基于单片机设计智能小车的参考文献

第一篇：基于单片机设计智能小车的参考文献

参考文献

[1] 赵海兰.基于单片机的红外遥控智能小车的设计[J].无线互联科技, 2011年3期.[2] 何立民.单片机技术的现状与未来[J].中国计算机报, 2012年 No：30.[3] 姚培等.基于单片机控制的智能循迹避障小车[J].机电信息，2010年12期.[4] 赵振德.多功能遥控智能小车的制作[J].电子制作, 2011年4期.[5] 李瀚霖等.智能小车研究与设计[J].科技致富向导，2011年26期.[6] 周淑娟.基于单片机智能寻迹小车的设计方案[J].工业技术与职业教育,2011年6月第9卷第2期.[7] 黄杰.基于模糊控制的智能车辆设计[J]．中国科技信息，2010.20.[8] 陈铁军.智能控制理论及应用[M].北京：清华大学出版社，2009.1.[9] 张毅刚，彭喜元，彭宇.单片机原理及应用[M]，高等教育出版社，2010.5.[10] 刘南平.电子产品设计与制作技术[J].科学出版社，2008.[11] 杨刚.电子系统设计与实践[J].电子工业出版社，2009.3.[12] 寸晓非.基于飞恩卡尔的智能循迹车设计.荆楚学院报，2012.04.[13] 隋研.基于数字PID的智能小车控制[J].杂志商店,2012.06 [14] 张友德.单片机原理与应用技术.机械工业出版社,2004 [15] 吴黎明.数字控制技术.科学出版社,2009.11.

第二篇：智能小车设计文献综述

智能小车设计文献综述

智能小车设计文献综述

摘要：随着电子工业的发展，智能技术广泛运用于各种领域，智能小车不仅在工业智能化上得到广泛的应用，而且运用于智能家居中的产品也越来越受到人们的青睐。国外智能车辆的研究历史较长。相比于国外，我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家但是也取得了一系列的成果。随着人工智能技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，智能控制将有广阔的发展空间。本设计的智能小车利用红外对管检测黑线与障碍物，并以单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。并对智能小车研究现状以及未来的应用与发展前景做一个全方面的介绍。关键词:智能技术，自动循迹，避障 前言

随着电子技术、计算机技术和制造技术的飞速发展，数码相机、DVD、洗衣机、汽车等消费类产品越来越呈现光机电一体化、智能化、小型化等趋势。智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。智能小车，也称轮式机器人，是一种以汽车电子为背景，涵盖控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多科学的科技创意性设计，一般主要路径识别、速度采集、角度控制及车速控制等模块组成。一般而言,智能车系统要求小车在白色的场地上,通过控制小车的转向角和车速,使小车能自动地沿着一条任意给定的黑色带状引导线行驶[1]。智能小车运用直流电机对小车进行速度和正反方向的运动控制，运用直流电机对小车进行速度和正反方向的运动控制，通过单片机来控制直流电机的工作，从而实现对整个小车系统的运动控制。智能小车的发展历史、国内外研究现状

2.1 国外研究现状

国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪50年代。它的发展历程大体可以分成三个阶段[2][3][4]：

第一阶段，20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。1954年美国Barrett Electronics 公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统AGVS（Automated Guided Vehicle System）。该系统只是一个运行在固定线路上的拖车式运货平台，但它却具有了智能车辆最基本得特征即无人驾驶。早期研制AGVS的目的是为了提高仓库运输的自动化水平，应用领域仅局限于仓库内的物品运输。随着计算机的应用和传感

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技术的发展，智能车辆的研究不断得到新的发展。

第二阶段，从80年代中后期开始，世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目于1986年开始了在这个领域的探索。在美洲，美国于1995年成立了国家自动高速公路系统联盟（NAHSC），其目标之一就是研究发展智能车辆的可能性，并促进智能车辆技术进入实用化。在亚洲，日本于1996年成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶研究会，主要目的是研究自动车辆导航的方法，促进日本智能车辆技术的整体进步。进入80年代中期，设计和制造智能车辆的浪潮席卷全世界，一大批世界著名的公司开始研制智能车辆平台。

第三阶段，从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模研究阶段。最为突出的是，美国卡内基.梅隆大学（Carnegie Mellon University）机器人研究所一共完成了Navlab系列的10台自主车（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了显著的成就。

目前，智能车辆的发展正处于第三阶段。这一阶段的研究成果代表了当前国外智能车辆的主要发展方向。在世界科学界和工业设计界中，众多的研究机构研发的智能车辆具有代表性的有：

德意志联邦大学的研究，1985年，第一辆VaMoRs智能原型车辆在户外高速公路上以100km/h的速度进行了测试，它使用了机器视觉来保证横向和纵向的车辆控制。1988年，在都灵的PROMRTHEUS项目第一次委员会会议上，智能车辆维塔（VITA,7t）进行了展示，该车可以自动停车、行进，并可以向后车传送相关驾驶信息。这两种车辆都配备了UBM视觉系统。这是一个双目视觉系统，具有极高的稳定性。

荷兰鹿特丹港口的研究，智能车辆的研究主要体现在工厂货物的运输。荷兰的Combi road系统，采用无人驾驶的车辆来往返运输货物，它行驶的路面上采用了磁性导航参照物，并利用一个光阵列传感器去探测障碍。荷兰南部目前正在讨论工业上利用这种系统的问题，政府正考虑已有的高速公路新建一条专用的车道，采用这种系统将货物从鹿特丹运往各地。

日本大阪大学的研究，大阪大学的Shirai实验室所研制的智能小车，采用了航位推测系统（Dead Reckoning System），分别利用旋转编码器和电位计来获取智能小车的转向角，从而完成了智能小车的定位。另外，斯特拉斯堡实验中心、英国国防部门的研究、美国卡内基梅隆大学、奔驰公司、美国麻省理工学院、韩国理工大学对智能车辆也有较多的研究。

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2.2 国内研究现状

相比于国外，我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，开始于20世纪80年代。而且大多数研究处在于针对某个单项技术研究的阶段。虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家，并且存在一定得技术差距，但是我们也取得了一系列的成果[5 ]，主要有：

（1）中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院与2003年研制成功我国第一辆自主驾驶轿车。该自主驾驶轿车在正常交通情况下的高速公路上，行驶的最高稳定速度为13km/h,最高峰值速度达170km/h，并且具有超车功能，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。

（2）南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了7B.8军用室外自主车，该车装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位等传感器。计算机系统采用两台Sun10完成信息融合、路径规划，两台PC486完成路边抽取识别和激光信息处理，8098单片机完成定位计算和车辆自动驾驶。其体系结构以水平式结构为主，采用传统的“感知-建模-规划-执行”算法，其直线跟踪速度达到20km/h，避障速度达到5-10km/h。

智能车辆研究也是智能交通系统ITS的关键技术。目前，国内的许多高校和科研院所都在进行智能交通系统ITS（Intelligent Transport System）关键技术、设备的研究。随着ITS研究的兴起，我国已形成一支ITS技术研究开发的技术专业队伍。并且各交通、汽车企业越来越加大了对ITS及智能车辆技术研发的投入，整个社会的关注程度在不断提高。交通部已将ITS研究列入“十五”科技发展计划和2010年长期规划。相信经过相关领域的共同努力，我国ITS及智能车辆的技术水平一定会得到很大提高。

目前学术界对智能小车的研究也很多，桂林理工大学黄建能等[2]设计的无线遥控小车，其由四部分组成：主控模块、无线通信模块、电机驱动模块和电源模块。主控模块采用STC89C52单片机作为处理器；无线通信模块采用芯片 PT2262和 PT2272实现无线收发；用内置两个H桥的 L298芯片驱动直流电机实现对小车的控制，实现前进、后退，左转、右转以及加速、减速的动作。整个无线遥控小车系统具有体积小、成本低、操作简单等优点，并具有一定的可扩展性。

于连国、李伟等[6]设计了自动往返的智能电动车，其采用 STC89C51 单片机作为小车的检测和控制核心；使用红外传感器检测跑道黑线并把反馈到的信号传给单片机，能够使小车在各区域均能按预定的速度行驶。

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葛广军,杨帆[7]设计了一种能够自动循迹的智能小车。该智能小车的控制系统以单片机MC912DG128为核心,由路径识别、车速检测、舵机控制、直流电机、电机驱动芯片LMD18200和电压转换芯片LM7525等模块组成，并详细阐述了控制系统的组成原理和软硬件设计。实验的结果表明：该控制系统具有循迹效果好、性能稳定等优点。

董涛,刘进英等[8]设计并制作了一种具有红外遥控、自动避障、智能寻径等功能的智能小车，该车以玩具小车为车体,直流电机及其控制电路为整个系统的驱动部分，STC89C52单片机为整个系统的控制核心,采用IRM-2638红外一体接收头接收控制信号实现对小车的遥控,加以多种传感器以实现小车的自动避障与智能寻径等功能，该小车还配备了两块数码显示管，以便实时观察小车状态。该小车工作稳定，还可用于各种机器人比赛。

姜宝华、齐强等[9]基于STC89C52RC单片机设计了一种遥控智能小车。小车具有自动、遥控两种模式。该小车在遥控模式下小车可在1公里范围遥控到达指定位置，并在手持设备上显示小车位置坐标；自动模式下在封闭环境输入任意坐标，小车可自动运行到该位置。

可以预计，我国飞速发展的经济实力将为智能车辆的研究提供一个更加广阔的前景。我们要结合我国国情，在某一方面或某些方面，对智能车进行深入细致的研究，为它今后的发展及实际应用打下坚实的基础。智能小车设计构想

智能车辆是集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，是智能交通系统的一个重要组成部分。本次设计对智能小车的控制系统进行了研究，设计实现一个基于路径规划处理的智能小车控制系统，实现智能小车最基本的两个功能：循迹、避障。

3.1 主控系统

方案1：采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器。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。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合为大规模控制系统的控制核心。但本设计不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度要求也不是非常高。且从使用及经济角度考虑我放弃了此方案。

方案2：采用51单片机作为整个系统的核心[7]，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而

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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。

综上所述，我采用了方案二。

3.2 电机驱动模块

方案1：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,可靠性不高。

方案2：采用电阻网络或数字电位器调节电动机的分压，从而达到分压的目的。但电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般的电动机电阻很小，但电流很大，分压不仅回降低效率，而且实现很困难。

方案3：采用功率三极管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，加速能力强，采用由达林顿管组成的 H型桥式电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高，H型桥式电路保证了简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的 PWM调速技术。

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。因此决定采用使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。

综合考虑，本设计选择了方案三。

3.3 循迹模块

方案1：采用简易光电传感器结合外围电路探测，但实际效果并不理想，对行驶过程中的稳定性要求很高，且误测几率较大、易受光线环境和路面介质影响。在使用过程极易出现问题，而且容易因为该部件造成整个系统的不稳定。故最终未采用该方案。

方案2：采用两只红外对管，分别置于小车车身前轨道的两侧，根据两只光电开关接受到白线与黑线的情况来控制小车转向来调整车向，测试表明，只要合理安装好两只光电开关的位置就可以很好的实现循迹的功能。

方案3：采用三只红外对管，一只置于轨道中间，两只置于轨道外侧，当小车脱离轨道时，即当置于中间的一只光电开关脱离轨道时，等待外面任一只检测到黑

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线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线（即回到轨道）再恢复正向行驶。现场实测表明，小车在寻迹过程中有一定的左右摇摆不定，虽然可以正确的循迹但其成本与稳定性都次于第二种方案。

综合考虑，本设计选择方案二。

3.4 避障模块

方案1：采用一只红外对管置于小车中央。其安装简易，也可以检测到障碍物的存在，但难以确定小车在水平方向上是否会与障碍物相撞，也不易让小车做出精确的转向反应。

方案2：采用二只红外对管分别置于小车的前端两侧，方向与小车前进方向平行，对小车与障碍物相对距离和方位能作出较为准确的判别和及时反应。

方案3：采用一只红外对管置于小车右侧。通过测试此种方案就能很好的实现小车避开障碍物，且充分的利用资源而不浪费。

综合考虑，本设计选择方案二。设计原理简述

4.1 循迹原理

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。单片机就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15cm。对于发射和接收红外线的红外探头，可以自己制作或直接采用集成式红外探头。

当小车在白色地面行驶时，装在车下的红外发射管发射红外线信号，经白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信号，那么图中光敏三极管将导通，比较器输出为低电平；当小车行驶到黑色引导线时，红外线信号被黑色吸收后，光敏三极管截止，比较器输出高电平，从而实现了通过红外线检测信号的功能。将检测到的信号送到单片机I/O口，当I/O口检测到的信号为高电平时，表明红外光被地上的黑色引导线吸收了，表明小车处在黑色的引导线上；同理，当I/O口检测到的信号为低电平时，表明小车行驶在白色地面上。

循迹流程框图如图4.1所示。

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开始前进N是否检测到黑线Y左转Y判断是否是左边检测到黑线N右转

图4.1 循迹流程框图

4.2 红外避障原理

避障传感器基本原理，和循迹传感器工作原理基本相同，利用物体的反射性质。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调小车两轮工作，完成一个漂亮的躲避障碍物动作传。

跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子—空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子—空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。

红外避障流程框图如图4.2所示。

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开始前进N左转是否检测到障碍物NY左红外是否检测到障碍物N左右红外对管都检测到障碍物YY右转后退

图4.2 红外避障流程图 总结及展望

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。智能机器人正在代替人们完成这些任务，凡不宜有人直接承担的任务，均可由智能机器人代替，可以适应不同环境，不受温度、湿度等条件的影响，完成危险地段，人类无法介入等特殊情况下的任务，智能小车就是其中的一个体现。对于智能小车研究还可以从以下方向展开：在小车上装摄像头进行实时视频监控采集，通过无线传给远端的主机，主机可以发送命令给小车，执行相应的动作等等。还可以扩展其他的模块。就可以广泛的应用于科学研究、地质勘探、危险搜索、智能救援等。

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参考文献

[1] 赵海兰.基于单片机的红外遥控智能小车的设计[J].无线互联科技, 2011年3期 [2] Dickmanns E D,etc.The Seeing Passenger Car “Vamors-P” Proc 1994 IEEE Symposia on Intelligent Vehicles.IEEE Press Piscataway,1994,10(5):68-73 [3] Maurer M.Vamors-p——An Advanced Platform for Visual Autonomous Road Vehicl Guidance.In:SPIEConfon Mobile Robots IX.Boston,1994,12(3):239-248 [4] Broggi A, Bertozzi M, Faseioli A et al.Automatic vehicle guidance:the experience of the ARGO autonomous vehicle.Singapore:World Scientific PubllshingCo, 1998:23-24 [5] 尹念东.智能车辆的研究及前景[J]．上海汽车，2002.2 [6] 于连国,李伟,王妍玮.基于单片机的智能小车设计[J]林业机械与木工设备,2011, Vol.39,No.4:39-41.[7] 葛广军,杨帆.基于单片机的智能小车控制系统设计.[J]河南城建学院学报, 2011, Vol.20,No.3:47-50.[8] 董涛,刘进英,蒋苏.基于单片机的智能小车的设计与制作[J]计算机测量与控制, 2009, Vol.17,No.2:380-382.[9] 姜宝华,齐强.基于单片机的无线遥控智能小车的设计与制作[J]计算机测量与控制, 2013,（2）:24-25.[10] 王晶.智能小车运动控制技术研究.硕士论文,武汉:武汉理工大学,2009

第三篇：基于89C51单片机的智能小车设计

湖北轻工职业技术学院

单片机实训报告

题

姓

学

专 目：基于STC89C52的智能小车设计 名：刘

加

象 号：20110302113 业：电子信息工程技术

指导老师：何

伶

俐 日

期：2013-01-06

信息工程系电信教研室

目录

引言...............................................................................................................................3 一 整体方案设计.........................................................................................................4 1.1整体方案设计的思路............................................4 1.2整体方案的流程图..............................................4 二 智能小车系统概况.................................................................................................4 2.1恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N...................................................................4 2.2直流电机简介..................................................5 2.3显示模块的综合概括............................................7 三 模块方案比较与论证：.........................................................................................9 3.1 电机模块的选择..............................................9 3.2 电机驱动模块的选择..........................................9 3.3 控制器模块的选择............................................9 四 系统硬件电路设计...............................................................................................11 4.1 显示模块的设计.............................................11 4.2 直流电机的驱动模块.........................................12 五 软件的简单介绍...................................................................................................14 5.1 KEIL的简介..................................................14 5.2 PROTUES的简介................................................14 5.3 STC_ISP_V483的简介.........................................15 六 结论.......................................................................................................................18 七 致谢.......................................................................................................................18 参考文献.....................................................................................................................19 附录一：实物图.........................................................................................................20 图1实物图.................................................................................................................20 图2实物图.................................................................................................................21 附录二：总程序.........................................................................................................21

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引言

随科学技术的进步，智能化和自动化技术越来越普及，也广泛应用于机器人玩具制造领域，使智能机器人越来越多样化。智能机器人是一个多种高新技术的集成体，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术。而随着社会的不断发展，智能设备的不断出现，无线遥控的运用也越来越广泛。无线遥控器由于控制距离远，抗干扰性强，已越来越多的出现在生活的各个方面。本文使用了一款通用的无线遥控电路，基于STC89C52作为控制核心，采用专用编码解码电路，由于其体积小、功能强大，因此可非常方便的移植到遥控机器人、遥控小车上等，并实现远距离控制。在早期，遥控小车并不少见，但大多产品制造简单，实现的功能少，往往只有一些简单的功能，例如左转右转，前进后退等，大多采用红外控制，外加一些复杂的电路组合而成。遥控小车的使用者针对的是小孩子，但笨重的设备和昂贵的价格往往让许多小孩的甜美梦想落空。在现在，用单片机进行无线遥控小车的方案，利用较少的外设实现了基本的功能。其较强的抗干扰性使得该遥控器具有很好的通用性其功能也日趋完善。其中包括防撞防爆系统和基本的方向控制，另外在行进中可以尽享柔美的音乐，看美丽的灯光随音律而闪烁，让孩子玩得更开心！此外，电路的简化，材料的减少使得价格也降低了不少，真的是物美价廉，可以为孩子的童年再添一些笑语。

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一 整体方案设计

1.1整体方案设计的思路

利用红外线传感器发射和接收信号模块来控制单片机，让单片机翻译传输指令，从而实现相应的功能。具体的过程如下：四路红外传感器，每一路发射一个信号，检测接收到的信号，若出现高电平，则说明该方向前方有障碍物，则单片机控制电机正转和反转，从而实现绕开障碍物继续前行。同时还增加一个无线发射和无线接收模块控制单片机，让单片机翻译传输指令，从而实现相应的功能。无线发射模块发出指令，无线接收模块接收信号后，传递给单片机，单片机翻译接收到信号后，传输给驱动电路驱动电机旋转，从而实现让小车的前进、后退、左转和右转。1.2整体方案的流程图

基于单片机STC89C52整体设计的智能小车，根据原来设计的思路上画出了相对应的流程路，由于是整体结构图，就只是画出了大致的结构流程，而细节将在后面做出介绍。

图1整体方案的流程图 二 智能小车系统概况

2.1恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO

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口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。

L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46 V。输出电流可达2．5A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。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一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB连接控制使能端，控制电机的停转。表1是L298N功能逻辑图。In3，In4的逻辑图与表1相同。由表1可知EnA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当EnA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。等。

图2单片机利用L298控制电机的原理图

15脚是输出电流反馈引脚，其它与L298相同。在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。上图是其与51单片机连接的电路图 2.2直流电机简介 2.2.1直流电机的应用

电动机简称电机，是使机械能与电能相互转换的机械，直流电机把直流电能变为机械能。作为机电执行元部件，直流电机内部有一个闭合的主磁路。主磁通在主磁路中流动，同时与两个电路交联，其中一个电路是用以产生磁通的，称为激磁电路；另一个电路是用来传递功率的，称为功率回路或电驱回路。现行的直流电机都是旋转电驱式，也就是说，激磁绕组及其所包围的铁芯组成的磁极为定子，带换向单元的电驱绕组和电驱铁芯结合构成直流电机的转子。直流电机有以下4方面的优点：

1)调速范围广，且易于平滑调节。

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2)3)4)过载、启动、制动转矩大。易于控制，可靠性高。调速时的能量损耗较小。

所以，在调速要求高的场所，如轧钢机、轮船推进器、电机、电气铁道牵引、高炉送料、造纸、纺织、拖动、吊车、挖掘机械、卷扬机拖动等方面，直流电机均得到广泛的应用。

2.2.2直流电机的基本工作原理

直流电机工作原理：当电刷A,B接在电压为U的直流电源上时，若电刷A是正电位，B是负电位，在N极范围内的导体ab中的电流是从a流向b，在S极范围内的导体cd中的电流是从c流向d。载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，因此ab与cd两导体都受到电磁力的作用。根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电机左手定则判断，ab边受力的方向是向左的，而cd边则是向右的。由于磁场是均匀的，导体中流过的又是相同的电流，所以ab边和cd边所受电磁力的大小相等。这样，线圈上就受到了电磁力的作用而按逆时针转动。当线圈转到磁极的中性面上时，线圈中的电流等于零，电磁力等于零，但是由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈转过半周之后，虽然ab与cd的位置调换了，ab边转到S极范围内，cd边转到N极范围内，但是由于换向片和电刷的作用，转到N极下的cd边中电流方向也变了，是从d流向c，在s极下的ab边中的电流则是从b流向a。因此电磁力的方向仍然不变，线圈仍然受力按逆时针方向转动。可见，分别处在N,S极范围内的导体中电流方向总是不变的，因此线圈两个边的受力方向也不变，这样线圈就可以按照受力方向不停地旋转，通过齿轮或皮带等机构的传动，便可以带动其他机械工作。

从以上分析可以看到，要使线圈按照一定的方向旋转，关键问题是当导体从一个磁极范围转到另一个异性磁极范围时（也就是导体经过中性面后），导体中电流的方向也要同时改变，换向器和电刷就是完成这一任务的装置。在直流电机中，换向器和电刷把输入的直流电变为线圈中的交流电。可见，换向器和电刷是直流电机中不可缺少的关键部件。

当然，在实际的直流电机中，不只有一个线圈，而是有许多线圈牢固地嵌在转子铁芯槽中，当导体中通过电流在磁场中因受力而转动时，就带动整个转子旋转，这就是直流电机的基本工作原理。2.2.3直流电机的参数

转矩-电机得以旋转的力矩，单位为㎏•m或N•m。

转矩系数-电机所产生转矩的比例系数，一般表示每安培电驱电流所产生的转矩大小。

摩擦转矩-电刷、轴承、换向单元等因摩擦而引起的转矩损失。

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启动转矩-电机启动时所产生的旋转力矩。

转速-电机旋转的速度，工程单位为r/min，即转每分。在国际单位制中为rad/s，即弧度每秒。

电枢电阻-电枢内部的电阻，在有刷电机里一般包括电刷与换向器之间的接触电阻，由于电阻中流过电流时会发热，因此总希望电枢电阻尽量小。

电枢电感-因为电枢绕组由金属线圈构成，必然存在电感，从改善电机运行性能的角度来说，电枢电感越小越好。

电气时间常数-电枢电流从零开始达到稳定值的63.2%时所经历的时间。测定电气时间常数时，电机应处于堵转的状态并施加阶跃性质的驱动电压。工程上，常常利用电动机转子的转动惯量J、电枢电阻Ra、电机反电动势系数Ke和转矩系数Kt求出机械时间常数：

Tm（J*Ra）（/Ke*Kt）„1-1 转动惯量-具有质量的物体维持其固有运动状态的一种性质。

反电动势系数-电机旋转时，电枢绕组内部切割磁力线所感应的电动势相对于转速的比例系数，也称发电系数或感应电动势系数。

功率密度-电机每单位质量所能获得的输出功率值。功率密度越大，电机的有效材料的利用率就越高。

转子-rotor；定子-stator；电枢-armature；励磁-excitation。2.3显示模块的综合概括

显示模块包括：LCD1602,温度传感器DS18B20,时钟芯片DS1302三个部分组成。

2.3.1LCD1602的简介

1602B可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0-D7，和RS、R/W、EN三个控制端口，工作电压为5V，并且带有字符对比度调节和背光。该模块也可以只用D4-D7作为四位数据分两次传送。这样的话可以节省MCU的I/O口资源。1602B引脚说明如下：

表2.3 LCD液晶显示器各引脚功能及结构

编号 1 2 3 4 符号 VSS VDD VL RS

引脚说明 电源地 电源正极 对比度调节 数据/命令选择

编号 9 10 11 12

符号 D2 D3 D4 D5

引脚说明 双向数据口 双向数据口 双向数据口 双向数据口

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湖北轻工职业技术学院 6 7 8 R/W E D0 D1

读/写选择 模块使能端 双向数据口 双向数据口 14 15 16

D6 D7 BLK BLA

双向数据口 双向数据口 背光源地 背光源正极

注意事项：从该模块的正面看，引脚排列从右向左为：15脚、16脚，然后才是1－14脚(线路板上已经标明): VDD：电源正极，4.5－5.5V，通常使用5V电压；

VL：LCD对比度调节端，电压调节范围为0－5V。接电源的正极时对比度最弱，接地电源时对比度最高，但对比度过高时会产生“鬼影”，因此通常使用一个10K的电位器来调整对比度，或者直接串接一个电阻到地；

RS：MCU写入数据或者指令选择端。MCU要写入指令时，使RS为低电平；MCU要写入数据时，使RS为高电平；

R/W：读写控制端。R/W为高电平时，读取数据；R/W为低电平时，写入数据； E：LCD模块使能信号控制端。写数据时，需要下降沿触发模块。D0－D7：8位数据总线，三态双向。如果MCU的I/O口资源紧张的话，该模块也可以只使用4位数据线D4－D7接口传送数据。本充电器就是采用4位数据传送方式；

BLA：LED背光正极。需要背光时，BLA串接一个限流电阻接VDD，BLK接地，实测该模块的背光电流为50mA左右；

BLK：LED背光地端。

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三 模块方案比较与论证：

3.1 电机模块的选择

方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。经综合比较考虑，我们放弃了此方案。

方案 2：直流电机：直流电机的控制方法比较简单，只需给电机的两根控制线加上适当的电压即可使电机转动起来，电压越高则电机转速越高。对于直流电机的速度调节，可以采用改变电压的方法，也可采用PWM调速方法。PWM调速就是使加在直流电机两端的电压为方波形式，通过改变方波的占空比实现对电机转速的调节。

基于以上分析，我们选择了方案二，使用直流电机作为电动车的驱动电机。3.2 电机驱动模块的选择

方案 1：采用SM6135W电机遥控驱动模块。SM6135W是专为遥控车设计的大规模集成电路。能实现前进、后退、向右、向左、加速五个功能，但是其采用的是编码输入控制，而不是电平控制，这样在程序中实现比较麻烦，而且该电机模块价格比较高。

方案 2：采用电机驱动芯片L298N。L298N为单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，非常方便，亦能满足直流减速电机的大电流要求。调试时在依照上表，用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作。表1是其使能、输入引脚和输出引脚的逻辑关系。

表3.2 L298N的引脚和输出引脚的逻辑关系

EN A（B）

H H H L

IN1（IN3）

H L 同IN2（IN4）

X

IN2（IN4）

L H 同IN2（IN4）

X

电机运行情况

正转 反转 快速停止 停止

基于以上分析，我们选择了方案二，用L298N来作为电机的驱动芯片。3.3 控制器模块的选择

方案1：采用凌阳的SPCE061A小板作为主控制芯片，而且可以采用凌阳的小车模组，可以很快的完成其基本功能，当是用该小板存在一定的局限性，较难

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扩张功能，而且各个模块的拼凑，没有比集成在一块板的稳定性高。

方案2：采用STC89C52作为主控制芯片，该芯片有足够的存储空间，可以方便的在线ISP下载程序，能够满足该系统软件的需要，该芯片提供了两个计数器中断，对于本作品系统已经足够，采用该芯片可以比较灵活的选择各个模块控制芯片，能够准确的计算出时间，有很好的实时性。

基于以上分析，我们选择了方案二，用STC89C52作为电机的主控制芯片。

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四 系统硬件电路设计

系统采用存储空间较大的STC89C52作为主控制芯片，电动车电机驱动芯片采用L298N；并利用直流电机驱动小车，能较有效的控制其在特定位置转弯及行驶出错处理,该系统无论在结构和技术上都具有较好的科学性。4.1 显示模块的设计

4.1.1 显示模块的仿真图

显示模块中主要考虑的是显示什么，综合考虑后，我想到的首先是时间的显示，于是我采用时钟芯片DS1302来实现时间的显示，单纯的显示时间似乎很无趣，于是我加入了温度的显示，温度传感器DS18B20结构完善，连接简单，功能齐全，易于控制。合并以上的思路，我确定出了显示的模块，具体的仿真图如下：

图3 显示模块的电路原理图

4.1.2 显示模块的流程

显示模块是智能小车额外增加的功能，但它仍然是重要的组成部分，显示模块是如何工作的呢？其实，先是由按键控制时钟芯片DS1302，进行时间的调节，在调节的过程中，信号传递给STC89C52，单片机将其翻译后发送信号给时钟芯片DS1302，时钟芯片DS1302会将时间的改变显示在LCD1602上，同样的道理，温度传感器DS18B20也是先将检测到的信号传递给单片机，单片机再传递给LCD1602

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4.2 直流电机的驱动模块

4.2.1 直流电机驱动模块的仿真图

图4 直流电机驱动模块的仿真图

4.2.2 直流电机驱动模块的流程图

电机驱动模块的核心是电机的驱动芯片及电机，电机选择了直流电机，这样可以方便控制，而电机的驱动芯片L298可以同时控制两个直流电机，其中芯片中连接单片机的5引脚和7引脚用于控制直流电机1，而芯片中的10引脚和12引脚用于控制直流电机2.电机1接的是小车的左轮，电机2接的是小车的右轮，当两个电机一起正向转动时，小车前进；当两个电机一起反向转动时，小车后退；当电机1正转，电机2反转时，小车右转；当电机1反转，电机2正转时，小车左转。由于无线模块只能控制锁存的4条线路，不能将功能都进行有效控制，只能控制前进和后退，所以额外采用按键来控制左转和右转。

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图5 直流电机驱动模块的流程图

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五 软件的简单介绍

在这次研究中，主要用到了keil，protues，proter和STC_ISP_V480等软件 5.1 Keil的简介

单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的C语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。5.2 protues的简介

Protues软件是英国Lab center electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。Protues软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：（1）原理布图（2）PCB自动或人工布线（3）SPICE电路仿真。

支持当前的主流单片机，如51系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。软件仿真功能如下：1）提供软件调试功能 2）提供丰富的外围接口器件及其仿真RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。这样很接近实际。在训练学生时，可以选择不同的方案，这样更利于培养学生。3）提供丰富的虚拟仪器，利用虚拟仪器在仿真过程中可以测量外围电路的特性，培养学生实际硬件的调试能力。4）具有强大的原理图绘制功能。电路功能仿真特点如下：在PROTUES绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTUES的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。PROTUES 是单片机课堂教学的先进助手。PROTUES不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。

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它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。

课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于PROTUES提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。

随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PROTUES也能获得愈来愈广泛的应用。

软件缺点:器件库溃乏，库中缺少很多重要芯片，严重影响电路仿真软件出错或乱码，此时仿真效果不及硬件仿真。5.3 STC_ISP_V483的简介

在运行STC_ISP_V483下载软件之前，应该先给出ISP的C程序源代码ISP.C.要注意的是:此程序是在Keil-C中要建立工程文件,包含IAP.C函数,并且在IAP.C和ISP.C中都要保留STC的定义.传入用户代码时,需要与计算机进行通信,一般采用RS232串行通信,数据协议采用简单协议。具体的使用方法：

一、先把学习实验板和计算机连接好（接好串口线和电源）

二、打开STC-ISP v483，在MCU Type栏目下选中单片机，如STC89C52RC：根据您的9针的数据线连接情况选中COM端口，最好把波特率适当下调一些，按图示选中各项：

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图6STC-ISP v483的界面图

三、先确认硬件连接正确，按下图点击“打开文件”并在对话框内找到您要下载的HEX文件：

四、选中两个条件项，这样可以使您在每次编译KEIL时HEX代码能自动加载到STC-ISP，点击“Download/下载”：

五、手动按下电源开关便即可把可执行文件HEX写入到单片机内，下图是正在写入程序截图：

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图7 单片机程序下载截图

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六 结论

根据本次设计要求，我们认真分析了设计课题的需求，还系统学习了51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，购买到了所有所需的元器件，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，能够较快较平稳的是小车沿引导线行驶，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。

通过本次课题设计，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。本次毕业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。本次毕业设计使我们意识到了实验的重要性，在硬件制作和软件调试的过程中，出现了很多问题，最终都是通过实验的方法来解决的。还有以前对程序只是一个很模糊的概念，通过这次的课题设计使我对程序完全有了一个新的认识，并能使用Keil软件熟练的进行编程了。通过本次课题设计，极大的锻炼了我们的思考和分析问题的能力，并对单片机有了一个更深的认识。

总之，在课题设计的过程中，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。

七 致谢

本设计能够顺利完成，还承蒙何老师以及身边的组队同学的指导和帮助。在设计过程中，何老师给予了悉心的指导，最重要的是给了我们组队解决问题的思路和方法，并且在设计环境和器材方面给予了大力的帮助和支持，在此，我对何老师表示最真挚的感谢！同时感谢所有帮助过我的同学！

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参考文献

[1]康华光.电子技术基础模拟部分[M].（第四版）.北京:高等教育出版社，1999.[2]康华光.电子技术基础数字部分[M].（第四版）.北京:高等教育出版社，2000.[3]陈大钦.电子技术基础实验[M].（第二版）.北京:高等教育出版社，2000.[4]谢自美.电子线路设计•实验•测试[M].（第三版）.武汉:华中科技大学出版社,2006.[5]胡乾斌 李光斌 李玲等.单片微型计算机原理与应用[M].（第二版）.武汉:华中科技大学出版社,2006.[6]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].电子工业出版社,2009.[7]谭浩强.C语言设计[M].（第三版）.清华大学出版社,2005.[8]崔炳哲.电子控制入门[M].北京:科学出版社,2003.[9]樊昌信 曹丽娜.通信原理[M].（第六版）.北京:国防工业出版社,2009.[10]全国大学生电子设计竞赛组委会编.全国大学生电子设计竞赛[M].北京理工大学出版社,1999.[11]郭强.液晶显示应用技术[M].北京：电子工业出版社，2003.[12]郁有文 常健 程继红.传感器原理及工程应用[M].(第二版).武汉：西安电子科技大学出版社，2006.[13]许纪倩.机械工人速成识图[M].(第二版).北京：机械工业出版社，2009.[14]高军.电动智能小车[D].http://www.xiexiebang.com/ [15]Zhi-HongJiang.51MCU technology and application development case selection[M].Tsinghua University Press 2008.第 19 页

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附录一：实物图

图1实物图

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图2实物图

附录二：总程序

}

void dianji1(){

for(j=10;j--;j>0)left2=0;#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar num=1,num1=1,m,m1,i,j;sbit zxun=P0^0;sbit yxun=P0^1;sbit left=P1^5;sbit right=P1^6;sbit left1=P3^0;sbit left2=P3^1;sbit left3=P3^2;sbit left4=P3^3;void dianji2(){ for(i=10;i--;i>0){

if(num>=10)

num=0;

else

{

if(num<=m1)

left=1;

else if(num<10)

left=0;

}

}

{

}

}

void run(){ m=2;

m1=2;left1=1;

left3=1;left4=0;

}

void zuo(){

m=0;m1=1;left1=1;left2=0;left3=1;}

left4=0;void you()

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if(num1>=10)num1=0;else {

if(num1<=m)

right=1;else if(num1<10)

right=0;

}

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{ m=1;m1=0;left1=1;left2=0;left3=1;left4=0;} void timer0()interrupt 1 { TH0=0XF8;//1ms定时

TL0=0X30;num++;num1++;dianji2();dianji1();} void main(){ TMOD=0X01;TH0= 0XF8;//1ms定时

TL0= 0X30;TR0= 1;ET0= 1;EA = 1;while(1){

switch(P0&0x03){

case 0x00:

// 全部没有压线，直转

run();

break;

case 0x01:

// 右压线，左转

zuo();

break;

case 0x02:

// 左压线，右转

you();

break;} } }

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第四篇：智能小车设计的文献综述

智能小车的设计

智能小车的设计

摘要：随着工业机械化和自动化的发展以及工业智能化的优点，智能小车在工业智能化上得到广泛的应用。本文就智能小车的设计构造以及机械智能化未来的应用与发展前景。

关键词：智能小车/设计构造/应用与发展 智能小车的设计构造

智能小车是集理论力学、机械结构、数字电路、模拟电路、传感器、单片机、控制理论和算法等多门学科为一体的综合系统。其内容涵盖机械、电子、自动控制原理、计算机、传感技术等多个学科和领域。该小车的车体由基于VB和串口无线通信的直流电机控制模块、L298N电机驱动模块、C8051F单片机控制模块以及车载机械手组成。可用于无人驾驶、自动抓取物体等人工智能领域。

1.1 基于VB和串口无线通信的直流电机控制模块

利用VB6.0语言编程实现对机器人上直流伺服电机的控制，从而实现机器人的加速和恒速运行。分别将两块接口为标准的RS-232接口、型号为ZT-TR43C的无线数传模块，接到发、收的两台PC机上，并利用VB通信控件MSCommon实现串口无线通信，从而实现机器人的远程无线控制。

近年来，在机器人与外部的通信方式选择上，由于机器人具有广阔运动空间，因而无线通信成为其所必须具备的通信方式之一。本文以一种轮简单的四轮智能小车作为研究对象，通过VB编程和无线模块通信实现远程控制；通过对智能小车后轮的两个驱动电机速度控制，使智能小车完成直线运行、转弯运行等动作。

目前，直流伺服电机有着很广泛的应用前景，如在印刷机械、造纸机械、纺织机械、工业机器人、高速电梯、数控机床等重要行业中，均得到了普遍的应用。本文提到的智能小车本身对位置伺服要求比较高，对速度也有一定的控制要求，而对小车的控制可以说最根本的就是对电机进行控制。

VB是一种易学习、功能强、效率高的可视化编程语言，用它来做可视化人机界面有着很好的应用前景。利用面向对象的可视化VB语言对其进行编程控制，1

智能小车的设计

避免VC、C语言编程的繁琐与难阅读性。另外，利用Visual Basic 6.0 版本的可实现串行通信的MSCommon控件，实现了串口通信；通过无线传输模块实现了两台PC机之间的通信，为对小车进行远程控制搭建了很好的实验平台。同时，利用VB的Timer 控件对程序进行触发，使控制电机能够缓慢加减速；通过改变加速度的大小，使电机运转平稳，避免了PWM控制的不稳定。

通过PC机的RS-232串行接口与外部设备进行通信，是许多控制系统中常用的一种通信解决方案。在本小车控制中，通信采用的都是RS-232通信方式。VB提供的串行通信控件为MSCommon控件，此控件用于支持VB对串行口的访问。在串口通信过程中当发送数据、接收数据或者发生通信错误时，均触发该控件的OnComm事件，进行相应的数据处理。MSCommon 控件相应的属性为:CommPort属性，设置并返回通信端口号；Settings属性，以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位；PortOpen属性，设置并返回通信端口的状态，也可以打开和关闭端口；InputLen属性，说明Input属性从接收缓冲区中读取的字符数；MSCommon控件的PortOpen属性决定了通信开始和结束。

1.2 L298N电机驱动模块

1.2.1 L298N与电机驱动模块

电机驱动模块主要采用L298N，L298N可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，非常方便，亦能满足直流减速电机的大电流要求。L298N是专用驱动集成电路，属于H桥集成电路，与L293D的差别是其输出电流增大，功率增强。其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，减速电机，伺服电机，等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可直接控制步进电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。

1.2.2 L298N型驱动器的原理及应用

L298N是SGS公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片，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。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 2

智能小车的设计

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，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。

1.3 C8051单片机控制模块

Cygnal公司的C8051单片机使用Cygnal的专利CIP-51微控制器内核。以下介绍C8051单片机的一些重要技术以及在本系统中的应用。

①C8051单片机使用Cygnal的专利CIP-51微控制嚣内核，采用流水线指令结构；70％指令的执行时间为1个或2个系统时钟周期；速度可达25 MIPS(时钟频率为25 MHz时)。这样就可以应用复杂的控制算法提高控制精度。

②C8051单片机内部有4个通用16位计数器／定时器和专用的看门狗定时器(WDT)，这样就不再需要附加外部计数器件和外部看门狗电路。本系统中定时器0和定时器2用作小车左右轮反馈脉冲计数，定时器1配置成自动重装载的8位计数器／定时器。用于波特率发生器。

③C8051单片机引入r数字交叉开关，允许将内部数字系统资源分配给端口I／O引脚。通过设置优先权交叉开关控制寄存器，将片内的计数器／定时器、串行总线、硬件中断、ADC转换启动输入、比较器输出以及微控制器内部的其他数字信号配置为出现在端口I／O引脚。

④C805l单片机内部有一个可编程计数器阵列(PCA)，由一个专用的16位计数器／定时器和5个16位捕捉／比较模块组成。通过设置特殊功能寄存器PCA0CPM将捕捉／比较模块0和1(CEX0和CEXl)设置成8位脉冲宽度调制器(PWM)驱动左右轮电机转动。

⑤C805l单片机内部有12位逐次逼近型ADC，可以在不增加外围电路的前提下方便地检测模拟信号。本系统从电机电枢回路中引出电流信号送入单片机，实现电流环控制。

⑥C805l单片机具有片内JTAG和调试电路，通过4脚JTAG接口并使用安装在最终应用系统中的器件就可以进行全速、非侵入式的在系统调试．而且支持断点、智能小车的设计

单步、观察点、堆栈监视器，支持观察修改存储器和寄存器。

由以上介绍可以看出，在小车子系统中选用C8051单片机是非常合适的，由于可以硬件生成PWM，占用CPU资源很少；高性能的指令系统以及和VB语言之间进行交叉汇编，为设计各种控制算法提供了广阔的空间。

1.4 车载机械手

1.4.1 机械手的简单介绍

机械手是典型的机电一体化装置，它综合运用了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果，随着经济的发展和各行各业对自动化程度要求的提高，机器人技术得到了迅速发展，出现了各种各样的机械手产品。手爪的应用环境干差万别，抓取可靠、环境适应性好、控制简单、自适应性强、自主能力高是衡量机器人手爪设计水平的重要标志。性能优良的机器人手爪可以实现可靠、快速和精确地抓取。近年来机器人技术得到大力的发展，手爪的研究也步入一个良好的发展时期，机器人手爪正由简单发展到复杂，由笨拙发展到灵巧，其中的仿人灵巧手已经发展到可以与人手媲美。机械手对目标物体抓取的稳定性研究是一个值得长期探讨的课题。

1.4.2 车载机械手的总体结构体系

搭载机械手的移动机器人本体为四轮万向轮小车，它具备自主导航能力。在遇到物体时，可远程控制并操作机械手抓取。车载机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统3大部分组成。执行机构是机械臂、机械手爪与基座的总称。驱动机构有液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。目前专用机械手采用电气驱动方式的较多，而本设计运用的是舵机控制方式的二指机械手。

1.4.3 车载机械手的执行机构

1.4.3.1 手部

手部安装与手臂前端是用来抓持工件(或工具)的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。它模仿人类手指，分为无关节型，固定关节型和自由关节型3种。手指的数量又可分为二指、三指、四指等，本次设计采用的为二指形手爪。1.4.3.2 手臂

智能小车的设计

手臂的作用是引导手指精确地抓住目标物体，并运送到所需要的位置上去，故手臂的位置需精确定位。手臂分为有关节臂和无关节臂，以前主流设计几乎都是无关节手臂。而目前设计多为有关节手臂，本次设计的小型侦察车车载机械手即为有关节手臂。手臂由以下几部分组成：①动作元件，带动手臂运动的动力装置，在本车载机械手中为两台直流无刷伺服电机，驱动手臂运动；②导向装置，保证手臂的正确方向及承受由于目标物体重量所产生的弯曲和扭转力矩；③手臂，承接和承受外力作用的部件，手臂上的零部件都装在手臂上。1.4.3.3 关节与基座

关节部分是非常关键，要求其既能保证电机轴固定到连接手臂，又要满足不同臂长需要，即在一定范围内可灵活更换臂长，手臂套筒长度可自由调节。机械手通过基座安装固定在小型车的仪器舱上，基座是用以承受机械手全部重量的构件，对其结构的要求是刚性好、占地面积小、操作维修方便和造型美观。机械智能化的应用与发展前景

随着现代科学技术的迅速发展，机器智能化技术的应用几乎扩展到整个工业领域，并在工业生产中发挥了巨大作用。但对于未知或特殊的任务，作为机械智能化的代表-机器人还不能独立完成，而且缺少必要的柔性。为了提高整个系统的效能，需要研究如何使人与机器人相互配合，共同完成作业任务。搭载于机器人上的机械手能模仿人手臂的某些动作功能，可以按固定程序抓取、搬运物件或对工具的自动操作，代替人的繁重劳动以实现工作的机械化和自动化，业已成为机器人系统中非常重要的组成部分。特别是近年来机械手已逐渐应用于易燃易爆品的装配、拆卸、搬运，以及消防、反恐、防爆等高度危险环境，代替人类完成力所不及的工作，这类机械手因此也被称为“专用机械手”。世界各国对专用机械手的研究愈加重视，纷纷投入大量的人力、物力加以研究和应用。从目前情况看，我国“专用机械手”还处在研究、跟踪、试验阶段，其主要原因在于这类机械手不仅需要载体平台的稳定移动，而且还要求机械手稳定执行操作。针对污染与核辐射环境的应急处理需要，笔者设计出小型3自由度机械手，搭载于已开发出来的小型移动机器人平台上。在机器人侦察各种污染和辐射环境、人员不便进入的情况下，车载机械手的出现，可以代替人员进行手工操作、抓取、采集样品等，大大改善了工作条件，提高了工作效率，保障了人员安全。

智能小车的设计

参考文献

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［10］ 韩全力.单片机控制技术及应用[M]．北京：电子工业出版社，2004．

［11］ 刘字红，张明路，孟宪春，等．移动机械手的稳定性及补偿方法现状与发展趋势[J]．机电产品开发与创新，2008，21(2)：5-7.［12］ 杨武，蒋梁中.排爆机器人机械手运动规划[J]．机械设计与制造，2008，(5)． ［13］ 慧明.关节型机械手的结构创新设计[J]．煤矿机械，2007，28(10)：17-19.［14］ Huang L，Yu W，Jhajharia S K．Speed control of differentially driven wheeled mobile robots—tracking and synchronization [A]．Proceedings of the 20“IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conferonce[C]．2003：1407-1412.［15］ 方龙，陈丹，肖献保.基于单片机的机械手臂控制系统设计[J]．广西轻工业，2008，24(8)：89-90.［16］ 沈红.卫基于单片机的智能系统设计与实现.电子工业出版社，2005.6

第五篇：智能小车单片机课程设计报告

单片机课程设计

题 目: 专 业: 班 级: 组长 成员 成员 成员 成员

智能小车设计 计算机科学与技术

14级2班

姓名 学号

年 12 月 23 日

2016

打开命令行终端的快捷方式: ctr+al+t:默认的路径在家目录

ctr+shift+n:默认的路径为上一次终端所处在的路径.linux@ubuntu:~$ linux:当前登录用户名.ubuntu:主机名

:和$之间:当前用户所处在的工作路径.windows下的工作路径如C:IntelLogs linux下的工作路径是:/.../..../ ~:代表的是/home/linux这个路径.(家目录).ls(list):列出当前路径下的文件名和目录名.ls-a(all):列出当前路径下的所有文件和目录名,包括了隐藏文件..:当前路径..:上一级路径

ls-l:以横排的方式列出文件的详细信息

total 269464(当前这个路径总计所占空间的大小,单位是K)drwxr-xr-x 3 linux linux 4096 Dec 4 19:16 Desktop

chmod u-或者+r/w/x 文件名 chmod g-或者+r/w/x 文件名 chmod o-或者+r/w/x 文件名(3).cd /home/linux 进入到1目录里并创建一个2普通文件,再退回上一级,并且删除1目录 6.拷贝文件.cp(copy)路径1/源文件 路径2:把路径1下的文件拷贝到路径2下

cp 路径1/源文件 路径2/目标文件:把路径1下的文件拷贝到路径2下并且重命名位目标文件.cp(copy)-r 路径1/目录名 路径2:把路径1下的目录拷贝到路径2下 7.剪切文件

mv(move)路径1/源文件 路径2:把路径1下的文件剪切到路径2下

mv 路径1/源文件 路径2/目标文件:把路径1下的文件剪切到路径2下并且重命名位目标文件

mv 源文件 目标文件:重命名文件

mv 路径1/目录名 路径2:把路径1下的目录剪切到路径2下 8.clear:清屏 9.exit 退出终端 vi编辑器.vi 文件名:如果文件不存在则创建并打开 如果文件已存在,则直接打开

VI编辑器的三种模式

1.命令行模式:刚进入编辑器的时候,默认处在这种模式下

2.编辑模式(插入模式):输入a/i/o即可进入,按下esc键退回命令行模式,再输入冒号 ,即可进入底行模式.3.底行模式下:w(保存),q(退出),wq(保存并退出),q!(强制退出不保存)按下退格键,删除冒号,即可进入命令行模式.终极保存法;w!sudo tee %d回车再回车即可

命令行模式下的快捷操作: 1.整行复制:光标移动想要复制的那一行,输入yy即可,再把光标移动到你想要粘贴位置的上一行,输入p即可

2.多行复制:光标移动想要复制的那几行的 6.多行剪切:光标移动想要剪切的那几行的 再编译一个c应用程序,在程序中来调用库里实现的函数

gcc 应用程序名-l库名(注意是去掉lib和.so的库名)

文件IO linux系统下一切设备皆文件

操作文件: open():打开一个文件

read()://从文件里边读出数据 write()//向文件里写入数据 close()//关闭文件

man手册: man 2 函数名

open: 头文件

#include #include #include

1.int open(const char *pathname, int flags);//仅限于打开一个已存在文件

参数1:文件的路径 参数2:打开方式的标志

O_RDONLY,//只读方式打开

O_WRONLY,//只写方式打开

O_RDWR.//可读可写方式打开 返回值: 打开成功:返回一个正数(文件描述符)打开失败:-1

2.int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);//可以打开一个不存在的文件 参数1:文件的路径 参数2:打开方式的标志

O_RDONLY,//只读方式打开

O_WRONLY,//只写方式打开

O_RDWR.//可读可写方式打开

如果文件不存在必须|O_CRAET,创建该文件 参数3:权限 数 比如:0666

返回值: 打开成功:返回一个正数(文件描述符)打开失败:-1

write: 头文件: #include

typedef int ssize_t

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);参数1:就是open函数的返回值,文件描述符 参数2:你想要写入的数据

参数3:你想要写入的数据的字节大小

返回值: 写入成功:返回的是写入的字节大小 写入失败:-1

strlen:实际长度 sizeof:数组的大小

arduino viod setup(){ 端口的配置;}

void loop(){ 任务的执行;

}

arduino之呼吸灯实验: int led=13;void setup(){ pinMode(led,OUTPUT);} void loop(){ digitalWrite(led,HIGH);delay(1000);digitalWrite(led,LOW);delay(1000);} 渐变灯: 暗->亮->暗

PWM波:可调脉冲宽度波.3,5,6,9,10,11这几个端口可以输出pwm波 analogWrite(pin, value)//输出pwm波 pin:管脚号:3,5,6,9,10,11中的任意一个 value:0~255中的任何一个数: 0:占空比为0% 255:占空比位100%

远程视频监控步骤: 1.将jpegsrc.v8b.tar.gz(图片库)和mjpg-streamer-code-182.tar.gz(视频查看软件)拷贝到ubuntu的家目录

2.解压缩

tar xvf jpegsrc.v8b.tar.gz 3.cd jpeg-8b 4../configure //创建Makefile文件 5.make 6.sudo make install //安装

程序运行时，默认寻找的头文件的路径在/usr/include,库文件的路径/lib

cd /usr/local/include sudo cp * /usr/include cd /usr/local/lib

sudo cp libjpeg* /lib

7.切换到家目录:cd 移植查看视频的软件：

tar xvf mjpg-streamer-code-182.tar.gz cd mjpg-streamer-code-182 cd mjpg-streamer make clean //清除已经编译过的程序

make

运行查看视频的软件:sudo./start.sh 打开火狐浏览器

在地址栏输入127.0.0.1:8080 若发现视频绿屏

先强制结束程序运行:ctl+c.解决方法：

修改start.sh

将 要对uboot环境信息进行设置

首先把拨码开关拨到0000位置.选择uboot的启动方式.uboot从外存启动.1.找到自己的COM端口号;打开putty 2.选中Serial,把波特率改为115200,端口号改为自己的端口号,Flow contrlo选择none 3.开启电源,会出现一个倒计时,在倒计时完成之前,随便敲一个键盘.4.输入命令print可以显示uboot的打印信息

确保: ipaddr=192.168.1.100//代表开发板的ip地址 serverip=192.168.1.200//代表ubuntu的IP地址 bootargs=root=nfs nfsroot=192.168.1.200:/source/rootfs ip=192.168.1.100 init=/linuxrc console=ttySAC0,115200//

打开虚拟机: 1.进入到/tftpboot目录下.把zImage拖到虚拟机,前加cp ,后加./ 使用ls查看一下是否出现zImage 2.cd /source 把rootfs这个压缩包拖到虚拟机,前加cp ,后加./ 使用ls查看一下是否出现rootfs.tgz 3.解压命令: sudo tar-xvf rootfs.tgz 要让你输入密码;输入1回车即可,密码是不可见的.再用ls查看是否多了一个蓝色的文件rootfs.4.修改ubuntu的ip地址.找到wiffi图标,点击选中edit connection->IPV4 seting->manual->add ip netmask gateway 192.168.1.200 255.255.255.0 192.168.1.1 点击保存.关闭窗口.再打开图标选中wired connection1 再看ip是否改回来了.5.网线连接开发板和电脑

在putty界面输入:ping 192.168.1.200 如果host 192.168.1.200 is alive,这是挂载系统很好的征兆.not alive的话需要关闭电脑的无线网

输入boot或者重启开发板不要再按下任何键了,如果出现

####很快就要挂载成功了 如果出现TTTTTTTTTTTTTT 在ubuntu输入命令:sudo service tftpd-hpa restart 其中sudo的作用是暂时将用户的权限提升到超级用户(root)的权限.如果出现Please press Enter to activate this console.代表系统挂载成功.通过gcc编译生成的程序不能在开发板上运行.通过命令file a.out看到文件的格式为intel 30386,说明这是X86格式的程序,只能PC上运行

而不能在arm板上运行,解决措施,使用交叉编译器来编译.交叉编译器的配置: 将arm-cortex_a8-linux-gnueabi.tar.bz2拖到ubuntu的家目录

解压命令tar-xvf arm-cor+tab键自动补齐,用ls查看是否生成arm-cortex_a8个目录.配置交叉编译器: sudo vi /etc/bash.bashrc文件

在最后一行添加export PATH=$PATH:/home/linux/arm-cortex_a8/bin 保存并退出文件

保存完成后重启文件:source /etc/bash.bashrc

重启成功后输入arm-cor+tab键会自动补齐成arm-cortex_a8-linux-gnueabi-代表交叉编译器配置成功.利用交叉编译器编译程序: arm-cortex_a8-linux-gnueabi-gcc 文件名,并将生成的可执行程序拷贝到/source/rootfs下

然后再到putty上执行./a.out就可以在开发板上运行程序了.

相关代码

Che.c

#include “cgic.h” #include #include #include #include #include

void zigbee_serial_init(int fd){ struct termios options;

tcgetattr(fd, &options);options.c_cflag |=(CLOCAL | CREAD);options.c_cflag &= ~CSIZE;options.c_cflag &= ~CRTSCTS;options.c_cflag |= CS8;options.c_cflag &= ~CSTOPB;options.c_iflag |= IGNPAR;options.c_iflag &= ~(BRKINT | INPCK | ISTRIP | ICRNL | IXON);

//options.c_cc[VTIME] = 2;options.c_cc[VMIN] = 12;

options.c_oflag = 0;options.c_lflag = 0;

cfsetispeed(&options, B115200);cfsetospeed(&options, B115200);

tcsetattr(fd,TCSANOW,&options);

} int cgiMain(){ int fd;char a='1';cgiHeaderContentType(“text/htmlnn”);fprintf(cgiOut,“n”);fprintf(cgiOut,“n”);fprintf(cgiOut,“n”);

fprintf(cgiOut,“n”);fprintf(cgiOut,“”);fprintf(cgiOut,“n”);fprintf(cgiOut,“n”);fprintf(cgiOut,“