摘要
制作自动寻迹小车所涉及的专业知识包括控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等诸多学科。为了使小车能够快速稳定的行驶，设计制作了小车控制系统。在整个小车控制系统中，如何准确地识别路径及实时地对智能车的速度和方向进行控制是整个控制系统的关键。
由于此小车能够自动寻迹,加速,减速.故又被称作为智能车.本智能车控制系统设计以MC9S12XS128微控制器为核心，通过两排光电传感器检测小车的位置和运动方向来获取轨道信息，根据轨道信息判断出相应的轨道类型，并分配不同的速度给硬件电路加以控制，完成了在变负荷条件下对速度的快速稳定调节。红外对射传感器用于检测智能车的速度，以脉宽调制控制方式（PWM）控制电机和舵机以达到控制智能车的行驶速度和偏转方向。
软件是在CodeWarrior 5.0的环境下用C语言编写的，用PID控制算法调节驱动电机的转速和舵机的方向，完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。智能车能够准确迅速地识别特定的轨道，并沿着引导线以较高的速度稳定行驶。
整个智能车系统涉及车模机械结构的改装、传感器电路设计及控制算法等多个方面。经过多次反复的测试，最终确定了现有的智能车模型和各项控制参数。关键词：
MC9S12XS128；PID；PWM；光电传感器；智能车
ABSTRACT
Making automatic tracing car involved the professional knowledge including control, pattern recognition, sensing technology, automobile electronics, electrical, computer, machinery and so on many subjects. According to the technical requirements of the contest, we design the intelligent vehicle control system. In the entire control system of the smart car, how to accurately identify the road and real-time control the speed and direction of the Smart Car is the key to the whole control system.
Because this car can automatic tracing, accelerate, slowing down. So it is also known as intelligent car this intelligent vehicle control system design take the MC9S12XS128 micro controller as a core, examines car's position and the heading through two row of photoelectric sensors gains the racecourse information, judges the corresponding racecourse type according to the racecourse information, and assigned the different speed to control for the hardware circuit, has completed in changes under the load condition to the speed fast stable adjustment. The infrared correlation sensor uses in examining the intelligent vehicle's speed, (PWM) controls the electrical machinery and the servo by the pulse-duration modulation control mode achieves the control intelligence vehicle's moving velocity and the deflection direction.
The software is under the CodeWarrior 5.0 environment with the C language compilation, actuates electrical machinery's rotational speed and servo's direction with the PID control algorithm adjustment, completes to the model vehicle velocity of movement and the heading closed-loop control. The intelligent vehicle can distinguish the specific racecourse rapidly accurately, and along inlet line by the high speed control travel.
The entire intelligent vehicle system involves the vehicle mold mechanism the re-equipping, the sensor circuit design and the control algorithm and so on many aspects. After the repeated test, has determined the existing intelligent vehicle model and each controlled variable finally many times.
Keywords：
MC9S12XS128; PID；PWM；photoelectric sensor; smart car
目录
第一章绪论 (1)
1.1引言 (1)
1.2本文设计方案概述 (1)
1.2.1总体设计 (1)
1.2.2传感器设计方案 (2)
1.2.3控制算法设计方案 (4)
第二章机械结构设计 (5)
2.1前轮倾角的调整 (5)
2.2齿轮传动机构调整 (5)
2.3后轮差速机构调整 (6)
2.4红外传感器的固定 (6)
2.5小车重心的调整 (6)
2.6齿轮啮合间隙的调整 (7)
第三章硬件电路的设计 (8)
3.1系统硬件概述 (8)
3.2电源模块的设计 (9)
3.2.1 LM2940供电电路 (10)
3.2.2 LM2596供电电路 (11)
3.3电机驱动模块 (12)
3.3.1模块介绍 (12)
3.3.2使用说明 (13)
3.3.3电压电流测试结果 (14)
3.4舵机控制模块 (15)
3.5路径识别模块 (16)
3.7单片机模块的设计 (18)
3.8硬件电路部分总结 (18)
第四章软件系统设计 (20)
4.1智能车控制算法监测平台 (20)
4.2主程序流程图 (20)
4.3系统的模块化结构 (21)
4.3.1时钟初始化 (21)
4.3.2串口初始化 (22)
4.3.3 PWM初始化 (23)
4.4中断处理流程 (25)
4.5小车控制算法 (25)
4.5.1舵机控制 (26)
4.5.2速度控制 (27)
4.6坡道的处理 (29)
4.7弯道策略分析 (29)
第五章开发与调试 (31)
5.1软件开发环境介绍 (31)
5.2智能车整体调试 (34)
5.2.1 舵机调试 (34)
5.2.2 电机调试 (34)
5.2.3 动静态调试 (34)
第六章结论 (36)
6.1智能车的主要技术参数说明 (36)
6.2总结 (36)
6.3不足与展望 (36)
参考文献 (37)
致谢 (38)
附录1 (39)
附录2 (47)
附录3 (60)
第一章绪论
1.1引言
思路及技术方案是一个工程项目的灵魂。因此，在设计和制作伊始对思路与方案的选择要非常的仔细,谨慎。作为一个快速的随动控制系统。结合智能车设计的实际情况以及前人对自动控制系统的设计经验。得出"简单、稳定、快速、智能"八字方针作为智能车方案设计的指导原则。
智能车是一个快速的随动控制系统，其控制系统分为两个大的子控制系统，分别为：方向控制系统与速度控制系统。方向控制的作用就好比是驾驶员和他所控制的方向盘；速度控制系统的作用就好比是驾驶员和他脚下的油门与刹车。方向控制系统能使智能车沿着导引黑线行驶而不至偏移。速度控制能使智能车在直道上加速行驶而在入弯时刹车减速以尽量提高行驶速度和避免因入弯速度过快而造成的冲出跑道。
本次制作的智能车是以光电传感器捕获路径信息的。经过数月的设计与调试，终于完成了这个作品。在设计与制作的过程中以稳定为前提进行软硬件优化设计与参数调整。经过分析认为在路径检测信息非常完备的条件下进行速度优化会对小车的性能有很大提高。由于小车在弯道与直道以及不同曲率半径的弧道的通过速度是不同的。经过研究对于小车的速度控制我们采取的闭环的速度优化控制，利用路径监测信息来给出不同路况下的速度设定值，使小车速度有了很大改善。
本文第二章主要介绍系统的机械结构设计，第三章介绍智能车的硬件电路设计，第四章介绍系统软件的设计，第五章介绍完成智能车设计所需开发调试工具及调试过程，第六章对此次设计做出总结，并给出智能车的相关参数。
1.2本文设计方案概述
1.2.1总体设计
图1-1 系统框架图
如上图1-1所示，该智能小车系统主要分为以下三大块：
（1）信息采集模块：在该模块主要是对智能车的所处位置进行采集，并将采集到的信息传送给MCU，其核心是光电传感器。
（2）信息处理模块：信息处理模块包括信息处理和控制模块，其核心MCU，MCU接收到采集来的信号，对信号进行处理后作出判断，并发出控制信号。
（3）执行模块：该模块包括了驱动电机和舵机，当接收到MCU的命令后便执行相应的操作，同时信息采集模块又采集到电机和舵机的状态信息，反馈给MCU。从而整个系统构成一个闭环系统，在运行过程中，系统自动调节而达到智能车快速稳定行使的目的。
1.2.2传感器设计方案
方案一：采用CCD传感器来采集路面信息
使用CCD传感器，可以获取大量的图像信息，可以全面完整的掌握路径信息，可以进行较远距离的预测和识别图像复杂的路面，而且抗干扰能力强。但是对于本项目来说，使用CCD传感器也有其不足之处。首先使用CCD传感器需要有大量图像处理的工作，需要进行大量数据的存储和计算。因为是以实现小车视觉为目的，实现起来工作量较大，相当繁琐。
方案二：使用光电传感器来采集路面信息
使用红外传感器最大的优点就是结构简明，实现方便，成本低廉，免去了繁复的图像处理工作，反应灵敏，响应时间低，便于近距离路面情况的检测。但红外传感器的缺点是，它所获取的信息是不完全的，只能对路面情况作简单的黑白判别，检测范围有限，而且容易受到诸多扰动的影响，抗干扰能力较差，背景光源，器件之间的差异，传感器高度位置的差异等都将对其产生干扰。
方案三：采用电感与电容谐振来采集路面信息
使用电感与电容谐振的优点是原理简单（通过电感产生的感应电动势与电感线圈所处位置的关系），价格便宜，体积相对较小，频率响应快。缺点是电磁干扰严重，电感线圈感应的信号很小需要相应的放大电路将信号放大，故传感器电路较复杂。
在本次设计的跑道只有黑白两种颜色，小车只要能区分黑白两色就可以采集到准确的路面信息。经过综合考虑，在本项目中采用红外光电传感器作为信息采集元件。
光电检测方案：
1.光电传感器的选择
对于智能车寻迹来说，路径检测的成败归功于光电传感器的选择与使用。目前，用于光电检测的传感器主要有可见光管、反射式红外光电管、激光管等。
可见光管抗干扰能力差，容易受到外界光线影响，因此不能被用做路径检测。
反射式红外光电管抗干扰能力强，对自然光和灯光变化的反应较小，并且电路也比较简单。
激光管的抗干扰能力强，由于光线聚集故射程较远，但价格较红外光电管贵并且电路也较复杂。
综合考虑，最后决定选择反射式红外光电管作为检测器件。
2.驱动方式的选择
反射式红外光电管一般有直流驱动和光电驱动两种不同的驱动方式。其中，直流驱动的特点是电路简单，但对外界光线的反应相对较大，不过通过在光电管上加套热缩管以及软件处理可以极大降低这种影响；光电驱动的特点是光电管具有更高的功率，探测距离相对较远，抗干扰能力也较强，不过电路复杂且难于控制。因此，我们采用了直流驱动的方式，并利用相应措施降低了外界光线的影响。
3.光电管排布方式的选择
方案一：15对光电管均匀分布于一排。由于跑道的宽度小于25cm，故光电管阵列之间不需要排的太开。因此我们选择光电管对的间隔为15mm，所以15对光电管排布下来的宽度只有大概21cm，符合规则要求。运用15对光电管的好处就是采集的跑道信息精度较高，信息比较连续，因此赛车跑起来不会出现明显的“抖”的现象；但是使用单排光电管阵列的前瞻性比较差，使得赛车不能进行比较提前的判断和控制，因此限制了智能车的速度，同时所有的传感器做成一排做出来的辅助板过大，不宜固定。
方案二：15对光电管均匀分布于两排。将7对光电管均匀分布的阵列放在近排，8对光电管对均匀分布的阵列放在远排。近排的光电管阵列就架设在车的前端30-40mm；而远排的则架的较高并且伸出90-110 mm。在这样的光电管阵列下，赛车的前瞻性得到了很好的提高，速度比单排光电阵列情况下高了较多。但是由于光电采集的精度不够，赛车即使在直线上行驶的时候，也容易出现“抖动”的现象，通过调整舵机控制的参数，使得赛车“抖动”的程度明显减少，而且速度也有一定的保证。
综合考虑了以上两种方案并通过观察试验效果，我们选择了方案二中的光电管阵列排布。效果如图1-2所示。
图1-2 双排光电管阵列效果图
1.2.3控制算法设计方案
方案一：比例控制
这种控制方法就是在检测到车体偏离的信息时给小车一个预置的反向偏移量，让其回到跑道。比例算法简单有效，参数容易调整，算法实现简单，不需复杂的数字计算。在实际应用中，由于传感器的个数与布局的限制，其控制量的输出是一个离散值，不能对舵机进行精确的控制，容易引起舵机左右摇摆，造成小车行使过程中的振荡，而且其收敛速度也有限。
方案二：PD控制
PD控制在比例控制的基础上加入了微分控制，可以抑制振荡，加快收敛速度，调节适当的参数可以有效地解决方案一的不足。不过，P、D两个参数的设定较难，需要不断进行调试，凭经验来设定，因此其适应性较差。
方案三：PID控制
PID控制在PD控制的基础上加入了积分分控制，在阶跃信号的作用下，首先产生的是比例-微分作用，使调节作用加强，直到最后达到消除静养的效果。因此PID调节从动态，静态都有所改善。当然P、I、D三个参数的设定更难，也需要不断进行调试，凭经验来设定，因此其适应性不好，但是可以使被小车更稳定的行驶。
由于跑道模型与相关参数已给定，即小车运行的环境基本上已经确定，可通过不断调试来获得最优的参数。因此我们选用的是PID算法来对舵机和速度进行控制。
第二章机械结构设计
在小车行驶过程中，判断小车制作的成功与否是根据小车运行的速度与小车在运行过程中的稳定性，而车辆的机械结构无疑是影响速度的一个关键因素。鉴于这个原因，在后续的工作中对小车的机械结构方面做了一些改进。
2.1前轮倾角的调整
调试中发现，在车模过弯时，转向舵机的负载会因为车轮转向角度增大而增大。为了尽可能降低转向舵机负载，对前轮的安装角度，即前轮定位进行调整。前轮定位的作用是保障汽车直线行驶的稳定性，转向轻便和减少轮胎的磨损。前轮是转向轮，它的安装位置由主销内倾、主销后倾、前轮外倾和前轮前束等4 个项目决定，反映了转向轮、主销和前轴等三者在车架上的位置关系。主销后倾是指主销装在前轴，上端略向后倾斜的角度。它使车辆转弯时产生的离心力所形成的力矩方向与车轮偏转方向相反，迫使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置上。由此，主销后倾角越大，车速越高，前轮稳定性也愈好。
主销内倾和主销后倾都有使汽车转向自动回正，保持直线行驶的功能。不同之处是主销内倾的回正与车速无关，主销后倾的回正与车速有关，因此高速时后倾的回正作用大，低速时内倾的回正作用大。
前轮外倾角对汽车的转弯性能有直接影响，它的作用是提高前轮的转向安全性和转向操纵的轻便性。前轮外倾角俗称―外八字‖，如果车轮垂直地面一旦满载就易产生变形，可能引起车轮上部向内倾侧，导致车轮联接件损坏。所以事先将车轮校偏一个外八字角度，这个角度约在1°左右。
所谓前束是指两轮之间的后距离数值与前距离数值之差，也指前轮中心线与纵向中心线的夹角。前轮前束的作用是保证汽车的行驶性能，减少轮胎的磨损。前轮在滚动时，其惯性力会自然将轮胎向内偏斜，如果前束适当，轮胎滚动时的偏斜方向就会抵消，轮胎内外侧磨损的现象会减少。
2.2齿轮传动机构调整
电机轴与后轮轴之间的传动比为9：38（电机轴齿轮齿数为18，后轮轴传动轮齿数为76）。齿轮传动机构对车模的驱动能力有很大的影响。齿轮传动-部分安装位置的不恰当，会大大增加电机驱动后轮的负载，从而影响到最终成绩。调整的原则是：两传动齿轮轴保持平行, 齿轮间的配合间隙要合适，过松容易打坏齿轮，过紧又会增加传动阻力，白白浪费动力;传动部分要轻松、顺畅，容易转动，不能有卡住或迟滞现象.
判断齿轮传动是否调整好的一个依据是,听一下电机带动后轮空转时的声音。声音刺耳响亮，说明齿轮间的配合间隙过大，传动中有撞齿现象；声音闷而且有迟滞，则说明齿轮间的配合间隙过小，或者两齿轮轴不平行，电机负载加大。
调整好的齿轮传动噪音小，并且不会有碰撞类的杂音。
2.3后轮差速机构调整
差速机构的作用是在车模转弯的时候，降低后轮与地面之间的滑动；并且还可以保证在轮胎抱死的情况下不会损害到电机。当车辆在正常的过弯行进中(假设：无转向不足亦无转向过度)，此时4 个轮子的转速(轮速)皆不相同，依序为：外侧前轮＞外侧后轮＞内侧前轮＞内侧后轮。此次所使用车模配备的是后轮差速机构。差速器的特性是：阻力越大的一侧，驱动齿轮的转速越低；而阻力越小的一侧，驱动齿轮的转速越高以此次使用的后轮差速器为例，在过弯时，因外侧前轮轮胎所遇的阻力较小，轮速便较高；而内侧前轮轮胎所遇的阻力较大，轮速便较低。差速器的调整中要注意滚珠轮盘间的间隙，过松过紧都会使差速器性能降低，转弯时阻力小的车轮会打滑，从而影响车模的过弯性能。好的差速机构，在电机不转的情况下，右轮向前转过的角度与左轮向后转过的角度之间误差很小，不会有迟滞或者过转动情况发生。
2.4红外传感器的固定
为了获取更多的前探距离，我们采用传感器前伸，在规定的范围内尽可能的获取更多的前探距离。但是前伸也带来了其他问题，如车在行驶过程中颠簸引起传感器的晃动。为此我们的固定支架采用了拧纹的形式，从硬件上减少外部环境对传感器的影响。
除此之外，我们还把红外管放置与水平成一定倾角，进一步增加前探距离。然而并非倾角越大越好，倾角的增大会导致红外接收管接收到的光减少，背景与黑线之间的压差降低，影响路径的识别。我们使用55度的倾角配合上一定的高度取得了较好的效果。
2.5小车重心的调整
在智能车各部分零部件大体完成的时候，我们通过移动车上零部件的位置，对其重心进行了调整，通过大量的对比实验后发现：不论使重心偏左还是偏右，赛车在弯道较多的跑道上都会出现不同程度的滑移和转向不足。因此，重心应当尽量处在相对车模左右对称的中心平面内。另外，此次车模为四轮驱动，重心在车上的分布对车的动力影响不是很明显。通过实验发现：当赛车重心偏后时，由于前轮上所分配的载荷较轻，使赛车转向时前轮滑移，造成过弯时间变长。在华东区的比赛中我们也发现，此车模的重心偏高，若不对其进行改造，会造成过急弯时车轮离地，对抓地力造成很大影响，从而使车模过弯时间变长。综上考虑，根据赛车的实际情况调整车体重心，使其处于中心偏前优化其转向能力，使底盘离地 1.3cm 左右优化其过弯能力。
2.6齿轮啮合间隙的调整
车模电机传动轴和赛车分动器之间采用齿轮啮合传动，另外，光学编码器和分动器齿轮之间同样采用齿轮啮合，前后差速器中也存在多个齿轮副。齿轮啮合性能的好坏，直接影响电机的驱动效率。啮合齿轮的轮轴不平行，将直接导致齿轮间啮合平稳性不足，传动效率低，影响赛车速度的提升。啮合齿轮间隙过大，将导致打齿轮，过小则将导致电机驱动阻力增加，两者都不利于提高赛车的驱动性能。因此，对于啮合的齿轮，应当适当调整齿轮间隙和齿轮轴间的平行度，使齿轮啮合顺畅，噪声小。按照第四届部分报告中提到的思想，以放在平地上行驶时的声音作为判断齿轮啮合情况最为合适。对差速器，考虑到其性能对车轮运动有较大的影响，我们采用多个车模进行测试的方法，挑选出其中较好的差速器，并使用差速器油进行润滑，以获得较好的性能。
第三章硬件电路的设计
3.1系统硬件概述
系统硬件框架图如图3-1所示：
图3-1 系统硬件框架图
控制核心是飞思卡尔公司推出的MC9S12 D系列的增强型16位64个管脚单片机MC9S12XS128这款芯片，片内资源丰富，包括PWM模块可设置成8路8位或者拼接成4路16位,2个10位8通道A/D转换器，8通道输入捕捉/输出比较定时器，2 个异步串行通信接口SCI,1个同步串行通信接口SPI,1个1 Mb/s的CAN总线模块，兼容CAN2.0 A/B等等。利用片内资源结合具体模块的功能要求具体实现技术路线如下：
（1)电源管理：核心板最小系统供电、传感器供电、舵机供电和直流电机供电。要求：（a) 低压差，实现6.5V～7.2V 电池到5V转换；（b)可提供足够电流输出，驱动发射光电管，并考虑一定的安全余量；（c) 考虑芯片散热的问题，提供热关断、短路保护和安全操作保护等功能。
（2)舵机控制：模块化模型舵机利用信号输入端的占空比不同调节转角，可以通过单片机芯片内置PWM模块配合编程实现。
（3)直流电机驱动：采用PWM 驱动。要求：（a) 开断电流能力强，驱动功率大，质量可靠；（b) 具有过流保护、欠压保护、热关断的能力，各种功能使用方便。结合集成功率芯片选择要求和直流电机运行参数，选用大功率电机驱动模块ZNCD-1043
3.2电源模块的设计
电源是一个智能车系统得以运行的关键及动力所在。根据“硬件设计最简”的原则，需要完善电源设计方案。整个智能车的电源是由一块7.2V 2000mAh
Ni-cd蓄电池提供，为了使智能车系统各部件能正常的工作，故需对7.2V 2000mAh Ni-cd蓄电池进行电压调节。其中，中央控制系统（最小系统）、路径识别的光电传感器和接收器电路、需要5V电压，伺服电机工作电压范围4.8V到6V根据多次调试决定使用5V电源给供电，直流电机可以使用7.2V 2000mAh Ni-cd蓄电池直接供电。
电源供电部分关系到整个系统工作的稳定性，由于采用的是镍镉电池供电，内阻比较大，电机启动或者突然加速的瞬间，电池输出的电流很大，电池两端电压突然会降低。为了保证单片机和其他模块工作正常，所以在对电源供电的设计方面，要求电路工作效率高，输出电压稳定。而且随着车子在跑道上跑，随着电池电量的消耗，电池两端的电压也会慢慢降低，这就要求稳压芯片的选取要工作压差小。本系统所需电压有5V、7.2V，其中7.2V部分为电机驱动电压，可由电池直接提供；5V部分为路径识别模块，舵机控制模块，串口通信模块，单片机最小系统模块等。系统电源供电分配如图3-2所示：
图3-2 系统电源供电分配框图
5V电源是整个智能车系统电源模块中电流需求最大的一个部分。要求大电流、低压差、低噪声等特性。在此将根据各种不同稳压芯片的特性选款符合此智能小车各个模块的工作要求。
根据不同的工作原理可将电源分成两类：线性稳压电源、开关稳压电源。
线性稳压电源：
一般的线性稳压电源的输入电压与输出电压之间的电压差大，稳压电源内部的调整管上的损耗大，效率低。但近年来开发出各种低压差（LDO）的新型线性稳压器IC，效率也有较大的提高，线性稳压电源还有一个优点就是外围元件最少、输出噪声最小、静态电流最小，价格也便宜。
开关稳压电源：
开关稳压电源中有一个工作在开关状态的晶体管（一般是MOSFET），故称为开关电源开关管工作于饱和导通及截止两种状态，所以开关管管耗小并且与输入电压大小无关，相对于线性稳压电源一个明显的优点是工作效率高，一般可达80%～95%。
稳压芯片选择：
方案一：普通常用稳压芯片LM7805。优点：价格便宜。缺点：效率低，发热量大。压差大，外部供电要在7.5V以上才可以稳定稳压到5V
方案二：开关稳压芯片LM2575/LM2596。优点：工作效率高，发热量小，输出电流大，约3A。工作电压可以低至6.5V。缺点：外围电路复杂，成本高，由于是开关稳压，稳压后的波纹大。
方案三：低压差线性稳压芯片LM2940。优点：低压差，工作压差可以小于0.5V,在电池两端的电压降到5.5V还能稳定地输出5V的电压，电压波纹小，可以给单片机稳定的供电。外围电路简单，需要的滤波电容小。
经过分析，最终决定设计两路5V稳压电路，其中一路采用LM2940稳压后独立为单片机供电，另外一路是为系统其他模块提供5V供电，采用了更大的输出电流的稳压芯片LM2596。
3.2.1 LM2940供电电路
LM2940是一个输出电压固定的低压差三端稳压器；输出电压5V；输出电流1A；输出电流1A时，最小输入输出电压差小于0.5V；最大输入电压26V；工作温度-40～+125℃；内含静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路等功能。
其封装形式有标准的3脚直插TO-220与3脚表贴封装SOT-223两种。
由于稳压芯片LM2940是属于LDO(低压差)线性稳压器，即使电池电压下降到5.5V也可以输出稳定的5V电压供给单片机保证单片机能正常的工作，使智能车能正常的行驶，同时LM2940输出的电压纹波也很小，这样干扰也大大减小，能减少单片机没必要的复位，符合单片机的供电要求。同时由于LM2940也能输出高达1A左右的电流，故让此电源同时给串口通信模块，测速测量模块等其他模块给予供电，达到电源的充分利用。
LM2940供电电路如图3-3所示：
图3-3 LM2940供电电路
3.2.2 LM2596供电电路
LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A 的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有3.3V、5V、12V，可调版本可以输出1.2V～37V 之间的各种电压。
该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需4个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596 的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。
其封装形式包括标准的5脚TO-220 封装（DIP）和5脚TO-263表贴封装（SMD）。
该器件还有其他一些特点：在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在±4%的范围内，振荡频率误差在±15%的范围内；可以用仅80μ A的待机电流，实现外部断电；具有自我保护电路（一个两级降频限流保护和一个在异常情况下断电的过温完全保护电路）。
特点：
● 3.3V、5V、12V 的固定电压输出和可调电压输出
● 可调输出电压范围1.2V～37V±4%
● 输出线性好且负载可调节
● 输出电流可高达3A
● 输入电压可高达40V
● 采用150KHz的内部振荡频率，属于第二代开关电压调节器，功耗小
●低功耗待机模式，IQ的典型值为80μ A
● TTL 断电能力
● 具有过热保护和限流保护功能
● 封装形式：TO-220（T）和TO-263（S）
外围电路简单，仅需4个外接元件，且使用容易购买的标准电感应用领域
LM2596供电电路如图3-4所示：
图3-4 LM2596供电电路
由于两排15对光电传感器与舵机的功耗太大，因此电源输出的电流要足够大才能满足这些负载的需求，由于LM2596的输出电流可达3A左右，通过大概计算符合我们的设计要求，故我们选用LM2596。上图为LM2596输出的5V电源给舵机供电的截图。
3.3电机驱动模块
本设计采用大功率电机驱动模块ZNCD-1043对电机进行驱动。
3.3.1模块介绍
ZNCD-1043大功率直流电机驱动板专为小型大功率直流电动机设计，具有内阻低，驱动电流大，和发热极低等特点，H桥电路，可使电机四象限运行，驱动电压范围为5.5-25V，能明显提高电动机的加速和制动效果。它内部同MC33886一样具备各种保护措施，该模块在驱动芯片与信号输入端之间加装了隔离电路，可有效保护单片机。如表3-1所示，以下为ZNCD-1043的具体参数。
表3-1 ZNCD-1043电机驱动模块具体参数
3.3.2使用说明
(1)引脚说明
（a）ZNCD-1043的功率接口如图3-5所示：
图3-5 ZNCD-1043的功率接口
其中电源正接DCIN，电源负接GND，电源电压不得超过10V；电机两端接OUT1 和OUT2，电机的正反转与PWM 输入相对应，该模块在OUT1，OUT2 安装有谐波吸收电容。
（b）ZNCD-1043 的信号接口如图3-6所示：
图3-6 ZNCD-1043的信号接口
其中IN1,IN2 为 PWM 信号输入端，IN1 对应 OUT1,IN2 对应 OUT2；+5V
和 GND 之间要加 5V 电源以给板上隔离电路供电。
EE1,EE2 为模块过流或短路报错输出信号，可不接。
上图左侧 EN 为使能设置跳线，将 3.3K 电阻焊至上侧带圆点处为默认使
能，焊至下侧则为默认不使能，上图右侧 EN 为单片机控制使能输入引脚，单
片机输出高电平则模块使能，输出低电平则不能使用。
(2)安装步骤
首先用信号线将模块信号输入端子与 5V 电源与单片机 PWM 输出引脚接
好，其次将电池和电机接线插入功率接口并用螺丝刀旋紧，注意电池与电池引线
线径要足够粗以保证大电流顺利通过，最后输出相应PWM 信号即可驱动电机。
板上有四个 3mm 标准螺丝孔，可以方便的安装在平台或地盘上，注意安装时保
证板背面良好的绝缘性和散热性。
3.3.3电压电流测试结果
(1)启动波形，电源电压：8V ，负载：纯阻性 10 欧姆，以下是波形，其中
黄线为电压波形，紫色为电流波形如下图：
图3-7 ZNCD-1043启动时的电压电流波形
(2) 短路波形，电源电压：8V ，负载阻抗 0.5 欧姆，以下是波形，其中黄
线为负载电压波形，紫色为负载电流波形，蓝色为报错输出波形，可以看到模块
短路情况下开始周期的关断输出以防止模块过热烧坏，并且在报错输出引脚输出 高电平。ZNCD-1043短路时的电压电流波形如图3-8
所示：
目录 摘要 (2) 一、绪论 (3) （一）避障小车的作用和意义 (3) （二）避障小车的的现状 (4) 二、方案设计与论证 (4) （一）避障模块 (4) （二）主控系统 (5) （三）电机驱动模块 (7) （四）机械系统 (8) （五）电源系统 (8) 三、硬件设计 (9) （一）信号检测模块 (9) （二）主控电路 (9) （三）驱动电路 (10) （四）总体设计 (11) 四、软件设计 (13) （一）总体结构框图 (13) （二）总体程序流程图 (14) （三）总程序 (15) 五、安装和调试 (23) 结束语 (25)
参考文献 (25)
论文摘要 利用红外光对管检测黑线，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 红外光对管
蓝牙控制&自动避障小车的设计 —基于STC89C52单片机 王聪 （开封大学机电工程学院应用电子专业） 一、绪论 （一）智能小车的作用和意义 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。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是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一种实用有效的方法。 机器人要实现避障功能就必须要感知障碍物，避障控制系统是基于自动导引小车（AVG—auto-guide vehicle）系统，基于它的智能小车实现自动避开障碍，选择正确的行进路线。使用传感器感知障碍并作出判断和相应的执行动作。 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、CPU、执行部分。基于上述要求，传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，勿需占用单片机资源，
毕业论文声明 本人郑重声明： 1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。 3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。 4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。 学位论文作者（签名）： 年月
关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存或编汇本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为大学。本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到《中国学位论文全文数据库》进行信息服务。在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 毕业设计（论文）
目的： 本毕业设计是红外蔽障小车的设计，通过设计使学生系统的熟悉和掌握单片机控制系统设计方面的内容体系、开发流程和程序设计，培养学生具有综合运用所学的理论知识去开拓创新及解决实际问题的能力。培养学生掌握设计题的思想和方法，树立严肃认真的工作作风、培养学生调查研究、查阅技术文献、资料、手册以及编写技术文献的能力。同时是为了掌握电路设计的方法和技巧。如何将学习到的理论知识运用到实际当中去，怎样能够活学活用，深入的了解电子元器件的使用方法，了解各种元器件的基本用途和方法，能够灵活敏捷的判断电路中出现的故障，学会独立设计电路，积累更多的设计经验，加强焊接能力和技巧，完成基本的要求。并能完美的完成这次实训。 目录 一、任务书...............................P1 二、引言..............................P2 二、要求与发挥...........................P4 三、设计摘要.............................P6 四、模块方案比较.......................P7 1.避障模块 2.驱动模块
3.控制模块 五、程序设计.........................P9 1.程序流程图 2.程序编写 六、工作原理.........................P13 七、结论............................P13 八、参考文献........................P14 九、毕业设计（论文）成绩评定表.....P15 任务： 利用单片机、红外实现避障，要求具有下述功能： 1.小车前进可以避开（前、左、右）20cm的障碍物； 2.实现下车前进时，不碰障碍物； 3.具有声音播报功能。 引言 随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器、A/D转换器、D/A转换器等多种电路，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统。这种技术促使机器人技术也有了突飞猛进的发展，目前人
海南大学 毕业论文（设计） 题目：基于stm32的智能小车设计学号：20112834320005 姓名：陈亚文 年级：2011级 学院：应用科技学院（儋州校区） 学部：工学部 专业：电子科学与技术 指导教师：张健 完成日期：2014 年12 月 1 日
摘要 本次试验主要分析了基于STM32F103微处理器的智能小车控制系统的系统设计过程。此智能系统的组成主要包括STM32F103控制器、电机驱动电路、红外探测电路、超声波避障电路。本次试验采用STM32F103微处理器为核心芯片，利用PWM技术对速度以及舵机转向进行控制，循迹模块进行黑白检测，避障模块进行障碍物检测并避障功能，其他外围扩展电路实现系统整体功能。小车在运动时，避障程序优先于循迹程序，用超声波避障电路进行测距并避障，在超声波模块下我们使用舵机来控制超声波的发射方向，用红外探测电路实现小车循迹功能。在硬件设计的基础上提出了实现电机控制功能、智能小车简单循迹和避障功能的软件设计方案，并在STM32集成开发环境Keil下编写了相应的控制程序，并使用mcuisp软件进行程序下载。 关键词：stm32;红外探测;超声波避障;PWM;电机控制
Abstract This experiment mainly analyzes the control system of smart car based on microprocessor STM32F103 system design process. The composition of the intelligent system mainly including STM32F103 controller, motor drive circuit, infrared detection circuit, circuit of ultrasonic obstacle avoidance. This experiment adopts STM32F103 microprocessor as the core chip, using PWM technique to control speed and steering gear steering, tracking module is used to detect the black and white, obstacle avoidance module for obstacle detection and obstacle avoidance function, other peripheral extended circuit to realize the whole system function. When the car is moving, obstacle avoidance program prior to tracking, using ultrasonic ranging and obstacle avoidance obstacle avoidance circuit, we use steering gear under ultrasonic module to control the emission direction of ultrasonic, infrared detection circuit is used to implement the car tracking function. On the basis of the hardware design is proposed for motor control function, simple intelligent car tracking and obstacle avoidance function of software design, and in the STM32 integrated development environment under the Keil. Write the corresponding control program, and use McUisp program download software. Keywords：STM32；Infrared detection；Ultrasonic obstacle avoidance；PWM；Motor control
毕业设计智能循迹避障 小车设计 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
单片机系统课程设计 轮式移动机器人的设计 学院：通信与电子工程学院 班级：电子131 姓名：初清晨 学号： 13 同组成员：孟庆阳张轩 指导老师：王艳春 日期：2015年12月24日
组员分工 1、组长：张轩，实物焊接，报告整理，程序设计 2、组员：孟庆阳，实物焊接，仿真测试，报告整理 3、组员：初清晨，实物焊接，报告整理，仿真测试
目录
摘要 随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，智能化技术的开发速度越来越快，智能度越来越高，应用范围也得到了极大的扩展。智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等用途。智能电动小车就是其中的一个体现。设计者可以通过软件编程实现它的行进、循迹、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示，无需人工干预。因此，智能电动小车具有再编程的特性，是机器人的一种。 本设计采用AT89S52单片机加电机驱动电路和红外遥控及循迹模块还有红外接收一体化传感器设计而成，采用模块化的设计方案，运用红外遥控器控制小车的前进、后退、左转、右转、启动和停止。 关键词：智能小车；STC89C52单片机；L9110；红外对管 Intelligent tracking and obstacle-avoid car Abstract：Based infrared detection of black lines and the road 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 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。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传
基于光电传感器自动循迹 小车设计 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
摘要 制作自动寻迹小车所涉及的专业知识包括控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等诸多学科。为了使小车能够快速稳定的行驶，设计制作了小车控制系统。在整个小车控制系统中，如何准确地识别路径及实时地对智能车的速度和方向进行控制是整个控制系统的关键。 由于此小车能够自动寻迹,加速,减速.故又被称作为智能车.本智能车控制系统设计以MC9S12XS128微控制器为核心，通过两排光电传感器检测小车的位置和运动方向来获取轨道信息，根据轨道信息判断出相应的轨道类型，并分配不同的速度给硬件电路加以控制，完成了在变负荷条件下对速度的快速稳定调节。红外对射传感器用于检测智能车的速度，以脉宽调制控制方式（PWM）控制电机和舵机以达到控制智能车的行驶速度和偏转方向。 软件是在CodeWarrior 的环境下用C语言编写的，用PID控制算法调节驱动电机的转速和舵机的方向，完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。智能车能够准确迅速地识别特定的轨道，并沿着引导线以较高的速度稳定行驶。 整个智能车系统涉及车模机械结构的改装、传感器电路设计及控制算法等多个方面。经过多次反复的测试，最终确定了现有的智能车模型和各项控制参数。 关键词： MC9S12XS128；PID；PWM；光电传感器；智能车
ABSTRACT Making automatic tracing car involved the professional knowledge including control, pattern recognition, sensing technology, automobile electronics, electrical, computer, machinery and so on many subjects. According to the technical requirements of the contest, we design the intelligent vehicle control system. In the entire control system of the smart car, how to accurately identify the road and real-time control the speed and direction of the Smart Car is the key to the whole control system. Because this car can automatic tracing, accelerate, slowing down. So it is also known as intelligent car this intelligent vehicle control system design take the MC9S12XS128 micro controller as a core, examines car's position and the heading through two row of photoelectric sensors gains the racecourse information, judges the corresponding racecourse type according to the racecourse information, and assigned the different speed to control for the hardware circuit, has completed in changes under the load condition to the speed fast stable adjustment. The infrared correlation sensor uses in examining the intelligent vehicle's speed, (PWM) controls the electrical machinery and the servo by the pulse-duration modulation control mode achieves the control intelligence vehicle's moving velocity and the deflection direction. The software is under the CodeWarrior environment with the C language compilation, actuates electrical machinery's rotational speed and servo's direction with the PID control algorithm adjustment, completes to the model vehicle velocity of movement and the heading closed-loop control. The intelligent vehicle can distinguish the specific racecourse rapidly accurately, and along inlet line by the high speed control travel. The entire intelligent vehicle system involves the vehicle mold mechanism the re-equipping, the sensor circuit design and the control algorithm and so on many aspects. After the repeated test, has determined the existing intelligent vehicle model and each controlled variable finally many times. Keywords： MC9S12XS128; PID；PWM；photoelectric sensor; smart car
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
单片机系统课程设计轮式移动机器人的设计 学院：通信与电子工程学院 班级：电子131 姓名：初清晨 学号： 2013131013 同组成员：孟庆阳张轩 指导老师：王艳春 日期： 2015年12月24日
组员分工 1、组长：张轩，实物焊接，报告整理，程序设计 2、组员：孟庆阳，实物焊接，仿真测试，报告整理 3、组员：初清晨，实物焊接，报告整理，仿真测试
目录 摘要 (1) 第一章绪论 (2) 1.1智能小车的意义和作用 (2) 1.2智能小车的现状 (3) 第二章方案设计与论证 (3) 2.1 主控系统 (3) 2.2 电机驱动模块 (4) 2.3 循迹模块 (5) 2.4 避障模块 (6) 2.5 机械系统 (7) 2.6电源模块 (7) 第三章硬件设计 (7) 3.1 AT89S52单片机的简介 (8) 3.2总体设计 (11) 3.3驱动电路 (12) 3.4信号检测模块 (13) 3.5主控电路 (14) 第四章软件设计 (15) 4.1主程序框图 (15) 4.2电机驱动程序 (15) 4.3循迹模块 (16) 4.4避障模块 (20) 结束语 (25) 致谢 (26) 附录一循迹加红外避障综合程序 (28) 附录二实物图 (32)
摘要 随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，智能化技术的开发速度越来越快，智能度越来越高，应用范围也得到了极大的扩展。智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等用途。智能电动小车就是其中的一个体现。设计者可以通过软件编程实现它的行进、循迹、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示，无需人工干预。因此，智能电动小车具有再编程的特性，是机器人的一种。 本设计采用AT89S52单片机加电机驱动电路和红外遥控及循迹模块还有红外接收一体化传感器设计而成，采用模块化的设计方案，运用红外遥控器控制小车的前进、后退、左转、右转、启动和停止。 关键词：智能小车；STC89C52单片机；L9110；红外对管 Intelligent tracking and obstacle-avoid car Abstract：Based infrared detection of black lines and the road 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
毕业论文：智能避障小车 摘要 避障是智能小车应具备的基本功能之一以P89C51RA芯片为核心采集前方障碍信息并对智能小车进行控制选用红外避障传感器检测智能小车前方的障碍物设计了智能小车的自动避障系统并阐述其工作原理该系统设计简单成本低实时性好在室环境中取得了预期的实验结果使智能小车无碰撞到达目的地关键词P89C51RA智能红外避障传感器 Abstract The obstacle avoidance is one of the main functions that an independently intelligent carriage should be provided Use the P89C51RA as a key component collecting the environmental information and controlling the intelligent carriage a kind of obstacle avoidance system of intelligent carriage is designed In this system infrared obstacle avoidance sensors are used to detect the barrieswhich are front of distance between the intelligent carriage and the barriers The systems design is simple and has lower cost and better real time features And at the same time this system has obtained anticipated experimental results in the indoor environment That is the intelligent carriage can arrive at the destination without any collision Keywords P89C51RA intelligent infrared obstacle avoidance sensors
单片机系统课程设计 令狐文艳 轮式移动机器人的设计 学院：通信与电子工程学院 班级：电子131 姓名：初清晨 学号：2013131013 同组成员：孟庆阳张轩 指导老师：王艳春 日期：2015年12月24日
组员分工 1、组长：张轩，实物焊接，报告整理，程序设计 2、组员：孟庆阳，实物焊接，仿真测试，报告整理 3、组员：初清晨，实物焊接，报告整理，仿真测试
目录 摘要1 第一章绪论2 1.1智能小车的意义和作用2 1.2智能小车的现状3 第二章方案设计与论证3 2.1 主控系统3 2.2 电机驱动模块4 2.3 循迹模块5 2.4 避障模块6 2.5 机械系统7 2.6电源模块7 第三章硬件设计7 3.1 AT89S52单片机的简介8 3.2总体设计11 3.3驱动电路12 3.4信号检测模块13 3.5主控电路14 第四章软件设计15 4.1主程序框图15 4.2电机驱动程序15 4.3循迹模块16 4.4避障模块20 结束语25 致谢26 附录一循迹加红外避障综合程序28 附录二实物图32
摘要 随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，智能化技术的开发速度越来越快，智能度越来越高，应用范围也得到了极大的扩展。智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等用途。智能电动小车就是其中的一个体现。设计者可以通过软件编程实现它的行进、循迹、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示，无需人工干预。因此，智能电动小车具有再编程的特性，是机器人的一种。 本设计采用AT89S52单片机加电机驱动电路和红外遥控及循迹模块还有红外接收一体化传感器设计而成，采用模块化的设计方案，运用红外遥控器控制小车的前进、后退、左转、右转、启动和停止。 关键词：智能小车；STC89C52单片机；L9110；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
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/
毕业设计设计题目：智能避障小车设计 系别：机电工程系 班级：测控技术与仪器 姓名：XXX 指导教师： XXX
智能小车设计 摘要 随着近年来机器人的智能水平不断提高，其中机器人的感觉传感器种类越来越多，而视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。智能小车可应用于无人工厂，仓库，服务机器人等领域解决一些高危环境下的难题。同时单片机技术的迅速发展使得机器人的智能控制更加智能化，人性化。 该设计是利用光电传感器以一定的频率发射红外线来检测障碍物，然后将检测信号发送到STC89C52单片机，并以STC89C52单片机为控制芯片进而电动小汽车的速度及转向，以此实现自动避障的功能。其中小车驱动由L298N驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波调速控制。本设计结构简单，较容易实现，与实际相结合，现实意义很强，但具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能。 关键词：智能小车; STC89C52单片机; L298N; PWM波
Design Of Smart Car Abstract Along with the robot's intelligent level rises ceaselessly, the types of robot sensory sensor are more and more, and the vision sensor have become the important part in the automatic walking and driving .Smart car can be applied to unmanned factory, warehouse, service robot and etc. to solve some high risk environment problems，At the same time,The rapid development of MCS technology makes the intelligent control of robot more intelligent ang humane. This design uses a photoelectric sensor sending a certain frequency transmitting infrared to detect obstacles, and then sends a detection signal to a STC89C52 MCS. While the car is drived by the L298N circuit, its speed is controlled by the output PWM signal from the STC89C52 MCS.This design is practical ,easy realization and simple in the structure, but highly intelligent, humane, Intelligent in some degree. Key words:Smart Car; STC89C52 MCS; L298N; PWM Signa
基于单片机的智能循迹小车的控制过程 毕业设计
摘要 本文论述了基于单片机的智能循迹小车的控制过程。智能循迹是基于自动引导机器人系统，用以实现小车自动识别路线，以及选择正确的路线。智能循迹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。 本设计采用STC89C52单片机作为小车的控制核心；采用TCRT5000红外反射式开关传感器作为小车的循迹模块来识别白色路面中央的黑色引导线，采集信号并将信号转换为能被单片机识别的数字信号；采用驱动芯片L298N构成双H桥控制直流电机，其中软件系统采用C程序，本设计的电路结构简单，容易实现，可靠性高。 关键词：单片机；自动循迹；驱动电路
Abstract This paper discusses the intelligent tracing electric trolley control process. Automatic tracing is used to make the car indentify route automatically , and choosing the right route, based on the automatic guide robot system. Intelligent tracing electric trolley is an advanced technology to realize automatic tracing navigation. It is out of human management but under the designed mode that use of the use of a transducer, single chip, motor drive and automatic control .This technology has been applied in unmanned vehicle, unmanned factory, warehouse, service robot and many other fields. During the design of Intelligent tracing electric trolley, STC89C52 single clip is used as the control core; at the same time with TCRT5000 reflective infrared transducer switch to identify the black guide line at the central of the white road, which used as the car tracing module, it can gather the signal and transfer it into digital signal that can be recognized by single chip. And the driving chip L298N constitute the double H bridge constitute of driving chip L298N can control direct current motor. Among which the software system is using C program. In a nutshell, the design of the circuit has the advantages of simple structure, easy implementation, and high reliability. Key words：single chip microcomputer; automatic tracing; driving circuit
目录 摘要 (2) 引言 (2) 1 Arduino智能小车设计方案与参数 (3) 1.1 Arduino智能小车设计方案简介 (3) 1.1.1 功能要求 (3) 1.1.2 基本原理 (3) 1.2 循迹小车参数 (4) 2 Arduino与51单片机的区别 (5) 2.1 Arduino单片机 (5) 2.1.1 Arduino单片机的介绍 (5) 2.1.2 Arduino单片机的特色 (5) 2.1.3 Arduino单片机的功能 (5) 2.2 51单片机 (6) 2.2.1 51单片机的介绍 (6) 2.2.2 51单片机的功能 (6) 2.3 Arduino比51更好的地方 (7) 3 循迹小车设计 (8) 3.1 硬件设计 (8) 3.1.1 单片机最小系统 (8) 3.1.2 灰度传感器模块 (9) 3.1.3 电机驱动电路 (10) 3.2 软件设计 (12) 3.2.1 系统主程序 (13) 3.2.2 本系统编译器 (13) 3.3 实物展示 (14) 3.4 部分程序展示 (15) 结论 (20) 致 (21) 参考文献 (22) 页脚
Arduino循迹小车设计与实现 摘要：循迹小车是Arduino单片机的一种典型应用。本智能小车是由ardiuno 单片机和外部电路组成，包括检测模块，控制模块，电源模块。循迹车设计采用Arduino单片机作为小车的控制核心，采用灰度传感器作为小车的检测模块来识 别绿色路面中央的黑色引导线，采集信号并将信号转换为能被ardiuno单片机识 别的数字信号；采用驱动芯片L298N构成双H桥控制直流电机。其中软件系统采 用C程序。 关键词：Arduino单片机，自动循迹，驱动电路。 引言 自第一台工业机器人诞生以来，机器人的民展已经遍及机械、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，制造能替代人工作的机器一直是人类的目标。单片机是一种可通过编程控制的微处理器，虽其自身不能单独用在某项工程或产品上，但当其与外围数字器件和模拟器件结合时便可发挥强大的功能，现在单片机已广泛应用于众多领域。例如：工业自动化，智能仪器仪表，消费类电子产品，通信方面，武器装备等。 作为与自动化技术和电子密切相关的理工科学生，掌握单片机是最基础的要求。为进一步丰富和巩固单片机知识，也为能更好的联系实际应用，本次毕业设计选择了基于单片机Arduino循迹车，并做出实物。鉴于电子技术、计算机技术以及各种更先进的仿真软件的出现，使用高级语言如C代替汇编语言进行编程和控制已成为现实，单片机C语言编程相对于MC51汇编语言编程有如下优点： 对单片机的指令系统不需要有很深的理解就可以编程操作单片机。寄存器分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节完全由编辑器自动处理。程序有规的结构，可分为不同的函数，可使程序结构化。库中包括许多标准子程序，具有较强的处理能力，使用方便。具有方便的模块化编程技术，使已编好的程序便于移植，可极大缩短开发时间，增加程序的可读性和可维护性。 事实上，当今许多硬件的开发都已开始用C语言编程，如各种单片机、DSP、ARM等，用C语言进行工业控制也已成为一种趋势，为了更好的适应当今社会形势，为了更好的面对挑战、把握机遇，此次毕业设计决定尝试用页脚