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智能循迹小车设计与实现摘要：智能循迹小车是一种能够根据预设的路径自动行驶的装置。
本文主要介绍了智能循迹小车的设计与实现过程，包括硬件设计、软件编程以及测试和优化等内容。
通过使用光电传感器和电机驱动模块，实现了小车的自动行驶功能。
实验结果表明，智能循迹小车能够准确地沿着指定的路径行驶。
关键词：智能循迹小车，光电传感器，电机驱动模块1.引言智能循迹小车是一种基于传感器和控制模块的自动驾驶装置。
它能够通过感知周围环境并根据预先设定的路径进行行驶。
智能循迹小车在工业生产、仓储管理和物流配送等领域具有广泛的应用前景。
本文主要介绍了智能循迹小车的设计与实现过程。
2.硬件设计主控模块采用单片机作为核心处理器，并配备了存储器、通信接口和控制信号输出等功能。
传感器模块主要由光电传感器组成，用于感知小车当前位置和行驶方向。
执行器模块由电机驱动模块组成，用于控制小车的移动。
3.软件编程传感器数据采集模块负责读取光电传感器的输出信号，并进行信号处理和滤波。
路径规划模块通过分析传感器数据，确定小车当前位置和行驶方向，并根据预设的路径规划算法，确定下一步行驶方向。
运动控制模块通过调节电机驱动模块的输入信号，控制小车的运动。
4.测试与优化为了验证智能循迹小车的性能，我们进行了一系列的测试和优化。
首先，我们对传感器进行了校准，以确保其输出信号的准确性。
然后，我们在实际场景中对小车进行了测试，包括行驶精度、速度和稳定性等方面的测试。
根据测试结果，我们对软件进行了调优，并对硬件进行了优化，以提高智能循迹小车的性能。
5.结论本文介绍了智能循迹小车的设计与实现过程。
通过使用光电传感器和电机驱动模块，我们实现了小车的自动行驶功能。
实验表明，智能循迹小车能够准确地沿着指定的路径行驶。
未来，我们将进一步改进小车的设计和算法，以提高其性能和适应性。
基于STM32的智能循迹避障小车智能循迹避障小车是一种基于STM32微控制器的智能车辆，它可以根据预设的路径自动行驶并能够避开障碍物。
这种小车具有很高的自主性和智能性，非常适合用于教学、科研和娱乐等领域。
本文将介绍基于STM32的智能循迹避障小车的设计原理、硬件结构、软件开发以及应用场景。
一、设计原理智能循迹避障小车的设计原理主要包括传感器感知、决策控制和执行动作三个部分。
通过传感器感知车辆周围环境的变化，小车可以及时做出决策并执行相应的动作，从而实现自动行驶和避障功能。
在基于STM32的智能小车中，常用的传感器包括红外避障传感器、光电传感器和编码器等。
红外避障传感器可以检测到障碍物的距离和方向，从而帮助小车避开障碍物。
光电传感器可以用于循迹，帮助小车按照预定的路径行驶。
编码器可以用于测量小车的速度和位置，实现精确的定位和控制。
通过这些传感器的数据采集和处理，小车可以实现智能化的行驶和避障功能。
二、硬件结构基于STM32的智能循迹避障小车的硬件结构包括主控制板、传感器模块、执行器模块和电源模块。
主控制板采用STM32微控制器，负责控制整个车辆的运行和决策。
传感器模块包括红外避障传感器、光电传感器和编码器等，用于感知周围环境的变化。
执行器模块包括电机和舵机，用于控制车辆的速度和方向。
电源模块提供电能，为整个车辆的运行提供动力支持。
三、软件开发基于STM32的智能循迹避障小车的软件开发主要包括嵌入式系统的编程和算法的设计。
嵌入式系统的编程主要使用C语言进行开发，通过STM32的开发环境进行编译和调试。
算法的设计主要包括避障算法和循迹算法。
避障算法通过传感器的数据处理，判断障碍物的位置和距离，并做出相应的避开动作。
循迹算法通过光电传感器的数据处理，使小车能够按照预设的路径行驶。
四、应用场景基于STM32的智能循迹避障小车可以广泛应用于教学、科研和娱乐等领域。
在教学领域，可以用于智能机器人课程的教学实验，帮助学生掌握嵌入式系统的开发和智能控制的原理。
智能循迹避障小车设计说明智能循迹避障小车是一种基于微控制器控制的智能小车，它能够根据预设程序进行自主行驶、循迹和避障。
下面是对智能循迹避障小车的设计说明：1.硬件设计智能循迹避障小车的硬件设计包括以下组成部分：1.1 微控制器：使用单片机实现小车的控制和决策，采用常见的单片机有STC、ATmega、STM32等。
1.2 传感器：使用光电传感器进行循迹，超声波传感器进行避障。
在循迹方面，一般采用两个光电传感器，安装在小车底部，分别检测黑线和白色地面；在避障方面，一般采用超声波传感器，安装在小车前方，检测前方物体距离。
1.3 驱动电机：小车驱动电机一般采用直流减速电机，通过H桥驱动电路实现正反转控制。
1.4 电源：小车电源采用锂电池或干电池供电。
1.5 其他：小车还需要一些辅助元件，如LED指示灯、蜂鸣器等。
2.软件设计智能循迹避障小车的软件设计包括以下几个方面：2.1 循迹算法：根据光电传感器检测到的黑线和白色地面的信号，判断小车当前位置，控制小车朝着黑线方向运动。
2.2 避障算法：根据超声波传感器检测到的前方距离信息，判断小车前方是否有障碍物，避免碰撞。
2.3 控制逻辑：根据传感器数据计算得出的小车状态，进行控制决策。
比如，避障优先还是循迹优先，小车如何避障等。
2.4 通信协议：如果需要远程控制或传输数据，需要设计相应的通信协议。
3.功能实现基于硬件和软件设计，实现智能循迹避障小车以下功能：3.1 循迹：小车能够自主行驶，按照预设的循迹算法进行路径规划和执行。
3.2 避障：小车能够根据预设的避障算法，自主避开前方障碍物，避免碰撞。
3.3 情境感知：小车能够通过传感器感知环境，根据感知到的信息做出相应的控制决策。
3.4 远程控制：如果需要，可以通过通信模块实现小车的远程控制和数据传输。
循迹避障智能小车设计一、硬件设计1、车体结构智能小车的车体结构通常采用四轮驱动或两轮驱动的方式。
四轮驱动能够提供更好的稳定性和动力，但结构相对复杂；两轮驱动则较为简单，但在稳定性方面可能稍逊一筹。
在选择车体结构时，需要根据实际应用场景和需求进行权衡。
为了保证小车的灵活性和适应性，车架材料一般选择轻质且坚固的铝合金或塑料。
同时，合理设计车轮的布局和尺寸，以确保小车能够在不同的地形上顺利行驶。
2、传感器模块（1）循迹传感器循迹传感器是实现小车循迹功能的关键部件。
常见的循迹传感器有光电传感器和红外传感器。
光电传感器通过检测反射光的强度来判断黑线的位置；红外传感器则利用红外线的反射特性来实现循迹。
在实际应用中，可以根据小车的运行速度和精度要求选择合适的传感器。
为了提高循迹的准确性，通常会在小车的底部安装多个传感器，形成传感器阵列。
通过对传感器信号的综合处理，可以更加精确地判断小车的位置和行驶方向。
（2）避障传感器避障传感器主要用于检测小车前方的障碍物。
常用的避障传感器有超声波传感器、激光传感器和红外测距传感器。
超声波传感器通过发射和接收超声波来测量距离；激光传感器则利用激光的反射来计算距离；红外测距传感器则是根据红外线的传播时间来确定距离。
在选择避障传感器时，需要考虑其测量范围、精度、响应速度等因素。
一般来说，超声波传感器测量范围较大，但精度相对较低；激光传感器精度高，但成本较高；红外测距传感器则介于两者之间。
3、控制模块控制模块是智能小车的核心部分，负责处理传感器数据、控制电机驱动和实现各种逻辑功能。
常见的控制模块有单片机（如 Arduino、STM32 等）和微控制器（如 PIC、AVR 等）。
单片机具有开发简单、资源丰富等优点，适合初学者使用；微控制器则在性能和稳定性方面表现更优，适用于对系统要求较高的场合。
在实际设计中，可以根据需求和个人技术水平选择合适的控制模块。
4、电机驱动模块电机驱动模块用于控制小车的电机运转，实现前进、后退、转弯等动作。
246 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering 单片机技术 • SCM Technology【关键词】光电循迹 单片机 小车设计1 光电循迹小车硬件结构循迹原理设计：使用三个红外发射与接收对管，其中一只安置于设计的循迹轨道中，另外两个分别位于中间光电管的两侧，若小车行驶脱离了循迹轨道，将会使得两侧的光电管中的一侧检测到黑线，由设计的程序做出相应的转向动作，使之中间的红外管重新检测到黑线，此时恢复正常直线行驶。
光电循迹小车主要由STC89C52RC 单片机、HJIR1循迹功能单元、L298N 驱动模块、电机两个、对应电源等构成。
循迹模块的原理为红外探测法，具体为利用红外线对不同颜色的物体产生不同的反射系数的原理。
红外管在运行中不停地向地表发生红外线，由于小车行驶在白色的既定地面，当其正对着地面之时，白色地面会产生漫反射，使光电接收管能有效接收到红外信号，当其正对着黑色循迹线时，红外线则被黑线吸收而使得邻近的光电接收管不能接收红外信号，通过LM393比较器以采集高电位或低电位，如图1所示。
对于电机的驱动电路，我们采用H 桥式驱动电路，L298N 模块集成了所需要的H 桥电路结构，我们可以利用它来进行对电机的控制。
单片机普遍具有PWM 信号功能，利用PWM 实现对L298N 的信号控制，进而控制驱动电机。
具体的电机的驱动电路如图2所示，我们使用的是一个L298N 模块对两个主动轮的电机进行控制，通过交换电机的两极电位以实基于单片机的光电循迹小车设计文/杨贤聪现电机的正反转控制，改变电平可以实现其启动或停止，正转或反转。
2 程序设计光电循迹小车的控制核心为STC89C52RC 单片机，通过对单片机进行C 语言的编辑和烧写，实现其逻辑控制功能。
我们使用C 语言和结构化设计思路来完成。
红外管的具体逻辑为：光电接收管接收到红外反射信号，与之对应的发射管端口会形成高电位；反之当光电接收管接收不到发出的红外信号，即此时正对着黑色循迹轨线，与之对应的发射管端口为低电位。
智能循迹小车设计方案一、设计目标：1.实现智能循迹功能，能够沿着预定轨迹自动行驶。
2.具备避障功能，能够识别前方的障碍物并及时避开。
3.具备远程遥控功能，方便用户进行操作和控制。
4.具备数据上报功能，能够实时反馈运行状态和数据。
二、硬件设计：1.主控模块：使用单片机或者开发板作为主控模块，负责控制整个小车的运行和数据处理。
2.传感器模块：-光电循迹传感器：用于检测小车当前位置，根据光线的反射情况确定移动方向。
-超声波传感器：用于检测前方是否有障碍物，通过测量障碍物距离来判断是否需要避开。
3.驱动模块：-电机和轮子：用于实现小车的运动，可选用直流电机或者步进电机，轮子要具备良好的抓地力和摩擦力。
-舵机：用于实现小车的转向，根据循迹传感器的信号来控制舵机的角度。
4.通信模块：-Wi-Fi模块：用于实现远程遥控功能，将小车与遥控设备连接在同一个无线网络中，通过网络通信进行控制。
-数据传输模块：用于实现数据上报功能，将小车的运行状态和数据通过无线通信传输到指定的接收端。
三、软件设计：1.循迹算法：根据光电循迹传感器的反馈信号，确定小车的行进方向。
为了提高循迹的精度和稳定性，可以采用PID控制算法进行修正。
2.避障算法：通过超声波传感器检测前方障碍物的距离，当距离过近时，触发避障算法，通过调整小车的行进方向来避开障碍物。
3.遥控功能：通过Wi-Fi模块与遥控设备建立连接，接收遥控指令并解析，根据指令调整小车的运动状态。
4.数据上报功能：定时采集小车的各项运行数据，并通过数据传输模块将数据发送到指定的接收端，供用户进行实时监测和分析。
四、系统实现：1.硬件组装：根据设计要求进行硬件的组装和连接，确保各个模块之间的正常通信。
2.软件编程：根据功能要求，进行主控模块的编程，实现循迹、避障、遥控和数据上报等功能。
3.调试测试：对整个系统进行调试和测试，确保各项功能正常运行，并进行性能和稳定性的优化。
4.用户界面设计：设计一个用户友好的界面，实现对小车的远程控制和数据监测，提供良好的用户体验。
2010-2011 第二学期光电传感技术院系电子工程学院光电子技术系班级科技0803班姓名熊浩学号********班内序号10考核成绩基于光电传感器的自动循迹小车设计摘要新一代汽车研究与开发将集中表现在信息技术、微电子技术、计算机技术、智能自动化技术、人工智能技术、网络技术、通信技术在汽车上的应用。
智能汽车是是现代汽车发展的方向。
本系统采用光电传感器作为道路信息的采集传感器，单片机为控制系统的核心来处理信号和控制小车行驶。
MC9S12系列单片机在汽车电子控制领域得到广泛应用。
本论文是利用Freescale的MC9S12XS128微控制器对智能车系统进行设计。
智能车系统设计包括硬件电路和控制软件系统的设计。
关键字：智能车；光电传感器；自动循迹；控制算法；PID；引言自动循迹智能车是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶等多种功能于一体的综合系统。
除了特殊潜在的军用价值外，还因其在公路交通运输中的应用前景受到很多国家的普遍关注。
近年来其智能化研究取得了很大进展，而其智能主要表现为对路径的自动识别和跟踪控制上。
路径跟踪问题的研究正吸引着国内外计算机视觉、车辆工程与控制领域学者们越来越多的注意，得出了很多有意义的成果。
这些方法可分为两类，即传统控制方法和智能控制方法。
传统控制方法多建立在精确数学模型基础上，而自动引导车系统具有复杂的动力学模型，是一个非线性、时延系统，由于各种不确定因素的存在，精确的数学模型难以获得，只能采用理想化模型来近似，所得到控制律较为繁琐，给实际应用造成不便。
随着近年智能控制论的兴起，一些智能控制方法如模糊控制，神经网络等逐步走向完善，尤其是模糊控制理论在很多地方显示出相当的应用价值，以此为基础，设计新概念的控制器受到人们很大关注。
同时，人们也正考虑这在各种方面包括硬件和软件的综合技术开发和研究探索，智能车的技术将会趋于成熟并得到广泛的应用。
本课题利用传感器识别路径，将赛道信息进行存储，利用单片机控制智能车行进。
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展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〕控制电机和舵机以到达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构造的改装、传感器电路设计及控制算法等多个方面。
经过屡次反复的测试，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ABSTRACTMaking 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 distinguishthe 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 (2)1.2.1总体设计 (2)1.2.2传感器设计方案 (2)1.2.3控制算法设计方案 (6)第二章机械构造设计 (7)2.1前轮倾角的调整 (7)2.2齿轮传动机构调整 (8)2.3后轮差速机构调整 (8)2.4红外传感器的固定 (9)2.5小车重心的调整 (9)2.6齿轮啮合间隙的调整 (10)第三章硬件电路的设计 (11)3.1系统硬件概述 (11)3.2电源模块的设计 (12)3.2.1 LM2940供电电路 (14)3.2.2 LM2596供电电路 (16)3.3电机驱动模块 (18)3.3.1模块介绍 (18)3.3.2使用说明 (18)3.3.3电压电流测试结果 (20)3.4舵机控制模块 (22)3.5路径识别模块 (23)3.7单片机模块的设计 (26)3.8硬件电路局部总结 (27)第四章软件系统设计 (28)4.1智能车控制算法监测平台 (28)4.2主程序流程图 (29)4.3系统的模块化构造 (30)4.3.1时钟初始化 (30)4.3.2串口初始化 (30)4.3.3 PWM初始化 (32)4.4中断处理流程 (34)4.5小车控制算法 (34)4.5.1舵机控制 (36)4.5.2速度控制 (37)4.6坡道的处理 (40)4.7弯道策略分析 (40)第五章开发与调试 (42)5.1软件开发环境介绍 (42)5.2智能车整体调试 (46)5.2.1 舵机调试 (46)5.2.2 电机调试 (46)5.2.3 动静态调试 (46)第六章结论 (48)6.1智能车的主要技术参数说明 (48)6.2总结 (48)6.3缺乏与展望 (48)参考文献 (50)致 (51)附录1 (52)附录2 (64)附录3 (82)第一章绪论1.1引言思路及技术方案是一个工程工程的灵魂。
光电竞赛申报书循迹小车循迹模块一、引言光电竞赛申报书循迹小车循迹模块是一项基于光电传感技术的竞赛项目。
本文将详细介绍循迹小车的设计原理、功能特点、技术实现以及应用前景。
二、设计原理循迹小车的设计原理是基于光电传感技术。
通过安装在小车底部的光电传感器，可以感知地面上的光线强度，并根据光线的变化来实现循迹功能。
光电传感器将光线强度转化为电信号，并经过处理后，控制小车的运动方向。
三、功能特点循迹小车循迹模块具有以下功能特点：1. 精准循迹循迹小车通过光电传感器感知地面上的光线强度，可以实现精准的循迹功能。
无论是直线还是曲线，循迹小车都可以准确地跟随轨迹行驶。
2. 多种循迹模式循迹小车可以根据需要选择不同的循迹模式。
常见的循迹模式包括单线循迹、双线循迹和黑线循迹等。
用户可以根据具体情况选择最适合的循迹模式。
3. 灵活操控循迹小车的循迹模块可以与其他控制模块配合，实现灵活的操控功能。
用户可以通过遥控器、手机APP等方式对循迹小车进行远程控制，实现各种运动操作。
4. 高效稳定循迹小车的循迹模块采用先进的光电传感技术，具有高效和稳定的特点。
无论在各种复杂的场景下，循迹小车都能够稳定地进行循迹操作，保证运动的准确性和稳定性。
四、技术实现循迹小车循迹模块的技术实现主要包括以下几个方面：1. 光电传感器光电传感器是循迹小车的核心组件之一。
它可以感知地面上的光线强度，并将其转化为电信号。
常用的光电传感器有光敏电阻、光电二极管等。
2. 微控制器微控制器是循迹小车的控制中心，负责接收光电传感器的信号，并进行处理和判断。
常用的微控制器有Arduino、Raspberry Pi等。
3. 电机驱动电机驱动是循迹小车的动力系统，负责控制小车的运动。
通过控制电机的转速和方向，可以实现循迹小车的前进、后退、转弯等动作。
4. 程序算法循迹小车的程序算法是实现循迹功能的核心部分。
通过对光电传感器信号的处理和分析，结合控制指令的生成，可以实现精准的循迹操作。
【注】本课程设计既可以作为传感器课程设计也可以作为单片机课程设计，只需稍加修改偏向课程设计报告书课程名称：题目：基于光电传感器的智能小车寻迹模块设计系（院）：学期：专业班级：姓名：学号：目录一、设计目的 (1)二、题目的具体设计要求 (1)三、系统的总体实现原理、方案设计 (1)1.国内外发展现状 (1)2.文献综述 (1)3.系统的总体实现原理 (2)4.总体方案设计 (2)4.1主控模块选用方案对比 (2)4.2传感器选用方案对比 (3)4.3传感器的安装方案对比 (3)四、传感器选用 (4)1.选用型号及特点 (4)2.内部结构及工作原理 (4)3.传感器工作电路设计及说明 (5)五、其它各部分单元电路设计 (6)1.控制模块 (6)2.电源模块 (7)3.电机及驱动模块 (7)3.1电机 (7)3.2驱动 (7)六、系统总电路原理图(见附录三) (9)1.系统总体说明 (9)2.软件设计 (10)2.1小车循迹流程图 (10)2.2中断程序流程图 (11)七、仿真与调试（见附录四） (11)八、总结与心得体会 (12)参考文献 (12)附录一：元器件清单 (13)附录二：单片机测试程序 (13)附录三：系统总电路原理图 (15)附录四：Proteus原理仿真图 (16)1.直行 (17)2.二级右转 (18)3.二级左转 (19)智能小车寻迹模块设计报告一、设计目的1. 能较全面地巩固和应用“传感器及检测技术”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型数字系统设计的基本方法。
2. 通过《传感器及检测技术》课程设计，掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。
进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。
3. 培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的数字系统的能力。
4. 培养书写综合设计报告的能力。
二、题目的具体设计要求1.设计一个基于光电传感器的自动寻迹小车，使小车能够自动检测地面黑色轨迹，并沿着黑色轨迹行驶。
2.当地面黑线方向发生变化时，小车要能够及时作出调整，进行恰当的转向。
三、系统的总体实现原理、方案设计1.国内外发展现状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，智能小车在各个领域都具有广泛的应用前景。
在工业生产中，可以代替人类完成恶劣环境下的货物搬运、设备检测等任务；在军事上，可以在危险地带代替人类完成侦察、排雷等任务；在民用上，可以作为导盲车为盲人提供帮助；在科学研究方面，可以代替人类完成外星球勘探或者矿藏勘探等。
目前智能行走机器人——智能小车的研究正向复杂型、智能型、自主型发展，智能车与人类生活联系得越来越紧密，是一个相当活跃的研究领域。
2.文献综述本设计是基于光电传感器的简易自动寻迹小车系统。
小车利用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，并以AT89C51单片机为控制核心,对采集到的信号予以分析判断,并产生PWM波，控制小车左右轮速度使小车及时转向,从而使小车沿着黑色轨迹自动行驶,实现小车自动寻迹的目的。
3.系统的总体实现原理这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，由于黑线和白色地板对光线的反射系数不同，可以根据传感器接收到反射光的强弱来判断“道路”。
本设计包括硬件和软件设计两个部分。
模块划分为电源模块、光电传感器检测模块、主控电路模块、电机及驱动模块等子模块。
系统的结构框图如图2-1 所示。
图2-1系统的结构框图4.总体方案设计根据要求，确定如下方案：在小车上加装四个红外光电传感器，实现对电动车的位置、运行状况的检测，并将测量数据传送至AT89C51单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的数据实现对智能小车的控制。
这种方案能对智能小车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足课题要求。
4.1主控模块选用方案对比方案一：选用一片CPLD作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。
CPLD具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用VHDL语言进行编写开发。
虽然CPLD的处理速度非常快，但小车的行进速度不可能太高，那么对系统处理信息的要求也就不会太高，若采用该方案，不仅在控制上会遇到许许多多不必要增加的难题，而且成本较高，造成资源的浪费。
方案二：采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。
系统的关键在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。
这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。
因此，这种方案是一种较为理想的方案。
AT89C51单片机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，程序空间多达8K，对于本设计也绰绰有余，而且AT89C51单片机价格非常低廉，具有较高的性价比。
综合考虑后决定选用AT89C51单片机作为主控芯片。
4.2传感器选用方案对比方案一：采用光敏电阻作光电传感器。
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。
但是这种方案受外界光照影响很大，不能够稳定的工作。
方案二：采用ST系列反射式光电传感器。
这个系列的传感器种类齐全、价格便宜、体积小、使用方便、质量可靠、用途广泛。
采用ST188作为红外光电传感器，当检测到黑色区域，二极管发射的红外线没有反射到光敏接收三极管，三极管截止；若检测到白色区域，接收三极管接收到二极管发射的红外线，三极管导通，满足要求，故选用性价比较高的ST188红外光电传感器。
4.3传感器的安装方案对比方案一：采用两个红外光电传感器，分别放置在电动车车头的左、右两个方向，用来控制小车的行走方向。
此方案虽然可以较好地循迹，但由于转向后的惯性，小车会沿着黑线大幅摆动。
方案二：采用三个红外传感器，一个置于轨道中间，两个置于轨道外侧，当小车脱离轨道时，置于中间的一个红外传感器接收到光线，等待外面任一个检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到中间的红外传感器重新检测到黑线再恢复正向行驶。
此方案能使小车较稳定地沿黑线行驶，但小车在遇到大幅转弯时会直接冲出轨道。
方案三：采用4个红外传感器，具体位置如图2.2.3所示。
四个循迹传感器全部在一条直线上。
其中X1与Y1为第一级方向控制传感器，X2与Y2为第二级方向控制传感器，并且黑线同一边的两个传感器之间的宽度不大于黑线的宽度。
小车前进时，始终保持在X1和Y1这两个第一级传感器之间，当小车偏离黑线时，第一级传感器就能检测到黑线，把检测的信号送给单片机，单片机发出信号对小车轨迹予以纠正。
若小车回到了轨道上，即4个传感器都接收到光线，则小车会继续行走；若小车由于惯性过大依旧偏离轨道，越出了第一级两个传感器的探测范围，这时第二级传感器检测到并加大偏转力度，使小车迅速回到正确轨道上去。
第二级传感器作为第一级的后备保护，使小车纠正方向的速度显著提高，大大减小冲出跑道的可能，从而提高了小车循迹的可靠性，故采用此方案。
四、传感器选用1.选用型号及特点红外传感器ST188，采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，检测距离可调整范围大，4-13mm 可用，采用非接触检测方式。
2.内部结构及工作原理含一个反射模块（发光二极管）和一个接收模块（光敏三极管）。
通过发射红外信号，看接收信号变化判断检测物体状态的变化。
A、K之间接发光二极管，C、E之间接光敏三极管（二者在电路中均正接，但要串联一定阻值的电阻）图 4-1 ST188实物图发光器和收光器在同一个装置内，利用反射原理完成光电控制作用。
正常情况下，发光器发出的光反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。
图 4-2 ST188管脚图及内部电路3.传感器工作电路设计及说明图 4-3传感器模块电路图发光二极管不断发光，当照射到黑色线时，光电管接收不到反光，电路相当于断开，电压比较器的正输入端为高电平，经过LM234比较器整形后，输出一个高电平以传入单片机。
照射到白色时，发光二极管发射的光线被光电管接收到，电路相当于闭合，输出低电平。
其中滑动变阻器可以调节LM324的门限电压。
LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。
内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。
电路功耗很小，工作电压范围宽，可用正电源3～30V，或正负双电源±1．5V～±15V工作。
在黑线检测电路中用来确定红外接收信号电平的高低，以电平高低判定黑线有无。
在电路中，LM324的一个输入端需接滑动变阻器，通过改变滑动变阻器的阻值来提供合适的比较电压。
图 4-5 LM324内部电路图 4-6 集成运放的管脚图五、其它各部分单元电路设计1.控制模块图5-1 时钟电路和复位电路AT89C51单片机是美国Atm el公司生产低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4KB的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128 B的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用Atm el公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元，功能强大。
AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。
时钟电路和复位电路如图5-1（与单片机构成最小系统）1）采用外部时钟，晶振频率为12MHZ2）采用按键复位2.电源模块电源采用双路开关电源。
明伟牌D-30W双路开关电源。
输出（5V、12V）。
实物图如图5-2所示。
图5-2双路开关电源该开关电源尺寸为129X98X38mm，交流输入转换由开关选择，具有过流短路保护功能，能自冷散热。
低价位、高可靠。
3.电机及驱动模块3.1电机电机采用直流减速电机，直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。
由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生较大扭力。
可选用减速比为1：74 的直流电机，减速后电机的转速为100r/min。
若车轮直径为6cm，则小车的最大速度可以达到0.314m/s能够较好的满足系统的要求。
3.2驱动驱动模块采用专用芯片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，其响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机。
以下为L298N的引脚图和输入输出关系表。
