智能小车设计

2013年全国大学生电子设计大赛报告智能小车设计摘要：智能小车的研究、开发和应用涉及传感技术、电气技术、电气控制技术、智能控制等学科，智能控制技术是一门跨科学的综合性技术，当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。

智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模块在一个特定的环境里自动的运行，可运用于科学勘探等用途，无需人为的管理，便可以完成预期所要达到的或更高的目标。

本设计采用C8051F410 单片机为控制核心，设计了一辆智能小车并对其功能进行测试，利用单片机实现小车的启停和转弯；利用超声波传感器检测道路上的障碍，实现了小车的避障功能、避免撞到障碍物、行车时间和壁障距离的数码显示三大功能。

整个系统的电路结构简单，可靠性能高，测试结果均能满足个环境要求。

关键词：L298N 循迹避障测距测速 c8051f410Abstract: the research, development and application of intelligent car involved in sensing technology, electrical technology, electrical control technology and intelligent control discipline, intelligent control technology is a cross science comprehensive technology, the contemporary research is very active, are applied widely. Smart as a new product of modern society, is the future development direction, it can be in accordance with the pre-set module automatically run in a specific environment, can be used in scientific exploration purposes, without human management, can accomplish expected to achieve goals or higher. This design USES C8051F410 the single chip processor as the core, to design a smart car and to test its functionality, using single-chip microcomputer realize car stop and turn; Using ultrasonic sensors to detect road obstacles, the car of the ultrasonic control, to avoid hitting obstacles, driving time and mileage of the digital display the three functions. The circuit of the whole system has simple structure, reliable performance is high, the test resultsKeywords:L298 tracking obstacle avoidance velocity measurement目录1 引言 (1)2 方案论证与分析 (1)2.1 车体方案论证与分析 (1)2.2 微控制器的论证与分析 (1)2.3 电机驱动模块论证与分析 (1)2.4 循迹模块论证与分析 (2)2.5 避障测距模块论证与分析 (2)2.6 测速模块论证与分析 (3)2.7 显示模块论证与分析 (3)3 系统设计 (3)3.1 系统总体设计 (3)3.2 车体部分设计 (4)3.3 微控制器模块设计 (4)3.4 电机驱动模块设计 (5)3.4.1 L298N介绍 (5)3.4.2 电机驱动电路 (6)3.4.3 L298N电机驱动芯片引脚说明 (6)3.5循迹模块模块设计 (7)3.6 避障测距模块设计 (7)3.7 测速模块设计 (8)3.8 LCD显示模块设计 (9)4 软件设计 (9)4.1 软件调试平台 (9)4.2 系统软件设计 (11)4.2.1 循迹程序流程图 (11)4.2.2 避障程序流程图 (12)5 系统调试 (12)5.1系统的性能指标 (12)5.1.1电机驱动参数 (12)5.1.2 超声波测距模块 (13)5.2测试工具 (14)5.3测试过程 (14)6 设计总结 (15)7 参考文献 (15)8 附录 (15)8.1控制及显示原理图 (15)8.2控制部分PCB图 (16)8.3总程序 (17)1 引言近年代，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、人工智能及自动控制等技术,是典型的高新技术综合体。

本设计的智能小车实现了实时显示速度和壁障距离，循迹控制，自动避障三大功能。

2 方案论证与分析2.1车体方案论证与分析方案一：自己到电子市场买到所需小车组件，进行组装，价格比较便宜但实用性较差，可能不能满足制作小车的需要。

需要自己制作花费精力，又不能保证在一定时间内做出，因为要考虑到要在短时间做出，所以排除此种方案。

方案二：网购小车车体，易于电路的安装和调试，外形美观，价格一般，也方便后边整改电路，能满足此次设计要求。

方案三：采用RP5履带车底盘，其比较专业，驱动能力强，扭矩大，造型美观，扩展性强，但价格昂贵。

比较三种方案，考虑到时间、精力，价格方面，方案二能满足此次制作要求。

2.2 微控制器的论证与分析微控制器是系统控制的中心部件，负责控制与协调各种传感器的监测工作。

控制器的好坏直接影响到车子的整体性能，控制器的类型很多，主要有：方案一：采用可编程逻辑器件CPLD。

CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展且具有各种IP核可以调用。

其采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。

但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高，且从使用及经济的角度考虑，我们放弃了此方案。

方案二：采用MCS-51系列单片机。

采用MCS-51系列单片机，经典的MCS-51单片机功能和速度有限；而高档的MCS-51系列衍生产品价格昂贵、冗余资源较多、使用范围较窄，价格较贵。

方案三：采用单片机C8051F410。

c8051f系列兼容了51指令，片内资源丰富，单片机运算功能强，软件编程灵活，自由度大，可与常用51单片机兼容，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低，体积小，技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。

考虑到此次设计的难易程度、价格因素等单片机的要求就选择c8051f410这种单片机作为小车的控制核心。

综上述几种方案论证，选择方案三作为这次比赛的控制核心部件。

2.3 电机驱动模块论证与分析方案一：采用传统的功率三极管搭建驱动桥作为功率放大器的输出控制直流电机。

线性型驱动的电路结构和原理简单，成本低，加速能力强，但功率损耗大，特别是低速大转距运行时，通过电阻R的电流大，发热厉害，损耗大，对环境要求较高，不能满足制作要求。

方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整.此方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢,易损坏,寿命较短,价格贵，笨拙可靠性不高。

方案三：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。

L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。

用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良，容易买到。

且由L298N结合单片机可实现对小车速度的精确控制。

这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。

综合考虑，我们选用方案三作为此次设计的驱动部件。

2.4 循迹模块论证与分析巡迹是指小车在白色地板上检测黑线，执行相应的动作，通常采用的方案有：方案1：利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2：采用颜色传感器。

颜色传感器对颜色具有较高分辨率，能较准确区分各种颜色，但它易受外界光的干扰并且价格昂贵，在此处只为区分黑白色，没有必要使用。

方案3：采用红外探测法实现。

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，反射光被装在电动小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，电动小车上的接收管接收不到红外光。

单片机根据是否收到反射回来的红外光来确定黑线的位置，从而控制小车的行走路线。

采用红外线发射，外面可见光对接收信号的影响较小，再用射极输出器对信号进行隔离。

红外探测法常采用的元件是反射式红外线光电传感器。

它的特点是尺寸小、使用方便、工作状态受温度影响小。

它的外围电路简单且工作可靠。

经过比较分析，从经济性和可靠性选择方案3作为巡迹检测电路的方案。

2.5 避障测距模块论证与分析方案一：采用激光传感器测距。

能非常准确地测出小车与障碍物的距离，但是单个发射器的照射范围不能太小，而且价格昂贵、速度快，因此不使用激光管作为测距模块。

方案一：红外反射式传感器优点是检测周期短，能够较实时的对小车进行控制；缺点是前瞻距离小，处理电路复杂，检测精度低，功耗大。

方案二：采用超声波传感器。

超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播，而且抗干扰能力强，不受物体表面颜色的影响等特点。