基于红外传感器的自动寻迹智能小车设计

智能电子制作实验室像头则更有优势。

这一章将通过设计一个基于红外传感器的循迹小车，让大家初步了解机器人导航行走的原理。

红外循迹小车程序设计主要内容智能电子制作实验室1、总体功能及原理智能电子制作实验室2、LM393红外传感器模块简介智能电子制作实验室智能电子制作实验室接收管电源指示灯信号指示灯+5V GND注意：此操作建议次数不要太多次，否者会造成红外对管针脚断断裂，建议多买几个,也可单独购买循迹模块（默认90度焊接）和避障模块（默认平直焊接）1)引脚说明智能电子制作实验室接收管电源指示灯+5V GND信号输出1)引脚说明智能电子制作实验室2) 检测原理检测原理为当发射管照射在黑白分明的路面智能电子制作实验室黑白路面检测原理智能电子制作实验室3) 原理图说明与编程须知方有障碍物)，out输出低电平0，指示灯亮;当照在黑色路面(避障时为前方无障碍物)，out输出高电平1，指示灯不亮智能电子制作实验室智能电子制作实验室手把手教你做智能车与机器人4)红外传感器的安装与调试（1）传感器安装：面的高度允许有一定的范围，后面程序中两驱是离地面1mm ，四驱是3mm 左右．如果是其它距离，其调试的方法与第2步”传感器调试”20mm空心铜柱（2）传感器调试：滑动变阻器信号指示灯黑白三对智能电子制作实验室循迹小车各模块接线方法智能电子制作实验室3、两驱万向轮小车接线方法智能电子制作实验室两驱万向轮小车接线说明:相连,见下图．智能电子制作实验室电池线万向轮小车、电池、驱动与电智能电子制作实验室GNDGNDVCC P11P10驱动模块与单片机接线方法智能电子制作实验室智能电子制作实验室传感器与单片机接线方法对传感器的OUT脚分别与单片机P34 P35 的相连．4、两驱万向轮小车程序及现象演示智能电子制作实验室5、四驱小车接线方法智能电子制作实验室四驱小车接线说明:智能电子制作实验室电池线四轮小车后轮电池、驱动与电机智能电子制作实验室两个驱动模块ＶＤＤＧＮＤ对四驱小车前轮接线方法(注意此智能电子制作实验室GNDGNDVCC P11P10上部驱动模块与单片机接线方法智能电子制作实验室GNDP11P10下部驱动模块与单片机接线方法智能电子制作实验室智能电子制作实验室传感器与单片机接线方法对传感器的OUT脚分别与单片机P34 P35 的相连．6、四驱小车程序及现象演示智能电子制作实验室智能电子制作实验室舵机转向小车两驱万向轮小车分离设计两种车型任意组合7、如何利用舵机转向小车进行此实验舵机转向小车请利用我们赠送的万向轮改装成为万向轮。

智能寻迹小车实验报告
实验目的：
设计一个智能寻迹小车，能够依据环境中的黑线自主行驶，并避开障碍物。

实验材料：
1. Arduino开发板
2. 电机驱动模块
3. 智能车底盘
4. 红外传感器
5. 电源线
6. 杜邦线
7. 电池
实验步骤：
1. 按照智能车底盘的说明书将车底盘组装起来。

2. 将Arduino开发板安装在车底盘上，并与电机驱动模块连接。

3. 连接红外传感器到Arduino开发板上，以便检测黑线。

4. 配置代码，使小车能够依据红外传感器检测到的黑线自主行驶。

可以使用PID控制算法来控制小车的速度和方向。

5. 测试小车的寻迹功能，可以在地面上绘制黑线，观察小车是否能够准确地跟随黑线行驶。

6. 根据需要，可以添加避障功能。

可以使用超声波传感器或红外避障传感器来检测障碍物，并调整小车的行驶路线。

实验结果：
经过实验，可以发现小车能够依据红外传感器检测到的黑线自主行驶，并能够避开障碍物。

小车的寻迹功能和避障功能能够实现预期的效果。

实验总结：
本次实验成功设计并实现了智能寻迹小车。

通过使用Arduino 开发板、电机驱动模块和红外传感器等材料，配合合适的代码配置，小车能够准确地跟随黑线行驶，并能够避开障碍物。

该实验展示了智能小车的基本原理和应用，为进一步研究和开发智能车提供了基础。

Abstrac t: T o overcome the defic iency of conventiona l contro l strateg ies as / left-hand ru le0 and / r ight-hand rule0 in sel-f tracking vehicle, through analysis on laby rinth tracking m ethod and cross ing recogn ition, a new inte lligent control algorithm nam ed / discovery learn ing and m em ory orien tation0 w as presented. Spot test on an A T89S52 contro lled se l-f track ing vehic le w ith infrared sensors show s great va lidity o f the contro l algorithm.
关键词: 红外传感器; 自主循迹小 车; 迷宫 式赛道 中图分类号: TH1121 1 文献标识码: A 文章编号: 1001- 3881 ( 2010) 14- 079- 3
D esign and R ealization of Self-track ing V eh icleps Con trol A lgorithm Based on In frared Sensor
图 3 红外传感器整 体布局示意图
211 路口类型识别
在 / 江苏游 0 迷 宫式 赛 道中, 循 迹小 车 可能 遇
到表 2所示的 12种 路口 类型。当 障碍传 感器工 作或 者红外传感器 1、 5 检测 到黑线 时, 表明 小车遇 到了 路口。表 2指 出 了各 种路 口 类型 与相 应的 传 感 器状 态。可以看出, 除 了在 / 丁 0 字路 口 和终 点 两 种路 口类型中传感器状态相同之外, 其他各种路口的状态 都 是 唯一 的, 从而 可 以 直接 予 以 识 别。对 于 / 丁 0 字路口 和终 点二 者的 识别, 由于 / 丁 0 字路 口 前方 一直是空白, 赛 道终 点是一 个 30 cm @ 30 cm 的 矩形 区域, 可以使用一个往前直走并检测传感器状态的函 数 Tp rocess( ) 来实现。该函数的 基本思想是 当光电传 感器检测到 / 100010 状 态时, 小车继 续直 行, 若在 设定时间内传感器检测到黑线, 则可以确定该路口为 赛道终点; 若小车在设定时间内没有检测到黑线, 则 可以确定该路口是 / 丁 0 字路口。

一、设计目标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、总体方案设计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。

3、传感器电路：光电寻线方案一般由多对红外收发管组成，通过检测接收到的反射光强，判断黑白线。

原理图由红外对管和电压比较器两部分组成，红外对管输出的模拟电压通过电压比较器转换成数字电平输出到单片机。

图2 赛道检测原理图：4、电机驱动电路：电机驱动芯片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。

其引脚排列如图1中U4所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号。

L298可驱动2个电机，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。

基于红外传感器的智能循迹小车设计随着科技的不断发展，人们对于智能化的需求也越来越高。

智能循迹小车是目前比较常见的一种智能化机器人，它能够按照指定的路线行驶，从而实现各种功能。

本文将会介绍一种基于红外传感器的智能循迹小车设计方案。

一、设计方案1、硬件方面首先，需要一个可以控制小车运动的主板，Arduino是比较常见的控制器，也是我们使用的控制器之一。

使用Arduino Uno控制器，主要是因为它具有足够的接口，可以进行多种传感器的连接，并且有很好的可编程性，能够满足我们对小车的需求。

同时，还需要使用两个电机来控制小车的行驶方向和速度。

可以选择直流电机，因为它们较为便宜、易于使用和控制。

此外，需要一个电池组来为小车提供电力。

还需要一些红外传感器，以便小车能够进行循迹行驶。

因为地面上的轨迹是黑色的，而其他部分是白色或灰色的，其反射红外线的能力不同，通过将传感器放在小车的底盘下方，当小车行驶在黑色的轨迹上时，可以及时接受反射回来的红外线，从而判断行走的方向。

在我们的设计方案中，我们将使用三个红外传感器来进行循迹行驶，其中两个用于控制小车左右方向的行驶，而另一个则是用于控制小车的前进或后退。

2、软件方面在软件编程方面，主要是通过控制器来进行程序的编写。

我们需要先定义好各个传感器的引脚，以及电机的引脚，然后根据传感器接收到的信号，控制电机的转速和方向，从而让小车沿着指定的路线行走。

当小车行驶到某个特定位置时，也可以添加一些其他的控制程序，比如使小车停下、发出提示音等等。

二、设计流程1、硬件搭建首先，需要将电机与Arduino板上的电机驱动器连接起来，并将电池组的两根电线连接到Arduino的电源管脚上，以为小车提供电力。

接着，需要将红外传感器接到Arduino上，这里需要注意的是，通常情况下，红外传感器会有三根引脚，其中一个是Vcc，一个是GND，还有一个是信号引脚。

Vcc和GND连接到Arduino的对应管脚，而信号引脚则要根据具体情况进行连接。

图 ２硬件 总体设计框 图
１系统 方案设计 ・
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 。
３ 软件 设计
’
检测 （ 黑线） 卜－ — ． ｛软件控制 卜 ． － ■ 驱动电机 － ■ ． ｛控制小车
图 １智 能小车寻迹 系统 框图 当电路接通电源时 ，由小车主板的稳压电源电路稳 定输 出 ５伏电压为小车下 部的光探测 电路提供 电源使 二极管发光 ，当路面是 白色 时，二极 管发出的光大部 分被反射 ，光敏 电阻就接 收到比较强的光照射 ，阻值变小 ，流过 光敏电阻的电流 变大。由于 电阻 的分压作用 ，使得光敏电阻的输出电压较小 ， 约为 １ ． ５ ｖ 左右 。当 路面是黑色时 ，由于黑色对光有吸收作用 ， 使得二极管发 出的光 大部 分被吸收 ，只有小部分被反射 ，光敏 电阻接 收到的 光照就比较小 ，阻值变大 ，流过光敏 电阻 的电流变小 ，光敏电阻 的输 出电压变大， 约为 ２ ． ５ Ｖ 左右 。 共有五个光敏 电阻也就是有五个数据输出。这五个信号通过数据 线与单片机的 Ｐ Ａ １ ３ 相连， 最左边的 电阻连接 Ｐ Ａ ３的最低位 Ｐ １ Ａ Ｏ ， 依次类推， 一直 连到 Ｐ Ａ ４ 口。
摘要 ：本 文介 绍了一种基 于 ５ ｌ 单片机的小车寻迹 系统。该 系统采用两组高灵敏度 的光 电对管 ，对路面黑 色轨迹进行检 测，并 利 用单 片机产 生 Ｐ ＷＭ 波 ，控制 小车速度 。测试 结果表 明，该 系统能够平稳跟踪给定的路 径。 关键词 ：智能小车；光 电对 管；寻迹 ；脉冲 宽度调制

引言概述：智能寻迹小车是一种结合了人工智能和机械工程的创新产品。

它能够根据预设的轨迹自动行驶并进行导航，具有很高的便捷性和灵活性，适用于各种环境和任务。

在本文中，将对智能寻迹小车的设计原理、工作模式、技术优势和应用前景进行详细阐述。

正文内容：一、设计原理1.1 感知模块的设计智能寻迹小车的感知模块采用多种传感器进行环境感知，包括视觉传感器、红外线传感器和超声波传感器。

视觉传感器用于识别道路标志和障碍物，红外线传感器用于进行物体跟踪，超声波传感器用于进行距离测量。

1.2 控制模块的设计智能寻迹小车的控制模块采用嵌入式系统，实现对感知模块的数据处理和运动控制。

通过运用机器学习算法，控制模块能够学习和记忆不同轨迹的特征，从而实现自主导航和寻迹功能。

二、工作模式2.1 自主导航模式智能寻迹小车在自主导航模式下，可以根据预设的轨迹进行自动行驶，不需要人工干预。

它能够通过感知模块实时获得周围环境的信息，并根据这些信息做出相应的决策和控制。

2.2 手动遥控模式智能寻迹小车还可以切换到手动遥控模式，由人工遥控进行操作。

在这种模式下，小车的控制将完全依赖于操作者的指令，可以实时控制小车的速度和方向。

三、技术优势3.1 高精度的轨迹识别智能寻迹小车的感知模块采用先进的图像处理算法和目标识别技术，能够准确地识别出道路标志，并对轨迹进行跟踪，从而实现高精度的轨迹识别和导航。

3.2 自动避障和防碰撞智能寻迹小车的感知模块不仅可以识别道路标志，还能够探测到前方的障碍物，并实时进行避障和防碰撞。

这种智能寻迹小车能够确保行驶的安全性和可靠性。

3.3 强大的自学习能力智能寻迹小车的控制模块具有强大的自学习能力，可以通过机器学习算法不断学习和适应不同的环境和任务，提高智能寻迹小车的导航精度和性能。

四、应用前景4.1 物流领域智能寻迹小车在物流领域有着广阔的应用前景。

它能够自动化完成货物运输和仓储管理任务，提高物流效率和准确性。

4.2 安防领域智能寻迹小车可以在安防领域进行侦查和监控，通过自主导航和环境感知功能，实现对重要区域的巡逻和监测。

基于红外光电传感器的智能车自动寻迹系统设计一、本文概述随着科技的飞速发展，智能化、自动化的技术在各个领域得到了广泛的应用。

在智能交通系统中，智能车自动寻迹系统以其高效、准确的特点，受到了广泛的关注。

本文旨在探讨基于红外光电传感器的智能车自动寻迹系统的设计，以期能为智能交通系统的发展提供有益的参考。

本文将详细介绍红外光电传感器的工作原理及其在智能车自动寻迹系统中的应用。

红外光电传感器作为一种非接触式的测量工具，具有灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点，因此在智能车自动寻迹系统中具有广泛的应用前景。

本文将深入探讨智能车自动寻迹系统的总体设计方案。

包括系统的硬件设计，如红外光电传感器的选型、电路设计、微处理器的选择等，以及软件设计，如路径识别算法、运动控制算法等。

通过对这些关键技术的详细分析，以期能为实际系统的设计提供有益的参考。

本文将通过实例分析，验证所设计的智能车自动寻迹系统的性能。

通过在不同环境下进行实际测试，收集并分析系统的寻迹精度、速度、稳定性等数据，从而评估系统的性能，并提出改进意见。

本文旨在对基于红外光电传感器的智能车自动寻迹系统进行全面、深入的研究，以期能为智能交通系统的发展提供有益的参考。

二、红外光电传感器原理及特性红外光电传感器是一种利用红外线进行非接触式测量的传感器，其基本原理是基于光电效应和红外辐射的特性。

红外光电传感器内部包含一个发射器和一个接收器，发射器发射出特定波长的红外线，当这些红外线遇到物体后，部分会被反射回接收器。

根据物体对红外线的反射程度，接收器可以感知到物体的存在及其与传感器的距离。

红外光电传感器具有多种特性，使其特别适用于智能车自动寻迹系统。

红外光对许多物体的穿透能力较弱，因此传感器能够精确地感知物体表面的细节，这对于智能车寻迹系统中的路径识别非常关键。

红外光电传感器对环境光线的变化不敏感，即使在日光下也能正常工作，这使得系统在各种光线条件下都能保持稳定的性能。

基于红外反射式光电传感器的智能循迹小车闫俊旭1侯超2（1.太原科技大学电子信息工程学院山西太原0300242.太原重型机械厂山西太原030024）摘要:本文介绍了一种智能寻迹小车的设计与实现。

基于红外反射式光电传感器的寻迹原理，采用AT89C52单片机为核心控制器件，通过红外传感器检测路面信息，单片机获取路面信息后，进行分析、处理，最后控制步进电机调节转向和转速。

实验表明：该系统抗干扰能力强、电路结构简单，能够准确实现小车沿给定的黑线快速、平稳行驶。

关键词：AT89C52、反射式光电对管（RPR220）、步进电机Design of Autonomous Tracing System based on single chip microcomputerYan Junxu1Hou Chao2(1. Institute of Electronic and Information; Taiyuan University of Science andTechnology; Taiyuan 030024; China2.Taiyuan Heavy Mavhinery Group Co.,LTD; Taiyuan 030024; China)Abstract: Based on infrared reflective photoelectric sensor tracing principle, a intelligent tracing car which used AT89C52 microcontroller as the core control device was designed. When infrared sensor detects the information of road, the microcontroller analysis, process, and finally control the stepper motor adjust the steering and speed. Experiments show the intelligent tracing car had the feature of the anti-jamming ability and a simple circuit structure, and can achieve a given car black line along the fast, smooth driving accurately.Keywords: AT89C52, reflective photoelectric tube (RPR220), stepper motor引言：智能汽车作为一种智能化的交通工具，体现了车辆工程、人工智能、自动控制、计算机等多个学科领域理论技术的交叉和综合，是未来汽车发展的趋势。

毕业设计（论文）基于红外传感器的自动寻迹智能小车设计系别专业班级学号姓名指导教师基于红外传感器的自动寻迹智能小车设计摘要介绍了一种自动寻迹智能车的设计,研究了采用红外反射式光电传感器作为路径采集模块实现自动寻迹的软硬件设计方法。

系统采用Freescale 16位单片机MC9S12DG128为核心控制器,利用12个红外光电传感器构成的光电传感器阵列采集路面信息,单片机获得传感器采集的路面信息和车速信息,经过分析后控制智能车的舵机转向,同时对直流电机进行调速,从而实现智能车沿给定的黑线快速平稳地行驶。

介绍了光电传感器的寻迹原理,讨论了光电传感器排列方法、布局等对寻迹结果的影响及速度和转向控制的PID算法的研究和参数整定。

关键字：光电传感器，寻迹，路径识别，PWM，PIDDesign of autonomous tracing smart car based on infrared sensorsAuthor:Xue ChangliangTutor:Gu DeyingAbstractA design of autonomous tracing system in intelligent vehicle is introduced. The software and hardware design method which realizes the autonomous tracing using the infrared Reflective photoelectric sensors as the path recognition module is researched. The system employs Freescale HCS series 16 bit single-chip microcomputer MC9SDG128 as its main controller and an array of photoelectric sensors for recognizing the path information. Single-chip Microcomputer energizes the PWM signal to steer and control the speed of the DC electric motor according to the analysis of the path and speed information from sensors. Consequently, this intelligent vehicle can track the black-guide-line automatically and move forward following the line quickly and smoothly. The autonomous tracing principle of photoelectric sensor is presented. The effects of sensor s’ array method, overall arrangement on the autonomous trace are discussed. And the use of PID algorithm in speed and steering control.Key words : photoelectric sensor ,autonomous tracing, path recognition, PWM,PID目录第1章绪论 (1)1.1 课题的研究背景 (1)1.2 国内外智能车的研究现状 (1)1.3 本文内容及结构安排 (3)第2章红外传感器的寻迹原理及布局对寻迹的影响 (4)2.1红外传感器寻迹原理 (4)2.2传感器布局对路径识别的影响 (6)2.2.1布局相关参数 (6)2.2.2一字型与八字型布局研究 (6)第3章智能车机械结构的调整 (9)3.1 赛车参数 (9)3.2舵机安装方式调整 (10)3.3 前轮定位 (10)3.3.1主销后倾角 (10)3.3.2主销内倾角 (11)3.3.3 前轮外倾角 (12)3.3.4前轮前束 (13)3.4重心位置 (13)3.5 齿轮传动间距调整 (14)3.6后轮差速机构调整 (14)第4章系统硬件设计 (15)4.1 S12控制核心 (16)4.2电源管理模块 (17)4.2.1 单片机稳压电源电路设计 (17)4.2.2 舵机电源模块设计 (19)4.3 电机驱动模块 (20)4.4速度检测模块 (23)4.5 路径识别模块 (25)第5章系统软件设计 (27)5.1 系统的模块化结构 (28)5.1.1 时钟初始化 (28)5.1.2 串口初始化 (28)5.1.3 AD初始化 (29)5.1.4 PWM初始化 (30)5.2 路径信息处理 (32)5.3 数字滤波算法 (33)5.4 小车控制算法 (35)5.4.1 PID算法 (37)5.4.2 舵机控制 (39)5.4.3 电机控制 (39)第6章系统调试 (40)6.1 开发调试工具 (40)6.2 无线调试模块 (42)6.3拨码开关调试 (42)6.4 试验结果分析 (42)结论 (44)致谢 (45)参考文献 (46)附录 (47)附录A 硬件原理图 (47)附录B程序源代码 (49)附录C Sorting out PID controller differences (69)第1章绪论1.1 课题的研究背景汽车工业发展已有100多年的历史。

基于红外反射式光电传感器的智能循迹小车
本文所述的智能寻迹小车采用红外光电传感器来识别道路中央的黑色引导线，通过单片机来控制步进电机调节转向和转速，从而实现小车快速稳
定的寻迹行驶。

为保证小车在行驶的过程中具有良好的操纵稳定性和平顺性，本文针对道路特点对小车的方向控制和速度控制，以及传感器的安装都提出
了较为理想的解决方案。

1 系统工作原理
1.1 智能小车寻迹原理
在智能车系统中，寻迹电路采用红外光电传感器进行检测并且寻迹运动。

红外发射管发射的红外线具有一定的方向性，当红外线照射到白色地面
时会有较大的反射，如果距离取值合适，红外接收管接收到反射回的红外线
强度就较大;如果红外线照射到黑色标志线，黑色标志线会吸收大部分红外光，红外接收管接收到红外线强度就很弱。

寻迹时，引导线是黑颜色，不宜反光，当红外发射管输出信号照射到黑色引导线上时输出一个非常微弱的低电平，
这个过程是一个负跳变过程，通过对此信号高低电平的检测就可以知道小车
是正在沿着引导线行驶，若不是沿着引导线行驶，单片机根据传感器送回的。

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，并能显示小车停止的时间。

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对管LTH1550实现，信号经三极管9012放大，经LM339电压比较器比较之后将信号送给单片机，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。

同时还可以将小车的停留时间通过四位数码管显示。

关键词：STC89C51单片机；红外对管LTH1550；红外传感器；寻迹一、系统设计任务与要求小车从上坡处开始行驶，到达坡顶停留5秒，由数码管显示停留时间，然后继续行驶，到达坡底开始沿黑线行驶，直到终点宽黑线停止。

二、方案分析与论证总体方案设计：根据题目，我们设计了以下方案并进行了综合的比较论证，自动寻迹电动小车系统由小车主体部分、微控制器模块、寻迹传感器模块、电机驱动模块、显示模块、电源模块构成。

2.1 总体方案论证与比较方案一：采用数字电路来组成小车的各部分系统，实现各部分功能。

本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于小车智能化的扩展，设计困难。

方案二：采用单片机来作为整机的控制单元。

黑线检测采用红外对管对光源信号进行采集，再经过三极管放大，电压比较使输出转化为数字信号送到单片机系统处理。

此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。

方案二简洁、灵活、可扩展性好，能达到题目的设计要求，因此采用方案二来实现。

方案二的基本结构图如下：图１总体系统结构框图２.2 寻迹检测方案的选择方案一：采用CCD传感器。

利用CCD传感器进行自动导航的机器人已得到初步应用。

但CCD传感器价格较高，体积较大，数据处理复杂，不适合本次实验使用。

Telecom Power Technology设计应用基于红外传感器的智能循迹小车门筱希，孔祥初，吴多辉，向邦瑞电气与新能源学院，湖北智能循迹小车涉及领域广，现实生活中已有较多领域投入生产使用。

因此，设计了一种基于红外传感器的可沿小车由传感器模块、控制模块、电机驱动模块和电源模块组成。

LM393，从而控制电机转速并调整小车行进状态以循迹。

利用论的可行性，并通过制作实物验证了小车系统各模块的设计合理性，以期为智能汽车与无人驾驶技术的设计提供参考。

智能循迹小车；红外线传感器；电压比较器Intelligent Track Car Based on Infrared SensorKONG Xiang-chu，WU Duo-huiCollege of Electrical Engineering and New Energy，China Three Gorges Universitya wide range of fields，andan intelligent car based on infrared sensor is designedautomatically. The car is composed of sensor module，control module，motor drive module and power module. The infrared表1　传感器系统真值表传感器Ⅰ（Ⅳ）传感器Ⅱ（Ⅲ）本侧车轮状态00全速直线前进01半速直线前进10停止11停止1.2　信号处理电路设计信号处理与转换的核心元件是电压比较器LM393 LM393的引脚图如图4所示。

LM393是电压比较器，将接在R-Light端的光敏二极管接收光照时产生的电阻值变化变成电压信号传递给电压比较器的同相输入端INB+。

这个变化的电压信号与电压比较器的反相输入端INA-端的基准电压相比较，当同相端INB+电压大于反相端INA-端电压时，电压比较器的输出端输出高电平电压；当同相端INB+电压小于反相端INA-端电压时，电压比较器的输出端图4　LM393引脚图图5　信号处理模块原理图示波器波形如图6所示，上方的波形为电压比较器输出的波形，下方的波形为输入的矩形波波形。

基于红外光电传感器的自动循迹小车系统摘要：本方案是一种基于红外光电传感技术的自动循迹小车系统的设计，包括小车系统构成、光电传感器原理及系统软硬件设计方法。

小车以红外光电传感器为检测模块，单片机STC12C5A60S2 为控制核心, 产生PWM波，控制小车速度。

利用红外光电传感器对路面黑色轨迹进行检测,并将路面检测信号反馈给单片机。

单片机对采集到的信号予以分析判断,及时控制舵机以调整小车转向,从而使小车能够沿着黑色轨迹自动行驶,实现小车自动寻迹的目的。

关键词：红外光电传感器STC12C5A60S2 自动循迹小车Abstract : This is a design of a smart auto-tracking vehicle which based on infrared photoelectric sensor technology. The construction of the car ,the principle of photoelectric sensor and methods of hardware and software design are included. The car use infrared photoelectric sensor as detecting module and STC12C5A60S2 as heart of control in this system. Then using PWM waves produced by MCU to control the car speed.By using infraraed sensor to detect the information of black track,the smart vehicle acquires the information and sends them to the Servo. Then the Servo analyzes the signals and controls the movements of the motors,which make the smart vehicle move along the given black line antomaticly.Keywords:Infrared photoelectric sensor STC12C5A60S2 auto-tracking vehicle目录1.背景及思路 (2)1.1背景 (2)1.2 整体方案 (2)2.红外光电传感器 (3)2.1红外光电传感器原理 (3)2.2红外光电传感器在本方案中的应用 (4)3.硬件设计 (4)3.1主控电路模块 (5)3.2红外检测模块 (6)3.2.1红外检测模块电路图 (7)3.2.2红外检测模块的安装 (7)3.3舵机 (8)3.4电源模块 (9)3.5整体电路图 (10)4.软件设计 (10)4.1 PWM控制 (10)4.2主程序流程图 (11)4.3小车循迹流程图 (12)5.总结与展望 (14)6．参考文献 (15)1.背景及思路1.1背景自动循迹小车可以实现自动识别路线，判断并自动避开障碍，选择正确的行进路线等功能。

基于红外传感器的智能循迹小车设计首先设计基于ARM Cortex-M3内核的智能小车控制系统，利用模块化的理念设计了无线通信、红外传感器、避障模块、电机驱动、电机测速、电源管理等硬件模块，采用NRF24L01设计了智能小车的无线通讯系统，利用红外传感器沿白线寻迹，采用光电编码器实现小车的测速功能，设计了小车行车程序，实现小车按控制者要求完成特定路线，并通过软件速度调节实现小车启停、匀速和加减速控制。

标签：NRF24L01无线传输；智能小车；红外传感器寻迹引言在当代智能化的潮流下，通过智能化能从很大程度上减轻人工的工作负担，是今后的发展方向。

本设计的智能寻迹小车，可以按照预设的模式在一个预先安置轨迹的环境里，根据指令在不同的预设节点间自行运作，并具避障能力。

采用STM32F103VBT6芯片作为小车的检测控制核心；采用以LM339电压比较器为核心的红外传感器模块进行循迹，并采用hc-sr04超声波模块检测障碍物，使微处理器按照预设的模式控制小车进行寻迹和避障。

1 控制系统结构和无线通信网络设计基于ARM Cortex-M3 内核的STM32F103VBT6微处理器芯片和nRF24L01的智能小车涉及到传感器应用、无线传输等。

智能小车上电后，可由上位机确定小车的工作方式（待机，循迹或避障等）；循迹，避障模块是根据相应传感器所检测数据来执行相应动作。

为了获取对小车方位的精准定位，这里选择建设坐标的方式并根据运行情况更新坐标。

（1）要实现自动寻迹，智能小车的传感器系统必须通过各类传感器，获取小车的状态、场地环境特征两种信号。

（2）预行轨道设计.本设计的预设主行驶轨迹分为横向（Y轴）与纵向（X 轴）。

节点标志为与主行驶轨迹垂直，且于主行驶轨迹等宽的一条线段与主行驶轨迹的交点。

即主行驶轨迹X轴与Y轴的交点也视为一个节点。

2 控制系统硬件和软件设计智能小车的硬件采用模块化设计理念，智能小车的硬件设计如图2所示，主要包括以下几个方面。

红外智能循迹小车学院：专业：班级：学号：姓名：红外智能循环小车设计1 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判断黑线路经，然后由STC89C52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。

1.1 系统基本组成智能循迹小车主要由STC89C52单片机电路、TCRT5000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STC89C52芯片作为控制单元。

STC89C52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、调速都很方便。

(2)TCRT5000循迹模块：采用脉冲调制反射式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，由它完成黑线识别并生产高、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。

JY043W型光电管和电压比较器LM393为核心部分，再加上必要的外围电路。

(3)L298N驱动模块：采用L298N作为电机驱动芯片。

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。

(4)直流电机：采用双直流电动机。

直流电动机的控制方法比异步电动机简单，只需给电机两条控制线加上适当的电压就能使电机旋转，在正常工作电压范围，电压越高直流电机转速越高。

ｉ ｔｌ ｇ ｎ ａ ｉ ｇ ｃ ｒｔ ｅｅ ｔ ｎ ｒ ｕ ｅ ｉｆ ｒ ｔ ｎ ｔ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅ ｉ ｒ ｒ ｄ ｐ ｏｏ ｌ ｃｒｃ ｓ ｎ ｏ ． ｈ ｙ ｔｍ ｎ ｌｄ ｓｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ｎｅｌ ｅ ｔ ｒ ｃ ｎ ａ ｄ ｔｃｉ ｏ ｔ ｎ ｏｍａ ｉ ｈ ｏ ｇ ｎ ａ ｅ ｈ ｔｅ ｅ ｔ ｅ ｓ ｒ Ｔ ｅ ｓ ｓ ｉ ｔ ｏ ｏ ｏ ｈ ｆ ｉ ｅ ｉ ｃｕ ｅ ｒ ｃ ｓｏ
智 能 汽 车 又称 为轮 式 机 器 人 ， 目前 多 用 在 科 学 探 索 、 工 业生产等场合 ， 是集环境感知 、 划决策 、 它 规 自动 行 驶 等 功 能
１ 系统 设 计
智 能 车 系 统 以 单 片 机 作 为 处 理 核 心 。 个 系 统 由 路 径 识 整 别 模 块 、 机 驱 动 模 块 、 机 驱 动 模 块 、 速 检 测 模 块 、 晶 电 舵 车 液
块、 径识别模块、 路 电机 驱 动 模 块 、 机 驱 动 模 块 、 舵 车速 检 测 模 块 、 晶 显 示模 块 与 电 源模 块 等 组 成 。 液 实际 应 用表 明 ， 该
小 车 可 以在 专 门设 计 的 跑 道 上 快 速 平稳 地 实现 寻迹 功 能 。 关键 词 ：红 外光 电 ；智 能 ；寻 迹 ；飞思 卡 尔 ；ＭＣ Ｓｌ ＤＧ１ ８ ９ ２ ２Ｂ
ｍｏ ｕｅ，ｐ ｔ ｅ ｏ ｎｔ ｎ ｍｏ ｕ ｅ ｍｏｏ ｒ ｅ ｄ ｌ ｄｌ ａｈ ｒ ｃ ｇ ｉ ｏ ｄ ｌ ， ｉ ｔｒ ｄ ｖ ｒ ｍｏ ｕ ｅ，ｓ ｒ ｏ ｄ ｖ ｒ ｍｏ ｕ ｅ ｐ ｅ ｅｅ ｔ ｎ ｍｏ ｕ ｅ ｉ ｅｖ ｒ ｅ ｄ ｌ ，ｓ ｅ ｄ ｄ ｔｃ ｉ ｄ ｌ ，Ｌ ｄ ｌ ， ｉ ｏ ＣＤ ｍｏ ｕ ｅ