第一篇：智能小車的研究背景（定稿）

課題背景 目前 在企業生產技術不斷提高、對自動化技術要求不斷加深的環境下智能車輛以及在智能車輛基礎上開發出來的產品已成為自動化物流運輸、柔性生產組織等系統的關鍵設備。世界上許多國家都在積極進行智能車輛的研究和開發設計。移動機器人是機器人學中的一個重要分支出現于 20 世紀06 年代。當時斯坦福研究院SRI的 Nils Nilssen 和 charles Rosen 等人在 1966 年至 1972 年中研制出了取名 shakey 的自主式移動機器人目的是將人工智能技術應用在復雜環境下完成機器人系統的自主推理、規劃和控制。從此移動機器人從無到有數量不斷增多智能車輛作為移動機器人的一個重要分支也得到越來越多的關注。智能小車是一個集環境感知、規劃決策自動行駛等功能于一體的綜合系統它集中地運用了計算機、傳感、信息、通信、導航及白動控制等技術是典型的高新技術綜合體。智能車輛也叫無人車輛是一個集環境感知、規劃決策和多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統。它具有道路障礙自動識別、自動報警、自動制動、自動保持安全距離、車速和巡航控制等功能。智能車輛的主要特點是在復雜的道路情況下能自動地操縱和駕駛車輛繞開障礙物并沿著預定的道路軌跡行進。智能車輛在原有車輛系統的基礎上增加了一些智能化技術設備: 1計算機處理系統主要完成對來自攝像機所獲取的圖像的預處理、增強、分析、識別等工作 2攝像機用來獲得道路圖像信息 3傳感器設備車速傳感器用來獲得當前車速障礙物傳感器用來獲得前方、側方、后方障礙物等信息。智能車輛技術按功能可分為三層即智能感知/預警系統、車輛駕駛系統和全自動操作系統團。上一層技術是下一層技術的基礎。三個層次具體如下: 1智能感知系統利用各種傳感器來獲得車輛自身、車輛行駛的周圍環境及駕駛員本身的狀態信息必要時發出預警信息。主要包括碰撞預警系統和駕駛員狀態監控系統。碰撞預警系統可以給出前方碰撞警告、盲點警告、車道偏離警告、換道/并道警告、十字路口警告、行人檢測與警告、后方碰撞警告等.駕駛員狀態監控系統包括駕駛員打噸警告系統、駕駛員位置占有狀態監測系統等。2輔助駕駛系統利用智能感知系統的信息進行決策規劃給駕駛員提出駕駛建議或部分地代替駕駛員進行車輛控制操作。主要包括:巡航控制、車輛跟蹤系統、準確泊車系統及精確機動系統。3車輛自動駕駛系統這是智能車輛技術的最高層次它由車載計算機全部自動地實現車輛操作功能。目前主要發展用于擁擠交通時低速自動駕駛系統、近距離車輛排隊駕駛系統等。這種智能小車的主要應用領域包括以下幾個方面: 1軍事偵察與環境探測 現代戰爭對軍事偵察提出了更高的要求世界各國普遍重視對軍事偵察的建設采取各種有效措施預防敵方的突然襲擊并廣泛應用先進科學技術不斷研制多用途的偵察器材和探測設備在車上裝備攝像機、安全激光測距儀、夜視裝置和衛星全球定位儀等設備通過光纜操縱完成偵察和監視敵情、情報收集、目標搜索和自主巡邏等任務進一步擴大偵察的范圍提高 2偵察的時效性和準確性。2探測危險與排除險情 在戰場上或工程中常常會遇到各種各樣的意外。這時智能化探測小車就會發揮很好的作用。戰場上可以使用智能車輛掃除路邊炸彈、尋找和銷毀地雷。民用方面可以探測化學泄漏物質可以進行地鐵滅火以及在強烈地震發生后到廢墟中尋找被埋人員等。3安全檢測受損評估 在工程建設領域可對高速公路自動巡跡進行道路質量檢測和破壞分析檢測對水庫堤壩、海岸護岸堤、江河大壩進行質量和安全性檢測。在制造領域可用于工業管道中機械損傷裂紋等缺陷的探尋對輸油和輸氣管線的泄漏和破損點的查找和定位等。4智能家居 在家庭中可以用智能小車進行家具、遠程控制家中的家用電器控制室溫等等。對這種小車的研究將為未來環境探測術上的有力支持。

第二篇：智能小車的研究背景及意義

1.1本課題的研究的背景以及現實意義

目前，在企業生產技術不斷提高、對自動化技術要求不斷加深的環境下，智能車輛以及在智能車輛基礎上開發出來的產品已成為自動化物流運輸、柔性生產組織等系統的關鍵設備。世界上許多國家都在積極進行智能車輛的研究和開發設計。移動機器人是機器人學中的一個重要分支，出現于20世紀06年代。當時斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen和charles Rosen等人，在1966年至1972年中研制出了取名shakey的自主式移動機器人，目的是將人工智能技術應用在復雜環境下，完成機器人系統的自主推理、規劃和控制。從此，移動機器人從無到有，數量不斷增多，智能車輛作為移動機器人的一個重要分支也得到越來越多的關注。智能小車，是一個集環境感知、規劃決策，自動行駛等功能于一體的綜合系統，它集中地運用了計算機、傳感、信息、通信、導航及白動控制等技術，是典型的高新技術綜合體。智能車輛也叫無人車輛，是一個集環境感知、規劃決策和多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統。它具有道路障礙自動識別、自動報警、自動制動、自動保持安全距離、車速和巡航控制等功能。智能車輛的主要特點是在復雜的道路情況下，能自動地操縱和駕駛車輛繞開障礙物并沿著預定的道路(軌跡)行進。智能車輛在原有車輛系統的基礎上增加了一些智能化技術設備:(1)計算機處理系統，主要完成對來自攝像機所獲取的圖像的預處理、增強、分析、識別等工作;(2)攝像機，用來獲得道路圖像信息;(3)傳感器設備，車速傳感器用來獲得當前車速，障礙物傳感器用來獲得前方、側方、后方障礙物等信息。

智能車輛技術按功能可分為三層，即智能感知/預警系統、車輛駕駛系統和全自動操作系統團。上一層技術是下一層技術的基礎。三個層次具體如下:(1)智能感知系統，利用各種傳感器來獲得車輛自身、車輛行駛的周圍環境及 駕駛員本身的狀態信息，必要時發出預警信息。主要包括碰撞預警系統和駕駛員狀態監控系統。碰撞預警系統可以給出前方碰撞警告、盲點警告、車道偏離警告、換道/并道警告、十字路口警告、行人檢測與警告、后方碰撞警告等.駕駛員狀態監控系統

包括駕駛員打噸警告系統、駕駛員位置占有狀態監測系統等。

(2)輔助駕駛系統，利用智能感知系統的信息進行決策規劃，給駕駛員提出駕駛建議或部分地代替駕駛員進行車輛控制操作。主要包括:巡航控制、車輛跟蹤系統、準確泊車系統及精確機動系統。

(3)車輛自動駕駛系統，這是智能車輛技術的最高層次，它由車載計算機全部自動地實現車輛操作功能。目前，主要發展用于擁擠交通時低速自動駕駛系統、近距離車輛排隊駕駛系統等。

這種智能小車的主要應用領域包括以下幾個方面:(1)軍事偵察與環境探測 現代戰爭對軍事偵察提出了更高的要求，世界各國普遍重視對軍事偵察的建設，采取各種有效措施預防敵方的突然襲擊，并廣泛應用先進科學技術，不斷研制多用途的偵察器材和探測設備，在車上裝備攝像機、安全激光測距儀、夜視裝置和衛星全球定位儀等設備，通過光纜操縱，完成偵察和監視敵情、情報收集、目標搜索和自主巡邏等任務，進一步擴大偵察的范圍，提高偵察的時效性和準確性。(2)探測危險與排除險情

在戰場上或工程中，常常會遇到各種各樣的意外。這時，智能化探測小車就會發揮很好的作用。戰場上，可以使用智能車輛掃除路邊炸彈、尋找和銷毀地雷。民用方面，可以探測化學泄漏物質，可以進行地鐵滅火，以及在強烈地震發生后到廢墟中尋找被埋人員等。(3)安全檢測受損評估

在工程建設領域，可對高速公路自動巡跡，進行道路質量檢測和破壞分析檢測;對水庫堤壩、海岸護岸堤、江河大壩進行質量和安全性檢測。在制造領域，可用于工業管道中機械損傷，裂紋等缺陷的探尋，對輸油和輸氣管線的泄漏和破損點的查找和定位等。(4)智能家居

在家庭中，可以用智能小車進行家具、遠程控制家中的家用電器，控制室溫等等。對這種小車的研究，將為未來環境探測術上的有力支持。1.2課題研究的目的和意義

目前，國內外的許多大學及研究機構都在積極投入人力、財力研制開發針對特殊 1.3.2 本設計的意義

隨著汽車工業的迅速發展，關于汽車的研究也就越來越受人關注。全國電子大賽和省內電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究。可見其研究意義很大。本設計就是在這樣的背景下提出的，本題目是結合科研項目而確定的設計類課題。本設計就采用了比較先進的C51為控制核心，C51采用CHOMS工藝，功耗很低。該設計具有實際意義，可以應用于考古、機器人、醫療器械等許多方面。尤其是在足球機器人研究方面具有很好的發展前景；在考古方面也應用到了超聲波傳感器進行檢測。所以本設計與實際相結合，現實意義很強。智能小車國內外研究現狀:

世界各國在智能微型車領域進行了很多研究，己經應用于各個領域，在探測和軍事領域使用特別多。近年來，我國也開展了很多研究工作，以滿足不同用途的需要。世界各國開發、研制星球探測車系統己經有了多年的歷史。美國和前蘇聯是從20世紀60年代末期開始進行月球表面探測任務的。美國曾在1966^-1968年間，向月球成功發射了兩次無人巡游探測器。1997年，由美國JPL(全稱JetPropulsion Laboratory，美國太空總署噴氣推進實驗室)研制的Sojourner號探測車登上了火星。它驗證了小型火星車的性能，并完成了一系列技術試驗。2004年1月，美國的“勇氣號”和“機遇號”火星探測車再度登陸火星。前蘇聯在1959^-1976年間，總共成功發射了兩個月球探測車。

單片機的應用領域越來越廣泛，無論是在生活，生產上，單片機無處不在。ATMEL公司的AT89S51單片機可以廣泛應用于計算機外部設備、工業實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。AT89S51可以說是單片機領域的主流產品，其應用如此廣泛，所以有必要去學習和應用該單片機，以滿足實際產品開發的需要，也是適應社會智能化、自動化的趨勢。

通過構建智能小車系統，培養設計并實現自動控制系統的能力。在實踐過程中，熟悉以單片機為核心控制芯片，設計小車的檢測、驅動和顯示等外圍電路，采用智能控制算法實現小車的智能循跡。靈活應用機電等相關學科的理論知識，聯系實際電路設計的具體實現方法，達到理論與實踐的統一。在此過程中，加深對控制理論的理解和認識。

條件下的安全監測系統。其中包括研究使用遠程、無人的方法來進行實現，如機器人、遠程監控等。無線傳輸的發展使得測量變得相對簡單而且使得處理數據的速度變得很快甚至可以達到實時處理”。

該智能小車可以作為機器人的典型代表。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測部分、執行部分、CPU。機器人要實現自動避障功能，還可以擴展循跡等功能，感知導引線和障礙物。可以實現小車自動識別路線，選擇正確的行進路線，并檢測到障礙物自動躲避。

通過構建智能小車系統，培養設計并實現自動控制系統的能力。在實踐過程中，熟悉以單片機為核心控制芯片，設計小車的檢測、驅動和顯示等外圍電路，采用智能控制算法實現小車的智能循跡。靈活應用機電等相關學科的理論知識，聯系實際電路設計的具體實現方法，達到理論與實踐的統一。在此過程中，加深對控制理論的理解和認識。

（一）智能小車的作用和意義

自第一臺工業機器人誕生以來，機器人的發展已經遍及機械、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，制造能替代人勞動的機器一直是人類的夢想。隨著科學技術的發展，機器人的感系統，對于視覺的各種技術而言圖像處理技術已相當發達，而基于圖像的理解技術還很落后，機器視覺需要通過大量的運算也只能識別一些結構化環境簡單的目標。視覺傳感器的核心器件是攝像管或CCD，目前的CCD已能做到自動聚焦。但CCD傳感器的價格、體積和使用方式上并不占優勢，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺的系統中考慮使用接近覺傳感器是覺傳感器種類越來越多，其中視覺傳感器成為自動行走和駕駛的重要部件。視覺的典型應用領域為自主式智能導航一種實用有效的方法。機器人要實現自動導引功能和避障功能就必須要感知導引線和障礙物，感知導引線相當給機器人一個視覺功能。避障控制系統是基于自動導引小車（AVG—auto-guide vehicle）系統，基于它的智能小車實現自動識別路線，判斷并自動避開障礙，選擇正確的行進路線。使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應的執行動作。該智能小車可以作為機器人的典型代表。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測部分、CPU、執行部分。機器人要實現自動避障功能，還可以擴展循跡等功能，感知導引線和障礙物。可以實現小車自動識別路線，選擇正確的行進路線，并檢測到障礙物自動躲避。基于上述要求，傳感檢測部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可，所以可以舍棄昂貴的CCD傳感器而考慮使用價廉物美的紅外反射式傳感器來充當。智能小車的執行部分，是由直流電機來充當的，主要控制小車的行進方向和速度。單片機驅動直流電機一般有兩種方案：第一，勿需占用單片機資源，直接選擇有PWM功能的單片機，這樣可以實現精確調速；第二，可以由軟件模擬PWM輸出調制，需要占用單片機資源，難以精確調速，但單片機型號的選擇余地較大。考慮到實際情況，本文選擇第二種方案。CPU使用STC89C52單片機，配合軟件編程實現。

（二）智能小車的現狀

現智能小車發展很快，從智能玩具到其它各行業都有實質成果。其基本可實現循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫、避崖等基本功能，這幾節的電子設計大賽智能小車又在向聲控系統發展。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列。我此次的設計主要實現循跡避障這兩個功能。

二、方案設計與論證

根據要求，確定如下方案：在現有玩具電動車的基礎上，加裝光電檢測器，實現對電動車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量數據傳送至單片機進行處理，然后由單片機根據所檢測的各種數據實現對電動車的智能控制。這種方案能實現對電動車的運動狀態進行實時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統的各項要求。

第三篇：智能循跡小車實驗報告

摘要

本設計主要有單片機模塊、傳感器模塊、電機驅動模塊以及電源模塊組成，小車具有自主尋跡的功能。本次設計采用STC公司的89C52單片機作為控制芯片，傳感器模塊采用紅外光電對管和比較器實現，能夠輕松識別黑白兩色路面，同時具有抗環境干擾能力，電機模塊由L298N芯片和兩個直流電機構成，組成了智能車的動力系統，電源采用7.2V的直流電池，經過系統組裝，從而實現了小車的自動循跡的功能。

關鍵詞 智能小車

單片機紅外光對管 STC89C52 L298N 1 緒論

隨著科學技術的發展，機器人的設計越來越精細，功能越來越復雜，智能小車作為其的一個分支，也在不斷發展。在近幾年的電子設計大賽中，關于小車的智能化功能的實現也多種多樣，因此本次我們也打算設計一智能小車，使其能自動識別預制道路，按照設計的道路自行尋跡。設計任務與要求

采用MCS-51單片機為控制芯片（也可采用其他的芯片），紅外對管為識別器件、步進電機為行進部件，設計出一個能夠識別以白底為道路色，寬度10mm左右的黑色膠帶制作的不規則的封閉曲線為引導軌跡并能沿該軌跡行進的智能尋跡機器小車。方案設計與方案選擇

3.1 硬件部分

可分為四個模塊：單片機模塊、傳感器模塊、電機驅動模塊以及電源模塊。

3.1.1 單片機模塊

為小車運行的核心部件，起控制小車的所有運行狀態的作用。由于以前自己開發板使用的是ATMEL公司的STC89C52，所以讓然選擇這個芯片作為控制核心部件。STC89C52是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，片內有4k字節的在線可重復編程、快速擦除快速寫入程序的存儲器，能重復寫入/擦除1000次，數據保存時間為十年。其程序和數據存儲是分開的。

3.1.2 傳感器模塊

方案一：使用光敏電阻組成光敏探測器采集路面信息。阻值經過比較器輸出高低電平進行分析，但是光照影響很大，不能穩定工作。

方案二：使用光電傳感器來采集路面信息。使用紅外光電對管，其結構簡明，實現方便，成本低廉，沒有復雜的圖像處理工作，因此反應靈敏，響應時間少。但也存在不足，它能獲取的信息是不完全的，容易受很多擾動（如背景光源，高度等）的影響，抗干擾能力較差。

方案三：使用CCD傳感器來采集路面信息。使用CCD可以獲取大量的圖像信息，掌握全面的路徑信息，抗干擾能力強，為以后功能的擴展提供方便。但使用CCD需要大量的圖像處理工作，進行大量數據的存儲和計算，因此電路復雜，實現起來工作量大。

方案四：使用光電對管采集路面信息。RPR220結構緊湊，體積小，調整電路簡單工作性能穩定。

可見方案四最適宜，但僅從此項目考慮，方案二成本低，也能完成設計，故選用方案二。3.1.3 電機控制模塊

3.1.3.1電機的選擇

方案一：采用步進電機，其轉過的角度可以精確定位，可實現小車行進過程的精確定位。但步進電機的輸出力矩低，隨轉速的升高而降低，且轉速越快下降得越快。

方案二：采用直流電機，其轉動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，操作方便。速度的調節可以改變電壓也可以調節PWM。

基于以上，我們選擇了方案二，使用直流電機作為驅動電機。

3.1.3.2電機的驅動

采用專用芯片L298N作為電機驅動芯片，其操作方便，穩定性好，性能優良。一片L298N就可以分別控制兩個直流電機。

3.1.4 電源模塊

給整個系統穩定供電以保持其正常工作，包括7.2V的電源以及轉5V部分，其中7.2V的是給電機和其驅動供電，5V的用來驅動單片機及其他芯片。

以上單元連接如下圖所示： 3.2 軟件部分

3.2.1程序流程圖

此系統采用89C52單片機，再根據硬件連接，通過相應的軟件來完成對信號的采集和數據的分析，再控制小車的運行狀態，以下為主程序流程圖：

3.2.2程序設計思路

3.2.2.1尋跡模塊程序

通過傳感器獲得路面信息然后反饋給單片機，再通過單片機來實現相應的功能。

3.2.2.2電機驅動模塊程序

控制兩個直流電機，實現前進、后退、前左轉、前右轉、停車等功能。各部分電路的作用及電路工作原理分析

4.1 信號采集模塊

4.1.1 TCRT500結構與工作原理

TCRT5000(L)具有緊湊的結構發光燈和檢測器安排在同一方向上，利用紅外光譜反射對象存在另一個對象上，操作的波長大約是950毫米。探測器由光電晶體三極管組成的,它由高發射功率紅外光電二極管和高度靈敏光電晶體管組成。通過測試，其檢測距離在2mm-10mm。TCRT5000的發射管和接收管是一起封裝在矩形塑料殼中，為了使檢測更加準確，我們用了5只TCRT5000檢測黑線，實物見圖4-1。

4.1.2 信號采集電路圖及原理

小車在白色地面行駛時，紅外發射管發出的紅外信號被反射，接收管收到信號后，輸出端為低電平，經過比較器比較后輸出為低電平。而當紅外信號遇到黑色導軌時，紅外信號被吸收，接收管不能接收信號，輸出端為高電平，經過比較器比較后輸出高電平。單片機通過采集每個比較器的輸出端電壓，便可以檢測出黑線的相對位置的位置，從而控制小車的行駛方向。

4.2 信息處理模塊

4.2.1 原理

檢測到白色路面的紅外接收頭處理后送出的是低電平，而檢測到黑色路線的檢測頭送出的是高電平，由此可根據這5個紅外接收頭的高低電平判斷路線情況而調整小車前進方向。具體情況有如下幾種： a 檢測到

1 1 1 1 或

0 0 0 0 0小車應該停止。

b 檢測到

0 0 0 0 或

0 1 0 0 0 或 1 0 0 0 說明路線向左偏，小車向左轉。

c 檢測到

0 0 0 0 1 或

0 0 0 1 0 或

0 0 0 1 1說明路線向右偏，小車向左轉。

d 檢測到

x x 1 x x（x不全為1）說明線路是直的，小車直走。4.3 電機驅動模塊

4.3.1直流電機

給兩個電刷A和B加上直流電源，如上圖（a）所示，則有直流電流從電刷 A 流入，經過線圈abcd，從電刷 B 流出，根據電磁力定律，載流導體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導體受到的力形成了一個轉矩，使得轉子逆時針轉動。如果轉子轉到如上圖（b）所示的位置，電刷 A 和換向片2接觸，電刷 B 和換向片1接觸，直流電流從電刷 A 流入，在線圈中的流動方向是dcba，從電刷 B 流出。

此時載流導體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產生的轉矩仍然使得轉子逆時針轉動。這就是直流電動機的工作原理。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產生的轉矩的方向卻是不變的。實用中的直流電動機轉子上的繞組也不是由一個線圈構成，同樣是由多個線圈連接而成，以減少電動機電磁轉矩的波動，繞組形式同發電機。

4.3.2電路圖

我們采用成品L298N電機驅動模塊，采用光電耦合器件隔離單片機與L298N的控制電路，工藝精度高，性能可靠。L298N模塊內部通過H橋電路實現直流電機的正轉，反轉，其原理如下：

如圖4-3所示，全橋式驅動電路的4只開關管都工作在斬波狀態，S1、S2為一組，S3、S4 為另一組，兩組的狀態互補，一組導通則 另一組必須關斷。當S1、S2導通時，S3、S4關斷，電機兩端加正向電壓，可以實 現電機的正轉或反轉制動；當S3、S4導 通時，S1、S2關斷，電機兩端為反向電 壓，電機反轉或正轉制動。

橋驅動電路

4.3.3原理

L298N是ST公司生產的一種高電壓、大電流電機驅動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續工作電流為2A；額定功率25W。內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅動電機，該芯片可以驅動兩臺直流電機。系統調試

5.1硬件部分

焊接完成后，首先進行的調試是用數字萬用表測量各個電路是否焊接正常，是否有虛焊漏焊等現象的出現，以及各個電容是否是正常的未被擊穿狀態、電阻的阻值是否與設計的原理圖上的一致。接通電源，用數字萬用表測量當有+5V的各引腳是否有+5V的電壓，測量電路中是否出現了不該有的短路現象。接入光電傳感器模塊，使各個光電檢測器的光電對管靠近白紙，觀察對應的發光二極管是否發光，不發光表示正常。然后再使各個光電對管靠近黑線，觀察對應的發光二級管是否發光，發光表示正常。

5.2軟件部分

我們先測試了小車的前進，停止，左轉和右轉。組裝信號采集模塊后，實現小車的自動循跡功能。

具體實現程序見附錄一

總結

實驗結果如符合實驗要求，小車按照黑膠布軌跡前進，并能夠及時正確顯示小車的行進狀態以及行進距離。具體現象如下：

左邊傳感器檢測到黑線，小車左轉； 右邊傳感器檢測到黑線，小車右轉； 中間傳感器檢測到黑線，小車直行。從而就可以完成對黑膠布的循跡功能。參考文獻

[1]電子信息專業實驗教程 趙剛 李佐儒 四川大學出版社 [2]單片機C語言教程 郭天祥 電子工業出版社 [3]模擬電子技術 童詩白 清華大學出版社 附錄一 程序：

#include

sbit DJ_left_s = P1^0;//直流電機控制 sbit DJ_left_n = P1^1;

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

//左轉函數

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

//右轉函數

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

//前進函數

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

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

//循跡函數

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;

} } //主函數 void main(){ while(1){

xunji(P2&0x7c);

}

} 附錄二 實物圖：

第四篇：畢業設計任務書(智能小車)

安徽建筑工業學院

畢業設計(論文)任務書

課題名稱

系別

專業

姓名 基于單片機智能小車的設計 電子與信息工程學院 城建電子學號

2011 年 2 月 20 日至 2010 年 6 月 22 日共 17 周指導教師簽字

系主任簽字 201日 年 1 月

一、畢業設計（論文）的內容

畢業設計（論文）是高等學校培養學生的最后一個環節。是鍛煉和培養學生綜合運用本專業學科的基礎理論知識、專業知識和基本技能，提高綜合分析問題和解決問題的能力，實現研發和技術人員的初步訓練，使學生具有從事科學研究初步能力的重要環節，并且它是學生承擔技術性工作前的一次理論聯系實際的實踐。學生通過設計(論文)綜合運用所學的基礎理論和專業知識，理論聯系實際，提高分析問題和解決本專業從事研發和工程應用問題的能力，為以后走上工作崗位打下一定的基礎。

隨著汽車工業的迅速發展，關于汽車的研究也就越來越受人關注。全國電子大賽和省內電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究。可見其研究意義很大。設計的智能電動小車應該能夠實時顯示時間、速度、里程，具有自動尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準確定位停車。本系統以設計題目的要求為目的，采用80C51單片機為控制核心，利用光電等傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車，并可以自動記錄時間、里程和速度，自動尋跡和尋光功能。整個系統的電路結構簡單，可靠性能高。

二、畢業設計（論文）的要求與數據

本課題的任務主要是設計采用以80C51 為控制核心，利用光電等傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車，并可以自動記錄時間、里程和速度，自動尋跡和尋光功能。

本課題由6位學生完成。現就6位學生的具體分工敘述如下：

1．同學負責主控制電路的方案設計和實現；

2．同學負責電機驅動電路及方案設計和實現；

3．同學負責傳感器電路的設計和相關程序設計和調試；

4．同學負責小車控制策略程序設計和調試。

三、畢業設計（論文）應完成的工作

1． 查閱有關資料（51單片機、傳感器技術、電機驅動與控制等）；

2． 熟練掌握51單片機開發系統；

3． 根據課題要求，分別進行硬件和軟件的設計，使用Protel99SE設計出硬件原理圖和PCB板圖，并制作出印刷電路板，然后進行系統的安裝與調試完成課題的設計功能；

4． 完成12000字左右的論文；

5． 翻譯3000~5000字的英文資料。

四、畢業設計（論文）進程安排及實習安排

五、應收集的資料、主要參考文獻及實習地點

[1] 何立民，單片機應用系統設計，北京：航天航空大學出版社，2～5,46～50

[2] 李廣弟，單片機基礎，北京：北京航空航天大學出版社，2001,56～64

[3] 何希才，新型實用電子電路400例，電子工業出版社，2000年,60～65

[4] 趙負圖，傳感器集成電路手冊，第一版,化學工業出版社，2004,590～591

[5] 陳伯時，電力拖動自動控制系統，第二版，北京：機械工業出版社,2000年6月,127～

130

[6] 張毅剛，彭喜元，新編 MCS-51 單片機應用設計，第一版，哈爾濱工業大學出版社，2003,25～27,411～417

實習地點：校外

第五篇：智能小車設計報告

機器人控制技術

實驗設計報告書

題

目：基于STC89C52的智能小車的設計 姓

名：李如發 學

號：073321032 專

業：電氣工程及其自動化 指導老師：李東京 設計時間：2010年 6 月

目

錄

1.引 言..............................................1 1.1.設計意義......................................1 1.2.系統功能要求..................................1 1.3.本組成員所做的工作............................1 2.方案設計...........................................1 3.硬件設計...........................................2 4.軟件設計...........................................7 5.系統調試...........................................7 6.設計總結...........................................8 7.附 錄A；源程序.....................................8 8.附 錄B；作品實物圖片...............................10 9.參考文獻..........................................11

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基于STC89C52的智能小車的設計

1.引 言

1.1.設計意義

本智能小車的設計，首先針對大學所有學習的知識是一個很好的回顧和總結。此智能小車是基于單片機所設計的，具有自動尋跡能力，在實際的很多方面有應用。當我們進一步的改進機器人系統時，可實現更重要的功能，如可設計出自動撲火機器人等。1.2.系統功能要求

此智能小車是基于STC89C52設計的具有自動尋跡能力的小車。系統可實現跟隨黑色引導線行走的能力，在行駛過程中，并能用測速傳感器和光電碼盤對小車速度實現實時監測。小車在行駛過程中并能實現播放美妙的音樂。1.3.本組成員所做的工作

本組成員有李如發，汪航，黃建安，韓文龍，羅瑩，明菲菲，鄒珊，江銳，邵進。

李如發：驅動 073321032 汪航： 電源 073522036 黃建安：最小統 073521013 韓文龍：源程序 073522007 羅瑩： 傳感器 073522038 明飛菲：調試 073522012 鄒芬 ： 數碼顯示 073521025 邵琎 ： 焊接 073522017 江銳 ： 蜂鳴器 073522032

2.方案設計

智能小車主要分為傳感器部分，最小系統部分，電機驅動部分，電源部分。根據功能要求，提出合理的設計方案，畫出方案方框圖，并對系統工作原理進行闡述。

原理，本系統的重要部分是傳感器，它對整個小車的定位起到很重要的作用，由傳感器檢測黑線的位置，其中黑線對光能吸收，白線對光反射。利用此原

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理將紅外線傳感器采集到的信號轉換為數字信號并送入單片機，單片機根據收到的信號實時的控制小車的方向。控制小車的方向主要是運用pwm原理來控制電機的平均電壓，從而來控制電機的轉速，實現小車對黑線的實時跟蹤。

3.硬件設計

硬件設計各模塊電路圖及原理描述 傳感器模塊

方案1：用光敏電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環境光線的變化而變化。當光線照射到白線上面時，光線發射強烈，光線照射到黑線上面時，光線發射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發生明顯的變化。將阻值的變化值經過比較器就可以輸出高低電平。

但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩定的工作。因此我們考慮其他更加穩定的方案。

方案2：用RPR220型光電對管。RPR220是一種一體化反射型光電探測器，其發射器是一個砷化鎵紅外發光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管。

方案3：用紅外發射管和接收管自己制作光電對管尋跡傳感器。紅外發射管發出紅外線，當發出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測出白線繼而輸出低電平，若接收不到發射管發出的光線則檢測出黑線繼而輸出高電平。我們選擇了此方案。

傳感器是整個系統的眼睛，這部分主要運用紅外線傳感器采集信號送給單片機處理。由于黑色車道對紅外線傳感器發出的光有吸收能力，白色地方對發出的光反射，從而當傳感器在不同的地方產生不同的信號，傳送個單片機。單片機根據采集的信號做出實時的處理。

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最小系統

最小系統是整個系統的心臟，我們采用的是AT89C52芯片。

80C52單片機是把那些作為控制應用所必需的基本內容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上[2]。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數據存儲器、程序存儲器、并行I/O口、串行口、定時器/計數器、中斷系統及特殊功能寄存器。它們都是通過片內單一總線連接而成，其基本結構依舊是CPU加上外圍芯片的傳統結構模式。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。

驅動模塊

方案1：采用專用芯片L298N作為電機驅動芯片。L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅動芯片，它相應頻率高，一片L298N可以分別控制兩個直流

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電機，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅動，操作方便，穩定性好，性能優良。

方案2：對于直流電機用分立元件構成驅動電路。由分立元件構成電機驅動電路，結構簡單，價格低廉，在實際應用中應用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩定。

因此我們選用了方案1。

由于最小系統和電機驅動部分的電壓幅值不一樣，而且電機是感性負載，在制動時可能反饋電流，因此要在最小系統和驅動模塊之間采用光電隔離，所以用到了光電隔離芯片,TPL521-4

由于光耦芯片的引腳不夠所以在之后采用了一片反相器74HCT14，反相器圖如下

L298是雙H橋高電壓大電流功率集成電路，直接采用TTL邏輯電平控制，可用來驅動繼電器、線圈、直流電動機、步進電動機等電感性負載。它的驅動電壓可達46V，直流電流總和可達4A。其內部具有2個完全相同的PWM功率放大回路。由L298構成的PWM功率放大器的工作形式為單極可逆模式。12個H橋的下側橋晶體管發射極連在一起，其輸出腳(1和15)用來連接電流檢測電阻。第9腳接邏輯控制部分的電源，常用+5V，第4腳為電機驅動電源，本系統中為40V，第5，7，10，12腳輸入標準TTL邏輯電平，用來控制H橋的開和關，16×16點陣LED室內電子顯示屏的設計

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第6，II腳則為使能控制端。當Vs=40V時，最高輸出電壓可達35V，連續電流可達2A。

L298可驅動2個電動機，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅動兩臺電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉。EnA，EnB接控制使能端，控制電機的停轉。電動 機的轉速由單片機調節PWM信號的占空比來實現。

L298驅動電路圖

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PWM調速器的硬件組成

在整個PWM調速器中，CPU既是運算處理中心，又是控制中心，是最關鍵的器件。本系統中選用與MCS-51系列完全兼容的AT89C52單片機，它是一種低功耗、高性能、CMOS八位微處理器。片內具有8K字節的在線可重復編程快擦快寫程序存儲器，128x8位內部RAM，AT89C52可構成真正的單片機最小應用系統，縮小系統體積，提高系統可靠性，降低系統成本。

電源模塊

電源中我們采用LM7805穩壓芯片將12v直流電源穩壓成5v直流源。方案1： 采用10節1.5V干電池供電，電壓達到15V，經7812穩壓后給支流電機供電，然后將12V電壓再次降壓、穩壓后給單片機系統和其他芯片供電。但干電池電量有限，使用大量的干電池給系統調試帶來很大的不便，因此，我們放棄了這種方案。

方案2：采用3節4.2V可充電式鋰電池串聯共12.6V給直流電機供電，經過7812的電壓變換后給支流電機供電，然后將12V電壓再次降壓、穩壓后給單片機系統和其他芯片供電。鋰電池的電量比較足，并且可以充電，重復利用，因此，這種方案比較可行。但鋰電池的價格過于昂貴，使用鋰電池會大大超出我們的預算，因此，我們放棄了這種方案。

方案3：采用12V蓄電池為直流電機供電，將12V電壓降壓、穩壓后給單片機系統和其他芯片供電。蓄電池具有較強的電流驅動能力以及穩定的電壓輸出性能。雖然蓄電池的體積過于龐大，在小型電動車上使用極為不方便，但由于我們的車體設計時留出了足夠的空間，并且蓄電池的價格比較低。因此我們選擇了此方案。下:

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4.軟件設計

程序流程圖

5.系統調試

本系統的設計是首先完成每一小部分的設計，因此我們在沒完成一個模塊時就回檢測調試該模塊。在初次調試時我們采用的電源是又單片機開發板所帶的的電源來調試的。調試過程中我們就發現了很重要的問題，由于對本設計的很多模塊的沒有共同的接地使得很多模塊無法工作，我們的解決辦法是12v的直流源穩壓來供給所以的模塊，然后將所以的模塊連接共同的地。在驅動模塊的調試中發現當光耦芯片給定信號時對lm298的輸出沒有反應。我們在檢驗時發現是由于在光耦芯片后部焊接沒有焊好，出現了虛焊。在重新焊接好后，芯片正常工作。分

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塊調試傳感器時，我們將傳感器導通，用黑色物體將傳感器發射部分蓋住檢測輸出，在將黑色物體移開，再檢測輸出。

6.設計總結

本文是關于基于單片機的智能小車的設計，在共同的努力下，各部分的設計均成功，在調試過程中都無誤。本次設計最終實現了直流電機的動態調壓，電源正常輸出供電，數碼管動態顯示數據，蜂鳴器播放美妙的音樂，小車實現簡單的轉彎功能。由于本次設計中尚存在些缺陷和對尋跡程序編寫困難，實現的功能不是很完美，但要求的所有功能基本實現。

本次設計中，從中的體會很多

1、本次的設計可以說設計到大學所學到的所有專業知識，是對大學所學知識的一個整體的回顧。

2、在設計中，不能一氣呵成，因為所有的電路圖都是自己設計的，圖中尚存在不足，所以要反復的琢磨和修改。

3、設計中要注意對每焊完一部分，都要獨立的進行檢查調試，及時的發現錯誤，及時的修改

4、本次最重要的收獲是從中我們看到了團隊合作的重要性，任何事都不是一個人所能完成的，需要大家的共同努力才能獲得最后的成功。

7.附 錄A；源程序

源程序代碼（主要語句要有注釋）。循跡的程序 #include #define uint unsigned int void delay(uint);

sbit R=P2^0;//右邊傳感器 sbit L=P2^1;//左邊傳感器 sbit RM1=P1^1;sbit RM2=P1^2;//右邊電機 sbit LM1=P1^3;sbit LM2=P1^4;//左邊電機 void main(){

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RM1=1;

RM2=0;

LM1=1;

LM2=0;

delay(5);

while(1)

{

if((L==1)&&(R==1))//小車前進 {

RM1=1;

RM2=0;

LM1=1;

LM2=0;

delay(5);

}

else if((L==1)&&(R==0))//小車右偏

{

RM1=1;

RM2=0;

LM1=0;

LM2=1;

//左邊的電機停止轉動，右邊的電機轉動，這樣就實現了左轉

delay(10);

}

else if((L==0)&&(R==1))//小車左偏

{

RM1=0;

RM2=1;

LM1=1;

LM2=0;

//右邊的電機停止轉動，左邊的電機轉動，這樣就實現了右轉

delay(10);}

else if((L==0)&&(R==0))//小車停車

{

RM1=0;

RM2=1;

LM1=0;

LM2=1;delay(5);

}

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else

//左右兩個電機同時啟動，直線前進

{

RM1=1;

RM2=0;

LM1=1;

LM2=0;

}

}

delay(10);

}

void delay(uint z)

{

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

8.附 錄B；作品實物圖片

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9.參考文獻

[1] Mark Nelson著.瀟湘工作室譯.串行通信開發指南[M].中國水利水電出版社，2002.[2] 王宜懷.單片機原理及其嵌入式應用教程[M].北京希望電子出版社，2002.[3] 張毅剛.單片機原理及應用.高等教育出版社，2009 [4] 康華光.電子技術基礎（模擬部分）.高等教育出版社.2006