第一篇：毕业设计论文-基于单片机的循迹智能小车的设计与实现
编号
南京航空航天大学
毕业设计
题 目
基于单片机的智能小车的设
计与实现
学生姓名 学 号 系 部 专 业 班 级 指导教师
计算机科学与技术
讲师
二〇一七年五月
南京航空航天大学
本科毕业设计（论文）诚信承诺书
本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：基于单片机的智能小车的设计与实现）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
作者签名：
年 月
日
（学号）：
毕业设计（论文）报告纸
基于单片机的智能小车的设计与实现
摘要
在以计算机技术为代表的高新技术的迅猛发展下，机械系统大步迈向智能化。轮式机器人是我们最常见到的智能化设备。从生产制造业的无人搬运车，到特种行业的灾难救援、排爆灭火机器人，再到军事领域的侦查和防御机器人以及航天领域的星球表面探测器，处处可以见到智能小车的身影。
本文针对智能小车硬件和软件的设计进行了详细的介绍。在硬件方面，提出由电源模块、车体模块、单片机控制模块、电机驱动控制模块、电机模块、传感器模块等构成智能小车硬件系统。在软件方面，利用Keil uVision 5集成开发工具进行C51高级语言的程序设计，开发出控制程序。智能小车利用搭载在车前端两侧的红外传感器，识别路况，并以STC11F32XE单片机为控制核心，根据接收的信息发出相应的控制指令，通过--L298驱动控制模块来驱动小车以实现循迹。本系统的硬件和软件均采取了模块化的设计结构，系统电路简单，可靠性高，拓展性强。在实际调试过程中（无人为干扰下），智能小车能适应直道、S弯、环形等路况，达到循迹智能小车设计的目的和要求。
关键词：智能小车，软件设计，单片机，循迹
i
毕业设计（论文）报告纸
Design and Implementation of Intelligent Car Based on Single-Chip Microcomputer
Abstract With the rapid development of new technology which is symbolized by computer technology, mechanical system has taken a step towards the intelligence.Wheeled robots are the most common intelligent devices in our life.Ranging from the unmanned van of manufacturing industry , to the special industry disaster relief, and the detection and defense robots in the military field and the surface detector in the aerospace field , the smart car figure can be seen everywhere.This article introduces the hardware and software design of the smart car in detail.In terms of the hardware, the hardware system of intelligent car is made up of power module, body module, single chip microcomputer module, motor drive module, motor module and sensor module.In the aspect the software, C51 high-level language programming can be designed by the employment of Keil uVision 5 integrated development tools,.thus developing a control program.The intelligent car uses the infrared sensor mounted on both sides of the front end of the car to identify the road condition and uses the STC11F32XE single chip as the control core, sending out the corresponding control instruction according to the received information , through the
第二篇：智能循迹小车___设计报告
智能循迹小车设计
专 业： 自动化 班 级： 自动化132 姓 名：罗植升 莫柏源 梁桂宾 指导老师：
2014年4月——2010年6月
摘要： 本课题是基于STC89C52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 STC89C52单片机为系统控制处理器； 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。
引 言 当今世界，传感器技术和自动控制技术正在飞速发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能”这个词也已经成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达到了很高的水平，特别是日本，比如日本本田制作的机器人，其仿人双足行走已经做得十分逼真，而且具有一定的学习能力，还据说其智商已达到6岁儿童的水平。
作为机械行业的代表产品—汽车，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，呈现出两个明显的特点：一是电子装置占汽车整车（特别是轿车）的价值量比例逐步提高，汽车将由以机械产品为主向高级的机电一体化方向发展，汽车电子产业也很有可能成为依托整车制造业和用车提升配置而快速成为新的增长点；二是汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。
无容置疑，机电一体化人才的培养不论是在国外还是国内，都开始重视起来，主要表现在大学生的各种大型的创新比赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛（ABU ROBCON）、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛等众多重要竞赛都能很好的培养大学生对于机电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。但很现实的状况是，国内不论是在机械还是电气领域，与国外的差距还是很明显的，所以作为机电一体化学生，必须加倍努力，为逐步赶上国外先进水平并超过之而努力。
为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展要求，提出简易智能小车的构想，目的在于：通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。所以立“智能循迹小车”一题作为尝试。
此项设计是在以杨老师提供的小车为基础上，采用AT89C52单片机作为控制核心，实现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。
一、实验目的：
通过设计进一步掌握５１单片机的应用，特别是在嵌入式系统中的应用。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、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L9110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、报告内容安排：
本技术报告主要分为三个部分。第一部分是对整个系统实现方法的一个概要说明，主要内容是对整个技术原理的概述；第二部分是对硬件电路设计的说明，主要介绍系统传感器的设计及其他硬件电路的设计原理等；第三部分是对系统软件设计部分的说明，主要内容是智能模型车设计中主要用到的控制理论、算法说明及代码设计介绍等。
技术方案概要说明
本模型车的电路系统包括电源管理模块、单片机模块、传感
器模块、电机驱动模块。
工作原理：
利用红外采集模块中的红外发射接收对管检测路面上的轨迹 将轨迹信息送到单片机
单片机采用模糊推理求出转向的角度和行走速度，然后去控制 行走部分
最终完成智能小车可以按照路面上的轨迹运行。
硬件电路的设计
1、最小系统：
小车采用STC89C52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、时钟电路：给单片机提供一个外接的12MHz的石英晶振。
2、电源电路：给单片机提供5V电源。
3、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6V电源。考虑到电源为充电电池组，额定电压为7.2V，实际充满电后电压则为6.5-6.8V，所以单片机及传感器模块采用7805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TCRT5000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L9110，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。L9110可驱动2个电机，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。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。也利用单片机产生PWM信号接到ENA，ENB端子，对电机的转速进行调节。L9110的逻辑功能：
表1 SHARP GP2D12实物图
外形及封装：
图3 L9110实物图
L9110电路原理图：
由于一片L298N可以直接驱动两个电机，但是为了加大驱动力，我们采用两路并联的方式来驱动电机。
图3.3 L9110电路图
小车循迹规则：
若小车偏左的时候，车轮将向右偏转；若小车偏右，车轮将向左偏转；若没有偏移，小车将继续向前；若小车完全偏离黑色轨迹，小车后退以寻找黑色轨迹。小车程序：
#include
sbit chongshua=P3^6;//定义单片机控制冲刷的引脚 sbit tuodi=P3^7;//定义单片机控制拖地的引脚
//--------//1602液晶相关I/O设置
sbit E=P2^3;//1602液晶的E脚接在P2.3口上 sbit RW=P2^4;//1602液晶的RW脚接在P2.4口上 sbit RS=P2^5;//1602液晶的RS脚接在P2.5口上
//HC-SR04相关I/O设置 sbit TIRG=P3^4;sbit ECHO=P3^2;
bit flag =0;
//定义IO口，具体可以去查看原理图 //定义IO口，具体可以去查看原理图 uchar k;uchar a=0;//定义一个变量a，用来读取串口的数据
void delay(uint z)//一个带参数的延时程序 {
}
void init()//初始化子程序 {
} TMOD=0x20;//设置定时器T1为工作方式2 TH1=0xfd;TL1=0xfd;//T1定时器装初值 TR1=1;//启动定时器T1 REN=1;//允许串口接收 SM0=0;SM1=1;//设置串口工作方式1 EA=1;//开总中断 ES=1;//开串口中断 int i,j;//定义两个变量 for(i=10;i>0;i--)for(j=z;j>0;j--);//将参数z赋值给j void qian()//左右轮协同前进子函数 {
} void zuo()//左右轮协同左转子函数 {
you1=0;you2=1;zuo1=1;zuo2=0;delay(9);//pwm调速 此为pwm有效值 you1=1;you2=1;you1=0;you2=1;zuo1=0;zuo2=1;delay(6);//pwm调速 此为pwm有效值 you1=1;you2=1;zuo1=1;zuo2=1;delay(4);
} zuo1=1;zuo2=1;delay(1);
void mzuo()//左右轮协同左转子函数 {
} void you()//左右轮协同右转子函数 {
you1=1;you2=0;zuo1=0;you1=0;you2=1;zuo1=1;zuo2=0;delay(10);//pwm调速 此为pwm有效值 you1=1;you2=1;zuo1=1;zuo2=1;delay(5);
} zuo2=1;delay(9);//pwm调速 此为pwm有效值 you1=1;you2=1;zuo1=1;zuo2=1;delay(1);
void myou()//左右轮协同右转子函数 {
} you1=1;you2=0;zuo1=0;zuo2=1;delay(10);//pwm调速 此为pwm有效值 you1=1;you2=1;zuo1=1;zuo2=1;delay(5);void hou()//左右轮协同前进子函数 {
}
void ting()//左右轮都停止转动 {
} you1=1;you2=1;zuo1=1;zuo2=1;you1=1;you2=0;zuo1=1;zuo2=0;delay(9);//pwm调速 此为pwm有效值 you1=1;you2=1;zuo1=1;zuo2=1;delay(1);
void Delay1602(unsigned int t){ unsigned int k;//定义一个16位寄存器用来做延时用 for(k=0;k void LCD1602_busy(void){ P0_7=1;// RS=0;//RS=0读入 RW=1;//RS=0读入 E=1;//RS=0读入 while(P0_7==1);// E=0;//} 延时 将P0.7置1，为读状态做准备、RW= 1、E=1时，忙信号输出到DB7，由P0.7、RW= 1、E=1时，忙信号输出到DB7，由P0.7、RW= 1、E=1时，忙信号输出到DB7，由P0.7由P0.7读入1，表示1602液晶忙，需要等待 读完以后，恢复E的电平void LCD1602_Write_com(unsigned char combuf){ RS=0;//选择指令寄存器 RW=0;//选择写状态 P0=combuf;//将命令字通过P0口送至DB E=1;//E高电平将命令字写入1602液晶 E=0;//写完以后，恢复E的电平} void LCD1602_Write_com_busy(unsigned char combuf){ LCD1602_busy();//调用忙检测函数 LCD1602_Write_com(combuf);//调用忙检测函数 } void LCD1602_Write_data_busy(unsigned char databuf){ LCD1602_busy();//调用忙检测函数 RS=1;//选择数据寄存器 RW=0;//选择写状态 P0=databuf;//将命令字通过P0口送至DB E=1;//E高电平将命令字写入1602液晶 E=0;//写完以后，恢复E的电平} void LCD1602_Write_address(unsigned char x,unsigned char y){ x&=0x0f;//列地址限制在0-15间 y&=0x01;//行地址限制在0-1间 if(y==0)//如果是第一行 LCD1602_Write_com_busy(x|0x80);//将列地址写入 else //如果是第二行 LCD1602_Write_com_busy((x+0x40)|0x80);//将列地址写入 } void LCD1602_init(void){ Delay1602(1500);//调用延时函数 LCD1602_Write_com(0x38);//8位数据总线，两行显示模式，5*7点阵显示 Delay1602(500);//调用延时函数 LCD1602_Write_com(0x38);//8位数据总线，两行显示模式，5*7点阵显示 Delay1602(500);//调用延时函数 LCD1602_Write_com(0x38);//8位数据总线，两行显示模式，5*7点阵显示 LCD1602_Write_com_busy(0x38);//8位数据总线，两行显示模式，5*7点阵显示 LCD1602_Write_com_busy(0x08);//显示功能关，无光标 LCD1602_Write_com_busy(0x01);//清屏 LCD1602_Write_com_busy(0x06);//写入新的数据后，光标右移，显示屏不移动 LCD1602_Write_com_busy(0x0C);//显示功能开，无光标 } void LCD1602_Disp(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char buf){ LCD1602_Write_address(x,y);//先将地址信息写入 LCD1602_Write_data_busy(buf);//再写入要显示的数据 } void Timer0(void)interrupt 1 { } flag=0;void xunji(){ qian();//调用前进子函数，使小车光电管不满足以下几个条件时都处于前进状态 while((z==0)&&(y==1)&&(q==1))//判断当左边光电管遇到黑线，{ } while((z==1)&&(y==0)&&(q==1))//判断当右边光电管遇到黑线，{ } while((z==0)&&(y==0)&&(q==1))//判断当左边光电管遇到黑线，右边 //左边和前边的光电管遇到白线时右转 //右边和前边的光电管遇到白线时左转 zuo();//调用左转函数 zd=1;you();//调用右转函数 yd=1;光电管也遇到黑线 { //前边的光电管遇到白线时停止 ting();//调用停止函数 } hd=1;while((z==0)&&(y==0)&&(q==0))//判断当左边、右边、前边光电管同时遇到黑线 } void csb(){ long S;unsigned int i;unsigned int Timeout; { } //即遇到十字路口，小车前进 qian();//调用前进函数 LCD1602_init();//调用1602液晶初始化函数 //***定时器Timer0初始化*** TMOD&=0xF0;//将TMOD的低4位定时器0控制部分清零 TMOD|=0x01;//设置定时器0为方式1 TMOD=0x01;TL0=0;//设置定时器0初值低8位 TH0=0; //设置定时器0初值高8位 TR0=0;//停止定时器0 ET0=1;//Timer0中断允许 //***开全局中断设置**** //定时器Timer0设置了中断允许,此处要开全局中断 EA=1;//开全局中断 TIRG=1; //发一个脉冲触发信号 //维持约17US，符合不低于10US的要求 //维持约17US，符合不低于10US的要求 i=4; while(i>0)i--; TIRG=0;TR0=0; //维持约17US，符合不低于10US的要求 //撤销触发信号 //关闭定时器 //设置定时器0初值低8位为0 TL0=0; TH0=0; //设置定时器0初值高8位为0 //清除溢出标志 k=0;flag=0;Timeout=0;while((ECHO==0)&&((Timeout++)<50000)); //等待回响高电平 TR0=1;//回响高电平来后启动定时器 Timeout=0;while((ECHO==1)&&((Timeout++)<50000)); //等待回响高电平结束后 TR0=0; //关闭定时器 S=((TH0*256+TL0)*1)/58; if(flag==1||S>400)//超出测量范围显示“-” { LCD1602_Disp(0, 0, '-'); LCD1602_Disp(1, 0, '-'); LCD1602_Disp(2, 0, '-'); LCD1602_Disp(3, 0, 'C'); LCD1602_Disp(4, 0, 'M'); } else { LCD1602_Disp(0, 0, S%1000/100+'0'); LCD1602_Disp(1, 0, S%1000%100/10+'0');// LCD1602_Disp(2, 0, S%1000%100%10+'0'); LCD1602_Disp(3, 0, 'C'); LCD1602_Disp(4, 0, 'M'); } i=18000; while(i>0) //显示百位- //显示十位- //显示个位- //显示C //显示M //显示百位 显示十位 //显示个位 //显示C //显示M //维持约77400US，符合不低于60MS的要求 //维持约77400US，符合不低于60MS的要求 i--; } void main()//主程序 { //维持约77400US，符合不低于60MS的要求 init();//调用初始化子程序 while(1)//死循环 { switch(a)//判断a从串口读取到的数据 { case 0x00://如果是0x1f就前进 xunji();break;case 0x01://如果是0x2f就后退 qian();break;case 0x02://如果是0x3f就左转 csb();break; case 0x03://如果是0x4f就右转 mzuo();zd=1;break; case 0x04://如果是0x00就停止 hou();break; case 0x05://如果是0xa0车灯打开 myou();yd=1;break; case 0x06://如果是0xb0车灯关闭 chongshua=1;break; case 0x07://如果是0xc0蜂鸣器鸣响 } ting();hd=1;break; case 0x08://如果是0xc0蜂鸣器鸣响 tuodi=1;break;} } void chuan()interrupt 4//串口中断服务程序 { } RI=0;//软件清除串口响应 a=SBUF;//读取单片机串口接受的蓝牙模块发送的数据 结论 根据本次设计要求，我们小组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，并能独立设计出其接口电路，再有对电路板的制作有了一定的了解，并学会了使用Protel设计电路。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C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。 摘要：本次设计的智能循迹小车是以单片机89c51为主控制器。运用反射式红外传感器来进行路径检测和速度监测模块。将检测数据传回单片机进行处理，同时，用单片机产生PWM波来控制小车的行进速度，并实时控制小车的行进状态。另外，在小车上还扩展了LCD作为人机交互界面，以便于实时了解小车个监测传感器的状态机小车的实时数据，由于本次设计的是智能自动循迹小车，整个任务过程无需人工的任何干预，故而没有进行键盘及遥控等的人工操作设备。用多路传感器的实时监测和算法的紧密配合来保证小车的顺畅完成任务。 关键字：80c51单片机，c/c++/汇编语言编程，电子智能小车，光电检测器 一、引言 智能车辆是一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术来实现环境感知、规划决策和自动行驶为一体的高新技术综合体。它在军事、民用和科学研究等方面已获得了应用，对解决道路交通安全提供了一种新的途径 随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究，许多国家已经把电子设计比赛作为创新教育的战略性手段。电子设计涉及到多个学科，机械电子、传感器技术、自动控制技术、人工智能控制、计算机与通信技术等等，是众多领域的高科技。电子设计技术，它是一个国家高科技实例的一个重要标准，可见其研究意义很大 本次设计虽然只是一个演示模型，但是具有充分的科学性和实用性。首先我们根据交通路面的复杂情况，按照适当的比例制作出一个路况模型，包括弯道、直道以及路面上设置的障碍物等。在弯、直道上，小车沿着预定轨道自由行使，当小车遇到障碍物时，脉冲调制的红外线传感器将检测到的信号发送给单片机，单片机根据程序发出相应的控制信号控制小车自动避开障碍物，进行倒车、前进、左转、右转等动作 二、主题部分 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。它在军事、民用、太空开发等领域有着广泛的应用前景。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 2.1 理论的提出 科技的进步带动了产品的智能化，单片机的应用更是加快了发展的步伐，它的应用范围日益广泛，已经远远的超出了计算机科学领域。小到玩具、信用卡，大到航天飞机、机器人，从实现数据采集、远程控制、模糊控制等智能系统带人类的日常生活，到处离不开单片机，此设计正是单片机的一个典型的应用。此设计通过实现了小车的无人驾驶，通过对路面的检测，由单片机来判断控制其小车的反应情况，使其变得智能化，实现自动的前进，转弯，停止功能，此系统还不断的完善后可以应用到道路检测，安全巡逻中，能满足社会的需求。 在设计上，使用连个传感器来检测路面的情况，传感器的心海比较微弱，采用一个放大器进行比较放大，并将其信号输入到控制器，在受控制端使用步进电机，因为步进电机是用电脉冲进行控制的，只要从控制器输出满足步进电机功过的固定控制字即可。此外步进电机的运作还要一个驱动电路，故电路中还要加入一个驱动电路，各个功能模块对电源电流的要求不同，对电源部分设置转换电路，从而满足各个部分的需要。经过元件的比较选择，设计出电路原理图和电路板，并做好硬件的调试，系统往往是软件和硬件两者相结合的有机整体。软件上，使用51单片机的定时器中断来控制路面检测间隔和小车的运动及速度。由于带那路比较简单，就采用较为传统的汇编语言进行程序设计。对于程序设计的正确性，用较常用的keil c51仿真软件进行仿真验证，最后便是软硬件的综合调试，证明本设计方案的正确性和可行性。2.2 电子智能小车的设计要求 ①电动车能够能够按照行使路线跑完全程； ②电动车能存储并显示检测到的金属片数目以及金属片至起跑线的距离； ③要求电动车行使完全程后能够准确的显示电动车全程行使时间； ④电动车在行使过程中不能与障碍物碰撞。2.3计算摘要： 本次设计的智能循迹小车是以单片机89c51为主控制器。运用反射式红外传感器来进行路径检测和速度监测模块。将检测数据传回单片机进行处理，同时，用单片机产生PWM波来控制小车的行进速度，并实时控制小车的行进状态。另外，在小车上还扩展了LCD作为人机交互界面，以便于实时了解小车个监测传感器的状态机小车的实时数据，由于本次设计的是智能自动循迹小车，整个任务过程无需人工的任何干预，故而没有进行键盘及遥控等的人工操作设备。用多路传感器的实时监测和算法的紧密配合来保证小车的顺畅完成任务。 关键字：80c51单片机，c/c++/汇编语言编程，电子智能小车，光电检测器 三、引言 智能车辆是一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术来实现环境感知、规划决策和自动行驶为一体的高新技术综合体。它在军事、民用和科学研究等方面已获得了应用，对解决道路交通安全提供了一种新的途径 随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究，许多国家已经把电子设计比赛作为创新教育的战略性手段。电子设计涉及到多个学科，机械电子、传感器技术、自动控制技术、人工智能控制、计算机与通信技术等等，是众多领域的高科技。电子设计技术，它是一个国家高科技实例的一个重要标准，可见其研究意义很大 本次设计虽然只是一个演示模型，但是具有充分的科学性和实用性。首先我们根据交通路面的复杂情况，按照适当的比例制作出一个路况模型，包括弯道、直道以及路面上设置的障碍物等。在弯、直道上，小车沿着预定轨道自由行使，当小车遇到障碍物时，脉冲调制的红外线传感器将检测到的信号发送给单片机，单片机根据程序发出相应的控制信号控制小车自动避开障碍物，进行倒车、前进、左转、右转等动作 四、主题部分 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。它在军事、民用、太空开发等领域有着广泛的应用前景。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 4.1 理论的提出 科技的进步带动了产品的智能化，单片机的应用更是加快了发展的步伐，它的应用范围日益广泛，已经远远的超出了计算机科学领域。小到玩具、信用卡，大到航天飞机、机器人，从实现数据采集、远程控制、模糊控制等智能系统带人类的日常生活，到处离不开单片机，此设计正是单片机的一个典型的应用。此设计通过实现了小车的无人驾驶，通过对路面的检测，由单片机来判断控制其小车的反应情况，使其变得智能化，实现自动的前进，转弯，停止功能，此系统还不断的完善后可以应用到道路检测，安全巡逻中，能满足社会的需求。 在设计上，使用连个传感器来检测路面的情况，传感器的心海比较微弱，采用一个放大器进行比较放大，并将其信号输入到控制器，在受控制端使用步进电机，因为步进电机是用电脉冲进行控制的，只要从控制器输出满足步进电机功过的固定控制字即可。此外步进电机的运作还要一个驱动电路，故电路中还要加入一个驱动电路，各个功能模块对电源电流的要求不同，对电源部分设置转换电路，从而满足各个部分的需要。经过元件的比较选择，设计出电路原理图和电路板，并做好硬件的调试，系统往往是软件和硬件两者相结合的有机整体。软件上，使用51单片机的定时器中断来控制路面检测间隔和小车的运动及速度。由于带那路比较简单，就采用较为传统的汇编语言进行程序设计。对于程序设计的正确性，用较常用的keil c51仿真软件进行仿真验证，最后便是软硬件的综合调试，证明本设计方案的正确性和可行性。4.2 电子智能小车的设计要求 ①电动车能够能够按照行使路线跑完全程； ②电动车能存储并显示检测到的金属片数目以及金属片至起跑线的距离； ③要求电动车行使完全程后能够准确的显示电动车全程行使时间； ④电动车在行使过程中不能与障碍物碰撞。4.3计算机网络教学网站的总体构思 采用89c51单片机作为小车的控制单元，在小车的前端就八路从外传感器，作为小车进入车库过程中黑带的检测元件，在小车的后端在接上八路红外线传感器作为小车退出车库时的黑带检测元件，采用LJ18A3-8-Z/BX电感式接近开关作为车库内铁片的检测元件，单片机接受到传感器检测到的信号后通过相应的程序控制小车的前进，后退，转弯，从而使小车的性能指标满足本次设计的要求。4.3.1 设计思路 智能小车是智能车辆研究的一个分支。它以车轮作为移动机构、能够实现自主 行驶，所以我们称之为智能小车。智能小车具有机器人的基本特征——易于编程。它与遥控小车的不同之处在于，后者需要操作员来控制其转向、启停和进退，比较 先进的遥控车还能控制其速度(常见的模型小车都属于这类遥控车)；而智能小车 则可以通过计算机编程来实现其对小车启停、行驶方向以及速度的控制，无需人工 干预。操作员可以通过修改智能小车的计算机程序或者某些数据来改变它的行驶方 式。这种可以通过编程来控制、改变小车行驶方式的特性是智能小车的最大特点。智能小车控制系统的研究目的是使得小车行驶具有更高自主性。如果任意给定 小车一条无障路径，通过该系统，小车就可以得到系统对路径图形处理后的数据(位 移与转角)，并能根据位移和转角信息按照预定路径行进 4.3.2 控制系统结构分析 根据上述设计思路，可将智能小车控制系统的结构分为两层 1、规划层 上位机控制系统，规划层提供的是小车行驶的全局信息，包括路径处理模块和 通信模块。它要解决的基本问题有 (1)使用什么工具处理小车的路径图形； (2)建立小车的运动模型，计算出小车行驶所需的数据；(3)建立小车的运动模型，计算出小车行驶所需的数据； 2、行为层 下位机控制系统，行为层是智能小车控制系统的底层结构，实现对小车行驶的 实时控制，它包括通信模块、电机控制模块和数据采集模块。它要解决的基本问题 有：(1)接收、处理上位机发送的数据信息；(2)设计步进电机的控制系统； (3)采集小车的位移和转角信息，定位小车姿态，分析系统控制误差； 4.3.3 总设计方案 由系统结构得到智能小车控制系统的命令流程： （1）启动AutoCAD，绘制或选择一条封闭曲线为小车路径，拾取小车的起始路径图元（2）对选取的路径图形进行处理，使小车转弯处存在的棱角在最小转弯半径范围外以圆弧方式过渡 （3）生成新的路径图形，模拟小车的运动过程； （4）计算出小车行驶所需要的位移和车轮转角，并将此数据发送给下位机（5）下位机接收数据后，通过软件编程控制小车车轮的转速和转角，使其按照 预定路径前进 一个完整的控制系统要求系统的各功能模块联系紧密，根据上述命令流程和它们之间的关系，可得系统的总设计方案。4.4设计主要有以下几个模块组成 1、信息采集模块：信息采集部分是由光电检测和运算放大模块组成，光电检测有寻迹检测和测速检测两个部分。将检测到的信号经过预算放大模块lm324放大整形后送给单片机处理，其核心部分是几个光电传感器。 2、控制处理模块：控制处理模块是一一片stc89c52单片机为核心，单片机将从采集到的信息进行判断后，按照预定的算法处理，把处理的结果送交电机驱动和液晶显示模块，使之做出相应的动作。 3、执行模块：执行模块是由液晶显示、电机驱动及电机、蜂鸣器三部分组成。液晶主要是将单片机处理的结果进行实时显示，方便及时用户了解系统当前的状态，电机驱动根据单片机的指令对两个电机进行动作，使之能够根据需要作出相应的加速、减速、转弯、停车等的动作，以达到预期的目的。蜂鸣器主要是根据要求在特定的位置作出出响应来报告位置。 五﹑ 参考文献 [1]徐国华 主编，移动机器人的发展现状及其趋势[J]．机器人技术与应用，2001(3)[2]党宏社 主编，智能车辆系统发展及其关键技术概述[J]．公路交通科技，2002(4)[3]尹念东 主编，智能车辆的研究及前景[J]．上海汽车，2002(2)[4]王荣本 主编，世界智能车辆研究概述[J]．公路交通科技，2001(10 [5]王建农 主编．自主移动机器人的导航研究[R]．机器人，199 [6]Dickmanns，E．D，A．Zapp．Auto high speed road vehicle guidance[J]．computer,1987 [7]姚 佳 主编，智能小车的蔽障及路径规划[D]．东南大学硕士论文．2005 [8]徐国华 主编，谭民移动机器人的发展现状及其趋势[J]．机器人技术与应用，2001(3)[9]白井良明[同]，机器人工程[M]．北京：科学出版社，2001 [10]张毅刚 主编，新编MCS-51单片机应用设计，第一版,哈尔滨工业大学出版社,2003 [11]刘南平主编，电子产品设计与制作技术，科学出版社，2008 [12]杨 刚 主编，电子系统设计与实践，电子工业出版社，2009.3 [13]余祖俊 主编，微机监测与控制应用系统设计，北方交通大学出版社，2001.12 [14]温志明 主编，运动控制系统分析与应用，国防工业出版社，2008.2 [15]催维娜 主编，智能电子制作，科学出版社，2007 [16]李忠文 主编，实用电机控制电路，化学工业出版社，2003.4 [17]张红润 主编，智能技术——系统设计与开发，北京航空航天出版社，2007.2 [18]陈铁军 主编，智能控制理论及应用，清华大学出版社，2009.1 [19]刘少强 主编，传感器设计与应用实例，中国电力出版社，2008 [20]何立民 主编，单片机应用系统设计,北京：航天航空大学出版社 [21]李广弟 主编，单片机基础,北京：北京航空航天大学出版社,2001 [22]何希才 主编，新型实用电子电路400例,电子工业出版社,2000 [23]赵负图 主编,传感器集成电路手册,第一版,化学工业出版社,2004 [24]陈伯时 主编，电力拖动自动控制系统,第二版,北京:机械工业出版社,2000年6月 [25]http://www.xiexiebang.com/ Abstract: the design of intelligent tracking the car based on single chip microcomputer 89 c51 controller.Use reflective infrared sensor to test path and speed monitoring module.Will detect data back to the single chip microcomputer for processing, at the same time, using single-chip microcomputer to produce PWM wave to control the speed of the car, and real-time control of the car's moving state.In addition, also expanded the LCD on the car as the human-computer interaction interface, in order to understand the car a real-time monitoring of the real-time data of sensor state machine car, due to the design of intelligent automatic tracking the car, the whole process of task without any manual intervention, so no keyboard and remote control and manual operation of the equipment.With multiple sensors for real-time monitoring and algorithm closely to ensure that the car of complete the task smoothly.Key words: 80 c51, c/c + +, assembly language programming, electronic smart car photoelectric detector The introduction Intelligent vehicle is a use of computer, sensor, information, communication, navigation, artificial intelligence and automatic control technology to realize the environment awareness, planning decision and automatic drive of high and new technology.It in aspects such as military, civil and scientific research has received application, to solve the traffic safety provides a new way With the rapid development of automobile industry, the research about the car is becoming more and more attention by people.Contest of national competition and the province of electronic intelligent car almost every time this aspect of the topic, the national various universities are also attaches great importance to research on the topic, many countries have put the electronic design competition as a strategic means of innovative education.Electronic design involving multiple disciplines, machinery and electronics, sensor technology, automatic control technology, artificial intelligent control, computer and communication technology, etc., is a high-tech in the field of many.Electronic design technology, it is a national high-tech instance is one of the most important standard, its research significance is great The design though just a demo model, but is full of scientific and practical.First we according to the complex situation of road traffic, in accordance with the appropriate author to make a road model, including bend, straight and pavement set obstacles, etc.On curved and straight, the car along the orbit free exercise, when the small car meet obstacles, pulse modulation infrared sensors to detect the signal sent to the microcontroller, a corresponding control signal according to the program MCU control cars automatically avoid obstacles, to carry on the back, forward, turn left, turn right Subject parts Intelligent vehicle is a concentration of environment awareness, planning decision, multi-scale auxiliary driving, and other functions in an integrated system, is an important part of intelligent transportation system.In military, civilian, space exploration and other fields has a broad application prospect.The design of smart car control system are studied, based on path planning is a process of the intelligent car control system 2.1 theory is put forward The progress of science and technology of intelligent led products, but also accelerated the pace of development, MCU application scope of its application is increasingly wide, has gone far beyond the field of computer science.Small to toys, credit CARDS, big to the space shuttle, robots, from data acquisition, remote control and fuzzy control, intelligent systems with the human daily life, everywhere is dependent on the single chip microcomputer, this design is a typical application of single chip microcomputer.This design by implementing the driverless car, on the tests, by the reaction of the single chip microcomputer to control the car, make its become intelligent, automatic forward, turn and stop function, after continuing the perfection of this system also can be applied to road testing, security patrol, can meet the needs of society.In design, the use of the sensors to detect road surface condition, sensor central sea are faint and adopts a comparing amplifier amplification, and the signal input to the controller, the controlled end using stepper motor, because of the step motor is controlled electrical pulse, as long as the output from the controller to satisfy stepper motor merits of fixed control word.In operation of stepping motor and a driving circuit, it also to join a drive circuit in the circuit, each function module is different to the requirement of power supply current, the power supply part set up conversion circuit, so as to meet the needs of the various parts.After comparison choice element, design the circuit principle diagram and the circuit board, and do the debugging of hardware, system software and hardware is often the combination of organic whole.Software, on the use of the 51 single-chip timer interrupt to control pavement test interval and the car movement and speed.Due to take that road is simple, it is using more traditional assembly language for programming.For the correctness of the program design, using a commonly used keil c51 simulation software simulation validation, the last is integrated debugging of software and hardware, and prove the correctness and feasibility of the design scheme.2.2 electronic intelligent car design requirements(1)electric vehicles can be able to according to the course to run all the way;(2)electric vehicles can store and display the number of detected metal and sheet metal to the starting line in the distance;(3)are accurately electric cars after exercising all the way to the display of the electric vehicle the entire exercise time;(4)electric cars can't collisions with obstacles in the process of exercise.2.3 the general conception of computer network teaching website Using 89 c51 as the car's control unit, sensor eight-way from outside, in the front of the car, as a black belt in the process of the car into the garage detecting element, at the rear end of the car when connected to eight-channel infrared sensors as the car pulled out of the garage of a black belt in detecting element, the LJ18A3-851 SCM application design, the first edition, Harbin industrial university press, 2003 [11] LiuNaPing editor, electronic product design and production technology, science press, 2008 [12] Yang just editor, electronic system design and practice of electronic industry press, 2009.3 [13] Yu Zujun editor, microcomputer monitoring and control system design, northern jiaotong university press, 2001.12 [14] WenZhiMing editor, movement control system analysis and application of national defense industry press, 2008.2 Reminder weina editor [15], and intelligent electronic production, science press, 2007 [16] Li Zhongwen editor, practical motor control circuit, chemical industry press, 2003.4 [17] Zhang Gongrun editor, intelligent technology, system design and development, Beijing aeronautics and astronautics press, 2007.2 [18] Chen Tiejun editor, intelligent control theory and applications, tsinghua university press, 2009.1 [19] LiuShaoJiang editor, sensor design and application instance, China electric power press, 2008 [20] He Limin editor, single chip microcomputer application system is designed, Beijing aerospace university press [21] Li Guangdi editor, microcontroller based, Beijing: Beijing university of aeronautics and astronautics press, 2001 [22] He Xicai editor, a new practical electronic circuit 400 cases, the electronic industrial press, 2000 [23] zhao negative diagram editor, sensor IC manual, the first edition, chemical industry press, 2004 [24] Chen Boshi editor, electric drive automatic control system, the second edition, Beijing: mechanical industry press, June 2000 [25] HTTP: / / http://www.xiexiebang.com/ 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： 专业创新实践实训报告 课题名称 成员 院系 专 业 指导教师 智能循迹小车 *** 航空工程学院 电子信息科学与技术专业 *** 2016年5月28日 目录 实训任务与内容..............................................................1 1.1实训任务...................................................................1 1.2 实训内容..................................................................1 2 模块设计....................................................................2 2.1 电路模块设计..............................................................2 2.1.1 硬件电路设计............................................................2 2.1.2 软件程序设计............................................................3 2.2 电机驱动模块设计..........................................................5 2.2 电源模块的设计............................................................6 2.3 传感器模块的设计..........................................................6 3 测试结果....................................................................7 4 心得体会....................................................................8 附录1电路原理图的总图........................................................9 附录2 源程序.................................................................10 实训任务与内容 1.1实训任务 1)熟悉51单片机集成开发环境，运用C语言编写工程文件； 2)熟练应用所选用单片机的内部结构、资源、以及软硬件调试的设备的基本方法； 3)自行构建基于单片机的最小系统，完成相关硬件电路的设计实现； 1.2 实训内容 基于AT89C52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的走向实现快速稳定的循线行驶。小车系统以AT89C52单片机位系统控制处理器；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。2 模块设计 2.1 电路模块设计 2.1.1 硬件电路设计 图2.1 驱动系统的原理图 图2.2传感器系统的原理图 图2.3电源系统的原理图 我们选用的是三个光电开关进行寻迹。光电开关电源线接入5V的电源，三个光电开关分别接入单片机的P1.0口-P1.2口。采用两个L298N芯片作为电机驱动芯片，步进电机模块的引脚ENA和ENB分别连接P0.6口和P0.7口；直流电机模块的引脚ENA和ENB分别连接P0.4口和P0.5口。模块的INT1-INT4连接单片机的P0.0-P0.3口，另一驱动模块IN为P2.0-P2.3口，OUT1-OUT4连接两个直流电机。 小车进入循迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片机I/O口，一旦检测到某个I/O口有信号，即进入判断处理程序，先确定4个探测器中的哪一个探测到了黑线，如果左面第一级传感器或者左面第二级传感器探测到黑线，即小车左半部分压到黑线，车身向右偏出，此时应使小车向左转；如果是右面第一级传感器或右面第二级传感器探测到了黑线，即车身右半部压住黑线，小车向左偏出了轨迹，则应使小车向右转。在经过了方向调整后，小车再继续向前行走，并继续探测黑线重复上述动作。2.1.2 软件程序设计 图2.4 驱动系统的流程图 系统总体软件设计综上所述，本系统主要实现的各个模块算法为：电机驱动算法，寻迹算法，测速算法，LCD显示算法。系统总体程序框图如图11所示。其中在小车寻迹的过程中，会不断调用测速算法，并通过LCD将实时速度显示出来。各个数的调用关系为了控制电机1和电机2PWM信号的占空比，设置了两个变量DutyCycle1和DutyCycle2，这两个变量的值可以作为控制电机移动函数的参数控制电机的速度。规定当DutyCycle的值小于time_count时电机的使能端输出1，反之输出0，这样就可以改变PWM信号占空比，控制电机的转速了。小车转向控制小车转向控制：：小车移动中前进比较容易控制，只要让两个电机同时正转就可以了。控制小车转向时有两种策略，第一种是一个电机正转而另一个不转，第二种是一个电机正转而另一个反转。在测试中我们发现采用第一种方法当小车运动时，运动一侧的轮子会带动不运动一侧的轮子迫使小车继续运动。所以我们采用了第二种控制小车转向的方法。控制电机转向的有两个方向位，DIR_L和DIR_R，它们不同状态和电机转向之间的关系表1表所示：小车速度和方向控制的函数都已经封装在一起，通过入口参数可以进行调节。 图2.5 智能循迹小车运行图 图2.6 智能循迹小车图 2.2 电机驱动模块设计 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，驱动电路的设计如图L298N的5、7、10、12四个引脚接到单片机上，通过对单片机的编程就可实现两个直流电机的PWM调速以及正反转控制。 L298驱动电机介绍： L298N 为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个桥式的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的I/O端口来提供模拟时序信号，但在本驱动电路中用L298来提供时序信号，节省了单片机I/O 端口的使用。L298N 接脚Pin1 和Pin15 可与电流侦测用电阻连接来控制负载的电路；OUTl、OUT2 和OUT3、OUT4 之间分别接2个步进电机；in1~in4 输入控制电位来控制电机的正反转；Enable则控制电机停转。 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。2.2 电源模块的设计 在本系统中，需要用到的电源有单片机的5V，L298N芯片的电源5V和电机的电源7-15V。所以需要对电源的提供必须正确和稳定可靠。 方案一：用9V的锌电源给前、后轮电机供电，然后使用7805稳压管来把高电压稳成5V分别给单片机和电机驱动芯片供电。这种接法比较简单，但小车的电路功耗过大会导致后轮电机动力不足。 方案二：采用双电源。为了确保单片机控制部分和后轮电机驱动的部分的电压不会互相影响，要把单片机的供电和驱动电路分开来，即：用直流电12v供给单片机，后轮电机的电源用5V供电，这样有助于消除电机干扰，提高系统的稳定性。 基于以上分析，我们选择了方案二，采用双电源供电。2.3 传感器模块的设计 TC端是传感器工作控制端，为高电平时，发光二极管不工作，传感器休眠，为低电平时，传感器启动。Signal端为检测信号输出，当遇到黑线，黑线吸收大量的红外线，反射的红外线很弱，光敏三极管不导通，Signal输出高电平；当遇到白线，与黑线相反，反射的红外线很强，使光敏三极管导通，Signal输出低电平。 这种探测方法，即利用红外线在不同颜色的表面特征，具有不同的反射性能，汽车行驶过程中接收地面的红外光。当红外光遇到白色路线，地板发生漫反射，安装在小型车的反射光接收器接收；如果是遇到黑色路线，红外光将被黑线吸收，安装在小车上的接收管没有收到红外光。控制器会根据是否收到反射的红外光为判断依据来确定的黑线的位置和小车的路线。红外探测器距离通常是不应超过15厘米的。红外发射和接收红外线感应器，可以使自己或直接使用集成红外探头。调整左右传感器之间的距离，两探头距离约等于黑线宽度最合适，选择宽度为3-5厘米的黑线。该传感器的灵敏度是可调的，传感器有时遇到黑线却不能送出相应的信号，通过调节传感器上的可调电阻，适当的增大或减小可改变灵敏度。另外，循迹传感器的放置也是有讲究的，有两种方法，一种是两个都是放置在黑线内侧紧贴黑线边缘，第二种是都放置在黑线的外侧，同样紧贴黑线边缘。本设计采用第二种方法。 单片机烧录程序后，就可以执行循迹指令了。如果小车向前行驶时向左偏离了黑线，那么右边传感器会产生一个高电平，单片机判断这个信号，然后向右拐回到黑线。两传感器输出信号为低电平时，小车前进。如果小车向右偏离黑线，左边传感器产生一个高电平，单片机判断这个信号，然后向左拐。这样，小车一定不会偏离黑线。若两个光电传感器同时输出的信号为高电平，即单片机判断的都为高电平时，小车向前直走。3 测试结果 从直线段O点出发，让小车智能循迹至N点，记录直点线段O点至A点的所用时间，记录A点至B点的时间，依次记录B点至C点、C点至D点、D点至E点、E点至F点、F点至N点的时间，重复测试5次，并记录时间。 图3.1 智能循迹小车跑道图 起点位于弯道的运行时间要长于起点位于直道的运行时间。导致这个现象出现的原因是由于弯道的曲率变化给小车的循迹调整带来了较大的影响，对应小号的调整时间业比起于直道的测试过程要长些。有时，小车会稍微偏离跑道。对传感器的灵敏度需要更加仔细的调整。4 心得体会 根据本次设计要求，我们小组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，再有对电路板的制作有了一定的了解，并学会了使用Protel设计电路。本次智能循迹小车课程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，通过这次的智能循迹小车的课程设计使我对程序完全有了一个新的认识，并能使用C熟练的进行编程了。通过本次智能循迹小车的课程设计，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，在这次的课程设计的过程中，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。附录1 电路原理图的总图 图3.1 电路原理图总图 附录2 源程序 #include 小车跑出轨道，直走前进，重新第三篇：基于单片机的智能循迹小车外文翻译
第四篇：智能循迹小车实验报告
第五篇：智能循迹小车
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