電動智能小車論文

青島理工大學琴島學院畢業(yè)論文（設計）PAGEPAGEII摘要隨著我國高科技水平的不斷提高和工業(yè)自動化進程的不斷推進，智能車被廣泛應用于各種玩具和其他產品的設計中，極大地豐富了人們的生活。本文基于ATmega16單片機設計了一種智能循跡避障小車，由電源模塊、紅外傳感器模塊、電機驅動模塊、調試模塊和MCU模塊組成。利用紅外對管和超聲波檢測黑線與障礙物，當左邊的紅外對管檢測到黑線時，小車往左邊偏轉，右邊的紅外對管檢測到黑線時，小車往右邊偏轉。以ATmega16單片機為控制芯片控制電動小車的速度及轉向，從而實現自動循跡避障的功能。其中小車驅動由L298N驅動電路完成，速度由單片機控制。關鍵詞：智能小車；單片機；自動循跡；避障AbstractWiththeincreasinglevelsofhigh-techandindustrialautomationprocessprogresses,theintelligentvehicleiswidelyusedtoallkindsoftoysandanotherproduction’sdevise.Itisgreatlyenrichedthelifeofthepeople.BasedonATmega16microcontroller,thispaperisaboutadesignofintelligenttracking-avoidancecar,whichisconsistofthepowersupplymodule,infraredsensormodule,themotordrivemodule,debugmoduleandtheMCUmodules.Usinginfraredandultrasonictestingonthetubeblacklineandtheobstacle,whenleftonthetubedetectsinfraredblackline,thecardeflectedtotheleft,therightofinfraredtubeblacklineisdetected,thecartotherightdeflection.ATmega16microcontrollerforthecontrolchiptocontrolthespeedandsteeringelectriccar,enablingautomatictrackingavoidancefunction.WhichcarisdrivenbyL298Ndrivercircuitcompleted,thespeedcontrolledbytheMCU.Keywords：IntelligentVehicle;MCU;automatictracking;obstacleavoidancePAGE23-目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 IAbstract II1緒論 11.1引言 11.2課題研究目的及意義 11.3本文的主要工作 22小車的總體方案設計 32.1設計思路 32.2小車循跡避障傳感器簡介 53小車的硬件電路設計 83.1單片機的選型 83.2微處理器模塊電路 104小車的軟件設計 144.1主程序設計及流程圖 144.2循跡子程序設計及流程圖 165制作安裝及調試 175.1硬件的測試 175.2系統(tǒng)的軟件調試 17結論 18致謝 19參考文獻 20附錄 211緒論1.1引言智能，在科技高速發(fā)展的今天，已成為一個引領時尚前沿的代名詞，智能手機，智能機器人等等已經在工業(yè)，軍事中得到廣泛的作用，在不為人們所熟知的領域，如深海探測，航空航天，地質勘探，智能也發(fā)揮著舉足輕重的作用[1]。智能車是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。整個系統(tǒng)設計集中運用了自動化控制、傳感技術、導航、電子、電氣、PC機、機械、人工智能等多個學科的知識[2]，是典型的高新技術綜合體。以后智能機器人的應用領域會愈發(fā)廣泛，如在航天航空技術、海洋能源開發(fā)技術、微電子技術、制造與維修技術、農業(yè)自動化、生物醫(yī)學等領域會有很大的突破和進展。能自動識別道路并完成相關任務是對一類專業(yè)機器人的基本要求，本文主要研究的是以AtmelMega16芯片為核心控制核心的智能車。由電源模塊、紅外傳感器模塊、電機驅動模塊、調試模塊和MCU模塊組成，主要通過紅外對管及超聲波收集的信息實現智能循跡與避障。1.2課題研究目的及意義自第一臺工業(yè)機器人誕生[3]以來，機器人的發(fā)展已經遍及機械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領域。近年來機器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們在不斷探討、改造、認識自然的過程中，制造能替代人工作的機器一直是人類的夢想。其中智能小車可以作為機器人的典型代表。其需要實現自動避障功能就必須要感知障礙物，實現自動識別路線，選擇正確的行進路線，使用傳感器感知路線并做出判斷和相應的執(zhí)行動作。智能小車設計與開發(fā)涉及控制、模式識別、傳感技術、汽車電子、電氣、計算機、機械等多個學科。它可以分為三大部分：傳感器檢測部分，執(zhí)行部分，CPU.現代智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到各行業(yè)都有實質成果，其基本可實現循跡、避障功能等基本功能。日本目前投入市場的不再是高性能的工業(yè)機器人，微型機器人汽車也正在逐步的進入市場。日前由日本科研人員研發(fā)的兩款微型機器人汽車與大眾見面，汽車內安裝有最尖端的視覺識別系統(tǒng)，通過內部的攝像頭與傳感器能夠使小車自動識別障礙物，從而避免碰撞，并判斷小車與障礙物之間的距離。目前研究人員已經將小車的這種自動識別系統(tǒng)應用到汽車工業(yè)領域去，這將為陷入低靡的汽車行業(yè)注入新的活力[4]。隨著計算機、自動控制、微電子技術、人工智能、虛擬現實、微納米技術仿生學、材料等相關學科領域的發(fā)展，避障循跡小車可以通過自動感知引導線以及躲避障礙物在工作中取代人力運輸，節(jié)省人力以及成本。智能車輛是一個運用計算機、傳感、信息、通信、導航、人工智能及自動控制等技術實現環(huán)境感知、規(guī)劃決策和自動行駛為一體的高新技術綜合體。此類機器人以后對我們的研究和生活定會發(fā)揮至關重要的作用，在以后對車輛的自動駕駛，飛船的自動航行模式及深海自動探測有很大的研究價值。1.3本文的主要工作本文研究的是小車的避障及循跡，主要包括以下2個部分：(1)以Mega16單片機為中央處理器，對硬件電路進行設計和改進，使其功能更加完善。系統(tǒng)硬件電路主要分為CPU、電源模塊、循跡模塊、避障模塊、顯示模塊、外圍輔助模塊六部分。(2)系統(tǒng)的軟件編制。按照軟件實現的功能，主要分為主程序、初始化子程序、信息采集子程序、信息分析及處理子程序、運動控制子程序、工作狀態(tài)顯示子程序。在程序的編寫過程中，加入了詳細的文字注釋，便于后期的改進與維護。2小車的總體方案設計2.1設計思路本系統(tǒng)采用簡單明了的設計方案。通過高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成的傳感器循跡模塊判斷黑線路經，然后由Mega16通過IO口控制L298N驅動模塊改變兩個直流電機的工作狀態(tài)，最后實現小車循跡。2.1.1小車循跡避障的結構本文所述小車采用RP5大功率坦克車體，它采用帶電感的大扭力280馬達，組合斜齒+金屬齒，形成大扭力、低噪音底盤系統(tǒng)，具有動力性能強、底盤穩(wěn)定性高、可原地轉圈、轉彎靈活等特點。負載能力至少3KG以上?？梢栽秸系K物，適合比較高要求的場合。因此可模擬家庭及工業(yè)等場合的一些環(huán)境。小車系統(tǒng)結構框圖如圖2-1所示，系統(tǒng)以Mega16單片機為核心，配合外圍電路共同完成信號采集、路線檢測、障礙檢測、按鍵輸入、信號顯示和小車姿態(tài)控制等功能。循跡采用單片機查詢脈沖調制的反射式紅外發(fā)射接收器返回的信號以獲取道路信息，避障則有中斷和查詢協(xié)同完成，并用發(fā)光二極管顯示障礙信息及小車運行狀態(tài)。系統(tǒng)采用高性能的單片機，要求工作穩(wěn)定、處理速度快、通用性強，保證小車循跡避障的穩(wěn)定性及可靠性，而且成本低。圖2-1循跡避障小車結構框圖處理器部分設計思路微處理器是小車的核心部分，主要完成對外圍各個模塊的管理，實現對外圍模塊的信號發(fā)送，以及對傳感器模塊的信號采集，并根據軟件算法對所采集的信號進行處理，發(fā)送信號給執(zhí)行模塊進行任務執(zhí)行，還對各種突發(fā)事件進行監(jiān)控和處理，保證整個系統(tǒng)的正常運作。這里采用AtmelMega16單片機，該單片機是高性能、低電壓的8位AVR單片機，內含16K字節(jié)的系統(tǒng)內可編程Flash和512字節(jié)的EEPROM，另外有兩個具有獨立預分頻器和比較器功能的8位定時器/計數器和一個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數器，32個可編程的I/O口[5]。小車循跡避障部分設計思路小車循跡避障部分是能夠采集周圍環(huán)境障礙物的信息，并返回至單片機進行處理，其組成部分包括：環(huán)境信息采集電路、放大電路、單片機控制電路。路線采集電路一般有脈沖調制的反射式紅外發(fā)射接收器和信號放大器組成，脈沖調制的反射式紅外發(fā)射接收器根據不同顏色對光的反射程度不同，將路線信息送至放大器，放大器可作為比較器可作簡單的濾波，放大器將從脈沖調制的反射式紅外發(fā)射接收器返回的信號轉化為單片機可識別的電平信號后送入單片機。Mega16單片機可根據接收的信息判斷路線的信息，實現對左右兩側直流電機工作狀態(tài)的控制，以實現左右轉向，最終實現循跡功能。避障部分則有超聲波模塊和兩路脈沖調制的反射式紅外發(fā)射接收器。超聲波可實現測距，利用超聲波返回的信號變化使單片機產生中斷，實現障礙的判斷，當距離大與某個值時可繼續(xù)前進，當距離小雨某個值時則單片機進行處理，實現避障。2.1.2小車循跡避障電源部分設計思路LM2940是輸出電壓固定的低壓差三端穩(wěn)壓器，使用6節(jié)干電池供電，通過LM2940穩(wěn)壓芯片將干電池提供的9V電穩(wěn)壓至5V為Mega16單片機及其它電路供電。LM2940最大輸入電壓為26V，輸出電壓為5V，最大輸出電流為1A，且輸出電流為1A時，最小輸入輸出電壓差小于0.8V。工作溫度-40～+125℃，內含靜態(tài)電流降低電路、電流限制、過流保護、電池反接和反插入保護電路。LM2940工作穩(wěn)定，比7805故該小車系統(tǒng)選用LM2940穩(wěn)壓芯片提供穩(wěn)定的5V電源。小車電機驅動部分設計思路小車車體為RP5-CH02玩具坦克車底盤，為差動式履帶車,由于其為大功率，采用帶電感的大扭力260型馬達，形成大扭力、低噪音底盤系統(tǒng)，具有動力性能強，因此也需要大電流大功率驅動模塊。左右兩側的電機分別由電機驅動芯片L298N來驅動。L298N是一種內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，接收標準TTL邏輯電平信號，可驅動46V、2A以下的電機，可分別獨立驅動兩個直流電機。L298N的信號輸入端和使能端接收到來自單片機的信號，控制電機的通斷以及正、反轉，還可以通過向使能端輸入不同占空比的方波信號來調整電機轉速(PWM方式)。2.2小車循跡避障傳感器簡介可實現循跡避障功能的傳感器多種多樣，如循跡可以選用發(fā)光二極管+光敏電阻、脈沖調制的反射式紅外發(fā)射接收器、CCD傳感器等；避障則可選有紅外對管、超聲波模塊、光電開關等。2.2.1小車循跡避障傳感器的選定小車的循跡主要是循黑線前進，可采取的方案如下：方案1：采用發(fā)光二極管加光敏電阻，該方案缺點：易受到外界光源的干擾，有時甚至檢測不到黑線，主要是因為可見光的反射效果跟地表的平坦程度、地表材料的反射情況均對檢測效果產生直接影響?？朔巳秉c的方法：采用超高亮度的發(fā)光二極管能降低一定的干擾，但這又會增加檢測系統(tǒng)的功耗。方案2：脈沖調制的反射式紅外發(fā)射接收器。由于采用帶有交流分量的調制信號，則可大幅度減少外界的干擾；此外紅外發(fā)射接收管的工作電流取決于平均電流，如果采用占空比小的調制信號，在平均電流不變的情況下，瞬時電流很大（50～100mA）（ST-188允許的最大輸入電流為50mA），則大大提高了信噪比。此種測試方案反應速度大約在5us。脈沖調制的反射式紅外發(fā)射接收器工作穩(wěn)定，價格便宜，又可減輕單片機的負擔。因此，我選用方案二。避障則可選用超聲波模塊和脈沖調制的反射式紅外發(fā)射接收器協(xié)同工作。由于超聲波反射聲波對所測物體的斜度有一定要求，而紅外對管對光線有限制，因此，兩者協(xié)同作用，同時，兩側的紅外對管還可實現對左右兩側障礙物的檢測，使得小車對障礙物的檢測更加準確。2.2.2循跡模塊有三路紅外探測模塊，均使用紅外線發(fā)射和接收管等分立元器件組成探頭，又由于所采用的紅外反射式傳感器屬于接近式傳感器,其光電二極管光生電流隨所受到的反射光的強度而連續(xù)變化，因而會引起其兩端電壓的連續(xù)變化。因此,若直接把這個電平信號供給單片機，容易產生誤讀情況,因此使用LM339或LM358比較器（加入遲滯電路），防止臨界輸出抖動作為核心器件構成中控電路。三路探頭協(xié)同工作，根據三路探頭返回值的不同確定路線的方向，通過單片機改變兩個直流電機的運行狀態(tài)，來調整小車的姿態(tài)，以完成隨導引線完成循跡的任務。小車循跡避障傳感器的特性及主要技術參數紅外反射式傳感器由1個紅外發(fā)射管(發(fā)射器)和1個光電二極管(接收器)構成。紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光在遇到反光性較強的物體(表面為白色或近白色)后被折回，被光電二極管接收到，引起光電二極管光生電流的增大。將這個變化經LM339或LM358比較器處理即可變?yōu)殡妷盒盘?，就可以被處理器接受并處理，進而實現對反光性差別較大的兩種顏色(如黑白兩色)的識別。其安全工作電壓范圍在3伏特至6伏特之間。US-020超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可高達3mm表2.1超聲波電氣參數電氣參數US-020超聲波模塊工作電壓DC5V工作電流15mA工作頻率40Hz最遠射程4m最近射程2cm測量角度15度輸入觸發(fā)信號10uS的TTL脈沖輸出回響信號輸出TTL電平信號，與射程成比例規(guī)格尺寸45*20*15mm小車循跡避障設計方案本論文中的小車以Mega16單片機為控制核心，采用脈沖調制的反射式紅外發(fā)射接收器采集道路信息，采用超聲波和紅外反射式傳感器采集前方以及左右放障礙的情況。首先，脈沖調制的反射式紅外發(fā)射接收器對道路信息，即對黑線信息進行采集，并經過LM339比較器轉化為穩(wěn)定的電平信號送至Mega16單片機，然后在Mega16單片機內對信號進行處理，如中間傳感器下為黑線時，由于黑色對光的反射能力最弱，因此傳感器返回給單片機的信號為高電平，即1，兩側均為白色，則返回給單片機的信號為低電平，即0，此時，小車前進。其余情況則小車根據傳感器的信息進行運行狀態(tài)的調整，以實現準確循黑線行進。另外，避障模塊則由中間的超聲波模塊和左右兩側的紅外傳感器組成，由超聲波模塊對所測物體斜度有要求，并且紅外對斜度無要求但對光線有要求，因此，兩者協(xié)同工作，超聲波通過測距實現障礙的判斷，一旦距離小于某個定值，便是小車轉向，同時考慮左右兩側紅外傳感器的信息，以確定障礙物的信息，實現小車的準確避障。其中超聲波利用Mega16單片機的中斷2對小車控制，同時單片機查詢左前右前方紅外對管返回的信號，確定小車應該采取的控制狀態(tài)。3小車的硬件電路設計在小車的設計中，單片機是其核心部件。它一方面要接收來自傳感器送來的路線信息和障礙物信號；另一方面要對兩種信號進行處理，控制發(fā)光二極管的亮滅，以顯示其信息，同時控制電機進行相應動作，并且查詢模式選擇開關的狀態(tài)。單片機對信息接收選用查詢的方式，要求單片機具備較快的運算速度，以實現對信息的實時接收處理，保證循跡避障的精確、及時。3.1單片機的選型如今比較普遍的單片機有51系列與AVR系列。8051單片機雖然應用普遍、工具多、易上手、片源廣、價格低，但是速度慢、功耗大，適合民用，商用，不適合工業(yè)用途。AVR單片機（ATmega16）的時鐘源（晶振、內部RC等）可以不經過分頻直接提供給CPU使用，而51的CPU主頻等于晶振的12分頻，ATmega16外部提供16M的晶掁，即CPU頻率可達16M，常規(guī)51的時鐘源為12M，經12分頻后CPU頻率僅為1M，所以AVR單片機的運行速度比51單片機的運行速度要快的多，并且AVR單片機可提供內容1M、2M、4M、8M等可變的CUP頻率。為適用于本論文設計的循跡避障小車，應選擇一種比8051系列速度快、功耗低、抗干擾性好。Atmel推出的AVR系列單片機具有高速、低功耗、超強抗干擾等優(yōu)點，速度卻比8051單片機快8~12倍。而且AVR系列下屬的Mega16系列單片機是低功耗Flash單片機，它的高效尋址方式、大容量Flash、EEPROM、A/D轉換、硬件乘法器、硬件脈寬調制器(PWM)等功能特點，較好的實現了強大的功能與超低功耗的結合。而且在功能同樣的情況下，管腳較少封裝體積小，價格比其他型號便宜，因此具有很好的性價比和應用適應性。3.1.本系統(tǒng)中所采用的單片機為AtmelMega16單片機，Mega16是高性能、低功耗的8位AVR[6]微處理器，16K字節(jié)的系統(tǒng)內可編程Flash（具有同時讀寫的能力，即RWW），512字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)SRAM，32個通用I/O口線，32個通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內調試與編程，三個具有比較模式的靈活定時器、計數器（T/C），片內、外中斷，可編程串行USART，有其實條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益（TQFP封裝）的ADC，具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式，工作于空閑模式CPU停止工作，而USART、兩線接口、A/D轉換器、SRAM、T/C、SPI端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時晶體振蕩器停止震蕩，所有功能除了中斷系統(tǒng)和硬件復位之外都停止工作。ATmega16的I/O端口ATmega16芯片有PORTA、PORTB、PORTC、PORTD（簡稱PA、PB、PC、和PD）4組8位，共32路通用I/O接口，分別對應芯片上32個I/O引腳。所以這些I/O接口都是雙（有的為3）功能復用。這些I/O口同外圍電路有機結合，構成各式各樣的單片機嵌入式系統(tǒng)的前向、后向通道接口，人機交互接口和數據通信接口，可實現千變萬化的應用。作為數字I/O使用時，所有AVRI/O端口都具有真正的讀-修改-寫功能。這意味著用SBI或CBI指令改變某些管腳的方向（或者是端口電平、禁止/使能上拉電阻）時不會無意義地改變其他管腳的方向（或者是端口電平、禁止/使能上拉電阻）。輸出緩沖器具有對稱的驅動能力，可以輸出或吸收大電流，直接驅動LED。所有的端口引腳具有與電壓無關的上拉電阻。每個端口都有三個I/O存儲器地址：數據寄存器—PORTx、數據方向寄存器—DDRx和端口輸入引腳—PINx。數據寄存器和數據方向寄存器為讀、寫寄存器，而端口輸入引腳為只讀寄存器。但是需要特別注意的是，對PINx寄存器某一位寫入邏輯“1”將造成數據寄存器響應位的數據發(fā)生“0”與“1”的交替變化。當寄存器MCUCR的上拉禁止位PUD置位時所有端口引腳的上拉電阻都被禁止。每個端口引腳都具有三個寄存器位：DDxn、PORTxn和PINxn。DDxn位于DDRx寄存器，PORTxn位于PORTx寄存器，PINxn位于PINx寄存器。引腳配置為輸入時，若PORTxn為“1”，上拉電阻將使能。如果需要關閉這個上拉電阻，可以將PORTxn清零，或者將這個引腳配置為輸出。復位時各引腳為高阻態(tài)，即使此時并沒有時鐘在運行。不論如何配置DDxn，都可以通過讀取PINxn寄存器來獲得引腳電平。PINxn寄存器的各個位與其前面的鎖存器組成一個同步器，這樣就可以避免在內部時鐘狀態(tài)發(fā)生改變的短時間范圍內由于引腳電平變化而造成的信號不穩(wěn)定，其缺點是引入了延遲。3.2微處理器模塊電路微處理器用AtmelMega16單片機構成的最小系統(tǒng)[7]組成，其包括晶振、一個復位電路和一個小車運行模式選擇按鍵。其中晶振大小為16MHz，復位開關為微動開關，模式選擇開關則為帶鎖開關，可實現模式選擇的鎖定，以便主程序查詢。電路圖如圖3-1所示。圖3-1Mega16最小系統(tǒng)3.2.1電源模塊電路電源可以采用4節(jié)1.5V電池直接供電，但是6V的電壓不能同時給單片機與電機供電，并且由于小車電機功耗大，這種方案中電源容易受電路的影響，因此在此系統(tǒng)中采用LM2940來供電。LM2940是輸出電壓固定的低壓差三端穩(wěn)壓器；輸出電壓5V，輸出電流1A；輸出電流1A時，最小輸入輸出電壓差小于0.8V；最大輸入電壓26V；工作溫度-40～+125℃；內含靜態(tài)電流降低電路、電流限制、過熱保護、電池反接和反插入保護電路。該模塊采用LM2940作為穩(wěn)壓芯片，其輸入用6節(jié)干電池供電，輸出為+5V，為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的+5V電源，該設計可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及降低系統(tǒng)對工作環(huán)境的要求。電路中加入帶鎖按鍵可以在停止工作時切斷電源，以節(jié)省電源，并且在輸入輸出端分別加入了LED指示燈，指示電源的工作狀態(tài)。其電路圖如圖3-圖3-2電源模塊3.2.2脈沖調制的反射式紅外發(fā)射接收器返回的信號較弱，且直接輸入給單片機的話容易產生誤判，而對信息處理出現錯誤的分析，以致出現循跡的錯誤，因此，需要經過前置電路對其進行放大、濾波、電平調整[8]，滿足單片機輸入信號的要求。本系統(tǒng)采用的LM339比較器實現濾波及電平調整。常見的運算放大器中，LM339價格低廉、使用簡單等優(yōu)點比較突出，因此本設計中的信號處理、電平調整用LM339作為電路的比較器。LM339是四電壓比較器集成電路。其工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作。LM393/339是高增益，寬頻帶器件，像大多數比較器一樣，如果輸出端到輸入端有寄生電容而產生耦合，則很容易產生振蕩.這種現象僅僅出現在當比較器改變狀態(tài)時，輸出電壓過渡的間隙.電源加旁路濾波并不能解決這個問題，標準PC板的設計對減小輸入—輸出寄生電容耦合是有助的。除非利用滯后，否則直接插入IC并在引腳上加上電阻將引起輸入—輸出在很短的轉換周期內振蕩，如果輸入信號是脈沖波形，并且上升和下降時間相當快，則滯回將不需要。比較器的所有沒有用的引腳必須接地。3.2.3避障模塊有兩部分組成，包括探測左前右前的紅外對管如圖3-3和超聲波如圖3-4。圖3-3左前右前避障模塊圖3-4超聲波模塊其中如圖3-3所示，左前右前避障傳感器為脈沖調制的反射式紅外發(fā)射接收器，但其較容易受光線影響，而圖3-4所示的超聲波模塊測距對所探測物體斜度有要求，兩者結合既可不受被測物體斜度的影響，而且可以對高度不同的障礙物進行探測，增加了探測的準確性和全面性，增加了避障的準確度。本文設計的小車采用直流電機提供動力，并且電機均接有具有保護作用的大電感。小車采用直流電機提供動力，L1、L2兩個大電感對電機其保護作用。由有L298驅動模塊驅動電機，L298N是一種內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器[8],接收標準TTL邏輯電平信號，可驅動46V、2A以下的電機，可分別獨立驅動兩個直流電機，本設計即用了這樣的連接方式驅動左右兩個電機，E1、E2接控制使能端，控制電機的停轉；In1~In4接單片機的輸出端，用于控制電動機轉向。表3.1為L298N的E1功能邏輯。L298N中E2、In3、In4的邏輯與表3.1相同。表3.1L298N的E1功能邏輯E1In1In狀態(tài)0——停止101正轉110反轉111剎車100停止如圖3-5所示，本系統(tǒng)使用發(fā)光二極管來顯示障礙物的情況和小車的運行狀態(tài)，以方便小車的調試和實驗，并且加上限流電阻，以實現對發(fā)光二極管的保護，提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能。發(fā)光二級光均為共陽極，當單片機給低電平時，發(fā)光二極管被點亮。根據傳感器返回的信息，單片機控制發(fā)光二極管的亮滅。當左側傳感器測到有障礙時，則標有“左前障礙”的發(fā)光二級光被點亮，當小車右轉時，則標有“右轉”的小燈會被點亮。圖3-5顯示模塊4小車的軟件設計本論文中，軟件解決的是單片機對信息的接收及處理的問題，即實現收集信息、對小車運行狀態(tài)控制和對信息的顯示。本系統(tǒng)應用ICCAVR進行編程，采用C語言編程[9]，使用Progisp對單片機進行程序的下載。4.1主程序設計及流程圖主程序流程圖如圖4-1所示。首先單片機初始化，包括對定時器及端口的初始化，然后檢測模式選擇按鍵的狀態(tài)。若為循跡模式，則進入循跡子程序，查詢循跡傳感器的狀態(tài)，進行循跡處理；若為避障模式，則進入子程序，對壁障傳感器進行查詢處理。并且每次都需要檢測按鍵狀態(tài)，保證小車的運行模式不出現錯誤。小車根據按鍵狀態(tài)識別運行模式，當按鍵閉合時進入避障模式子程序，當按鍵斷開時，小車為循跡模式，執(zhí)行循跡子程序。圖4-1主程序流程圖4.1.1避障子程序主要實現對有無障礙的判斷，從而對小車給與正確的運行指令，實現避障。避障傳感器有左前、右前、正前三個傳感器，對障礙進行探測，對障礙的探測更準確全面，如當正前方有障礙，而左前方無障礙時，則可是小車左轉，避開障礙。先判斷正前方傳感器狀態(tài)，再對左前右前的狀態(tài)進行判斷，根據三個傳感器的狀態(tài)便可實現對小車狀態(tài)的控制。如若三個方向都有障礙時，則小車先實施后退再進行做左轉，防止其撞上障礙物。其程序流程圖如圖4-2所示。圖4-2避障子程序流程圖4.2循跡子程序設計及流程圖循跡主要依靠車體前方三個并排固定的脈沖調制的反射式紅外發(fā)射接收器采集黑線信息，返回至單片機進行分析處理，對小車的運行加以控制，使小車始終循著黑線前進。其三個傳感器分別為左、中、右，當小車狀態(tài)不為白黑白時，則小車狀態(tài)實施轉向調整，直至轉至白黑白狀態(tài)，若為黑黑黑狀態(tài)則可檢測為十字路口，則直接前行通過，最后為白白白時，則小車停止。三個傳感器協(xié)調工作，則可實現準確循跡。其程序流程圖如圖4-3所示。圖4-3循跡子程序流程圖5制作安裝及調試5.1硬件的測試按照之前設計好的智能循跡小車原理圖，詳細計算系統(tǒng)中各個元件的參數，選擇相應器件，制作實際電路板。然后選取萬用表的200歐姆檔來測試電路板。用紅、黑表筆來測試電路板上每條走線，如果測量的電阻值非常小時，證明走線沒有斷開，當其電阻值很大時，證明該條走線斷了，應該重新制作走線，使電路板在電氣上得到正確地連接。5.2系統(tǒng)的軟件調試在軟件調試中，使用功能強大且的WAVE6000軟件進行軟件編譯與調試,使用MicrocontrollerISPSoftware及其配套的單片機對程序進行燒錄。軟件調試的流程是這樣的：先分別對主要的功能程序模塊進行模擬仿真調試；然后再將各程序模塊組織起來進行統(tǒng)調。5.2.1(1)在測試中遇到小車遇到黑線電機不動.解決：首先使用試測儀對電路進行測試,觀察是否存在漏焊、虛焊、或電子元件損壞。(2)輸入程序后，小車循跡不靈敏，還有就是當拐彎度數過大，小車速度過快的時候，小車偶爾偏離軌道。