然后再由Q4流回到电源的负极，这样的电流流向才会驱动电机进行顺时针的转动。接下来

42、将对另一对三极管Q2和Q3进行分析，在两个三极管同时被导通之后，电流的流向是从右向左，继而驱按逆时针方向运动。电机被驱动前，一定要确保H桥上两边同侧的三极管没有被导通，若在同一时间把三极管Q1和Q2，电流的流向就会变成，由正极开始，经过两个三极管，最后回到负极，这种情况下，整个电的电流就可能达到最大值，因为除了三极管，整个电路中再无其他的负载，电流只受到电源性能的限制，所以可能会把三极管烧坏掉。由此可知，最好用硬件电路去控制实际驱动电路中三极管的开关。如图下图所示，它的电路已经在上述的基础上改进过，在H桥电加了四个二极管以达到对电路的保护目的。四个与门和同一个“使能”导通信号相接后，就能达到只

43、利用一个信号来电路的开关的目的。如果采用上述方式，那么两个方向信号和一个使能信号就能控制电机的运转。如果DIR-L信号为0,DIR-R信号为1,并且使能信号是1，当三极管Q1和Q4被导通后，电流的流向就会是从左到右流过电机；如果DIR-L信号变为:1,而 DIR-R信号变为0时，导通的将会是Q2和Q3，电流的流向则会变反流过电机。小车运动逻辑11101正转正转前行11100正转反转右转使 能端A使 能端B左电机IIN1N2右电机IN3N4左电机运行状态右 电机 运行状态小车运行状态以右电机为中心原地右转11101正转停止11011反转正转左转11010反转反转后退以左电机为中心原地左转1111

44、1停止正转3.3循迹电路循迹检测电路主要是由红外和接受传感器组成。当物体被红外发光二极管以一定的光强照射时，电路中的三极管在接收到反射回来的红外线后导通，然后发出一个电平跳变信号。如果小车在不是黑色的地方运动时，当红外信号被发射管反射之后，就会被红外接受传感器接受，当接收管接收到信号的时候，光敏三极管就会导通，然后输出低电平，经过电压比较器传送给单片机进行控制。如果小车行驶到黑色轨迹上的时候，红外的红外线信号就会被黑色轨道吸收，光敏三极管断路，然后输出，这就是红外线信号检测的原理。把之前检测到的信号传送给单片机，当检测到的信号为的时候，就说明小车在黑色的轨道上行驶，因为红外光会被黑色轨道吸收，

45、如果单片机检测到的信号为低电平的时候，说明小车没有在黑色轨道上行驶。图3-4 循迹检测电路循迹电路是可以利用电阻值得变化改变传感器的灵敏度，这样就你那个使小车在不同亮度的地方完成循迹功能。在车的底盘上安装了接受器，信号很难控制，调节可调电阻，灵敏度不高，因此采用在对管上套管，外界光的影响，灵敏度将大幅。在该电路中，加比较器LM339的目的是使模拟量转化为开关量，便于处理。3.4避障检测电路本模块主要有两部分组成，38KHz的红外发射模块和接收比较模块，采用38KHZ频率段是能有效的排除可见光的干扰10，实现避障有效距离50CM左右，更好的完成对电机的控制。如图3-11 红外线避障电路原理图。通

46、过555组成信号11。多谐振荡器，根据F=1.43/(R1+2*R2)*C设计出38KHZ图3-6 红外避障原理图接通电源后，电容C被充电，当2脚VC上升到2VCC/3，使3脚V0为低电平，同三极管T导通，此时电容C通过R2和T放电，VC下降，当VC下降到VCC/3时时，V0翻转为。当放电结束时，T截止，VCC通过R1、R2向电容C充电，上升到VCC/3时，电路又翻转为低电平，如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波，由3脚输出，再通过三极管9013驱动后由发射管发出并由接收模块接收实现单片机控制。3.5测速电路通过霍尔元件感应磁铁来产生脉冲(当霍尔元件在离磁场较近时输出会是

47、高电平，其它时候是低电平)，在小车的每一个上都放上磁铁，这样就能知道每秒的脉冲数，然后就可以算出每秒小车车轮转了多少圈，小车的车轮周长可以通过测量算出，从而可以计算出小车的速度，同样也能计算出小车行驶的总路程。3.6显示电路显示电路用LCD1602来进行数据的显示，显示电路的目的是显示行驶距离还有行驶时间，LCD液晶具有的优点有功耗相对较低、可以显示非常多的内容、显示出来的内容清晰，显示的信息量也很大，显示的速度快。LCD1602的亮度由滑动变阻器来挑动，电路原理图如下图。3.7复位电路复位电路的作用是在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态：在这段时间里使CPU时刻保持复位的状态，而不是刚一

48、上电或刚复位完毕就工作，预防CPU发出的指令有错误、从而导致操作错误。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到内的触发器中的。触发电路是一种波形整形电路，当电路检测出任何波形的信号的时候，输出在正饱和与负饱和之间转换，从而产生方波或脉波输出。与比较器不同的是，触发电路的滞后区由两个临界电压组成，它的作用是防止在滞后的范围内受到噪声干扰电路的能继续正常工作。本设计采用的电容值为10F的电容和电阻采用1.5K和200的电阻。如图所示上电后，由于电容充电，使RST持续一段时，按下复位键也能使RST持续一段时间的操作6 7。时间。当单片机已在运行之中，从而实现上电且开关复位的3.8晶振电路在STC

49、89C52单片机上有一个用于振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由方式产生或外部方式产生。在1和XTAL2引脚上外接定时元件，振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。从XTAL1接入，。由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空比没有要求。此电路采用12MHZ无源晶振、2个22pF电容，使一个机器周期是1s。晶振起到提供时钟信号的作用，两个电容的作用是并联谐振，若是把电容拿走，振荡电路就会停止，因为没有回路，电路就不能正常运行。3.9单片机最小系统小结智能小车依靠前轮来

50、进行驱动，即前轮的一左一右各会用到一个电机驱动，通过店家驱动L298N来的运动进而控制小车的转向，后轮是万向轮，它的作用是支持前轮的转向，在小车底座的前端装4个红外光电传感器，这样一来，小车就可以由传感器对地面环境检测到的境况前进。对小车速度的检测则要利用到槽型光电传感器，把码盘装在电机的转动轴上面，然后码盘会跟着电机的转动而转动，最后把对数据的检测情况传给单片机处理。小车要达到避障的目的就需要用到超声波避障模块HC-SR04，把这个模块放在车头，这样小车才检测到前方物，从而车体做出相应的避障运动。第4章设计智能小车系统的设计在整个设计中起到的最用设计可以使各个模块都正常运行。这个智能小车整体

51、的就是系统，它可以控制硬件来实现智能小车的各项功能的正常运行。整个系统的功能是由硬件共同来实现的，具有可伸缩性，才能实现的系统各项功能有很大的差别的可能。此次系统的设计采用模块化，这种方法可以大大减少的出错率，提高的系统的稳定性，而且这种方法容易编程。对设计检测的主要方法还有检查错误故障。在此次设计中，系统设计主要包括电序设计、避障模块程序设计。控制程序设计、循迹模块程4.1主程序模块设计void main()Timer_Init();/定时器初始化0_Init();/外部中断初始化LCD_Init();/LCD1602初始化TR1=1;/启动定时器lcd_write_cmd(0 x80);L

52、ED1 = 1;LED2 = 1;while(1)();/调速track();/调用循迹子程序lcd_write_cmd(0 x80+0 x09);lcd_write_dat(qian);lcd_write_cmd(0 x80+0 x0a);lcd_write_dat(bai2);lcd_write_cmd(0 x80+0 x0b);lcd_write_dat(shi2);lcd_write_cmd(0 x80+0 x0c);lcd_write_dat(ge2);lcd_write_cmd(0 x80+0 x47);lcd_write_dat(bai1);lcd_write_cmd(0 x80

53、+0 x48);lcd_write_dat(shi1);lcd_write_cmd(0 x80+0 x49);lcd_write_dat(ge1);if(flag1=1&flag2=1)csb();/调用超声波子程序flag1=0;4.2电机驱动程序设计电机驱动的程序流程图如下图，如果小车在黑色轨道上，那么小车前边的左右两个电的右侧电同时转动，小车向前行驶，如果小车在黑色轨道的右侧，那么小车正转，左侧电反转，小车向左转弯，如果小车在黑色轨道的左侧，那么小车的左侧电正转，右侧电反转，小车向右转弯。若小车不在黑色轨道上，那么小车的两个电同时反转，小车向后行驶并回到初始位置，电停止转动。4.2.1电

54、机驱动程序图4.2.2电机驱动程序的设计void goahead()/小车直走IN1 = 1;IN2 = 0;IN3 = 1;IN4 = 0;void goback()/小车后退IN1 = 0;IN2 = 1;IN3 = 0;IN4 = 1;void turnright()/小车向右转IN1 = 1;IN2 = 0;IN3 = 0;IN4 = 1;void turnleft()/小车向左转IN1 = 0;IN2 = 1;IN3 = 1;IN4 = 0;void zw_turnright()/用于转弯时的左转IN1 = 1;IN2 = 0;IN3 = 0;IN4 = 0;void zw_turn

55、left()/用于转弯时的右转IN1 = 0;IN2 = 0;IN3 = 1;IN4 = 0;void stop()/小车停止IN1 = 0;IN2 = 0;IN3 = 0;IN4 = 0;void(void)/小车调速_ENA = 1;_ENB = 1;delayXms(H);_ENA = 0;_ENB = 1;delayXms(L);_ENA = 0;_ENB = 0;delayXms(N);4.3循迹程序设计在循迹模块流程图中，通过检测P1口第四位的电平并把它赋给变量temp然后用switch-case语句来根据P1口低四位的电平，向L298N传送电平，然后控制小车进行前进、后退左右转弯

56、等功能。4.3.1循迹流程图43.2循迹程序void track( void )uchar temp = 0;temp = P1 & 0 x0f;/取P1口低四位赋给变量tempswitch( temp )case 0 x09:goahead();/直走break;case 0 x0c:case 0 x0e:turnleft();/左转break;case 0 x03:case 0 x07:turnright();/右转break;case 0 x0f:goback();/ 后退break;case 0 x00:stop(); /停止break;case 0 x08:zw_turnleft()

57、;/用于直角转弯时的左转delayXms(20);break;case 0 x01:zw_turnright();/用于直角转弯时的右转delayXms(20);break;default:break;小结在这一章，主要对于主程序模块设计、电机驱动程序设计、循迹程序设计的模块的控制的程序进行了分析和设计，更好的为实现小车循迹功能做出了铺垫。总结这次设计是多功能智能小车系统设计，主要的功能有循迹功能、测速功能、避障功能和显示功能等。以单片机为整体设计的，采用霍尔传感器进行里程计算和统计，利用红外传感器进行目标识别与避障；采用直流电机使小车具有改变方向的功能和对车速的控制，由系统实现小车自动行驶、

58、自动避障，里程统计，行驶时间显示，并发出指示信息等功能。使自动寻迹小车准确轨迹路线。小车按指定路线运行，自动区分直线轨道和弯路轨道，在指定弯路处拐弯，实现灵活前进、转弯、等功能，在轨道上划出设定的地图。成功的检测和避开物。小车的车速可以实现自动调节。通过这次对设计的研究与探索，使我感觉到现代科技发展的迅速超过了人们的想象，比以往要快很多。现在对单片机和各种各样的开发的越来越完善，这使智能化的产品逐渐的增多也越来越智能。我相信多功能智能小车在未来将会被更加广泛的应用，功能也逐渐的变得复杂，能帮助人类做的探索。致谢四年来，大学生活给人生添上了一笔，又到毕业的时候了，每次看着学长毕业时脸上既满足又若

59、有所失的表情，都有一点怅然。今年终于轮到了我，同样也是激动而惋惜。激动是因为即将步入社会，去打拼属于自己的荣耀，惋惜是因为不得不与陪伴着四年青葱岁月的老师同学以及校园的一草一木话别。尤记得大一进校时的迷茫，像只无头，到处乱撞，而现在对很多事情都掌握的很清楚，甚至在学弟向自己求助时，能够最快速地为他们提供一个解决问题的方案。所有的这一切都要归功于在我成长一路陪伴着家人、老师和同学。当初父母支持我，上远方，不管学校的好与差，至少能长很多见识，完善自己性格中缺失的部分，不要拘泥于一方天地。当时很讶异他们会说出这样的话，总以为他们和平常的父母一样，想把自己牢牢套在身边，所以要感谢他们当初的衷告。而没有

60、同学和朋友们在为期几个月的写期间，与我不断地交流，我也不能在短时间内获取重要的信息。而最最要感谢的是指导老师，他总是地给予我一些针对性较强的指导意见，同时也为我丰富了每个层面的专业知识，他深厚的专业知识底蕴已经将我深深折服。他需要给备课，上课，还要完成一些学校的工作，百忙中总是能随时为指导，这的写作思路。还要感谢四年来的许多任课老师，每个人都有其是我在其他人身上学不到的。我尽力完成此毕业设计，但是由于对知识的积累有限，可能会出现一些小问题，欢迎指正，大家！参考文献1,坪编著. 循迹小车感觉与多信息融合M.: 机械工业,2003:1-10.2编著. 中国的智能循迹小车研究J. 莆田学院学报, 2