基于单片机的智能循迹小车循迹小车
学生姓名：常德兴龙俊锦杨勇
院（系）：物电学院
专业：电子科学与技术
2011 年 11 月 25 日
第1章绪论
1.1课题背景
目前，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。移动机器人是机器人学中的一个重要分支，出现于20世纪06年代。当时斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen和charles Rosen等人，在1966年至1972年中研制出了取名shakey的自主式移动机器人，目的是将人工智能技术应用在复杂环境下，完成机器人系统的自主推理、规划和控制。从此，移动机器人从无到有，数量不断增多，智能车辆作为移动机器人的一个重要分支也得到越来越多的关注。
智能小车，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航及白动控制等技术，是典型的高新技术综合体。
智能车辆也叫无人车辆，是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能。智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路(轨迹)行进。智能车辆在原有车辆系统的基础上增加了一些智能化技术设备:
(1)计算机处理系统，主要完成对来自摄像机所获取的图像的预处理、增强、分析、识别等工作;
(2)摄像机，用来获得道路图像信息;
(3)传感器设备，车速传感器用来获得当前车速，障碍物传感器用来获得前方、侧方、后方障碍物等信息。
智能车辆技术按功能可分为三层，即智能感知/预警系统、车辆驾驶系统和全自动操作系统团。上一层技术是下一层技术的基础。三个层次具体如下:
(1)智能感知系统，利用各种传感器来获得车辆自身、车辆行驶的周围环境及
驾驶员本身的状态信息，必要时发出预警信息。主要包括碰撞预警系统和驾驶员状态监控系统。碰撞预警系统可以给出前方碰撞警告、盲点警告、车道偏离警告、换道/
并道警告、十字路口警告、行人检测与警告、后方碰撞警告等.驾驶员状态监控系统包括驾驶员打吨警告系统、驾驶员位置占有状态监测系统等。
(2)辅助驾驶系统，利用智能感知系统的信息进行决策规划，给驾驶员提出驾驶建议或部分地代替驾驶员进行车辆控制操作。主要包括:巡航控制、车辆跟踪系统、准确泊车系统及精确机动系统。
(3)车辆自动驾驶系统，这是智能车辆技术的最高层次，它由车载计算机全部自动地实现车辆操作功能。目前，主要发展用于拥挤交通时低速自动驾驶系统、近距离车辆排队驾驶系统等。
这种智能小车的主要应用领域包括以下几个方面:
(1)军事侦察与环境探测
现代战争对军事侦察提出了更高的要求，世界各国普遍重视对军事侦察的建设，采取各种有效措施预防敌方的突然袭击，并广泛应用先进科学技术，不断研制多用途的侦察器材和探测设备，在车上装备摄像机、安全激光测距仪、夜视装置和卫星全球定位仪等设备，通过光缆操纵，完成侦察和监视敌情、情报收集、目标搜索和自主巡逻等任务，进一步扩大侦察的范围，提高侦察的时效性和准确性。
(2)探测危险与排除险情
在战场上或工程中，常常会遇到各种各样的意外。这时，智能化探测小车就会发挥很好的作用。战场上，可以使用智能车辆扫除路边炸弹、寻找和销毁地雷。民用方面，可以探测化学泄漏物质，可以进行地铁灭火，以及在强烈地震发生后到废墟中寻找被埋人员等。
(3)安全检测受损评估
在工程建设领域，可对高速公路自动巡迹，进行道路质量检测和破坏分析检测;对水库堤坝、海岸护岸堤、江河大坝进行质量和安全性检测。在制造领域，可用于工业管道中机械损伤，裂纹等缺陷的探寻，对输油和输气管线的泄漏和破损点的查找和定位等。
(4)智能家居
在家庭中，可以用智能小车进行家具、远程控制家中的家用电器，控制室温等等。对这种小车的研究，将为未来环境探测术上的有力支持。
1.2课题研究的目的和意义
目前，国内外的许多大学及研究机构都在积极投入人力、财力研制开发针对特殊条件下的安全监测系统。其中包括研究使用远程、无人的方法来进行实现，如机器人、远程监控等。无线传输的发展使得测量变得相对简单而且使得处理数据的速度变得很快甚至可以达到实时处理”。
该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。
通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹。灵活应用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。在此过程中，加深对控制理论的理解和认识。
1.3 本设计的内容及意义
1.3.1 设计的内容
（1）路面检测模块
（2）电源模块为5V；
（3）直流电机的驱动模块电路，及相应的驱动程序；
（4）控速模块
（5）循线功能电路及程序；
（6）复位电路模块
1.3.2 本设计的意义
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。本设计就是在这样的背景下提出的，本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。本设计就采用了比较先进的C51为控制核心， C51采用CHOMS工艺，功耗很低。该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景；在考古方面也应
用到了超声波传感器进行检测。所以本设计与实际相结合，现实意义很强。智能小车国内外研究现状:
世界各国在智能微型车领域进行了很多研究，己经应用于各个领域，在探测和军事领域使用特别多。近年来，我国也开展了很多研究工作，以满足不同用途的需要。世界各国开发、研制星球探测车系统己经有了多年的历史。美国和前苏联是从20世纪60年代末期开始进行月球表面探测任务的。美国曾在1966^-1968年间，向月球成功发射了两次无人巡游探测器。1997年，由美国JPL(全称JetPropulsion Laboratory，美国太空总署喷气推进实验室)研制的Sojourner号探测车登上了火星。它验证了小型火星车的性能，并完成了一系列技术试验。2004年1月，美国的“勇气号”和“机遇号”火星探测车再度登陆火星。前苏联在1959^-1976年间，总共成功发射了两个月球探测车。
单片机的应用领域越来越广泛，无论是在生活，生产上，单片机无处不在。ATMEL 公司的AT89S51单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。AT89S51可以说是单片机领域的主流产品，其应用如此广泛，所以有必要去学习和应用该单片机，以满足实际产品开发的需要，也是适应社会智能化、自动化的趋势。
通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹。灵活应用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。在此过程中，加深对控制理论的理解和认识。
1.4 论文各部分的主要内容
第一章对智能循迹小车的现状、研究意义和设计要求进行简单阐述。
第二章介绍了该智能循迹小车系设计方案比较和选择，分析了各模块的功能。
第三章阐述了智能小车系统的硬件电路的设计，其中包括单片机最小系统模块电路、电机驱动模块电路、以及附带的信号提示电路等。
第四章首先介绍了该系统程序调试过程中所用到的程序调试软件及其调试环境。
最后总结部分说明了本论的主要内容，举出了在系统测试过程中所发现的问题，并提出了可能的解决方案。
第2章智能循迹小车系统
2.1 系统设计任务与设计要求
2.1.1系统设计任务
1.熟悉51单片机集成开发环境，运用C语言编写工程文件；
2.熟练应用所选用单片机的内部结构、资源，以及软硬件调试设备的基本方法；
3.自行构建基于单片机的最小系统，完成相关硬件电路的设计实现；
4.了解电机、路面检测的原理和实现方法。
2.1.2系统设计要求
1.完成单片机最小系统设计；
2.完成外围应用电路（包括系统供电单元、运动控制单元、循迹检测单元）的设计和实现；
3.完成软件对硬件检测和调试工作；
4.查阅国内外的研究动态和发展前沿信息，阅读相关外文文献。
2.2 系统方案论证
2.2.1 控制器方案论证
按照题目要求，控制器主要用于控制电机，通过相关传感器对路面的轨迹信息进行处理，并将处理信号传输给控制器，然后控制器做出相应的处理，实现电机的前进和后退，保证在允许范围类实现跷跷板的平衡。
方案一：可以采用ARM为系统的控制器，优点是该系统功能强大，片上外设集成度搞密度高，提高了稳定性，系统的处理速度也很高，适合作为大规模实时系统的控制核心。
方案二：采用AT89S52作为系统控制的方案。AT89S52单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，功耗低、体积小、技术成熟，成本也比ARM低。
考虑到性价比问题，本设计选择用AT89S52单片机做控制器。
2.2.2 供电单元方案论证
方案一：采用单电源供电，通过单电源同时对单片机和直流电机进行供电，此方案的优点是，减少机身的重量，操作简单，其缺点是，这样会使单片机的波动变大，
影响单片机的性能，稳定性比较弱。
方案二：采用双电源供电，通过两个独立的电源分别对单片机和直流电机进行供电，此方案的优点是，减少波动，稳定性比较好，可以让小车更好的运作起来，唯一的缺点就是会增加小车的重量。
综合以上的优缺点，本设计决定采用第二种方案。
2.2.3 运动单元方案论证
方案一：采用直流电机，配合LM293驱动芯片组合。优点在于硬件电路的设计简单。当外加额定直流电压时，转速几乎相等。这类电机用于录音机、录相机、唱机或激光唱机等固定转速的机器或设备中。也用于变速范围很宽的驱动装置。容易受到外部因素干扰，影响稳定的转速和转矩输出。电路如图2-1：
图2-1 直流电机+LM293组合电路原理
方案二：采用步进电机，配合LM298驱动芯片组合。步进电机可以实现精确的转脚输出，只要施加合适的脉冲序列，电机可以按照人们的预定的速度或方向进行连续的转动，便于控速，但是软件程序的编写较直流电机稍显复杂。但是LM298芯片的硬件电路比较复杂。如图2-2：
图2-2步进电机+LM298组合电路原理
方案三：采用直流电机配合由双极性管组成的H桥电路。用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H桥电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也很高，是一种广泛采用的调速技术，其电路原理简图如图2-3所示。
图2-3电机驱动原理简图
综合3种方案的优缺点，鉴于本系统设计体积较小，自身重量较轻，对电机功率输出要求不高，决定选择方案3。
2.2.4 循迹单元方案论证
方案一：用光敏电阻组成光敏探测器
用光敏电阻组成光敏探测器，光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。
方案二：采用RPR220型光电对管。
RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。
综上所述，我们采用方案二。
2.3 系统总体方案
经过对方案的设计要求的分析和方案论证，采用51单片机控制平台，经过红外传感模块检测路面的信息，控制运动模块的电机运动方式，近而控制这个智能小车系
统的运动。系统框图如图2-4。
图2-4系统总体框图
第3章智能循迹小车硬件部分
3.1 系统硬件电路介绍
智能小车采用AT89S51单片机进行智能控制，开始由手动启动小车，并复位。当有红外遥控信号时，根据信号进入相应的行驶状态，在运动过程中由红外光电传感器检测，通过单片机控制小车进行循迹，系统的自动循迹功能通过红外线传感器正前方检测，由单片机控制实现在小车行驶过程中，通过接收的信号脉冲控制直流电机，以提高系统的静动态性能。系统功能原理图如图3-1所示。
运动系统电路包括供电电路、电机驱动和控制电路两部分。
图3-1 系统功能原理图
供电电路：运动系统供电采用双电源分别对电机和控制器供电。考虑到小车是个不断运动的实验设备，采用干电池供电。总的供电系统是有9V的大功率电池储能，经过电压转换单元。由一个9V转为5V对控制单元供电；另一个9V电池直接对电机的供电端连接。供电部分的分析将在后面3.3节结合整个系统的供电电路进行详细介绍。
电机驱动和控制电路：通过51单片机，控制端口对直流电机的转速和转向来对电机进行控制。
3.2 单片机最小系统
单片机最小系统由复位电路、时钟振荡电路、数据采集接口和电机控制接口组成，单片机最小系统图如图3-2所示。
图3-2
图3-2 单片机最小系统
3.2.1 单片机使用资源规划
由于51单片机具有比较强大的系统资源，本系统在设计时充分利用了它的自身特性，并进行合理规划。见表3-3。
表3-3单片机资源分配表
3.2.2 单片机功能模块介绍
单片机本电路的控制核心，它接收传感器测得的信号，并控制电机的转动与停止。传感器的输入有两根信号线，接单片机的P3.6与P3.7引脚。传入放入信号为高低电平，在小车没有走到黑线上时，输入都为低电平，此时单片机会驱动两个电机同时转动，不需要转弯，当某端输入高电平时，表明小车的相应一侧一走到黑线上，单片机便使改侧的电机停止转动，另一侧的继续转动，直到两侧都不走到黑线上，程序采用轮询的方式，可以及时的检测到是否走到黑线上。
3.3 供电单元介绍
高性能的电源管理系统对于电子系统稳定运行是至关重要的。作为智能车源，电源模块为系统的控制器，执行机构，传感器等各个模块提供可靠的工作电压。设计中，除了需要考虑电压范围和电流容量等基本参数之外，还要在电源转换效率、降低噪声、防止干扰和电路简单等方面进行优化，电源管理模块的功能是对电池进行分配和电压调节，为其他各个模块的正常工作提供可靠的工作电压。
3.3.1系统供电单元介绍
智能车控制系统中，不同电路模块需要的工作电压和电流容量各不相同。芯片需要提供5V的工作电压，而电机所需的电压为9V，本设计中用到的是9V的电源供电，然后通过三端稳压器LM7805将电压变换为5V电压供给电路系统。电源系统的电路图
如图3-4所示。
图3-4稳压电源转换电路
3.3.2稳压芯片简介
三端稳压集成电路lm7805 电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的lm78 ×× 系列和负电压输出的lm79××系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有lm9013样子的TO-92封装。
图3-5lm7805样品
用lm78/lm79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的lm78或lm79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如lm7806表示输出电压为正6V，lm7909表示输出电压为负9V。
因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。在实际应
用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。
3.4 运动单元介绍
本系统采用9V直流电动机作为智能玩具车的动力源。用电机驱动专用芯片L298作为电机的驱动。L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。电机驱动模块硬件电路图如图3-6所示。
图3-6 电机驱动模块硬件电路图
3.5 循迹单元介绍
3.5.1 循迹单元工作原理
循迹是指小车在白色地板上循黑线行走通常采取的方法是红外探测法,红外探测法即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点,在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光,当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射反射光被装在小车上的接收管接收,如果遇到黑线则红外光被吸收小车上的接收管接收不到红外光 ,单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线 ,从而实现小车的循迹功能。红外探测器探测距离有限一般最大不应超过3cm。循
迹功能如图3-7所示
图3-7 循迹功能图
本设计需要检测小车的运行状态，沿着路面黑线运动。采用反射取样式，单光束红外传感器接收信号，再分别用运放LM393比较电压信号进行放大。图3-5的电路在5V电压下工作，根据该型号传感器红外发射管所需的工作压降（红外发射管的正向压降在1～1.3V）和工作电流（红外发射管的电流为2～10mA），选取负载电阻R1=2.2KΩ，红外发射管负载电阻R
=220Ω。调节电位器使检测信号能被识别。
2
3.5.2 LM393比较器简介
比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。比较器的两路输入为模拟信号，输出则为二进制信号，当输入电压的差值增大或减小时，其输出保持恒定。因此，也可以将其当作一个1位模/数转换器（ADC）。对路面检测的电路设计就是通过电位器设定一个阈值，以此确定是否有光反射。并且以此阈值为标准，向单片机输入满足TTL电平的数字信号。如图3-8所示。
图3-8 LM393芯片示意图
第4章智能循迹小车软件部分
4.1 软件调试平台
Keil for C51是美国Keil Software公司出品的C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而
易学易用。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil for C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil for C51开发系统各部分功能和使用。
C51开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的源程序要变为C51可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。随着C51开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件除了致力于单片机的编程开发平台外，还针对目前最流行C51开发项目出品了Keil for 51软件平台以及支持在线调试的串口烧写。
从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision2）将这些部份组合在一起。如图4-1所示。
图4-1 Keil for 51 开发平台截图
KEIL for C51 编译平台对51单片机的器件选型设置。如图4-2所示。
图4-2 MCU选型设置
4.2 系统软件流程
系统软件流程图如图4-3所示。
图4-3 系统流程图
4.3 系统软件程序
#include
#include
//宏定义
#define uchar unsigned char //无符号八位字符型数据#define uint unsigned int //无符号16位整形数据#define ulong unsigned long //无符号三十二位长整型
//状态定义
uchar go=0xFA; //1111_1010 前进
uchar back=0xF5; //1111_0101 后退
uchar left=0xFE; //1111_1110 左转
uchar right=0xFB; //1111_1011 右转
sbit out4=P3^7;
sbit out3=P3^6;
sbit out2=P3^5;
sbit out1=P3^4;
//延时函数
void delay(uint z)
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
//启动软件看门狗WDTRST 防止程序跑飞增加系统的稳定性 sfr WDTRST=0xA6; //看门狗寄存器0xA6
//喂狗程序
void FeedDog()
{
WDTRST=0x1e; //给寄存器装值
WDTRST=0xe1;
}
//定时器初始化程序
void Initial()
{
TMOD=0x01; //定时器0工作在方式1
TH0=0xf0; //高八位装值1111--0000
TL0=0xf0; //第八位装值1111_0000
TR0=1; //启动定时器
ET0=1; // 定时器中断允许
EA=1 ; //开放总中断
}
//主程序
//对传感器输入信号进行轮询并决定当前小车行驶方式 void main()
{
FeedDog(); //刚入主程序喂一次狗
Initial(); //定时器初始化
P1=0xFF; //端口初始化用于控制电机
P3=0xFF;
P2=0xff; //传感器状态接收
while(1) //对传感器输入信号不断地进行查询
{
if((out1==1&&out2==0&&out3==1&&out4==1)||(out1==0&&out2==0&&out3==1&&out4 ==1)||(out1==0&&out2==1&&out3==1&&out4==1))
{
P1=left; //执行左转指令
delay(5);
}
else
if((out1==1&&out2==1&&out3==0&&out4==1)||(out1==1&&out2==1&&out3==0&&out4 ==0)||(out1==1&&out2==1&&out3==1&&out4==0))
{
P1=right; //执行右转指令
delay(5);
}
else
{
P1=go; //否则就向前行驶
delay(5);
}
}
}
//定时器中断函数执行喂狗定时器重装初值
void timer0() interrupt 1 //使用中断
{
TH0=0xf0;
TL0=0xf0; //定时器重载初值高八位第八位
FeedDog();//每过一定时间喂下狗，不然程序会自动复位
}
4.4 循迹处理软件流程
在白色背景中有一条黑色的线，小车就是要沿着这条黑线行走，通过判断反射式光电传感器所接收到的反射光来判断小车所应行走的方向。以三个反射式光电传感器为例进行说明循线的原理。光电传感器与黑线位置关系示意图如图4-4所示。
图4-4 光电传感器与黑线位置关系示意图
检测环节中一共有6个这样的传感的红外检测单元，实现组合式的控制方向的检测。6个光敏传感电路组合功能见表4-1。
表4-1 光敏传感器状态真值表
基于单片机的智能寻迹小车毕业设计 系统主要由红外避障模块、声控模块、光电寻迹、电机驱动及语音播报模块组成。 采用P89V51单片机作为智能小车控制核心。系统能实现对线路进行寻迹，小 车可以 前进或后退，遇到障碍物可以自行停止并可以实现反向运行，系统可以利用声 音控 制小车的启停。整个系统小巧紧凑，控制准确，性价比高，人机互动性好。 P89V51单片机；红外避障；线路寻迹；直流减速电机 ABSTRACT System is mainly by infrared obstacle avoidance module, voice module, opto-electronics and motor drive tracing module. Used as a single- chip smart car P89V51 control core. System can realize the tracing lines, cars can go forward or backward, encountered obstacles can stop and reverse operation can be achieved, the system can use voice to control the start and stop car. Compact the entire system to control the accurate, cost-effective, good human-computer interaction. KEYWORD: P89V51MCU;Infrared obstacle avoidance；Tracing；DC motor speed 1
智能循迹小车___设计报告
智能循迹小车设计 专业：自动化 班级：自动化132 姓名：罗植升莫柏源梁 桂宾 指导老师： 2014年4月——2010年6月
本课题是基于STC89C52单片机的智能小车的设计与实现，小车完成的主要功能是能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶。小车系统以 STC89C52单片机为系统控制处理 器； 采用红外传感获取赛道的信息，来对小车的方向和速度进行控制。此外，对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的融合，实现小车的预期功能。
当今世界，传感器技术和自动控制技术正在飞速发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能”这个词也已经成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达到了很高的水平，特别是日本，比如日本本田制作的机器人，其仿人双足行走已经做得十分逼真，而且具有一定的学习能力，还据说其智商已达到6岁儿童的水平。 作为机械行业的代表产品—汽车，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，呈现出两个明显的特点：一是电子装置占汽车整车（特别是轿车）的价值量比例逐步提高，汽车将由以机械产品为主向高级的机电一体化方向发展，汽车电子产业也很有可能成为依托整车制造业和用车提升配置而快速成为新的增长点；二是汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。 无容置疑，机电一体化人才的培养不论是在国外还是国内，都开始重视起来，主要表现在大学生的各种大型的创新比赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛（ABU ROBCON）、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛等众多重要竞赛都能很好的培养大学生对于机电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。但很现实的状况是，国内不论是在机械还是电气领域，与国外的差距还是很明显的，所以作为机电一体化学生，必须加倍努力，为逐步赶上国外先进水平并超过之而努力。 为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展要求，提出简易智能小车的构想，目的在于：通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。所以立“智能循迹小车”一题作为尝试。 此项设计是在以杨老师提供的小车为基础上，采用AT89C52单片机作为控制核心，实现能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶。
智能循迹小车设计与实现 摘要本文介绍的是基于单片机STC89C52控制智能循迹小车的设计。利用红外对光管检测黑线与障碍物，并以STC89C52单片机为控制芯片控制电动小汽车的运动，从而实现自动循迹避障的功能。其中小车的电机由LG9110驱动，整个系统的电路结构简单，可靠性高。 关键词STC89C52 LG9110 红外对光管循迹小车
The manufacture of intelligent tracking car Abstract This articale introduces the design of intelligent tracking car based on the STC89C52 single chip computer.Based infrared detection of black lines and the road obstacles,and use a STC89C52 MCU as the controlling core for the movement.A electronic drived,which can automatic track and avoid obstacle,was designed and fabricated.In which,the electric machinery of car is drived by the LG9110.The electric circuit stuction of whole system is simple,and the function is dependable. Keywords STC89C52 LG9110 Infrared emitting diode Tracking car
摘要 本实验主要分析把握对象的智能车基于STM32F103的设计。智能系统的组成主要包括STM32F103控制器、伺服驱动电路、红外检测电路、超声波避障电路。本试验采用STM32F103微处理器作为核心芯片，速度和转向的控制采用PWM技术，跟踪模块、检测、障碍物检测和避免功能避障模块等外围电路，实现系统的整体功能。 小车行驶时，避障程序跟踪程序，具有红外线跟踪功能的汽车检测电路。然后用颜色传感器识别物体的颜色和抓取。在硬件设计的基础上提出了实现伺服控制功能，简单的智能车跟踪和避障功能的软件设计和控制程序，在STM32集成开发环境IAR编译，并使用JLINK下载程序。 关键词：stm32;红外探测;超声波避障;颜色传感;舵机控制
ABSTRACT This experiment mainly analyzed the grasping object intelligent car based on STM32F103 design. The composition of the intelligent system mainly includes STM32F103 controller, servo drive circuit, infrared detection circuit, ultrasonic obstacle avoidance circuit. This test uses the STM32F103 microprocessor as the core chip, the speed and steering control using PWM technology, tracking module and detection, obstacle avoidance module for obstacle detection and avoidance function, other peripheral circuit to achieve the overall function of the system. The car is moving, obstacle avoidance procedures prior to tracking program, car tracking function with infrared detection circuit. Then use color sensor to recognize object color and grab. On the basis of the hardware design is proposed to realize the servo control function, simple intelligent car tracking and obstacle avoidance function of the software design, and the control program is compiled in the STM32 integrated development environment IAR, and download the program using Jlink. Key words: STM32; infrared detection; ultrasonic obstacle avoidance; color sensing; steering control
（穿山乙工作室）三天三十元做出智能车 基本设计思路： 1.基本车架（两个电机一体轮子+一 个万向轮） 2.单片机主控模块 3.电机驱动模块（内置5V电源输出） 4.黑白线循迹模块 0.准备所需基本元器件 1）.基本二驱车体一台。（本课以穿山乙推出的基本车体为 例讲解） 2）.5x7cm洞洞板、单片机卡槽、51单片机、石英晶体、红 色LED、1K电阻、10K排阻各一个；2个瓷片电容、排针40 个。 3）.5x7cm洞洞板、7805稳压芯片、红色LED、1K电阻各一 个；双孔接线柱三个、10u电解电容2个、排针12个、9110 驱动芯片2个。 4）.5x7cm洞洞板、LM324比较器芯片各一个；红外对管三 对、4.7K电阻3个、330电阻三个、红色3mmLED三个。 一、组装车体
（图中显示的很清晰吧，照着上螺丝就行了） 二、制作单片机控制模块 材料：5x7cm洞洞板、单片机卡槽、51单片机、石英晶体、红色LED、1K电阻、10K排阻各一个；2个瓷片电容、排针40个。 电路图如下，主要目的是把单片机的各个引脚用排针引出来，便于使用。我们也有焊接好的实物图供你参考。（如果你选用的是STC98系列的单片机在这里可以省掉复位电路不焊，仍能正常工作。我实物图中就没焊复位）
三、制作电机驱动模块 材料：5x7cm洞洞板、7805稳压芯片、红色LED、1K电阻各一个；双孔接线柱三个、10u电解电容2个、排针12个、9110驱动芯片2个。 电路图如下，这里我们把电源模块与驱动模块含在了同一个电路板上。因为电机驱动模块所需的电压是+9V左右（6—15V 均可），而单片机主控和循迹模块所需电压均为+5V。 这里用了一个7805稳压芯片将+9V电压稳出+5V电压。
电子作品设计报告 项目名称：智能小车 学院：机电工程学院 专业：应用电子技术 班级：09应电（1）班 组别：第三组 姓名：杨磊赖焕宁梁广生 指导老师：杨青勇玉宁
目录 摘要： (3) 关键词： (3) 引言： (3) 一、系统设计 (3) 1.1设计要求 (4) 1.2车体方案认证与选择 (4) 二、硬件设计及说明 (5) 2.1原理图设计 (5) 2.1.1稳压电源 (5) 2.1.2基本系统 (5) 2.1.3电机驱动 (5) 2.1.4液晶显示部分 (6) 2.1.5RS485数据总线 (6) 2.1.6循迹部分 (7) 2.2PCB设计 (7) 2.2.1主板PCB (7) 2.2.2循迹板PCB (8) 三、软件设计及说明 (8) 四、系统测试过程 (10)
五、总结 (11) 六、附录 (11) 附录一：系统元器件清单 (11) 附件二：系统测试源程序 (12) 摘要：本组的智能小车是采用凌阳的车架，是以两个电机来驱动小车，主板部 分自行设计。通过接收器MAX1483来采集信息，传送进主控芯片PIC16F886单片机，进行数据处理后，送进驱动芯片L293D以完成相应的操作。采用反射式红外光电传感器ST178来实现小车自动循迹功能，并且整个过程采用液晶显示屏RT1602来显示相应的数据。 关键词：PIC16F886 L293D 反射式红外光电传感器ST178 自动循迹引言： 近现代，随着电子科技的迅猛发展，人们对技术也提出了更高的要求。汽车的智能化在提高汽车的行驶安全性，操作性等方面都有巨大的优势，在一些特殊的场合下也能满足一些特殊的需要。智能小车系统涉及到自动控制，车辆工程，计算机等多个领域，是未来汽车智能化是一个不可避免的大趋势。本文设计的小车以PIC16f886 为控制核心，用反射式红外光电传感器作为检测元件实现小车的自动循迹前行，并显示等功能。 一、系统设计 本组智能小车的硬件主要有以PIC16f886 作为核心的主控器部分、自动循迹部分、显示部分、电机驱动部分。其中电机驱动部分和其他部分分别由两个不同的电源分开供电。 小车硬件系统结构示意图如下：
2016—2017学年第二学期期末考试《单片机原理及应用*》实践考核 项目设计说明书 专业：电子科学与技术 学号： 20160060156
姓名：张一鸣 2017年6 月14日 考核项目及要求 项目一：电机驱动模块的设计与制作 1．考核要点 (1) 掌握驱动电路的工作原理； (2) 掌握电机驱动的制作方法； (3) 掌握焊接技术； 2．作品要求 学生自行运用工具进行作品的设计制作，作品达到电路连接正确、布局合理、美观整洁。 项目二：单片机最小系统板的设计制作 1．考核要点 (1) 掌握单片机在实际操作中的基本知识； (2) 实验板包括单片机最小系统、蓝牙遥控模块、温度检测模块、液晶模块、 报警模块电路等的设计； (3) 使用Proteus仿真软件绘制实验板所包含的所有模块电路； (4) 熟练使用keil编程软件编写各模块电路的演示程序。 2．作品要求 学生自行运用工具进行作品的设计、仿真及演示，达到正确实现、布局合理、美观整洁。 项目三：智能小车底盘设计 1．考核要点 (1) 理解电机的工作原理； (2) 了解部分机械机构的设计方法； (3) 掌握智能小车的整体安装方法。
2．作品要求 学生独立设计安装，车身结构美观，布局合理，功能实现。 目录 1.功能说明 (1) 1-1.蓝牙无线遥控 (1) 1-2.实时温度显示 (1) 2.硬件设计 (2) 2-1.元器件选择 (2) 2-2.硬件设计原理说明 (4) 3.软件设计 (5) 3-1.程序总体设计 (5) 3-2.程序详细设计 (5) 4.测试与总结 (6) 4-1驱动电路板测试 (6) 4-2控制电路板测试 (6) 4-3最终整体效果 (7) 4-4总结 (7)
智能循迹小车设计 专业：自动化 班级：自动化132 姓名：罗植升莫柏源梁桂宾 指导老师： 2014年4月——2010年6月 摘要：
本课题是基于STC89C52单片机的智能小车的设计与实现，小车完成的主要功能是能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶。小车系统以 STC89C52单片机为系统控制处理器；采用红外传感获取赛道的信息，来对小车的方向和速度进行控制。此外，对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的融合，实现小车的预期功能。 引言
当今世界，传感器技术和自动控制技术正在飞速发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能”这个词也已经成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达到了很高的水平，特别是日本，比如日本本田制作的机器人，其仿人双足行走已经做得十分逼真，而且具有一定的学习能力，还据说其智商已达到6岁儿童的水平。 作为机械行业的代表产品—汽车，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，呈现出两个明显的特点：一是电子装置占汽车整车（特别是轿车）的价值量比例逐步提高，汽车将由以机械产品为主向高级的机电一体化方向发展，汽车电子产业也很有可能成为依托整车制造业和用车提升配置而快速成为新的增长点；二是汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。 无容置疑，机电一体化人才的培养不论是在国外还是国内，都开始重视起来，主要表现在大学生的各种大型的创新比赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛（ABU ROBCON）、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛等众多重要竞赛都能很好的培养大学生对于机电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。但很现实的状况是，国内不论是在机械还是电气领域，与国外的差距还是很明显的，所以作为机电一体化学生，必须加倍努力，为逐步赶上国外先进水平并超过之而努力。 为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展要求，提出简易智能小车的构想，目的在于：通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。所以立“智能循迹小车”一题作为尝试。 此项设计是在以杨老师提供的小车为基础上，采用AT89C52单片机作为控制核心，实现能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶。
~ 目录 1.项目设计目的 (1) 2.项目设计正文 (3) ．项目分析及方案制定 (3) ．设计步骤及流程图 (4) 寻迹设计步骤 (4) 流程图 (4) ( ．主要模块介绍 (4) LM393的主要特点 (4) LM393引脚图及内部框图 (5) LM393 功能简介 (5) 89C2051 (5) 89C2051简介 (5) 89C2051 主要性能参数 (5) 89C2051 功能特性概述 (6) 。 ．电路设计及PCB绘制 (6) 电源电路 (6) 红外收发电路 (6) 电机驱动电路 (7) 单片机最小系统 (7) 整体电路 (8)
PCB板的绘制 (8) . 成品展示 (9) \ 3．项目设计总结 (9) 4．参考文献 (10) 智能寻迹小车 ——CDIO三级项目 王君杰 （电子信息工程 1501 6） 一、项目设计目的 在科技飞速发展的今天，智能化的概念已经渗入到各行各业，自动控制系统也出现在生活的方方面面，早到工厂的机械化生产，近到目前的自动驾驶。越来越多的领域涉及到电控制技术。特别是使用单片机一类的MCU的控制，在生活中越来越常见。因此，基于单片机控制的电路的学习和时间对于我们来说就显得尤为重要。同时，对于单片机作为软件主控单元，结合模电数电的硬件电路支持的综合项目开发，也是作为大学生需要了解并且熟练运用的基础。掌握了这些知识，对于我们以后的职业发展也有着莫大的帮助。 二、? 三、项目设计正文 、项目分析及方案制定 首先对于“智能寻迹小车”这个标题而言，我们可以分为两个部分：小车和智能寻迹。“小车”决定了硬件电路的大致构成：电源、电容、电阻、开关、电机、LED。而“智能”则决定了一些高级电路的选用：MCU、传感器、电机驱动、电位器及一些IC。 其次，假如去掉“智能”两字，仅关注如何做成一个能够行驶的小车，那么电路的搭建将会变得尤为简单。假如做一个“上电即跑”的小车，那么连开关都不需要，仅需要电源（干电池即可），两个电机 （3V/100mA）和两个限流电阻按图一方式连接即可。当然，这样的 小车只能实现向一个方向前进，无法实现跑道的自动识别和转向。 不过，这个电路也是所有行驶工具的基础，所有的行驶工具，都是 在这个电路的基础上按照想要实现的功能进行拓展开发。 接着让我们来到“智能”的环节。所谓智能，也就是需要小车 有人的思想，正如同课题所述——寻迹。智能的小车需要具备自动识别跑道的能力。同时，在采集到跑道信息后要做出相应的处理。在我们这个课题中，也就是需要及时并
-----------------------小车运行主程序------------------- -------------------------------------------------------- 简介：@模块组成：红外对管检测模块----五组对管，五个信号采集端口 直流电机驱动模块----驱动两个直流电机，另一个轮子用万向轮 单片机最小系统------用于烧写程序，控制智能小车运动 @功能简介：在白色地面或皮质上用黑色胶带粘贴出路线路径宽度微大于相邻检测管间距。 这样小车便可在其上循迹运行。 @补充说明：该程序采取“右优先”的原则： 即右边有黑线向右转， 若无，前方有黑线，向前走， 若无，左边有黑线，向左转， 若全无，从右方向后转。 程序开头定义的变量的取值是根据我的小车所调试选择好的， 如果采用本程序，请自行调试适合自己小车的合适参数值。 编者：陈尧，黄永刚（江苏大学电气学院二年级，三年级） 1.假定:IN1=1,IN3=1时电机正向转动,必须保证本条件 2.假定:遇到白线输出0，遇到黑线输出1; 如果实际电路是：遇到白线输出1，遇到黑线输出0， 这种情况下只需要将第四，第五句改成： #define m0 1 #define m1 0 即可。 3.说明1：直行---------------速度full_speed_left,full_speed_right. 转弯,调头速度------correct_speed_left,correct_speed_right. 微小校正时---------高速轮full_speed_left,full_speed_right; 低速轮correct_speed. 可以通过调节第六，七，八，九，十条程序，改变各个状态 下的占空比（Duty cycle ）,以求达到合适的转弯，直行速度 4.lenth----------length检测到黑线到启动转动的时间间隔 5.width----------mid3在黑线上到脱离黑线的时间差 6.mid3-----------作为判断中心位置是否进入黑线的标志，由于运行的粗糙性和惯性， 常取其他对管的输出信号作为判断条件 7.check_right----若先检测到左边黑线，并且左边已出黑线，判断右端是否压黑线时间拖延
封面
作者：PanHongliang 仅供个人学习 目录 摘要………………………………………………………………………………………2 ABSTRACT………………………………………………………………………………
…2 第一章绪论 (3) 1.1智能小车的意义和作用 (3) 1.2智能小车的现状 (3) 第二章方案设计与论证 (4) 2.1 主控系统 (4) 2.2 电机驱动模块 (4) 2.3 循迹模块 (6) 2.4 避障模块 (7) 2.5 机械系统 (7) 2.6电源模块 (8) 第三章硬件设计 (8) 3.1总体设计 (8) 3.2驱动电路 (9) 3.3信号检测模块 (10) 3.4主控电路 (11) 第四章软件设计 (12) 4.1主程序模块 (12) 4.2电机驱动程序 (12) 4.3循迹模
块 (13) 4.4避障模块 (15) 第五章制作安装与调试 (18) 结束语 (18) 致谢……………………………………………………………………………………… 19 参考文献 (19) 智能循迹避障小车 摘要：利用红外对管检测黑线与障碍物，并以STC89C52单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。其中小车驱动由 L298N驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波控制。 关键词：智能小车；STC89C52单片机； L298N；红外对管 Intelligent tracking and obstacle-avoid car Abstract：Based infrared detection of black lines and theroad obstacles, and use a STC89C52 MCU as the controlling core for the speed and direction, A electronic drived, which can automatic track and avoid the obstacle, was designed and fabricated. In which, the car is drived by the L298N circuit, its speed is controlled by the output PWM signal from the STC89C52. Keywords: Smart Car。STC89C52 MCU。L298N。Infrared Emitting Diode 第一章绪论 1.1智能小车的意义和作用 自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。 随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视
智能小车俯视图结构说明： 本产品是由一个语音模块、一个+5V的辅助电源(LM7805数字压控电路)、一个电机驱动模块、四个电机、一块IAP单片机，一对无线发送接收模块。 功能与使用： 这辆语音控制智能小车通过语音识别来判断我们人所说的指令来行走的，给不同的指令就会按不同的指令来行走。可以根据我们说的去执行，更加人性化，同时也能起到人车交流的效果，操作简单，易于使用。 图2：智能小车全景图 平台选型说明 单片机开发板(以STC15F2K61S2芯片为控制核心) 设计说明 设计原理图如下：
3 设计原理图 设计方案： 语音控制智能小车，主控电路是由单片机开发板(以IAP15F2K61S2芯片为控制核心)来控制小车，主要是由语音控制模块通过无线模块发送信号来控制小车的前进、后退、左右转等功能。 语音模块主要是由LD3320 ASR非特定语音识别芯片组成的，通过识别人的语言，从从而实现轻松的语控制。我们采用锂电池通过7085稳压输出5V的直流电，方便携带，轻巧灵活，设计合理。通过对单片机开发板编写系统程序，调试出合适的程序，才能很好地处理信号和控制小车，以及各种电器。 作品特色 先进性： 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。高科技含量的电子互动式玩具已经成为玩具行业发展的主流。本文设计一个具有语音识别功能的智能遥控小车。本文还在小车的控制系统中采用语音识别系统，使控制者可以用语音对小车进行控制，产生相应的动作，而且小车和控制者还具有一定的交互功能，体现出了现代科技想智能化发展的潮流。 实用性： 当我们的技术成熟的时候我们可以向机动车改装，这样的话手脚残疾人也能开车了，还有就是该技术可以应用到智能家居中，让我们能够更加轻松地控制家里面的用电设备，使我们的住所更加人性化。
智能循迹小车总体设计方案 整体设计方案 本系统采用简单明了的设计方案。通过高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成的传感器循迹模块黑线路经，然后由AT89S52通过IO口控制L298N驱动模块改变两个直流电机的工作状态，最后实现小车循迹。 系统设计步骤 （1)根据设计要求，确定控制方案； （2)将各个模块进行组装并进行简单调试； （3)画出程序流程图，使用C语言进行编程； （4)将程序烧录到单片机内； （5)进行调试以实现控制功能。 系统基本组成 智能循迹小车主要由AT89S52单片机电路、循迹模块、L298N驱动模块、直流电机、小车底板、电源模块等组成。 (1)单片机电路：采用AT89S52芯片作为控制单元。AT89S52单片机具有低成本、高性能、抗干扰能力强、超低功耗、低电磁干扰，并且与传统的8051单片机程序兼容，无需改变硬件，支持在系统编程技术。使用ISP可不用编程器直接在PCB板上烧录程序，修改、调速都
方便。 （2）循迹模块：采用脉冲调制反射红外发射接收器作为循迹传感器，调制信号带有交流分量，可减少外界的大量干扰。信号采集部分就相当于智能循迹小车的眼睛，有它完成黑线识别并产生高、低平信号传送到控制单元，然后单片机生成指令来控制驱动模块来控制两个直流电机的工作状态，来完成自动循迹。 （3）L298N驱动模块：采用L298N作为点击驱动芯片。L298N具有高电压、大电流、响应频率高的全桥驱动芯片，一片L298N可以分别控制两个直流电机，并且带有控制使能端。该电机驱动芯片驱动能力强、操作方便、稳定性好，性能优良。L298N的使能端可以外接电平控制，也可以利用单片机进行软件控制，满足各种复杂电路的需要。另外，L298N的驱动功率较大，能够根据输入电压的大小输出不同的电压和功率，解决了负载能力不够的问题。
/**************************************************************** ************ 硬件连接 P1_4接驱动模块ENA使能端，输入PWM信号调节速度 P1_5接驱动模块ENB使能端，输入PWM信号调节速度 P1_0 P1_1接IN1 IN2 当P1_0=1,P1_1=0; 时左电机正转驱动蓝色输出 端OUT1 OUT2接左电机 P1_0 P1_1接IN1 IN2 当P1_0=0,P1_1=1; 时左电机反转 P1_2 P1_3接IN3 IN4 当P1_2=1,P1_3=0; 时右电机正转驱动蓝色输出 端OUT3 OUT4接右电机 P1_2 P1_3接IN3 IN4 当P1_2=0,P1_3=1; 时右电机反转 P1_0接四路寻迹模块接口第一路输出信号即中控板上面标记为OUT1 P1_1接四路寻迹模块接口第二路输出信号即中控板上面标记为OUT2 P1_2接四路寻迹模块接口第三路输出信号即中控板上面标记为OUT3 P1_3接四路寻迹模块接口第四路输出信号即中控板上面标记为OUT4 八路寻迹传感器有信号(白线）为0 没有信号（黑线）为1 ***************************************************************** ***********/ #include
寻迹小车 在历届全国大学生电子设计竞赛中多次出现了集光、机、电于一体的简易智能小车题目。笔者通过论证、比较、实验之后，制作出了简易小车的寻迹电路系统。整个系统基于普通玩具小车的机械结构，并利用了小车的底盘、前后轮电机及其自动复原装置，能够平稳跟踪路面黑色轨迹运行。 总体方案 整个电路系统分为检测、控制、驱动三个模块。首先利用光电对管对路面信号进行检测，经过比较器处理之后，送给软件控制模块进行实时控制，输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车的运动。系统方案方框图如图1所示。 图1 智能小车寻迹系统框图 传感检测单元 小车循迹原理 该智能小车在画有黑线的白纸“路面”上行驶，由于黑线和白纸对光线的反射系数不同，可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”—黑线。笔者在该模块中利用了简单、应用也比较普遍的检测方法——红外探测法。 红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物理表面具有不同的反射性质的特点。在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地面时发生漫发射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，则小车上的接收管接收不到信号。 传感器的选择 市场上用于红外探测法的器件较多，可以利用反射式传感器外接简单电路自制探头，也可以使用结构简单、工作性能可靠的集成式红外探头。ST系列集成红外探头价格便宜、体积小、使用方便、性能可靠、用途广泛，所以该系统中最终选择了ST168反射传感器作为红外光的发射和接收器件，其内部结构和外接电路均较为简单，如图2所示：
图2 ST168检测电路 ST168采用高发射功率红外光、电二极管和高灵敏光电晶体管组成，采用非接触式检测方式。ST168的检测距离很小，一般为8~15毫米，因为8毫米以下是它的检测盲区，而大于15毫米则很容易受干扰。笔者经过多次测试、比较，发现把传感器安装在距离检测物表面10毫米时，检测效果最好。 R1限制发射二极管的电流，发射管的电流和发射功率成正比，但受其极限输入正向电流50mA的影响，用R1=150的电阻作为限流电阻,Vcc=5V作为电源电压，测试发现发射功率完全能满足检测需要；可变电阻R2可限制接收电路的电流，一方面保护接收红外管；另一方面可调节检测电路的灵敏度。因为传感器输出端得到的是模拟电压信号，所以在输出端增加了比较器，先将ST168输出电压与2.5V进行比较，再送给单片机处理和控制。 传感器的安装 正确选择检测方法和传感器件是决定循迹效果的重要因素，而且正确的器件安装方法也是循迹电路好坏的一个重要因素。从简单、方便、可靠等角度出发，同时在底盘装设4个红外探测头，进行两级方向纠正控制，将大大提高其循迹的可靠性，具体位置分布如图3所示。
（穿山乙工作室） 三天三十元做出智能车 0.准备所需基本元器件 1）.基本二驱车体一台。（本课以穿山乙推出的基本车体为例讲解） 2）.5x7cm 洞洞板、单片机卡槽、51单片机、石英晶体、红色LED 、1K 电阻、10K 排阻各一个；2个瓷片电容、排针40个。 3）.5x7cm 洞洞板、7805稳压芯片、红色LED 、1K 电阻各一个；双孔接线柱三个、10u 电解电容2个、排针12个、9110驱动芯片2个。 4）.5x7cm 洞洞板、LM324比较器芯片各一个；红外对管三对、4.7K 电阻3个、330电阻三个、红色3mmLED 三个。 一、组装车体 基本设计思路： 1.基本车架（两个电机一体轮子+一个万向轮） 2.单片机主控模块 3.电机驱动模块（内置5V 电源输出） 4.黑白线循迹模块
（图中显示的很清晰吧，照着上螺丝就行了） 二、制作单片机控制模块 材料：5x7cm洞洞板、单片机卡槽、51单片机、石英晶体、红色LED、1K电阻、10K排阻各一个；2个瓷片电容、排针40个。 电路图如下，主要目的是把单片机的各个引脚用排针引出来，便于使用。我们也有焊接好的实物图供你参考。（如果你选用的是STC98系列的单片机在这里可以省掉复位电路不焊，仍能正常工作。我实物图中就没焊复位）
三、制作电机驱动模块 材料：5x7cm洞洞板、7805稳压芯片、红色LED、1K电阻各一个；双孔接线柱三个、10u电解电容2个、排针12个、9110驱动芯片2个。 电路图如下，这里我们把电源模块与驱动模块含在了同一个电路板上。因为电机驱动模块所需的电压是+9V左右（6—15V 均可），而单片机主控和循迹模块所需电压均为+5V。 这里用了一个7805稳压芯片将+9V电压稳出+5V电压。 +9V
项目名称：智能小车 系别：信息工程系 专业：11电气工程及其自动化：亮、占闯、康 指导老师：王蕾
目录 摘要： ............................................................................................ ...3关键词： ............................................................................................ .3 绪论： ............................................................................................ (3) 一、系统设 计 (4) 1.1、任务及要求 (4) 1.2车体方案认证与选择 (4) 二、硬件设计及说 明 (5) 2.1循迹+避障模块 (5) 2.2主控模块 (6) 2.3电机驱动模块 (6) 2.4机械模块 (7) 2.5 电源模块 (7)
三、自动循迹避障小车总体设计 (7) 四、软件设计及说 明 (8) 4.1系统软件流程图 (9) 4.2系统程序 (9) 五、系统测试过 程 (12) 六、总 结 (13) 七、附录：系统元器 件 (13) 摘要 本设计主要有三个模块包括信号检测模块、主控模块、电机驱动模块。信号检测模块采用红外光对管，用以对有无障碍与黑线进行检测。主控电路采用宏晶公司的8051核心的STC89C52单片机为控制芯片。电机驱动模块采用意法半导体的L298N专用电机驱动芯片，单片控制与传统分立元件电路相比，使整个系统有很好的稳定性。信号检测模块将采集到的路况信号传入STC89C52单片机，经单片机处理过后对L298N发出指令进行相应的调整。通过有无光线接收来控制电动小车的转向，从而实现自动循迹避障的功能。 关键词：智能循迹避障小车，STC89C52单片机，L298N驱动芯片，
智能循迹/避障小车研究 工作报告 一、智能循迹小车程序结构框图 二、Proteus仿真图 三、软件程序设计
一、智能循迹小车程序结构框图 经过几天在网上的查找，对智能循迹/避障小车有了大致的了 解， 一般有三个模块： 1、最基本的小车驱动模块，使用两个二相四线步进电机对小车的两个后轮分别进行驱动，前轮最好用万向轮，能使小车更好地转弯； 2、小车循迹模块，在小车底部有三个并排安装的红外对管，对黑色与白色的反射信号不同，经单片机处理后对小车进行相应处理； 3、避障模块，我写的程序中对于避障模块是用中断来处理的（即安装在小车车头的红外对管检测到有障碍物后，就会向单片机的P3_2口输出一个高电平或是低电平，这时中断程序将对小车进行预先设定好的避障处理），但是在程序结构框图中，我不太会表示中断处理方式，所以就用查询的方式画了。
N Y N Y 二、Proteus 仿真图 我用Proteus 大概地仿真了小车的运行状态。图中的两个二相四线步进电机就代表小车的左右轮（假定步进电机顺时针转动方向为小车前进方向），网上有很多种驱动芯片，在仿真时我只使用L298N 芯
片来驱动步进电机。用三个单刀双制开关模拟用于小车循迹的三个红外对管的输出信号，经一个与门与三极管开关连接到P3_3口，中断程序对P1_0, P1_1, P1_2三个口进行检测，并做出相应处理。同时因为避障模块的优先级高于循迹模块，所以将外部中断0用于避障，外部中断1用于循迹。P1_3口则用于检测小车是否到达终点。 1、小车驱动模块： 使用一片298芯片驱动一个二相四线步进电机，电机的电压为12V。
一、前言 设计背景： 在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对与一些危险或人类不能直接到达的地域的探测，这些就需要用机器人来完成。而在机器人在复杂地形中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障系统的研发就应运而生。我们的自动避障小车就是基于这一系统开发而成的。意义随着科技的发展，对于未知空间和人类所不能直接到达的地域的探索逐步成为热门，这就使机器人的自动避障有了重大的意义。我们的自动避障小车就是自动避障机器人中的一类。自动避障小车可以作为地域探索机器人和紧急抢险机器人的运动系统，让机器人在行进中自动避过障碍物。成员情况本组三位成员均为2005级基地班学生，都选修过数字电路课程。二、总体方案设计 1、设计要求 小车从无障碍地区启动前进，感应前进路线上的障碍物后，根据障碍物的位置选择下一步行进方向。并可通过两个独立按键对小车进行控速。 2、小车自动避障的原理 小车车头处装有三个光电开关，中间一个光电开关对向正前方，两侧的光电开关向两边各分开30度，（如右图所示）。小车在行进过程中由光电开关向前方发射出红外线，当红外线遇到障碍物时发生漫反射，反射光被光电开关接收。小车根据三个光电开关接受信号的情况来判断前方障碍物的分布并做出相应的动作。光电开关的平均探测距离为30cm。 3、模块方案比较及论证 根据设计要求，我们的自动避障小车主要由六个模块构成：车体框架、电源
及稳压模块、主控模块、逻辑模块、探测模块、电机驱动模块组成。各模块分述如下： 3.1车体框架 在设计车体框架时，我们有两套起始方案，自己制作和直接购买玩具电动车。方案一：自己设计制作车架自己制作小车底盘，用两个直流减速电机作为主动轮，利用两电机的转速差完成直行、左转、右转、左后转、右后转、倒车等动作。减速电机扭矩大，转速较慢，易于控制和调速，符合避障小车的要求。而且自己制作小车框架，可以根据电路板及传感器安装需求设计空间，使得车体美观紧凑。但自己制作小车设计制作周期较长，且费用较高，因而我们放弃这一方案。方案二：购买玩具电动车 玩具电动车价格低廉，有完整的驱动、传动和控制单元，其中传动装置是我们所需的，缩短了开发周期。但玩具电动车采用普通直流电机驱动，带负载能力差，调速方面对程序要求较高。同时，玩具电动车转向 依靠前轮电机带动前轮转向完成，精度低。 考虑到利用玩具电动小车做车架开发周期短，可留够充分的时间用于系统调试，且硬件上的不足我们有信心用优良的算法来弥补，故我们选择方案二。