智能小车_黑白线识别_寻光_寻迹_电机驱动原理分析__3路寻

毕业设计(论文)课题名称智能循迹避障小车设计学生姓名XXX学号00000000000000系、年级专业XXXXXXXXXXXXXXXXXXX指导教师XXX职称讲师2016年5月18日摘要自从首个工业智能设施诞生以来，智能设施的发展已经扩展到了包括机器、刻板、电子、冶金、交通、宇航、国防等产业领域。

近年来智能设施水平迅速上升，大大的改变了大多数人类的生活方式。

在人类的智能化技术不断飞速进步的过程中，能够取代手动的机器人在更加人性化的同时也越来越智能化。

本文主要讨论了基于单片机的智能循迹避障小车的设计。

智能自动循迹制导系统在驱动电路的基础上，实现自动跟踪汽车导线，而智能避障是使用红外传感器测距系统来实现功能来规避障碍。

智能寻光避障小车是一种采用了多种传感器，以单片机为核心，电力马达驱动和自动控制为技术，根据程序预先确定的模式，而不是人工管理来实现避障导航的自动跟踪高新技术。

这项技术已广泛应用于智能无人驾驶、智能机器人、全自动工厂等许多领域。

这个设计使用STC89C52单片机[1]作为小车的智能核心，使用红外传感器对智能小车跟踪模块识别引导线跟踪，收集模拟信号并将信号转换成为数字信号，使用C 语言编写程序，设计的电路结构简单，易于实现，时效性高。

关键词：智能化；单片机最小系统；传感器；驱动电路ABSTRACTFrom the first level of industrial intelligent facilities since birth, the development of intelligent facilities has been broadened to include machinery, electronics, metallurgy, transportation, aerospace, defense and other fields. Intelligent facilities level rising in recent years, and rapidly, significantly changed the way people live. People in the process of thinking, improvement, learning and intelligence of replace the manual machine is more and more.This paper mainly discusses the intelligent tracking based on single chip microcomputer control process of the obstacle avoidance car. Intelligent automatic tracking is based on the driving circuit of the guidance system, to achieve automatic tracking car line; obstacle avoidance is the use of infrared sensor ranging system to realize the function to evade obstacles. Intelligent tracking obstacle avoidance car is a use different sensor , motor drive for power and automatic control technology to realize according to the procedures predetermined mode, not by artificial management can realize the automatic tracking of obstacle avoidance navigation of high and new technology. The technology has been widely used in unmanned intelligent unmanned line, intelligent robot and so on many fields.Using infrared sensors for car tracking module to identify the guide line tracking, collecting analog signal and converts the signal into digital signal; Using C language to write the program, the design of the circuit structure is simple, easy to implement,timeliness is high.Keywords: Intelligent; Single chip microcomputer minimum system; The Sensor; Driver circuit目录第1章绪论 (1)1.1智能小车的发展近况与趋势 (1)1.2课题研究的目的及意义 (1)1.3课题研究的主要内容 (2)第2章方案设计 (3)2.1系统概述 (3)2.2硬件模块方案 (3)2.3软件模块方案 (5)第3章硬件设计 (6)3.1电源模块 (6)3.2核心控制模块 (6)3.3循迹模块 (7)3.4避障模块 (8)3.5无线遥控模块 (9)3.6电机驱动模块 (10)3.7拓展模块 (13)第4章软件模块 (15)4.1循迹程序模块 (15)4.2避障程序模块 (16)4.3无线遥控程序模块 (17)4.4寻光拓展程序模块 (18)4.5驱动电机程序模块 (19)第5章系统测试与分析 (20)5.1硬件调试 (20)5.2软件调试 (21)总结 (22)参考文献： (23)附录 (24)致谢 (25)第1章绪论1.1智能小车的发展近况与趋势1.1.1智能小车的发展近况现阶段智能汽车的发展十分的迅速，从智能玩具到其他各行各业都有实质性的结果[1]。

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。

广西科技大学毕业设计（论文）说明书课题名称语音智能车-循迹、避障、寻光部分摘要智能小车其实是一种小型化机器人，它通过执行特定的程序来完成不同的功能。

由于靠程序来运行，智能小车的智能化程度非常高，可以在无人管理的情况下连续完成一系列复杂的任务，而且智能小车功能多样，只需要下载不同的程序就可以完成特定任务，调试简单，这使得智能小车在诸如科学研究、地质勘探、危险搜索、智能救援、汽车避障、货物运输等许多领域中应用广泛。

本设计中，采用51单片机作为小车控制的核心，实现小车的循迹、避障、寻光、加减速和语音控制等功能。

小车系统主要由避障模块、循迹模块、测速模块、显示模块、寻光模块、电机驱动模块、语音模块和电源模块组成。

小车采用模式切换的方式来执行不同的功能；采用四组红外发射对管和电压比较器实现循迹功能；采用超声波和舵机模块实现避障功能；采用四组光敏二极管实现寻光功能；采用PWM调速原理实现小车加减速功能；采用四组数码管来显示小车的速度或距离。

语音控制是本设计的亮点之一，此功能的实现要基于带有语音播报和控制功能的SPCE061A 单片机，通过初始化、训练、识别几个步骤后，就能实现小车前进、倒退、左拐、右拐和停车五个语音功能。

本次设计出的智能小车集各种常见功能于一身，是一个功能齐全，性能先进的多功能语音智能车。

关键词：智能小车，SPCE061A，单片机，循迹，避障，寻光，语音控制ABSTRACTSmart car is actually a kind of miniature robot, which can complete different functions by performing a particular program .Because it’running is based on program , the intelligent degree of intelligent cars is very high,series of complex task can be done continuously in the case of unattended , and smart car has low production cost, simple circuit structure, convenient debugging。

自动往返电动小汽车设计摘要：本文介绍的是基于单片机AT89C52控制的自动往返电动小汽车控制系统的硬件和软件设计。

用AT89C52单片机实现自动往返电动小汽车设计，采用AT89C52单片机为控制核心，利用光电检测器检测道路上的标志，控制电动小汽车的正反向行驶，快慢速行驶, 以及停车的位巻，并可自动记录往返时间和行驶路程。

整个系统的电路结构简单，可靠性高。

实验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统的软硬件设讣方法及测试结果分析。

关键词：AT89C51 AT89C52单片机光电检测器调节控制1■引言由于电动小汽车纯硬件控制具有很多缺点，并且不宜实现复杂运动的自动控制功能（不能用人工控制）。

而单片机具有体枳小，重量轻，耗电少，功能强，控制灵活方便，价格低廉等优点。

本设计就是以单片机89C52为核心，附以外囤电路，采用光电检测器进行检测信号和障碍物：运用单片机的运算和处理能力来实现小车的自动加速、限速、减速、左时、语音、前进、后退、左转、右转、显示行驶速度、行驶路程、行驶时间等智能控制系统。

1.1方案的选择与论证根据题目要求，系统可以分为几个模块，如图1所示。

对各模块的实现。

分别有以下一些不同的设计方案：图11.1.1直流电机驱动模块方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调整的目的：但是电阻网络只能是有级调速，而数字电阻的元器件除不经济外。

还有分压会降低效率，并且很难实现。

方案二：采用继电器对直流电机的开或关进行控制，通过开关的切换对转轴的速度进行周期调整，这个方案的优点是比较简单，容易实现；但是继电器的响应时间慢、机械结构容易损坏、寿命不长、可靠性不高。

方案三：采用由多个三极管组成的PWM电路，由单片机控制，使之工作在占空比可调的开关状态，精准地调整电动机的转速。

这个电路由于管子工作的饱和截上模式下，效率很髙，电子开关的速度很快，稳定性也很强。

基于上述理论分析，拟选择方案三。

1.1.2黑色标志线检测模块探测橱柜黑色标志线的大致原理是：光线发射到白色橱柜并反射，由于黑色标志线和白色橱柜的反射系数不同，可根据接收到的反射光判断是否到达了黑色的标志线。

基于Android平台的无线遥控智能小车朱丹峰;葛主冉;林晓雷【摘要】Design the hardware and software in the Android-based intelligent car with wireless remote control.The system has two kinds of remote control ways:Bluetooth and WiFi.As for the hardware,the system takes STC12C5A60S2 singlechip as the core,others is mainly composed by the Android devices,power supply modules,DC motor drivermodule,tracking module,obstacle avoidance module,light-searching module,WiFi module and camera module.Regarding the software,complete the programming of Android device in the upper computer and singlechip in the lower computer.After comparing the programs and testing the relevant parameters,the results show that the system of the intelligent car is stable and it can achieve the desired goals by perfectly performing functions of wireless remote control,tracking,obstacle avoidance,light-searching,video monitoring and so on.%设计基于Android平台的无线遥控智能小车的软硬件.该系统具有蓝牙和WiFi两种遥控方式.在硬件方面,该系统以STC12C5A60S2单片机为核心,其他主要由Android设备、稳压电源模块、直流电机驱动模块、循迹模块、避障模块、寻光模块、蓝牙模块、WiFi模块及摄像头模块等组成.在软件方面,完成了上位机Android设备程序、下位机单片机程序的编写.经过方案的对比,相关参数的测试,实验结果表明该智能小车系统稳定,能完成无线遥控、循迹、避障、寻光、视频监控等功能,达到预期目标.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2013(036)003【总页数】5页(P408-412)【关键词】Android;WiFi;蓝牙;单片机;监控;智能小车【作者】朱丹峰;葛主冉;林晓雷【作者单位】温州医学院生物医学工程系,浙江温州325035;温州医学院生物医学工程系,浙江温州325035;温州医学院生物医学工程系,浙江温州325035【正文语种】中文【中图分类】TP242.6目前，蓝牙和WiFi技术得到了空前广泛的应用，使用蓝牙和WiFi的产品非常多，如手机、电脑、汽车、游戏设备和医疗设备等。

模块应用：
1.智能小车或机器人寻线(包括黑线和白线)，沿着黑线路径走，又称寻迹。

2.智能小车避悬崖，防跌落。

3.智能小车避障碍
4.可应用于其它自动化光电反射应用。

规格参数：
1.工作电压：DC 3.3V-5V
2.工作电流：尽量选择1A以上电源供电
3.工作温度：－10℃—＋50℃
4.安装孔径：M3螺丝
5.检测距离：1mm至60cm可调，距离越近性能越稳定，白色反射距离最远。

6.尺寸大小：中控板44mm×30mm×8.5mm（长×宽×高)
小板传感器向前（避障型）25mm×11mm×10mm（长×宽×高）
小板传感器向下（寻迹型）20mm×11mm×15mm（长×宽×高）
模块功能介绍：
每 1路的传感器的红外发射管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，红外接收管一直处于关断状态，此时模块的TTL输出端为高电平，相应指示二极管一直处于熄灭状态；当被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回
来且强度足够大，红外接收管导通，此时模块的TTL输出端为低电平，指示二极管被点亮。

模块接线说明：
1.DO1---1路TTL电平输出
2.DO2---2路TTL电平输出
3.DO3---3路TTL电平输出
4.DO4---4路TTL电平输出
5.GND---接电源负极
6.VCC---接电源正极。

循迹小车的原理循迹小车是一种基于传感器的智能机器人，它能够自动地在预设的路径上行驶，并根据环境的变化进行自我调整。

循迹小车的原理主要涉及到传感器、控制电路和电机三个方面。

首先，循迹小车依靠传感器来感知环境的变化，其中最常用的传感器是红外线传感器。

红外线传感器主要由发射器和接收器组成，其中发射器发射红外线信号，接收器接收反射回来的红外线信号。

当循迹小车在行驶过程中，传感器能够感知到路径上的黑线或者其他颜色差异，然后将这些信号转化为电信号，传递给控制电路。

其次，控制电路是循迹小车的核心部分，它根据传感器接收到的信号，进行相应的逻辑判断和处理，来控制电机的运动。

控制电路一般由集成电路组成，可以通过编程或者硬连线的方式来实现逻辑控制。

当传感器感知到黑线时，控制电路会判断是否需要转弯，根据不同的判断结果，向电机提供不同的控制信号，控制电机的转向和速度。

这样循迹小车就可以根据黑线的走向，做出适当的转弯和速度调整，从而沿着预设的路径行驶。

第三，电机是循迹小车的动力源，它负责驱动车轮的转动。

一般来说，循迹小车采用两个驱动轮，每个驱动轮都有一个电机来驱动。

电机接收控制电路输出的控制信号，根据信号的不同进行相应的运转，从而驱动车轮转动。

当循迹小车需要转弯时，控制电路会向电机提供不同的信号，使得其中一个电机停止或者反向运转，从而实现转弯动作。

通过控制电路对电机的控制，循迹小车可以根据需要改变行进速度和转弯半径，以实现在预设路径上的准确行驶。

综上所述，循迹小车的原理主要包括传感器的感知、控制电路的处理和电机的运转。

通过传感器感知路径上的黑线或其他有色标记，控制电路进行逻辑判断和处理，再通过控制信号控制电机的运动，循迹小车就可以自动地在预设的路径上行驶。

循迹小车的原理简单实用，可以通过调整控制电路和传感器的设置，实现不同场景下的行驶需求，因此在教育、娱乐和实验等领域都有广泛的应用。

循迹小车原理
循迹小车是一种智能机器人，通过感应地面上的黑线来实现自主导航。

它具有一组红外线传感器，安装在车体底部。

这些传感器能够感知地面上的线路情况，判断车子应该如何行驶。

循迹小车的工作原理是基于光电传感技术。

当小车上的传感器感受到黑线时，光电传感器就会产生信号。

这些信号通过控制系统进行处理，确定小车的行驶方向。

如果传感器感受到较亮的地面，即没有黑线的区域，控制系统会判断小车偏离了轨迹，并做出相应的调整。

为了确保精确的导航，循迹小车的传感器通常安装在车体的前部和底部，使其能够更好地感知地面上的线路。

此外，传感器之间的距离也很重要，它们应该能够覆盖整个车体宽度，以确保车子能够准确地行驶在黑线上。

循迹小车的控制系统通过对传感器信号的分析来判断车子的行驶方向。

当传感器感知到线路时，控制系统会发出信号，控制电机转动，使车子朝着正确的方向行驶。

如果传感器感知不到线路，或者线路出现了间断，控制系统会做出相应的调整，使车子重新找到正确的线路。

循迹小车是一种简单而有效的机器人，它在许多领域都有广泛的应用。

例如，它可以用于仓库自动化，实现货物的自动运输；也可以用于工业生产线，实现物品的自动装配。

总的来说，循迹小车通过光电传感技术，能够自主导航，实现精确的线路行驶。

智能循迹小车报告记录————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：电子信息专业实验报告课程电子信息系统综合设计实验MCU部分实验题目智能机器小车设计实验总分学生姓名学号学生姓名学号学生姓名学号实验时间地点分组电子信息学院专业实验中心目录一、摘要二、题目要求三、软硬件设计方案四、各部分电路的作用及电路工作原理分析五、系统调试与实验结果六、实验结果七、拓展功能八、参考资料九、附录一、摘要摘要:智能循迹小车主要由单片机模块、传感器模块、电机驱动模块以及电源模块组成，小车具有自主寻迹的功能。

本次设计我们采用STC89C52单片机作为控制芯片，传感器模块采用红外光电对管和比较器实现，能够识别黑白两色路面，电机模块由L293D芯片和两个减速直流电机构成，组成了智能车的动力系统，电源采用7.2V的直流电池，经过系统组装，从而实现了小车的自动循迹的功能。

关键词智能小车STC89C52单片机L293D芯片红外光对管二、题目要求“智能寻迹机器小车设计”，要求采用MCS-51单片机为控制芯片，设计出一个能够识别并沿着以白底为道路色，宽度5mm左右的黑色胶带制作的不规则的封闭曲线为引导轨迹行进的智能寻迹机器小车。

三、软硬件设计方案1、硬件部分可分为四个模块：单片机模块、传感器模块、电机驱动模块以及电源模块。

1.1、单片机模块单片机模块为小车运行的核心部件，起控制小车的所有运行状态的作用。

本次小车的设计我们小组采用的是ATMEL公司的STC89C52RC单片机。

STC89C52RC是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。

其程序和数据存储是分开的。

STC89C52RC单片机介绍：上图为STC89C52RC引脚图。

STC89C52RC引脚功能说明：VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。

简单电子系统设计报告---------智能循迹小车学号201009130102年级10学院理学院专业电子信息科学与技术姓名马洪岳指导教师刘怀强摘要本实验完成采用红外反射式传感器的自寻迹小车的设计与实现。

采用与白色地面色差很大的黑色路线引导小车按照既定路线前进，在意外偏离引导线的情况下自动回位。

本设计采用单片机STC89C51作为小车检测、控制、时间显示核心，以实验室给定的车架为车体，两直流机为主驱动，附加相应的电源电路下载电路，显示电路构成整体电路。

自动寻迹的功能采用红外传感器，通过检测高低电平将信号送给单片机，由单片机通过控制驱动芯片L298N驱动电动小车的电机，实现小车的动作。

关键词：STC89C51单片机；L298N；红外传感器；寻迹一、设计目的通过设计进一步掌握５１单片机的应用，特别是在控制系统中的应用。

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。

二、设计要求该智能车采用红外传感器对赛道进行道路检测，单片机根据采集到的信号的不同状态判断小车当前状态，通过电机驱动芯片L298N发出控制命令，控制电机的工作状态以实现对小车姿态的控制，绕跑到行驶一周。

三、软硬件设计硬件电路的设计1、最小系统：小车采用atmel公司的AT89C52单片机作为控制芯片，图1是其最小系统电路。

主要包括：时钟电路、电源电路、复位电路。

其中各个部分的功能如下：（1）、电源电路：给单片机提供5V电源。

（2）、复位电路：在电压达到正常值时给单片机一个复位信号。

图1 单片机最小系统原理图2、电源电路设计：模型车通过自身系统，采集赛道信息，获取自身速度信息，加以处理，由芯片给出指令控制其前进转向等动作，各部分都需要由电路支持，电源管理尤为重要。

在本设计中，51单片机使用5V电源，电机及舵机使用5V电源。

考虑到电源为电池组，额定电压为4.5V，实际充满电后电压则为4-4.5V，所以单片机及传感器模块采用最小系统模块稳压后的5V电源供电，舵机及电机直接由电池供电。