智能小车实验报告[全文5篇]

第一篇：智能小车实验报告

课程设计报告

（嵌入式技术实践(一)）

学

院：电气工程与自动化学院

题 目：智能小车的电路设计与制作 专业班级：自动化123班 学 号： 21 学生姓名：谢斌

指导老师： 王祖麟、张振利 日 期： 2013年6月18日星期二

摘要

我们生活在信息与科技高速发展的信息时代，高科技产品的更新的换代也是越来越快。作为21世纪的大学生，我们身处这样的环境中，就必须使自己能够适应这个社会所需。自动化作为处在科技前沿的专业，我们学生就要打好基础，跟上时代的步伐。

为了让同学们在做中学。同学们自己设计和制作智能小车，并从中深入了解和理解自动化嵌入式。从而为进一步实现人机对话，测量以及控制这些自动化的基本控制做基础。从理论到实践，让同学们更好的理解嵌入式，增长同学的实践和设计能力。

应用P89V51RB2微控制器中端口、外部中断、定时器等基本模块，实现核心控制，再结合驱动板来控制电机的转速、转向，最后加上红外传感器，实现小车的智能寻迹。其中端口结合SPI实现人机对话；定时器与中断结合实现匹配定时，捕获转速；端口、定时器的结合就实现了控制电机的方向与转速；端口与红外传感器结合，让小车可以寻找黑线，这样就实现了智能寻迹。

关键字：

自动化；嵌入式；智能寻迹；实践；外部中断；定时器；能力

目录

第一章 绪论....................................................................................5 1.1 课题背景..................................................................................5 1.2 课题概述..................................................................................5 1.3 设计要求..................................................................................5

第二章 统的系设计........................................................................6 2.1 实践原理..................................................................................6 2.2 实践器材..................................................................................6 2.3 实践目的..................................................................................7

第三章

软件设计..........................................................................8 3.1 硬件开发的软件介绍...............................................................8 3.1.1 TKStudio.................................................................错误！未定义书签。3.1.2

原理图的绘制过程...........................................错误！未定义书签。3.2 编程环境介绍...........................................................................9

第四章

系统实现..........................................................................9 4.1 硬件实现..................................................................................9 4.1.1

单片机外扩...........................................................错误！未定义书签。4.12

电源模块板.............................................................错误！未定义书签。

4．13 循迹模块……………………………………………………………………….5

4.14 电机驱动模块………………………………………………………..........5

4.2 软件实现.................................................错误！未定义书签。4.3 实现效果................................................................................11 结束语：.......................................................................................12 致谢 12 参考文献.......................................................................................12 附录 12

第一章 绪论

1．1课题背景

学习了智能小车的的理论知识后，急需要一场智能小车制作实践实验以加深我们对制板的认识及熟悉制做智能小车的工作流程。

“卓越工程师培养计划”主要强调“理论与实践、教与学、学校与企业”三个紧密结合，全面贯彻和落实“构思、设计、实施、运行”这种在做中学的原则，以及基于项目驱动的教学模式。企业由单纯的用人单位变成为学生联合培养单位，高校和企业共同设计培养目标，共同制定培养方案，共同实施培养过程。“真刀真枪”地实践，以强化学生的工程能力和创新能力。

在一学期的计算机基础理论学习后，需要将理论和实践有机的相结合。在一定程度的专业基础知识的铺垫、学长们的实际操作引导下。展开技能实践。

实验后加以对实验的看法，总结经验，研究智能小车的制作方法及对课题进行讨论研发，特设下此课题。

1.2课题概述

学习智能小车以及板的制作流程，加深对课题的认识，增加理论与实践知识。了解智能小车的制作与使用。

根据原理图焊接好单片机外扩、电源模块、循迹模块、驱动模块四块板子，调试板子，确保板子正确后，将板子与车身用杜邦线正确连接做好实验课题。

1.3设计要求

第一：画出正确的原理图

第二:焊好板子，并使它能正常运行

第三：板上无断线，电路无短路与断路。万能表检测无错误。烧入程序后能显示正确的实验现象

应用P89V51RB2微控制器中的端口、外部中断、定时器等基本模块，实现核心控制，再结合电源板、电机驱动板来控制电机的转向，最后加上传感检测模块，实现小车的智能寻迹。

这次课程实践要求每一个人都动手都制作出一辆寻迹小车，真正实现从听中学到做中学，提高同学们的动手能力。这次实践最基本的功能底线就是能够实现循迹，然后有兴趣的同学再一步步进行拓展，比如：加上测速模块、遥控模块，水平更高的还可以实现避障模块、液晶显示模块等等

第二章 系统的设计

2.1 实践原理

探测路面黑线的基本原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸对光的反射系数不同，可以根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理，可以控制小车行走的路迹。

这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，通常采取的方法是红外探测法。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，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。处理器就根据是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过3cm。智能小车系统以处理器为核心，为了使智能小车能够快速行驶，处理器必须把路径的迅速判断、相应的转向电机控制以及直流驱动电机的控制精密地结合在一起。如果传感器部分的数据没有正确地采集和识别，转向电机控制的失当，都会造成模型车严重抖动甚至偏离赛道；如果直流电机的驱动控制效果不好，也会造成直线路段速度上不去，弯曲路段入弯速度过快等问题。

2.2 实践器材

四块万能版、两个红外传感器、四个1K的电阻、两个3.3K的电阻、两个电源、插针、插座多排、三个LED灯、两个电容器、一个单片机、八个三极管（其中四个为透明的三极管）、两个二极管、两个玻璃电阻、两个轮子、两个马达。两个电池盒、一块较大的塑料板、杜邦线若干、焊锡少许、一个万能表、一个电烙铁、一个焊台、胶带。

1：插针、单片机、一个万能版、焊锡——用于焊接单片机外扩。

2:插针、插座、两个继电器、四个透明三极管、四个三极管四个1K电阻、焊锡——用于焊接驱动模块板。

3:一个LED灯、插针、插座、两个电容器、两个玻璃电阻、两个二极管、一个3.3K电阻、焊锡——用于焊接电源板。

4:两个红外传感器、两个LED灯、四个电阻、焊锡——用于焊接循迹模块。5:万能表——用于检测板子电路是否短路、断路、电路是否正确。6：焊台——将器件焊接到板子上。

7：轮子、马达、较大的塑料板——为车身的组成部分。8：电池——为智能小车的驱动提供电压。9：电池盒——盛装电池。

10：胶带——将板子固定在车身上。

2.3 实践目的

增加智能小车板的制作实践知识，了解智能小车原理图的绘制与智能小车板的制作流程。学习智能小车板的焊接知识与技术。增加智能小车板的制作经验，体会智能小车板的 制作原理提高我们对智能小车的认识。

使智能小车能够在烧入实验程序后能够沿着胶带跑动，显现出正确的实验现象。

第三章 软件设计

3.1 硬件开发的软件介绍 3.1．1 系统控制器的选择

P89V51RB2是一款由美国NXP半导体公司提供的增强型80C51微控制器，包括16KBFlash程序存储器和1KB数据RAM，且功能上完全覆盖标准80C51单片机系列。3.2 电源模块

交流电经过全波电路在经过电容滤波，在经过稳压电源芯片做成稳压电路，输出电压5V、7.2V的直流电源。小车的电机驱动模块的供电电压为7.2V，经过电容滤波后接7805进行稳压，稳压输出5V的电压。提供单片机所需的电压，其电源电路原理图如下图所示：

电机驱动模块

这次电机驱动模块没有采用往年的，直接用三极管构成H桥的形式来驱动电机，而是用继电器来驱动电机，其原理图如下：

3.4 传感检测模块

红外线传感检测电路原理其实很简单，就是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，反射光被装在小车上的接收管接收，80C51内核采集到的电压就是高电平；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光，然后80C51内核采集到的电压就是低电平。其基本原理图如下：

3.2 编程环境介绍

编程环境与实验程序本身有密切的联系。实验程序在不同的编程环境下也可能编译出不同的实验结果。

第四章

系统实现

4.1 硬件实现

4.1 模块驱动程序 4.1.1 电机驱动模块

电机驱动板有四出信号输出端，PWM1，PWM2，DIR1，DIR2，分别控制从而控制两个电机的停止与正反转。其具体程序控制见程序清单如下： void motor_stight()//小车前进 { PWM_1=1;PWM_2=1;DIR_1=0;DIR_2=0;} void motor_right()//小车右转 { PWM_1=1;PWM_2=0;DIR_1=0;DIR_2=0;} void motor_left()//小车左转 { PWM_1=0;PWM_2=1;DIR_1=0;DIR_2=0;} void motor_stop()//小车停止 { PWM_1=0;PWM_2=0;DIR_1=0;DIR_2=0;} 4.1.2 传感检测模块驱动

红外线模块只要80C51单片机向其供5V电压就能工作，然后通过引脚采集其高低电平，就可以根据不同情况做出相应的处理。

第五章 硬件总体调试程序 简单的循迹小车外加遥控模块的程序如下：

4.3 实现效果

烧入实验程序后，智能小车能沿着黑色胶带正常跑动

5.实验心得

第一：在看原理图时，要注意图中各器件的排布情况。

第二：认真仔细地将各个器件焊接到板自上

第三：焊接过程过程中要注意焊锡的使用，用焊锡将器件焊接到板子上。

第四：在调试的过程中，要用万能表检测板子的电路状况，如遇到短路或断路等状况要及时修正直到板子上电路正确为止。

第五：将四块板子一一固定在车身上，用杜邦线将板子与车身连好，注意要认真仔细连接，要避免短路情况，否则可能烧坏器件。

第六：如连接好出现电容器冒烟，电源发热较大则可能出现短路，则要立即拔下连接电源的杜邦线否则可能引起电容器的爆炸。

第七：在调试的过程中，首先检查的是电源线和GND线，其次再按照原理图所示的连线一条一条进行检查。

最后：实验时要小心谨慎，认真执行好实验的每一个步骤，仔细观察实验现象，在实验中得出结论，吸取教训，总结经验，做一个合格的实验者。

结束语：

实验前要备好充分的实验材料，熟记实验步骤。

做实验时，我们要严谨的按照实验步骤一一进行，按部就班，认真的执行好每一步骤。仔细观察实验现象。

实验后认真总结实验经验，吸取教训为下次实验打好基础。

电类专业是一门实践性很强的学科，如果没有很强的动手能力，势必很难做出好的科研成果，而计算机智能控制技术的核心之一就是计算机逻辑设计。

致谢

感谢王祖麟、张振利老师的实验莅临教导和学长们认真努力的教授实验知识给我们；感谢同学间的相互学习与合作；感谢学校给我们提供了一个实验室供我们学习与研究实验

参考文献

[1] 周立功等.《项目驱动-单片机应用设计基础》.北京：北京航空航天大学出版社，2004 [2] 周立功等.《新编计算机基础教程》.北京：北京航空航天大学出版社，2004

附录

完成上述实验后，一辆智能小车也就诞生了。相信在此智能小车实验过程中，我们已经掌握了一定的实验知识，得到了一些实验教训，那我们更应该积累经验，总结教训，争取在下次的实验中做的更好。那就期待下一次的实验吧！

第二篇：智能循迹小车实验报告

摘要

本设计主要有单片机模块、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。本次设计采用STC公司的89C52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，能够轻松识别黑白两色路面，同时具有抗环境干扰能力，电机模块由L298N芯片和两个直流电机构成，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

单片机红外光对管 STC89C52 L298N 1 绪论

随着科学技术的发展，机器人的设计越来越精细，功能越来越复杂，智能小车作为其的一个分支，也在不断发展。在近几年的电子设计大赛中，关于小车的智能化功能的实现也多种多样，因此本次我们也打算设计一智能小车，使其能自动识别预制道路，按照设计的道路自行寻迹。设计任务与要求

采用MCS-51单片机为控制芯片（也可采用其他的芯片），红外对管为识别器件、步进电机为行进部件，设计出一个能够识别以白底为道路色，宽度10mm左右的黑色胶带制作的不规则的封闭曲线为引导轨迹并能沿该轨迹行进的智能寻迹机器小车。方案设计与方案选择

3.1 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。

3.1.1 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。由于以前自己开发板使用的是ATMEL公司的STC89C52，所以让然选择这个芯片作为控制核心部件。STC89C52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。

3.1.2 传感器模块

方案一：使用光敏电阻组成光敏探测器采集路面信息。阻值经过比较器输出高低电平进行分析，但是光照影响很大，不能稳定工作。

方案二：使用光电传感器来采集路面信息。使用红外光电对管，其结构简明，实现方便，成本低廉，没有复杂的图像处理工作，因此反应灵敏，响应时间少。但也存在不足，它能获取的信息是不完全的，容易受很多扰动（如背景光源，高度等）的影响，抗干扰能力较差。

方案三：使用CCD传感器来采集路面信息。使用CCD可以获取大量的图像信息，掌握全面的路径信息，抗干扰能力强，为以后功能的扩展提供方便。但使用CCD需要大量的图像处理工作，进行大量数据的存储和计算，因此电路复杂，实现起来工作量大。

方案四：使用光电对管采集路面信息。RPR220结构紧凑，体积小，调整电路简单工作性能稳定。

可见方案四最适宜，但仅从此项目考虑，方案二成本低，也能完成设计，故选用方案二。3.1.3 电机控制模块

3.1.3.1电机的选择

方案一：采用步进电机，其转过的角度可以精确定位，可实现小车行进过程的精确定位。但步进电机的输出力矩低，随转速的升高而降低，且转速越快下降得越快。

方案二：采用直流电机，其转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，操作方便。速度的调节可以改变电压也可以调节PWM。

基于以上，我们选择了方案二，使用直流电机作为驱动电机。

3.1.3.2电机的驱动

采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片，其操作方便，稳定性好，性能优良。一片L298N就可以分别控制两个直流电机。

3.1.4 电源模块

给整个系统稳定供电以保持其正常工作，包括7.2V的电源以及转5V部分，其中7.2V的是给电机和其驱动供电，5V的用来驱动单片机及其他芯片。

以上单元连接如下图所示： 3.2 软件部分

3.2.1程序流程图

此系统采用89C52单片机，再根据硬件连接，通过相应的软件来完成对信号的采集和数据的分析，再控制小车的运行状态，以下为主程序流程图：

3.2.2程序设计思路

3.2.2.1寻迹模块程序

通过传感器获得路面信息然后反馈给单片机，再通过单片机来实现相应的功能。

3.2.2.2电机驱动模块程序

控制两个直流电机，实现前进、后退、前左转、前右转、停车等功能。各部分电路的作用及电路工作原理分析

4.1 信号采集模块

4.1.1 TCRT500结构与工作原理

TCRT5000(L)具有紧凑的结构发光灯和检测器安排在同一方向上，利用红外光谱反射对象存在另一个对象上，操作的波长大约是950毫米。探测器由光电晶体三极管组成的,它由高发射功率红外光电二极管和高度灵敏光电晶体管组成。通过测试，其检测距离在2mm-10mm。TCRT5000的发射管和接收管是一起封装在矩形塑料壳中，为了使检测更加准确，我们用了5只TCRT5000检测黑线，实物见图4-1。

4.1.2 信号采集电路图及原理

小车在白色地面行驶时，红外发射管发出的红外信号被反射，接收管收到信号后，输出端为低电平，经过比较器比较后输出为低电平。而当红外信号遇到黑色导轨时，红外信号被吸收，接收管不能接收信号，输出端为高电平，经过比较器比较后输出高电平。单片机通过采集每个比较器的输出端电压，便可以检测出黑线的相对位置的位置，从而控制小车的行驶方向。

4.2 信息处理模块

4.2.1 原理

检测到白色路面的红外接收头处理后送出的是低电平，而检测到黑色路线的检测头送出的是高电平，由此可根据这5个红外接收头的高低电平判断路线情况而调整小车前进方向。具体情况有如下几种： a 检测到

1 1 1 1 或

0 0 0 0 0小车应该停止。

b 检测到

0 0 0 0 或

0 1 0 0 0 或 1 0 0 0 说明路线向左偏，小车向左转。

c 检测到

0 0 0 0 1 或

0 0 0 1 0 或

0 0 0 1 1说明路线向右偏，小车向左转。

d 检测到

x x 1 x x（x不全为1）说明线路是直的，小车直走。4.3 电机驱动模块

4.3.1直流电机

给两个电刷A和B加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如上图（b）所示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。

此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。实用中的直流电动机转子上的绕组也不是由一个线圈构成，同样是由多个线圈连接而成，以减少电动机电磁转矩的波动，绕组形式同发电机。

4.3.2电路图

我们采用成品L298N电机驱动模块，采用光电耦合器件隔离单片机与L298N的控制电路，工艺精度高，性能可靠。L298N模块内部通过H桥电路实现直流电机的正转，反转，其原理如下：

如图4-3所示，全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态，S1、S2为一组，S3、S4 为另一组，两组的状态互补，一组导通则 另一组必须关断。当S1、S2导通时，S3、S4关断，电机两端加正向电压，可以实 现电机的正转或反转制动；当S3、S4导 通时，S1、S2关断，电机两端为反向电 压，电机反转或正转制动。

桥驱动电路

4.3.3原理

L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动两台直流电机。系统调试

5.1硬件部分

焊接完成后，首先进行的调试是用数字万用表测量各个电路是否焊接正常，是否有虚焊漏焊等现象的出现，以及各个电容是否是正常的未被击穿状态、电阻的阻值是否与设计的原理图上的一致。接通电源，用数字万用表测量当有+5V的各引脚是否有+5V的电压，测量电路中是否出现了不该有的短路现象。接入光电传感器模块，使各个光电检测器的光电对管靠近白纸，观察对应的发光二极管是否发光，不发光表示正常。然后再使各个光电对管靠近黑线，观察对应的发光二级管是否发光，发光表示正常。

5.2软件部分

我们先测试了小车的前进，停止，左转和右转。组装信号采集模块后，实现小车的自动循迹功能。

具体实现程序见附录一

总结

实验结果如符合实验要求，小车按照黑胶布轨迹前进，并能够及时正确显示小车的行进状态以及行进距离。具体现象如下：

左边传感器检测到黑线，小车左转； 右边传感器检测到黑线，小车右转； 中间传感器检测到黑线，小车直行。从而就可以完成对黑胶布的循迹功能。参考文献

[1]电子信息专业实验教程 赵刚 李佐儒 四川大学出版社 [2]单片机C语言教程 郭天祥 电子工业出版社 [3]模拟电子技术 童诗白 清华大学出版社 附录一 程序：

#include

sbit DJ_left_s = P1^0;//直流电机控制 sbit DJ_left_n = P1^1;

sbit DJ_right_s = P1^2;sbit DJ_right_n = P1^3;

//左转函数

void Turn_right(){ DJ_left_s = 0;DJ_left_n = 1;DJ_right_s = 1;DJ_right_n = 0;}

//右转函数

void Turn_left(){ DJ_left_s = 1;DJ_left_n = 0;DJ_right_s = 0;DJ_right_n = 1;}

//前进函数

void Go_ahead(){ DJ_left_s = 1;DJ_left_n = 0;DJ_right_s = 1;DJ_right_n = 0;}

//停止函数 void Stop(){ DJ_left_s = 0;DJ_left_n = 0;DJ_right_s = 0;DJ_right_n = 0;}

//循迹函数

void xunji(unsigned int m){

if(m==0x7c)

{

Turn_right();

return;

}

if(m&0x10)

{

Go_ahead();

return;

}

if(m&0x0c)

{

Turn_right();

return;

}

if(m&0x60)

{

Turn_left();

return;

} } //主函数 void main(){ while(1){

xunji(P2&0x7c);

}

} 附录二 实物图：

第三篇：智能循迹小车实验报告

摘要

本设计主要有单片机模块、传感器模块、电机驱动模块以及电源模块组成,小车具有自主寻迹得功能。本次设计采用 STC 公司得 89C52 单片机作为控制芯片，传感器模块采用红外光电对管与比较器实现，能够轻松识别黑白两色路面,同时具有抗环境干扰能力，电机模块由 L298N 芯片与两个直流电机构成,组成了智能车得动力系统，电源采用 7、2V 得直流电池,经过系统组装，从而实现了小车得自动循迹得功能.关键词

智能小车

ＳＴＣ89Ｃ52 单片机

Ｌ２98N

红外光对管 1 1 绪论

随着科学技术得发展,机器人得设计越来越精细,功能越来越复杂,智能小车作为其得一个分支，也在不断发展.在近几年得电子设计大赛中，关于小车得智能化功能得实现也多种多样,因此本次我们也打算设计一智能小车,使其能自动识别预制道路，按照设计得道路自行寻迹。2 设计任务与要求

采用 MCS－５１单片机为控制芯片（也可采用其她得芯片），红外对管为识别器件、步进电机为行进部件,设计出一个能够识别以白底为道路色，宽度 10mm左右得黑色胶带制作得不规则得封闭曲线为引导轨迹并能沿该轨迹行进得智能寻迹机器小车。3 方案设计与方案选择

3.1 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。

3.1.1 单片机模块

为小车运行得核心部件,起控制小车得所有运行状态得作用。由于以前自己开发板使用得就是ＡTMＥL 公司得 STC89C５２,所以让然选择这个芯片作为控制核心部件。ＳTＣ8９Ｃ52 就是一种低损耗、高性能、CＭＯS 八位微处理器，片内有 4ｋ字节得在线可重复编程、快速擦除快速写入程序得存储器，能重复写入／擦除 100０次,数据保存时间为十年.其程序与数据存储就是分开得.3.1.2 传感器模块

方案一:使用光敏电阻组成光敏探测器采集路面信息。阻值经过比较器输出高低电平进行分析,但就是光照影响很大，不能稳定工作。

方案二：使用光电传感器来采集路面信息。使用红外光电对管，其结构简明,实现方便,成本低廉,没有复杂得图像处理工作，因此反应灵敏，响应时间少。但也存在不足，它能获取得信息就是不完全得，容易受很多扰动(如背景光源，高度等)得影响,抗干扰能力较差。

方案三：使用 CCD 传感器来采集路面信息。使用 CCD 可以获取大量得图像信息,掌握全面得路径信息,抗干扰能力强,为以后功能得扩展提供方便。但使用CCD 需要大量得图像处理工作，进行大量数据得存储与计算,因此电路复杂，实现起来工作量大。

方案四：使用光电对管采集路面信息。RPＲ2２０结构紧凑，体积小,调整电路简单工作性能稳定。

可见方案四最适宜,但仅从此项目考虑，方案二成本低,也能完成设计,故选用方案二.3.1.3 电机控制模块3、1 1、3 3、1 1 电机得选择 方案一:采用步进电机，其转过得角度可以精确定位，可实现小车行进过程得精确定位.但步进电机得输出力矩低，随转速得升高而降低,且转速越快下降得越快。

方案二:采用直流电机，其转动力矩大，体积小，重量轻,装配简单,操作方便。速度得调节可以改变电压也可以调节 PWＭ。

基于以上，我们选择了方案二，使用直流电机作为驱动电机。

３、１、3 3、２电机得驱动 采用专用芯片 L298N 作为电机驱动芯片，其操作方便，稳定性好,性能优良.一片Ｌ298N 就可以分别控制两个直流电机。

3.1.4 电源模块

给整个系统稳定供电以保持其正常工作,包括７、2Ｖ得电源以及转５V 部分，其中 7、２V 得就是给电机与其驱动供电,5V 得用来驱动单片机及其她芯片。

以上单元连接如下图所示:

3.2 软件部分

３、２、1 1 程序流程图

此系统采用 8９C52 单片机，再根据硬件连接，通过相应得软件来完成对信号得采集与数据得分析，再控制小车得运行状态,以下为主程序流程图:

3、2 2、2 2 程序设计思 路3、2 2、2 2、1 1 寻迹模块程序 通过传感器获得路面信息然后反馈给单片机，再通过单片机来实现相应得功能。3、２、2 2、２ 电机驱动模块程序 控制两个直流电机,实现前进、后退、前左转、前右转、停车等功能.4 各部分电路得作用及电路工作原理分析

4.1 信号采集模块

4.1.1 TC ＲT T ５0 00 结构与工作原理

TCRT50００（L）具有紧凑得结构发光灯与检测器安排在同一方向上,利用红外光谱反射对象存在另一个对象上，操作得波长大约就是 950 毫米。探测器由光电晶体三极管组成得,它由高发射功率红外光电二极管与高度灵敏光电晶体管组成。通过测试,其检测距离在 2mm—10mm。TCRＴ5000 得发射管与接收管就是一起封装在矩形塑料壳中,为了使检测更加准确，我们用了 5 只 TCRT500０检测黑线，实物见图４—１。

4.1.2 信号采集电路图及原理

小车在白色地面行驶时，红外发射管发出得红外信号被反射，接收管收到信号后,输出端为低电平，经过比较器比较后输出为低电平。而当红外信号遇到黑色导轨时，红外信号被吸收,接收管不能接收信号,输出端为高电平，经过比较器比较后输出高电平。单片机通过采集每个比较器得输出端电压，便可以检测出黑线得相对位置得位置，从而控制小车得行驶方向。

4.2 信息处理模块

4.2.1 原理

检测到白色路面得红外接收头处理后送出得就是低电平,而检测到黑色路线得检测头送出得就是高电平，由此可根据这 5 个红外接收头得高低电平判断路线情况而调整小车前进方向。具体情况有如下几种：

ａ

检测到

１ 或 0

0

０

0

0 小车应该停止.b

检测到

０

0

0

０ 或 0

0

0

0 或 1

０

0

0 说明路线向左偏,小车向左转.c

检测到

0

0

0

0

１ 或

0

0

0

0 或 0

０

0

1说明路线向右偏，小车向左转。

d

检测到

x

x

１

x

ｘ(x 不全为 1）

说明线路就是直得,小车直走。

4.3 电机驱动模块

４、3 3、1 1 直流电机

给两个电刷 A 与 B 加上直流电源,如上图(ａ）所示，则有直流电流从电刷 A 流入,经过线圈 abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律,载流导体 aｂ与 cｄ收到电磁力得作用,其方向可由左手定则判定，两段导体受到得力形成了一个转矩,使得转子逆时针转动.如果转子转到如上图（ｂ）所示得位置，电刷 A 与换向片２接触,电刷 Ｂ 与换向片 1 接触，直流电流从电刷 Ａ 流入，在线圈中得流动方向就是 dcｂａ,从电刷 B 流出.此时载流导体 ab 与 cｄ受到电磁力得作用方向同样可由左手定则判定,它们产生得转矩仍然使得转子逆时针转动。这就就是直流电动机得工作原理。外加得电源就是直流得,但由于电刷与换向片得作用,在线圈中流过得电流就是交流得,其产生得转矩得方向却就是不变得。实用中得直流电动机转子上得绕组也不就是由一个线圈构成,同样就是由多个线圈连接而成,以减少电动机电磁转矩得波动,绕组形式同发电机。

４、3 3、2 2 电路图

我们采用成品Ｌ298N 电机驱动模块，采用光电耦合器件隔离单片机与L29８N得控制电路，工艺精度高，性能可靠。L298N 模块内部通过 H 桥电路实现直流电机得正转，反转,其原理如下：

如图 4-3 所示，全桥式驱动电路得 4 只开关管都工作在斩波状态，S1、Ｓ２为一组,S3、S4 为另一组，两组得状态互补，一组导通则 另一组必须关断.当Ｓ1、S2 导通时，S3、S4 关断,电机两端加正向电压，可以实 现电机得正转或反转制动;当 S3、S4 导 通时,S1、Ｓ2 关断,电机两端为反向电 压，电机反转或正转制动。

桥驱动电路 4、3 3、３原理

L2９8Ｎ就是 ST 公司生产得一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用 15 脚封装。主要特点就是:工作电压高，最高工作电压可达 4６Ｖ；输出电流大，瞬间峰值电流可达 3A,持续工作电流为２Ａ；额定功率２５Ｗ。内含两个 H 桥得高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机与步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响得情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作;可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用 L298N 芯片驱动电机，该芯片可以驱动两台直流电机。5 系统调试5、1 1 硬件部分

焊接完成后，首先进行得调试就是用数字万用表测量各个电路就是否焊接正常，就是否有虚焊漏焊等现象得出现，以及各个电容就是否就是正常得未被击穿状态、电阻得阻值就是否与设计得原理图上得一致.接通电源，用数字万用表测量当有+5V 得各引脚就是否有+5V 得电压，测量电路中就是否出现了不该有得短路现象。接入光电传感器模块,使各个光电检测器得光电对管靠近白纸,观察对应得发光二极管就是否发光,不发光表示正常。

然后再使各个光电对管靠近黑线，观察对应得发光二级管就是否发光,发光表示正常.５、2 2 软件部分

我们先测试了小车得前进，停止,左转与右转。组装信号采集模块后，实现小车得自动循迹功能.具体实现程序见附录一6 总结

实验结果如符合实验要求，小车按照黑胶布轨迹前进，并能够及时正确显示小车得行进状态以及行进距离。具体现象如下：

左边传感器检测到黑线，小车左转； 右边传感器检测到黑线,小车右转； 中间传感器检测到黑线，小车直行。

从而就可以完成对黑胶布得循迹功能。7 参考文献

［1]电子信息专业实验教程

赵刚 李佐儒

四川大学出版社 ［2］单片机Ｃ语言教程

郭天祥

电子工业出版社 ［3]模拟电子技术

童诗白

清华大学出版社 附录一

程序：

#iｎｃluｄｅ〈ｒeg52、h＞ sｂｉt DJ_left＿s = P1＾0；

／/直流电机控制 sbit DJ_lｅｆt＿n = Ｐ1^1； sbiｔ DＪ_rigｈt_s = P1^2； sbｉｔ DＪ_right_n = P1^３;//左转函数 voｉd Tuｒｎ_rｉｇｈt（）

｛

DJ_lefｔ_s

= ０;

；1 =

ｎ＿tfel＿JDﻩ DJ_ｒight_s

= 1；

;0 =

n_ｔhｇir＿JDﻩ}

//右转函数 voiｄ Turｎ_ｌｅfｔ（）

{

DＪ_left_s

= 1；

DＪ_lｅｆt_n

＝ ０;

；0 ＝

s_thｇir_JＤﻩ;1 =

ｎ＿thgir_ＪDﻩ｝ //前进函数 vｏid Gｏ＿ahead(){

；１ ＝

s_tfel_JＤﻩ ＤJ＿left_n

＝ 0;

DJ_rigｈｔ_ｓ

= 1;

DＪ_ｒiｇht_n

= 0； ｝ //停止函数 void Stop（）

{

DＪ_leｆｔ_ｓ

= 0；

ＤJ_ｌｅft_n

= 0；

DJ＿righｔ_s

= 0;

;０ =

n_thgir＿JDﻩ} //循迹函数 vｏid xunji（unsigneｄ int ｍ)｛

ﻩ if（m==0x７c）

｛

;)（ｔhgｉｒ_nruTﻩ

;nrｕterﻩﻩ

｝ﻩ)01x０＆m（fｉﻩﻩ

{

ﻩ Ｇo_ａheａｄ（）;

ﻩ

；nruｔｅrﻩ ﻩ }ﻩﻩ

if（m＆0ｘ0ｃ)

ﻩ ｛

；）（ｔhgir_nｒuＴﻩﻩ

ﻩ reｔｕrｎ;

}

ﻩ if（m&0ｘ60)

ﻩ ｛

ﻩ；）(tfel_nruＴﻩ ﻩ

returｎ；

ﻩ ｝ } //主函数 void mａin（）

｛

ｗhile（１)

｛ ﻩ xｕnji（Ｐ2&０ｘ７c)；

｝ ﻩ｝ 附录二

实物图:

第四篇：智能小车课程设计

智能循迹小车

【摘要】

本课题是基于低功耗单片机的智能小车的设计与实现，小车完成的主要功能是能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶。小车系统以单片机为系统控制处器；采用红外传感获取赛道的信息，来对小车的方向和速度进行控制。此外，对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的融合，实现小车的预期功能。

一、实验目的

这次设计智能小车的目的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。

根据老师给的控制要求，和自己的发挥扩充能力，独立的，大胆的去实践，开拓创新，能够将自己的想法体现到实际电路当中去。

二、设计方案

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。

三、各芯片说明 W981216BH-6 一种髙速度同步动态随机存取存储器(SDRAM), 具有 1M 字(words)*4 层(banks)*16 位(bits)的存储结构组织.传输数据带宽最高达 166M 字/秒(-6)。对SDRAM是否访问是突发导向。在一个页面连续的内存位置可在一个1, 2, 4, 8或整页突发访问时长和行选择组由活动命令。列地址自动生成的SDRAM的内部计数器在突发运作。随机栏也可以通过阅读在每个时钟周期提供其地址。该多组特性使交织在内部银行隐藏预充电时间。通过让一个可编程的模式寄存器，该系统可以改变突发长度，延时周期，交错或连续突发最大限度地发挥其性能。W981216BH是在理想的主内存高性能应用。特征：

1、.3V±0.3V电源

2、截至143 MHz时钟频率 3、2,097,152字×4层×16 位组织

4、自动刷新和自刷新

5、CAS 延时：2和3

6、突发长度：1, 2, 4, 8,和整页

7、突发读，写单人模式

8、自动预充电和预充电控制 9、4K刷新周期/ 64 ms

TE28F160C3BD70（快闪记忆体）该设备提供高性能异步的包兼容密度读取与16位数据总线。

该器件提供三种低功耗节电功能：自动节能待机（APS)，,模式和深度掉电模式，这三个功率节省功耗的功能显着增强灵活性

特点：

1、柔性Smart Voltage技术 2.7 V– 3.6 V读/编程/擦除2、1.65 V–2.5 V或2.7 V–3.6 V / O选项 降低整体系统功耗

3、优化架构的代码，数据存储

4、柔性块锁定 锁定/解锁任何座，保护上电

5、低功耗 6、128-bit保护寄存器

SN74LVC1G14 施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阀值电压，分别称为正向阀值电压和负向阀值电压。这种单一的施密特触发器逆变器是专为1.65-V到5.5-V VCC运作。该器件包含一个SN74LVC1G14逆变器和执行布尔函数Y = A。

施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。

利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。施密特触发器的应用：

1、波形变换：可将三角波、正弦波等变换成矩形波

2、脉冲波的整形：数字系统中，矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变，出现上升沿和下降沿出现不够理想的情况，可用施密特触发器整形后，获得较理想的矩形脉冲

3、脉冲鉴幅：幅度不同、不规则的脉冲信号时加到施密特触发器的输入端时，能选择幅度大于欲设值的脉冲信号进行输出。

晶振作用：给单片机正常工作提供稳定的时钟信号。

MAX3221 MAX3221由一条线驱动器，一条线接收器和一个带有±15-kVESD保护的双电荷泵。该器件可满足TIA/EIA-232-F要求，并在一个异步通信控制器和串行端口连接器之间提供接口。电荷泵和四个小型外接电容器可在3V到5.5V电源电压下工作。这些器件在数据信号率达到250 kbit / s和最高的30-V/µs 驱动输出回转率时工作。应用：

1、电池供电，手持，和便携式设备

2、PDAs和掌上PCs

3、笔记本，Subnotebooks和笔记本电脑

4、数码相机

5、移动电话和无线设备

RS232

RS-232是现在主流的串行通信接口之一。

MAX809R 是功能单一的MAX809/MAX810微处理器复位芯片。用于监测微处理器和其它逻辑供应电压系统.它可以在上电、掉电、和节电情况下向微控制器提供复位信号。当电源电压低于预设的门槛电压时，器件会发出复位信号，直到在一段时间内电源电压又恢复到高于门槛电压为止。

MAX809有低电平有效的复位输出，而MAX810有高电平有效的复位输出。典型值是17uA的低电平电流时MAX809/MAX810能理想地用于便携式，电池供电的设备，它们使用3管脚的SOT23封装。

应用：嵌入式控制器、电池供电系统、无线通信系统、PDA和手持式设备

LED FOR DEBUG（LED调试）

LED：发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光

CD4066 CD4066是四双向模拟开关，主要用作模拟或数字信号的多路传输。引出端排列与CC4016一致，但具有比较低的导通阻抗。另外，导通阻抗在整个输入信号范围内基本不变。CD4066由四个相互独立的双向开关组成，每个开关有一个控制信号，开关中的p和n器件在控制信号作用下同时开关。这种结构消除了开关晶体管阀值电压随输入信号的变化，因此在整个工作信号范围内导通阻抗比较低。与单通道开关相比，具有输入信号峰值电压范围等于电源电压以及在输入信号范围内导通阻抗比较稳定等优点。应用：

（1）模拟信号开关/多路复用：信号选通、调制器、静噪控制、解调器、削波器、换向开关

（2）数字信号开关/多路复用

3、传输门逻辑实现

4、模拟到数字及数模转换

5、数字控制频率，阻抗，相位和Analog Signal Gain

VS2576 VS2576系列电压调节器是单片集成电路，提供了所有转换开关调节器的有效功能，在极好的线路和负载调解下具有3A的驱动能力。这种器件适合于3.3V，5V，12V，15V的固定电压，和可调的输出形式。

只需最少数量的外围器件，调节器就会被使用，内部包含有频率补偿和一个固定频率的振荡器。

VS2576系列提供了一个高效的，比较流行的三端线性调节器，他从根根上降低了半导体散热片的尺寸，在许多情况下不需要散热。

现在几个不同的生产商已经生产了由VS2576优化制作的标准的电感器系列，这个特性大大简化了功耗开关模式的设计。

其他特性还包括在指定的输入电压和输出负载条件下，保证±4%输出电压的误差和±10%振荡器频率的误差。还包括外围关闭电路，典型值为50uA备用电流。输出转换还包括在出错条件下，环路电流限制和出于芯片保护热敏关闭电路。主要特点： 1、3.3V，5V，12V，15V的固定电压和可调节的输出形式

2、可调节形式输出电压的范围在1.23V到37V之间（对于高压系列为57V），误差范围±4%

3、保证3A的输出电流

4、输入电压范围，对于高压系列为40V到60V

5、仅仅需要四个外围器件

6、内部振荡器为52kHz的固定频率

7、TTL关断电路能力，低功耗等待模式

8、高效

C39：稳压器二极管

特点：总功耗：

1、最大.1.3 W；

2、工作电压范围：标称3.3 V到75 V(E24范围）

IN5822：3.0安培垒肖特基整流器 RED：交流线路频率分频器

P89LPC938FDH（微控制器（MCU））

8-bit微控制器，带有加速two-clock 80C51核心8 kb的3 V byte-erasable闪光10-bit A/D转换器

该P89LPC938是一种单芯片微控制器，低成本封装，基于一个高性能的处理器结构，指令执行在2到4个时钟周期的指令，六倍标准80C51器件。许多系统级的功能已被纳入P89LPC938，从而减少元件数量，电路板空间。主要特点： 1、256-byte RAM数据存储器和辅助512-byte片上RAM

2、CCU提供PWM,输入捕捉，输出比较功能

3、准确度的内部RC振荡器时不需要外部振荡器的操作组件。该RC振荡器选项可选，并fine可调4、8-input复10-bit的A / D转换器.两个可选择的模拟比较器输入和参考源 功能：

1、一个高性能80C51 CPU提供111 ns指令周期222 ns所有除乘法和除法指令时，在18 MHz。执行，这是六倍的标准80C51性能运行在相同的时钟频率.较低的时钟频率相同的性能结果，降低功耗EMI。

2、串行Flash ICP允许简单的生产与商用EPROM编码程序员。闪光安全 bits防止读数敏感的应用程序。

3、串行Flash ISP允许编码，而该设备是安装在最终应用。

4、在应用中的Flash程序存储器的编程.这允许改变代码在程序运行。

5、看门狗有独立的片内振荡器，无需外部元件。看门狗预分频器有8种选择

AMS1084-3.3 可调和固定的电压调节器AMS1084系列旨在提供5A输出电流和操作到1V input-to-output差距。该装置的漏失电压为保证在最大输出的最大1.5V当前，减少在低负载电流。片上微调调节参考电压1%.电流限制也修剪，超负荷的压力下最小同时在条件稳压器和电源电路。

该AMS1084设备的引脚与老式三端稳压器兼容，并在3铅TO-220 包装，3提供和2铅TO-263（塑胶DD)和TO-252(D PAK)包装。特征：

1、三端可调或固定1.5V, 2.5V, 2.85V, 3.0V, 3.3V, 3.5V和5.0V

2、电流输出5A

3、操作低至1V 漏失

4、线路调整：0.015%

5、负载调整率：0.1%

6、TO-220, TO-263和TO-252封装 应用：

1、高效率线性稳压器

2、用于开关电源的后稳压器

3、微处理器供应

4、电池充电器

5、恒流稳压器

6、笔记本电脑/个人电脑耗材

AMS1117_2.5 AMS1117系列稳压器有可调版与多种固定电压版，设计用于提供1A输出电流且工作压差可低至1V。在最大输出电流时，AMS1117器件的压差保证最大不超过1.3V，并随负载电流的减小而逐渐降低。

AMS1117的片上微调把基准电压调整到1.5%的误差以内，而且电流限制也得到了调整，以尽量减少因稳压器和电源电路超载而造成的压力。

AMS1117器件引脚上兼容其他三端SCSI稳压器，提供适用贴片安装的SOT-223，8引脚SOIC，和TO-252(DPAK)塑料封装。应用： 高效率线性稳压器、用于开关电源的后稳压器、5V到3.3V线性稳压器、电池充电器、积极SCSI终结者、笔记本电脑的电源管理、电池供电的仪器

IN4148是一种小型的高速开关二极管，开关比较迅速，广泛用于信号频率较高的电路进行单向导通隔离,以及通讯、电脑板、电视机电路及工业控制电路中

CORE 双核芯片，即在一枚芯片上封装入两个处理器。

HEADER 5 X 2 5 X2的接插件，用于接线。

复位电路

复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75～5.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。单片机复位电路主要有四种类型：（1）微分型复位电路；（2）积分型复位电路；（3）比较器型复位电路；（4）看门狗型复位电路。

复位电路工作原理：VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。

DS1232LPS 该DS1232LP/LPS芯片低功耗MicroMonitor监视微处理器三个重要条件：电源供应器，软件执行和外部过骑.引脚说明：

PBRST–按键复位输入 TD–延时设置

TOL–选择5%或10% V CC检测 GND–地面

RST–复位输出（高）

RST–复位输出（低电平有效，开漏）意法半导体–选通输入 VCC–+5伏电源

SKP1：扬声器

PDIUSBP11AD PDIUSBP11A是一个通用的USB收发器芯片。USB接口主要用于传输数据。

74HCT541 为八进制非反相缓冲器/线路驱动器与三态输出 特征：

1、非反相输出

2、输出能力：总线 驱动器

3、ICC类别：MSI

四、实验小结

计算机的发展日新月异，其技术也突飞猛进，嵌入式系统是近年来发展很快的计算机方面的学科方向，并迅速渗透到控制、自动化、仪器仪表等学科。

根据本次课程设计要求，我们系统地阅读了大量的资料，并认真分析了设计课题的需求，还系统学习了ARM系列单片机的工作原理及其使用方法，并独自设计智能小车的整个项目。

虽然条件艰苦，但经过不懈钻研和努力，研究所有所需的元器件，并系统的进行了多项试验，最终做出了整个小车的硬件系统，然后结合课题任务和小车硬件进行了程序的编制，本系统能够基本满足设计要求，能够较快较平稳的使小车沿引导线行驶，但由于经验能力有限，该系统还存在着许多不尽人意的地方，有待于进一步的完善与改进。

通过本次课程设计，不仅是对我们课本所学知识的考查，更是对我的自学能力和收集资料能力以及动手能力的考验。本次课程设计使我们对一个项目的整体设计有了初步认识，还认识了几种传感器，并能独立设计出其接口电路，极大的锻炼了我们的思考和分析问题的能力，并对嵌入式系统有了一个更深的认识。

总之，在课程设计的过程中，无论是对于学习方法还是理论知识，我们都有了新的认识，受益匪浅，这将激励我们在今后再接再厉，不断完善自己的理论知识，提高实践运作能力。

第五篇：智能小车设计报告

机器人控制技术

实验设计报告书

题

目：基于STC89C52的智能小车的设计 姓

名：李如发 学

号：073321032 专

业：电气工程及其自动化 指导老师：李东京 设计时间：2010年 6 月

目

录

1.引 言..............................................1 1.1.设计意义......................................1 1.2.系统功能要求..................................1 1.3.本组成员所做的工作............................1 2.方案设计...........................................1 3.硬件设计...........................................2 4.软件设计...........................................7 5.系统调试...........................................7 6.设计总结...........................................8 7.附 录A；源程序.....................................8 8.附 录B；作品实物图片...............................10 9.参考文献..........................................11

16×16点阵LED室内电子显示屏的设计

单片机原理及应用课程设计

基于STC89C52的智能小车的设计

1.引 言

1.1.设计意义

本智能小车的设计，首先针对大学所有学习的知识是一个很好的回顾和总结。此智能小车是基于单片机所设计的，具有自动寻迹能力，在实际的很多方面有应用。当我们进一步的改进机器人系统时，可实现更重要的功能，如可设计出自动扑火机器人等。1.2.系统功能要求

此智能小车是基于STC89C52设计的具有自动寻迹能力的小车。系统可实现跟随黑色引导线行走的能力，在行驶过程中，并能用测速传感器和光电码盘对小车速度实现实时监测。小车在行驶过程中并能实现播放美妙的音乐。1.3.本组成员所做的工作

本组成员有李如发，汪航，黄建安，韩文龙，罗莹，明菲菲，邹珊，江锐，邵进。

李如发：驱动 073321032 汪航： 电源 073522036 黄建安：最小统 073521013 韩文龙：源程序 073522007 罗莹： 传感器 073522038 明飞菲：调试 073522012 邹芬 ： 数码显示 073521025 邵琎 ： 焊接 073522017 江锐 ： 蜂鸣器 073522032

2.方案设计

智能小车主要分为传感器部分，最小系统部分，电机驱动部分，电源部分。根据功能要求，提出合理的设计方案，画出方案方框图，并对系统工作原理进行阐述。

原理，本系统的重要部分是传感器，它对整个小车的定位起到很重要的作用，由传感器检测黑线的位置，其中黑线对光能吸收，白线对光反射。利用此原

16×16点阵LED室内电子显示屏的设计

单片机原理及应用课程设计

理将红外线传感器采集到的信号转换为数字信号并送入单片机，单片机根据收到的信号实时的控制小车的方向。控制小车的方向主要是运用pwm原理来控制电机的平均电压，从而来控制电机的转速，实现小车对黑线的实时跟踪。

3.硬件设计

硬件设计各模块电路图及原理描述 传感器模块

方案1：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。因此我们考虑其他更加稳定的方案。

方案2：用RPR220型光电对管。RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。

方案3：用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。我们选择了此方案。

传感器是整个系统的眼睛，这部分主要运用红外线传感器采集信号送给单片机处理。由于黑色车道对红外线传感器发出的光有吸收能力，白色地方对发出的光反射，从而当传感器在不同的地方产生不同的信号，传送个单片机。单片机根据采集的信号做出实时的处理。

16×16点阵LED室内电子显示屏的设计

单片机原理及应用课程设计

最小系统

最小系统是整个系统的心脏，我们采用的是AT89C52芯片。

80C52单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上[2]。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。

驱动模块

方案1：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

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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。

方案2：对于直流电机用分立元件构成驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。

因此我们选用了方案1。

由于最小系统和电机驱动部分的电压幅值不一样，而且电机是感性负载，在制动时可能反馈电流，因此要在最小系统和驱动模块之间采用光电隔离，所以用到了光电隔离芯片,TPL521-4

由于光耦芯片的引脚不够所以在之后采用了一片反相器74HCT14，反相器图如下

L298是双H桥高电压大电流功率集成电路，直接采用TTL逻辑电平控制，可用来驱动继电器、线圈、直流电动机、步进电动机等电感性负载。它的驱动电压可达46V，直流电流总和可达4A。其内部具有2个完全相同的PWM功率放大回路。由L298构成的PWM功率放大器的工作形式为单极可逆模式。12个H桥的下侧桥晶体管发射极连在一起，其输出脚(1和15)用来连接电流检测电阻。第9脚接逻辑控制部分的电源，常用+5V，第4脚为电机驱动电源，本系统中为40V，第5，7，10，12脚输入标准TTL逻辑电平，用来控制H桥的开和关，16×16点阵LED室内电子显示屏的设计

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第6，II脚则为使能控制端。当Vs=40V时，最高输出电压可达35V，连续电流可达2A。

L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动两台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。电动 机的转速由单片机调节PWM信号的占空比来实现。

L298驱动电路图

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PWM调速器的硬件组成

在整个PWM调速器中，CPU既是运算处理中心，又是控制中心，是最关键的器件。本系统中选用与MCS-51系列完全兼容的AT89C52单片机，它是一种低功耗、高性能、CMOS八位微处理器。片内具有8K字节的在线可重复编程快擦快写程序存储器，128x8位内部RAM，AT89C52可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，提高系统可靠性，降低系统成本。

电源模块

电源中我们采用LM7805稳压芯片将12v直流电源稳压成5v直流源。方案1： 采用10节1.5V干电池供电，电压达到15V，经7812稳压后给支流电机供电，然后将12V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。但干电池电量有限，使用大量的干电池给系统调试带来很大的不便，因此，我们放弃了这种方案。

方案2：采用3节4.2V可充电式锂电池串联共12.6V给直流电机供电，经过7812的电压变换后给支流电机供电，然后将12V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。锂电池的电量比较足，并且可以充电，重复利用，因此，这种方案比较可行。但锂电池的价格过于昂贵，使用锂电池会大大超出我们的预算，因此，我们放弃了这种方案。

方案3：采用12V蓄电池为直流电机供电，将12V电压降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。虽然蓄电池的体积过于庞大，在小型电动车上使用极为不方便，但由于我们的车体设计时留出了足够的空间，并且蓄电池的价格比较低。因此我们选择了此方案。下:

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4.软件设计

程序流程图

5.系统调试

本系统的设计是首先完成每一小部分的设计，因此我们在没完成一个模块时就回检测调试该模块。在初次调试时我们采用的电源是又单片机开发板所带的的电源来调试的。调试过程中我们就发现了很重要的问题，由于对本设计的很多模块的没有共同的接地使得很多模块无法工作，我们的解决办法是12v的直流源稳压来供给所以的模块，然后将所以的模块连接共同的地。在驱动模块的调试中发现当光耦芯片给定信号时对lm298的输出没有反应。我们在检验时发现是由于在光耦芯片后部焊接没有焊好，出现了虚焊。在重新焊接好后，芯片正常工作。分

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块调试传感器时，我们将传感器导通，用黑色物体将传感器发射部分盖住检测输出，在将黑色物体移开，再检测输出。

6.设计总结

本文是关于基于单片机的智能小车的设计，在共同的努力下，各部分的设计均成功，在调试过程中都无误。本次设计最终实现了直流电机的动态调压，电源正常输出供电，数码管动态显示数据，蜂鸣器播放美妙的音乐，小车实现简单的转弯功能。由于本次设计中尚存在些缺陷和对寻迹程序编写困难，实现的功能不是很完美，但要求的所有功能基本实现。

本次设计中，从中的体会很多

1、本次的设计可以说设计到大学所学到的所有专业知识，是对大学所学知识的一个整体的回顾。

2、在设计中，不能一气呵成，因为所有的电路图都是自己设计的，图中尚存在不足，所以要反复的琢磨和修改。

3、设计中要注意对每焊完一部分，都要独立的进行检查调试，及时的发现错误，及时的修改

4、本次最重要的收获是从中我们看到了团队合作的重要性，任何事都不是一个人所能完成的，需要大家的共同努力才能获得最后的成功。

7.附 录A；源程序

源程序代码（主要语句要有注释）。循迹的程序 #include #define uint unsigned int void delay(uint);

sbit R=P2^0;//右边传感器 sbit L=P2^1;//左边传感器 sbit RM1=P1^1;sbit RM2=P1^2;//右边电机 sbit LM1=P1^3;sbit LM2=P1^4;//左边电机 void main(){

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RM1=1;

RM2=0;

LM1=1;

LM2=0;

delay(5);

while(1)

{

if((L==1)&&(R==1))//小车前进 {

RM1=1;

RM2=0;

LM1=1;

LM2=0;

delay(5);

}

else if((L==1)&&(R==0))//小车右偏

{

RM1=1;

RM2=0;

LM1=0;

LM2=1;

//左边的电机停止转动，右边的电机转动，这样就实现了左转

delay(10);

}

else if((L==0)&&(R==1))//小车左偏

{

RM1=0;

RM2=1;

LM1=1;

LM2=0;

//右边的电机停止转动，左边的电机转动，这样就实现了右转

delay(10);}

else if((L==0)&&(R==0))//小车停车

{

RM1=0;

RM2=1;

LM1=0;

LM2=1;delay(5);

}

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else

//左右两个电机同时启动，直线前进

{

RM1=1;

RM2=0;

LM1=1;

LM2=0;

}

}

delay(10);

}

void delay(uint z)

{

uint a,b;for(a=z;a>0;a--)for(b=120;b>0;b--);}

8.附 录B；作品实物图片

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9.参考文献

[1] Mark Nelson著.潇湘工作室译.串行通信开发指南[M].中国水利水电出版社，2002.[2] 王宜怀.单片机原理及其嵌入式应用教程[M].北京希望电子出版社，2002.[3] 张毅刚.单片机原理及应用.高等教育出版社，2009 [4] 康华光.电子技术基础（模拟部分）.高等教育出版社.2006