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1、目录摘要2ABSTRACT2第一章 绪 论31.1智能小车的意义和作用31.2智能小车的现状 3第二章 方案设计与论证 42.1 主控系统42.2 电机驱动模块52.3避障模块72.4测距模块82.5机械模块82.6电源模块92.7总体设计的方案选择9第三章 硬件设计 93.1总体设计93.2驱动电路103.3主控电路11第四章 软件设计114.1主程序模块 124.2电机驱动程序 124.3避障模块 144.4超声波测距模块 154.5软件与硬件的整合 17第五章 制作安装与调试 18结束语 19附录摘要：利用红外对管检测黑线与障碍物，并以ATC89C52单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度
2、及转向，从而实现自动避障的功能；用超声波进行测距，并用一个液晶进行测距显示。其中小车驱动由L298N驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波控制。关键词：智能小车；ATC89C52单片机； L298N；红外对管；超声波 Intelligent obstacle-avoid carAbstract：Based infrared detection of black lines and the road obstacles, and use a ATC89C52 MCU as the controlling core for the speed and direction, A electroni
3、c drived, which can automatic track and avoid the obstacle, was designed and fabricated. Distance is measuredby ultrasonic,and aliquid crystaldisplayrange. In which, the car is drived by the L298N circuit, its speed is controlled by the output PWM signal from the STC89C52.Keywords: Smart Car; STC89C
4、52 MCU; L298N; Infrared Emitting Diode；Ultrasonic 第一章 绪论1.1智能小车的意义和作用自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过
5、大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。避障控制系统是基于自动导引小车（AVGauto-guide vehicle）系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动避开障碍;并且测算其距离，使小车避让障碍物,。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作。该智能小车可以作为机器人的典型
6、代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动避障功能，还可以测距等功能，感知导引线和障碍物，检测到障碍物自动躲避。基于上述要求，传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有PWM功能的单片机，这样可以实现精确调速；第二，可以由软件模拟PWM输出调制，需要占用单片机资源，难以精确调速，但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情
7、况，本文选择第二种方案。CPU使用ATC89C52单片机，配合软件编程实现。1.2智能小车的现状现智能小车发展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。其基本可实现循迹、避障、测距、检测贴片、寻光入库、避崖等基本功能，这几节的电子设计大赛智能小车又在向声控系统发展。比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列。我此次的设计主要实现避障和测距这两个功能。第二章 方案设计与论证根据要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装光电检测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动
8、状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。2.1 主控系统根据设计要求，我认为此设计属于多输入量的复杂程序控制问题。据此，拟定了以下两种方案并进行了综合的比较论证，具体如下：方案一：选用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。CPLD具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用VHDL语言进行编写开发。但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势。同时，CPLD的处理速度非常快，而小车的行进速度不可能太高，那么对系统处理信息的要求也就不会太高，在这一点上，MCU就已经可以胜任了。若采用该方案，必将在控制上遇到许许多多
9、不必要增加的难题。为此，我们不采用该种方案，进而提出了第二种设想。方案二：采用单片机作为整个系统的核心，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。我们在之前学习与应用的都是由主控芯片AT89C52 组成的单片机小系统，AT89C52单片机小系统由单片机和一些基本的外围电路所组成的的一个可以工作的单片机小系统，它 包括了单片机、电源、晶振电路和复位电路
10、。它是一款低功耗、高性能CMOS8位单片机。它有4组8位并行I/O端口、3个16位定时器/计数器、一个全双工串行口、片内振荡器和复位电路。它功能齐全，简单易操作，且性价比高。所以我们选择此款单片机小系统作为智能小车的主要控制器。在综合考虑了传感器、两部电机的驱动等诸多因素后，我们决定采用一片单片机，充分利用ATC89C52单片机的资源。2.2 电机驱动模块方案一：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。方案二：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
11、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。方案三：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(如图2.1)。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。现市面上有很多此种芯片，我选用了L298N(如图2.2)。这种调速方式
12、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。图2.1 H桥式电路图2.2 L298N2.3避障模块方案一：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。方案二：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。通过比较我采用方案二。光电开关工作原理：光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号
13、的变化来实现控制的。光电开关在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。避障电路功能表：传感器避障电路输出（上升沿动作）待执行命令左中右左转信号(P2.1)右转信号（P2.0）000后右转001右转010右转011右转100左转101右转110左转111前进注解（“0”表示有障碍物； “1”表示无障碍物）2.4测距模块在超声波选择上，我们选择了HC-SR04超声波模块传感，HC-SR04可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。测距精度可达高到 3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理：采用 IO 口 TRIG 触发测距，给至少 10us 的高电平信号;模块自动发送 8 个 40khz
