基于51單片機的智能小車控制系統(tǒng)

1、湖南工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計課題名稱基于51與單片機的智能小車控制系統(tǒng)系（院）名稱電氣工程系專業(yè)及班級學生姓名學號指導教師完成日期年11月19日隨著我國科學技術的進步，智能化作為現(xiàn)代社會的新產物開始越來越普及，各種高科技也廣泛應用于智能小車和機器人玩具制造領域，使智能機器人越來越多樣化。智能小車是一個多種高新技術的集成體，它融合了機械、電子、傳感器、計算機硬件、軟件、人工智能等許多學科的知識，可以涉及到當今許多前沿領域的技術。整個小車平臺主要以51單片機為控制核心，通過無線遙控實現(xiàn)前進后退和轉向行駛，通過紅外線傳感器，實現(xiàn)小車的自適應巡航、避障等功能。設計采用對比選擇，模塊獨立，綜合處理的研究

2、方法。通過翻閱大量的相關文獻資料，分析整理出有關信息，在此基礎上列出不同的解決方案，結合實際情況對比方案優(yōu)劣選出最優(yōu)方案進行設計。從電機車體，最小系統(tǒng)到無線遙控，紅外線對管的自動尋跡再到紅外線自動避障和語音控制，完成各模塊設計。通過調試檢測各模塊，得到正確的信號輸出，實現(xiàn)其應有的功能。最后將各個調試成功的模塊結合到小車的車體上，結合程序，通過單片機的控制，將各模塊有效整合在一起，達到所預期的目標，完成最終設計與制作，能使小車在一定的環(huán)境中智能化運轉。關鍵字：智能小車，單片機，紅外傳感器。目錄第一章緒論-1-1.1.1 智能循跡小車概述-1-1.1.2 課題研究的目的和意義-2-1.1.3 智能

3、循跡小車智能循跡分類-2-1.1.4 智能循跡小車的應用-3-第二章方案設計-4-4.1 主控系統(tǒng)-5-4.2 單片機最小系統(tǒng)-6-4.2.1 STC89C52簡介-6-4.2.2 時鐘電路-7-4.2.3 復位及復位電路-8-4.3 電機驅動模塊-10-4.4 循跡及避障模塊-11-4.5 機械系統(tǒng)-11-4.6 電源模塊-11-第三章硬件設計-11-2.1 總體設計-11-2.1.1 主板設計框圖-12-主板設計框圖如圖3-1,所需原件清單如表3-1-12-2.2 驅動電路（參考文獻4）-12-2.3 信號檢測模塊-13-2.4 主控電路-14-第四章軟件設計-15-程序功能描述與設計思路

4、-15-程序功能與設計思路-15-程序設計思路-15-程序流程圖-15-第五章調試與總結18調試18調試工具18調試過程18總結1822第一章緒論智能循跡小車概述自智能循跡小車又被稱為AutomatedGuidedVehicle,簡稱AGV是二十世紀五十年代研發(fā)出來的新型智能搬運機器人。智能循跡小車是指裝備如電磁，光學或其他自動導引裝置，可以沿設定的引導路徑行駛，安全的運輸車。工業(yè)應用中采用充電蓄電池為主要的動力來源，可通過電腦程序來控制其選擇運動軌跡以及其它動作，也可把電磁軌道黏貼在地板上來確定其行進路線，無人搬運車通過電磁軌道所帶來的訊息進行移動與動作，無需駕駛員操作，將貨物或物料自動從起

5、始點運送到目的地。AGV勺另一個特點是高度自動化和高智能化，可以根據(jù)倉儲貨位要求、生產工藝流程等改變而靈活改變行駛路徑，而且改變運行路徑的費用與傳統(tǒng)的輸送帶和傳送線相比非常低廉。AGV、車一般配有裝卸機構，可與其它物流設備自動接口，實現(xiàn)貨物裝卸與搬運的全自動化過程。此外，AGV、車依靠蓄電池提供動力，還有清潔生產、運行過程中無噪音、無污染的特點，可用在工作環(huán)境清潔的地方。隨著社會的不斷發(fā)展，科學技術水平的不斷提高，人們希望創(chuàng)造出一種來代替人來做一些非常危險，或者要求精度很高等其他事情的工具，于是就誕生了機器人這門學科。世界上誕生第一臺機器人誕生于1959年，至今已有50多年的歷史，機器人技術也

6、取得了飛速的發(fā)展和進步，現(xiàn)已發(fā)展成一門包含：機械、電子、計算機、自動控制、信號處理，傳感器等多學科為一體的性尖端技術。循跡小車共歷了三代技術創(chuàng)新變革：第一代循跡小車是可編程的示教再現(xiàn)型，不裝載任何傳感器，只是采用簡單的開關控制，通過編程來設置循跡小車的路徑與運動參數(shù)，在工作過程中，不能根據(jù)環(huán)境的變化而改變自身的運動軌跡。支持離線編程的，第二代循跡小車具有一定感知和適應環(huán)境的能力，這類循跡小車裝有簡單的傳感器，可以感覺到自身的的運動位置，速度等其他物理量，電路是一個閉環(huán)反饋的控制系統(tǒng)，能適應一定的外部環(huán)境變化。第三代循跡小車是智能的，目前在研究和發(fā)展階段，以多種外部傳感器構成感官系統(tǒng)，通過采集外

7、部的環(huán)境信息，精確地描述外部環(huán)境的變化。智能循跡小車，能獨立完成任務，有其自身的知識基礎，多信息處理系統(tǒng)，在結構化或半結構化的工作環(huán)境中，根據(jù)環(huán)境變化作出決策，有一定的適應能力，自我學習能力和自我組織的能力。為了讓循跡小車能獨立工作，一方面應具有較高的智慧和更廣泛的應用，研究各種新機傳感器，另一方面，也掌握多個多類傳感器信息融合的技術，這樣循跡小車可以更準確，更全面的獲得所處環(huán)境的信息課題研究的目的和意義隨著電子技術、計算機技術和制造技術的飛速發(fā)展，數(shù)碼相機、DVD洗衣機、汽車等消費類產品越來越呈現(xiàn)光機電一體化、智能化、小型化等趨勢。各種智能化小車在市場玩具中也占一個很大的比例。根據(jù)美國玩具協(xié)

8、會的調查統(tǒng)計，近年來全球玩具銷量增幅與全球平均GDB曾幅大致相當。而全球玩具市場的內在結構比重卻發(fā)生了重大改變：傳統(tǒng)玩具的市場比重正在逐步縮水，高科技含量的電子玩具則蒸蒸日上。美國玩具市場的高科技電子玩具的年銷售額2004年交2003年增長52%而傳統(tǒng)玩具的年銷售額僅增長3%英國玩具零售商協(xié)會選出的2001圣誕節(jié)最受歡迎的十大玩具中，有7款玩具配有電子元件。從這些數(shù)字可以看出，高科技含量的電子互動式玩具已經(jīng)成為玩家行業(yè)發(fā)展的主流0如今知識工程、計算機科學、機電一體化和工業(yè)一體化等許多領域都在討論智能系統(tǒng)，人們要求系統(tǒng)變得越來越智能化。顯然傳統(tǒng)的控制觀念是無法滿足人們的需求，而智能控制與這些傳統(tǒng)

9、的控制有機的結合起來取長補短，提高整體的優(yōu)勢更好的滿足人們的需求。隨著人工智能技術、計算機技術、自動控制技術的迅速發(fā)展，智能控制必將迎來它的發(fā)展新時代。計算機控制與電子技術融合為電子設備智能化開辟了廣闊前景。因此，遙控加智能的技術研究、應用都是非常有意義而且有很高市場價值的。人類的研究活動已擺脫了地球生物圈的束縛而廣泛地進入外層空間和海洋深處。對月球和太陽系其他行星的探測，對太陽系以外的宇宙進行考察，對數(shù)千米以下的海底的研究，都是目前單靠人力所不能及的。自動控制系統(tǒng)正在代替人們完成這些任務。在戰(zhàn)場上的軍事活動中，在惡劣環(huán)境條件下的生產勞動中，凡不宜由人直接承擔的任務，均可由自動控制系統(tǒng)代替，如

10、智能小車可以適應不同環(huán)境，不受溫度、濕度等條件的影響，完成危險地段、人類無法介入等特殊情況下的任務。高科技自動控制系統(tǒng)及裝置已日益成為現(xiàn)代社會活動中離不開的自動智能設備。智能循跡小車智能循跡分類AGV從發(fā)明至今已經(jīng)有50多年的歷史，隨著應用領域范圍的不斷擴大，其種類和形式也變得更加多樣化。一般根據(jù)行駛的導航方式將智能循跡小車分為以下幾種類型：(1)電磁感應式電磁感應式引導一般在地面上，沿預定路徑埋電線，當高頻電流通過導線，電線周圍產生電磁場流動,AGV、車上安裝兩個對稱的電磁感應傳感器，他們收到的電磁信號差異可以反映的AGV®離程度路徑的程度。AGV自動化控制系統(tǒng)，基于這種偏差值，以

11、控制車輛的轉向，連續(xù)的動態(tài)的閉環(huán)控制設置能夠保證AGV寸設定路徑的穩(wěn)定自動跟蹤。在目前商業(yè)用途的AGV,特別是大型和中型小車，絕大多數(shù)都采用電磁感應導航。(2)激光式安裝有可旋轉的激光掃描器的AGV可安裝在墻壁或有高反射激光定位標志的支柱上或者路徑上運行,AGVft靠激光掃描器發(fā)射激光束,然后接收由四周定位標志反射回的激光束，車載計算機，計算出當前車輛的位置和運動方向，通過內置的數(shù)字地圖和校準位置相比，以實現(xiàn)自動處理。目前，這種AGVfe型的應用比較廣泛。基于同樣的原理，如果激光掃描儀被紅外線發(fā)射器，或超聲波發(fā)射取代，激光制導的AGV、車可以轉變?yōu)榧t外引導和超聲引導的AGV(3)視覺式視覺引導

12、式AGV的迅速發(fā)展和比較成熟的AGV這種AGVE備CCEM像機，傳感器和車載電腦，在車載計算機中設置有AGa行駛路徑周圍環(huán)境圖像數(shù)庫。在AGV勺行駛過程中，相機得到的圖像與圖像數(shù)據(jù)庫進行比較，以確定當前位置和車輛周圍的圖像信息并對駕駛下一步作出決定。這種AGV、車并不需要設置任何的人工物理路徑，所以在理論上具有靈活性，在計算機圖像采集，存儲和處理技術飛速發(fā)展的今天，這種類型的AGV®用性越來越強。止匕外，還有鐵磁陀螺慣性引導式AGV光學引導式AGV?多種形式的AGV智能循跡小車的應用智能循跡小車發(fā)展歷史及主要應用場所如下：(1)倉儲業(yè)1954年，來自美國南卡羅來納州的MercuryM

13、otorFreight公司成為第一批把AGV、車的應用到倉庫的使用者，來實現(xiàn)出入庫貨物的自動處理。至今世界上有超過2100個廠家把大約2萬臺大型或小型的AGV、車應用到自己的倉庫中。中國的海爾集團在2000年把9臺AGV、車投產到了自己的倉庫區(qū)，形成一個靈活的AGV自動數(shù)據(jù)庫處理系統(tǒng)，輕松地完成了每天至少33500的儲存和裝卸貨物的任務。制造業(yè)在制造業(yè)的的生產線中AGV、車大顯身手，快速，精確，靈活的完成材料的運送任務。由多臺AGV、車組成的物流運輸處理系統(tǒng)，較人工搬運系統(tǒng)來說更靈活，運輸路線可以根據(jù)生產過程及時調整，使一條生產線，生產十幾個產品，大大提高了生產的靈活性，企業(yè)的競爭力。在197

14、4年瑞典的沃爾沃卡爾馬的汽車組裝廠，提高了運輸系統(tǒng)的靈活性，使用以AGV、車為載運工具的裝配線，采用該裝配線后，減少了20%g配時間、減少了39%&裝錯誤，減少了57%投資資金回收時間以及減少了5%勺員工費用。目前，在世界主要的汽車生產廠家，如通用、豐田、克萊斯勒、大眾AGV小車已被廣泛應用。近年來，作為-3-CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystems,直譯為基于計算機的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng))的基礎搬運工具，AGV已經(jīng)深入到機械加工，家電制造，微電子制造，煙草等行業(yè)，生產業(yè)和加工業(yè)已成為AGV、車使用最廣泛的領域。(3)郵局、圖書館、港口碼頭和機

15、場在郵局，圖書館，碼頭和機場候機樓等人口密集的公眾場所，存在著大量的物品的運送工作，充滿不定性和動態(tài)性強的特點，搬運過程往往也很單一。AGVT著可并行工作、自動化、智能化和處理靈活的特點，可以很好的滿足這些場合的運輸要求。1983年瑞典的大斯得哥爾摩郵局，1988年日本東京的多摩郵局，1990年中國上海的郵政相繼開始使用AGV小車來完成郵品的搬運工作。在荷蘭的鹿特丹港口，50輛被稱為“院子里的拖拉機”的AGV、車每天都在把集裝箱從船邊運送到幾百米以外的倉庫中。(4)煙草、醫(yī)藥、化工、食品對于處理一些需要在清潔、安全、無排放污染等其他特殊環(huán)境要求的產品生產如煙草、制藥、食品、化工等產品時應考慮A

16、GV、車的應用。在全國許多卷煙企業(yè)，如青島頤中集團、玉溪紅塔集團、紅河卷煙廠、淮陰卷煙廠，應用激光引導式AGVI成托盤貨物的搬運工作。(5)危險場所和特種行業(yè)在軍事方面，以AGV、車為基礎有著自動駕駛和檢測功能的設備，可用于戰(zhàn)場偵察和掃雷，英國軍方正在開發(fā)MINDER貞察系統(tǒng)，這是一種具有地雷探測、銷毀和路線驗證能力自動型偵察車。在鋼鐵廠，AGVJ、車負責爐料運輸，大大降低了工人們的勞動強度。在核電廠的核儲存地點使用AGV小車，以避免輻射的危險。AGV、車可在黑暗環(huán)境中，準確、可靠的運輸物料。第二章方案設計根據(jù)課題要求，確定以下方案：在現(xiàn)有的智能小車的基礎上，加上超聲波測距器，實現(xiàn)智能小車的速

17、度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量的數(shù)據(jù)傳至單片機進行處理，然后由單片機根據(jù)所測量的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動車的智能控制。這種方案能實現(xiàn)對電動機運動狀態(tài)進行實時控制，控制靈活、可靠、精度高,可滿足對系統(tǒng)的各項要求。主控系統(tǒng)根據(jù)設計要求，我認為該設計屬于多輸入的復雜程序控制問題，因此我擬定了以下幾種方案，具體如下：萬案一：STC89C5是ST償司生產的一種低功耗、高性能CMOS位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52®用經(jīng)典的MCS-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPlffl在系統(tǒng)可編程Flash，使

18、得STC89C5次眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。萬案一：AV如片機是Atmel公司1997年推出的RISC單片機。RISC（精簡指令系統(tǒng)計算機）是相對于CISC（復雜指令系統(tǒng)計算機）而言的。RISC并非只是簡單地去減少指令，而是通過使計算機的結構更加簡單合理而提高運算速度的。RISC優(yōu)先選取使用頻率最高的簡單指令，避免復雜指令：并固定指令寬度，減少指令格式和尋址方式的種類，從而縮短指令周期，提高運行速度。由于AVR采用了RISC的這種結構，使AVR系列單片機都具備了1MIPS/MHZ行萬條指令每秒/兆赫茲）的高速處理能力。萬案二：FPG冊由存放在片內RAW的程序來設置其工

19、作狀態(tài)的，因此，工作時需要對片內的RAMa行編程。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。加電時，F(xiàn)PGA5片將EPRO腫數(shù)據(jù)讀入片內編程RAW,配置完成后，F(xiàn)PGAS入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGAR復成白片，內部邏輯關系消失，因此，F(xiàn)PGAIt夠反復使用。FPGA勺編程無須專用的FPGAS程器，只須用通用、PRO啕程器即可。當需要修改FPGAft能時，只需換一片EPROMIW。這樣，同一片F(xiàn)PGA不同的編程數(shù)據(jù)，可以產生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA勺使用非常靈活。方案比較:采用單片機作為整個系統(tǒng)的核心，用其控制行進中的小車，以實現(xiàn)其既定的性能指標。充分分析我們的系統(tǒng)，其關鍵在于實現(xiàn)小

20、車的自動控制，而在這一點上，單片機就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢一一控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優(yōu)點。因此，這種方案是一種較為理想的方案。上對本設計特點一一多開關量輸入的復雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長處理多開關量的標準單片機，而不能用精簡I/O口和程序存儲器的小體積單片機，D/A、A/D功能也不必選用。根據(jù)這些分析,我選定了STC89C5印片機作為本設計的主控裝置，51單片機具有功能強大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，程序空間多達8K,對于本設計也綽綽有余，更可貴的是51單片機價格非常低廉。在綜合考慮了傳感器、兩部電機的

21、驅動等諸多因素后，我們決定采用一片單片機，充分利用STC89C5印片機的資源。單片機最小系統(tǒng)STC89C52簡介STC89C5整一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可榛除只讀存儲器(FPEROM-FlashPargramabieandErasableReadOnlyMemory)的低電壓，高性能COMOS8微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。圖2-1單片機實物圖STC89C52Sr體介紹如下：.主電源引腳(2根)VCC(Pin40):電源輸入，接+5V電源GND(Pin20):接地線.外接晶振引腳(2根)XTAL1(Pi

22、n19):片內振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20):片內振蕩電路的輸出端.控制引腳(4根)RST/VPP(Pin9):復位弓I腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復位。ALE/PROG(Pin30)地址鎖存允許信號PSEN(Pin29):外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31):程序存儲器的內外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內部程序存儲器讀指令。4,可編程輸入/輸出引腳(32根)STC89C52I片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2P3口，每個口有8位(8根引腳)，共32根。POO(Pin39Pin32):8位雙向I/O口線，名稱為

23、P0.0P0.7P1口(Pin1Pin8):8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0P1,7P2口(Pin21Pin28):8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0P2,7P3口(Pin10Pin17):8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.71Pl0/T2VCCP1.1/T2EXADO/PO.OPl,2AD1/FO.1Pl32Pl.4Alti/PO.3Pl5/MOSIAD4ZPD.4P1.*MISOADSZPO.J戶1.7/SUKADfi/PO.6RSTAD7/F0.7P3.0/RXDKAAfPPP3.ALEROGPS.IWTOFES'P3.3/INTIA15ZP2.7P3.<T0

24、A14/P2,6F3.5/T1A13/P2.5A12ZP24尬7A11/F2.3XTALiA10/F2.2XTALlA9/P2.1ONDA84>2,0239F3S4375366357348339321031113012132E1427152616231724IE2319222D21圖2-2單片機引腳圖STC89C52要功能如表一所示:表一STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51旨令系統(tǒng)8K可反復擦寫FlashROM32個雙向I/O口256x8bit內部RAM3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷|時鐘頻率0-24MHz2個串行中斷可編程UARW行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫

25、中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式低功耗空閑和掉電模式時鐘電路STC89C5陰部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，弓唧RXDffiTXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內部方式產生或外部方式產生。內部方式的時鐘電路如圖2-3(a)所示，在RXmTXD引腳上外接定時元件，內部振蕩器就產生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.212MH比問選擇，電容值在530pF之間選擇,電容值的大小可對頻率起微調的作用。外部方式的時鐘電路如圖2-3(b)所示，RXDg地，TXD®外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一

26、般采用頻率低于12MHz勺方波信號。片內時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產生一個兩相時鐘P1和P2,供單片機使用。如圖所示，RXDS地，TXD#外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz勺方波信號。片內時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產生一個兩相時鐘P1和P2,供單片機使用。RXDg地，TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片內時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產生一個兩相時鐘P1和P2,供單片機使用。(a)內部時鐘電路(b)外部時鐘電路圖2-3時鐘電路復位及復位電路(1)復位操作復位是單片機的初始化

27、操作。其主要功能是把PC初始化為0000H使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復位鍵重新啟動。除PC之外，復位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復位狀態(tài)如表二所示表二復位狀態(tài)表寄存器復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H(2)復位信號及其產生RST引腳是復位信

28、號的輸入端。復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(xù)24個振蕩周期(即二個機器周期)以上。若使用頗率為6MHz勺晶振，則復位信號持續(xù)時間應超過4us才能完成復位操作。產生復位信號的電路邏輯如圖整個復位電路包括芯片內、外兩部分。外部電路產生的復位信號(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內復位電路在每個機器周期的S5P2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內部復位操作所需要的信號。復位操作有上電自動復位相按鍵手動復位兩種方式。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的，具電路如圖2-4(a)所示。這佯，只要電源Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復

29、位初始化。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復位是通過使復位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實現(xiàn)的，具電路如圖24(b)所示；而按鍵脈沖復位則是利用RC微分電路產生的正脈沖來實現(xiàn)的。上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于6MHz晶振，能保證復位信號高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。其電路如圖24(c)所示：(a)上位電路(b)按鍵電平復位8雙70RST/VjnVss(c)按鍵脈沖復位圖2-4復位電路電機驅動模塊采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。線性型驅動的電路結構和原理簡單，加速能力強，采用由達林頓管組成的H型橋式電路(如圖2-5)。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調

30、的開關狀態(tài)下，精確調整電動機轉速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡單的實現(xiàn)轉速和方向的控制，電子管的開關速度很快，穩(wěn)定性也極強，是一種廣泛采用的PWMB速技術?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，我選用了L298N這種調速方式有調速特性優(yōu)良、調整平滑、調速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉等優(yōu)點。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。循跡及避障模塊采用兩只紅外對管，分別置于小車車身前軌道的兩側，根據(jù)兩只光電開關接受到白線與黑線的情況來控制小車轉向來調整車向，測試表明，只要合理安裝好兩只光電開關的位

31、置就可以很好的實現(xiàn)循跡的功能。（參考文獻3）采用一只紅外對管置于小車右側。通過測試此種方案就能很好的實現(xiàn)小車避開障礙物，且充分的利用資源而不浪費。（參考文獻3）機械系統(tǒng)本題目要求小車的機械系統(tǒng)穩(wěn)定、靈活、簡單，而三輪運動系統(tǒng)具備以上特點。驅動部分：由于玩具汽車的直流電機功率較小，而小車上裝有電池、電機、電子器件等，使得電機負擔較重。為使小車能夠順利啟動，且運動平穩(wěn)，在直流電機和輪車軸之間加裝了三級減速齒輪。電池的安裝：將電池放置在車體的電機前后位置，降低車體重心，提高穩(wěn)定性，同時可增加驅動輪的抓地力，減小輪子空轉所引起的誤差。簡單，而三輪運動具備以上特點。電源模塊采用4支1.5V電池單電源供電

32、，但6V的電壓太小不能同時給單片機與與電機供電。第三章硬件設計總體設計智能小車采用前輪驅動，前輪左右兩邊各用一個電機驅動，調制前面兩個輪子的轉速起停從而達到控制轉向的目的，后輪是萬象輪，起支撐的作用。將循跡光電對管分別裝在車體下的左右。當車身下左邊的傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制左輪電機停止，車向左修正，當車身下右邊傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制右輪電機停止，車向右修正。避障的原理和循線一樣，在車身右邊裝一個光電對管，當其檢測到障礙物時，主控芯片給出信號報警并控制車子倒退，轉向，從而避開障礙物。主板設計框圖主板設計框圖如圖3-1,所需原件清單如表3-1圖3-1主板設計框圖元件數(shù)量元件數(shù)量元

33、件數(shù)量直流電機2只電阻集成電路芯片單片機1塊二極管電容紅外對管3只蜂鳴器1只電位器12M晶振1只杜邦線玩具小車1個排針驅動電路（參考文獻4）小型直流電機專用驅動器，所用芯片L293屬于H橋集成電路，具輸出電流為1000mA最高電流2A,最高工作電壓36V,可以驅動感性負載，特別是其輸當驅動小型直流電機實現(xiàn)此功能只需改變采用此模塊定會使您3-2。入端可以與單片機直接相聯(lián)，從而很方便地受單片機控制。時，可以直接控制兩路電機，并可以實現(xiàn)電機正轉與反轉,輸入端的邏輯電平。本模塊具有體積小，控制方便的特點的電機控制自如，應對小車題目輕松自如。驅動原理圖如圖圖3-2電機驅動電路信號檢測模塊小車循跡原理是小

34、車在畫有黑線的白紙“路面”上行駛，由于黑線和白紙對光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強弱來判斷“道路”一黑線。筆者在該模塊中利用了簡單、應用也比較普遍的檢測方法一一紅外探測法。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質的特點，不斷地向外發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色障礙物時發(fā)生漫反射，反射光被與之相對的接收管接收；如果遇到黑色物體則紅外光被吸收，接收管接收不到紅外光。將接收管的結果送給單片機。單片機就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來進行相應的處理。根據(jù)它的特性可以用于智能小車的尋跡或避障。紅外對管白色為發(fā)射管，長引腳為正極，接高電位。黑色為接收管，長引腳接地，短引腳接

35、高電位.電路圖如圖3-3。圖3-3循跡原理圖主控電路本模塊主要是對采集信號進行分析，同時給出PW班控制電機速度，起停。以及再檢測到障礙報警等作用。其電路圖如圖PLJPL1PLJPLJPLIPL5PLiPLJRS?AP3JrsjkJ：pitPXJSI4PJJXTjiliKTALL圖3-4主控電路第四章軟件設計程序功能描述與設計思路進行微機控制系統(tǒng)設計時，除了系統(tǒng)硬件設計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個生產對象的實際需要設計應用程序。因此，軟件設計在微機控制系統(tǒng)設計中占重要地位。對于本系統(tǒng)，軟件更為重要。程序功能與設計思路1、當單片機接收到光電開關與避障信號后，控制電機左轉右轉，實現(xiàn)循跡。2、編制程

36、序使單片機驅動超聲波檢測模塊檢測前方小車距離，調整后車的車速。3、光電開關程序實現(xiàn)兩小車之間的相互通信，實現(xiàn)超車、領跑功能。程序設計思路1、循跡轉彎設計思路當左右兩邊光電開關都接收到檢車信號時，兩光電開關都輸出低電平，小車直行；當左右光電開關分別為接收不到信號、接收到信號時，左右光電開關分別輸出高、低電平，小車右拐；當左右光電開關分別為接收到信號、接收不到信號時，左右光電開關分別輸出低、高電平，小車左拐。當檢測到拐彎標志時，輸出為高電平，并實現(xiàn)對標志線計數(shù)功能，作為小車起始、拐彎、超車標志，實現(xiàn)小車的起始、拐彎與超車。程序流程圖1、主程序流程圖如圖所示3.單片機系統(tǒng)流程圖如圖所示打開時鐘，驅動

37、電機4-3單片機系統(tǒng)流程圖第五章調試與總結5.1調試5.1.1調試工具儀器名稱用途電腦調試及下載程序數(shù)字萬用表測量各種電路工作情況5.1.2調試過程我們嘗試著先用STC89C5東控制小車的跑馬燈，結果實驗成功。證明單片機運轉正常。然后嘗試尋跡，結果試驗成功，小車能正常的跑動起來。這個小試驗，是為了檢測小車的機械性能。達到了我們預期目的。主板通電前檢查：電路安裝完畢，我們首先直觀檢查電路各部分生產線是否正確，檢查電源、地線、信號線、元器件引腳之間有無短路，器件有無接錯。通電檢查：給電機通電，觀察電機是否工作正常。電機正常工作時，后驅工作電流為320mA電壓為5.4V;前驅電機工作電流為180mA

38、電壓為5.41V。給主板通電，觀察電路各部分器件有無異?，F(xiàn)象。主板安裝調試，在調試的過程中我們發(fā)現(xiàn)了原理圖中有一個小小的錯誤。這個錯誤導致小車的穩(wěn)壓芯片過熱。一起討論之后決定，修改原理圖，調換小車驅動芯片的位置。改動之后，小車電源穩(wěn)壓芯片過熱現(xiàn)象消失。小車也能實現(xiàn)了基本的功能。在調試的過程中卻發(fā)現(xiàn)小車不停車，經(jīng)過了幾天的努力，終于發(fā)現(xiàn)了問題的所在，原來時程序設計有誤。改正后調試，終于也能實現(xiàn)了循跡功能。5.2總結本設計方案按照任務書的要求，以51單片機為控制核心，結合無線遙控模塊、紅外對管尋跡模塊、紅外線避障模塊和電機控制模塊實現(xiàn)小車的自動尋跡功能，自動避障功能，無線遙控和語音控制功能?；就瓿筛黜椫笜耍瑢崿F(xiàn)小車的智能18化行駛。系統(tǒng)是通過軟硬結合的方式，得到硬件檢測信號后輸入單片機各個對應的I/O接口，通過匯編程序控制過程，小車由遙控啟動后，自動尋跡，并不斷檢測遙控、避障和語音信號，只要得到其中任何一種信號都將轉入它們對應的功能模塊，實現(xiàn)有效控制由于時間不足以及客觀多方面的困難，整個小車相