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1、.基于STC12C5410AD的智能小车龙岩学院 物理与机电工程学院 电子信息工程专业 2008041506（学号） 黄飞（姓名） 指导老师：陈晶晶 【摘 要】本文介绍一个基于STC12C5410AD单片机控制的智能小车设计。主要由电池组，寻线模块，超声波检测，电机驱动，单片机主控芯片组成。电池组提供整个电路的能量，采用STC12C5410AD单片机作为小车的控制核心;采用红外收发管来进行寻线和用作计数标志线实现不同的操作；采用超声波检测两车间距并根据间距来调整速度；采用L298N电机专用驱动芯片驱动小车电机行驶。实现了集检测障碍、自动保持车距及寻线控制功能为一体的智能小车设计。【关键词】超声
2、波检测；寻迹；智能；PWM【Abstract】The essay intuduces the intelligent cars ,which consists of many packs mainly including battery packs,the technology of hunting the line, the detecting technology of supersonic wave and the motor drive,can be controlled by STC12C5410AD singlechip machine.The battery packs prov
3、ide power for the cars.And the cpu of the intelligent car is STC12C5410AD singlechip machine.The sending and receiving of infrared is used to realize the function of hunting the line and counting the number of mark lines.And The detecting function of supersonic wave can be used to detect the distanc
4、e between both the cars. People can control the rotate speed of the motor drive on the basis of the above detecting result.And the cars can drive by the L298N chip of motor drive.The design made the cars which integrate the above functions.【Keywords】The detecting technology of supersonic wave，the fu
5、nction of hunting the line ，intelligent ,pwm第1章 绪论1.1智能小车简介智能小车，是一种具有智能化的能够通过通信技术或编程等手段完成特定任务的智能化小车。随着电子技术的不断发展，人们发明了各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的智能小车。智能小车可以理解为机器人的一种特例，比机器人的智能化程度略低了一点。而机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活领域应用不断扩大，给人们的生活产生巨大的影响。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。机器人要实现自动导引功能和避障功
6、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，选择正确的行进路线。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和执行相应的动作。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、检测贴片、寻光入库等基本功能，这几节的电子设计大赛智能小车又在向声控系统发展。1.3本论文的主要内容本文设计的智能小车可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动检测障碍功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，
7、选择正确的行进路线，并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。考虑到本设计需要对直流电机进行高速，所以选择直接有PWM功能的单片机，如STC12C5410AD。1.4 本设计的具体任务1.4.1 任务甲车车头紧靠起点标志线，乙车车尾紧
8、靠边界。甲乙两辆小车同时起动，先后通过起点标志线，在行车道同向而行，实现两车交替领跑功能。跑道如图1.4.1所示。1.4.2 要求首先，本系统实现的基本功能：（1） 甲车和乙车分别从起点标志线开始，在行车道各正常行驶一圈。（2） 甲、乙两车按图1.4.1位置同时起动，乙车通过超车标志线后在超车区内实现超车功能，并先于甲车到达终点标志线，即第一圈地实现乙车超过甲车。（3） 甲、乙两车在完成（2）时的行驶时间要尽可能的短。其次，实现扩展功能有：（1） 在完成基本要求（2）后，甲、乙两车继续行驶第二圈，要求甲车通过超车标志线后要实现超车功能，并行于乙车到达终点标志线，即第二圈完成甲车超过乙车，实现了
9、交替领跑。甲、乙两车在第二圈行驶时间要尽可能的短。（2） 甲、乙两车继续行驶第三圈和第四圈，并交替领跑：两车行驶的时间要尽可能的短。图1.4.1 小车跑道1.4.3 说明（1） 本体（含附加物）的长度、宽度均不能超过40cm高度不限，采用电池供电，不能外接电源。（2） 测试中甲、乙两车均应正常行驶，行车道与超车区的宽度只允许一辆车行驶，车辆只能在超车区进行超车，即车辆先从行车道到达超车区，实现超车后必须返回行车道。第2章 智能小车的实现原理根据上一章所要求的任务，所设计的小车模型如图2.1所示。小车前端两侧分别装有三个红外对管，其左端是用来寻内线，右端是用来寻外线的。小车前端中间部分按有超声波
10、探头，来检测与另一辆小的距离，根据间距进行调速；在其下方装一红外对管，用来检测跑道上的标志线，不同位置的标志线，小车进行相应的操作。当检测到起点标志线时让小车寻内线行驶，这样行驶距离比寻外线的距离短，从而缩短时间。当小车检测到超车标志线时，让甲车由内线寻外线，乙车寻内线准备超车。在小车左前侧竖立一易反射光线的光滑板块，小车右后端装一红外探头，方向向右。其作用是小车在超车时，判断小车(甲)是否已经完全超过另一辆小车（乙），当乙车超过甲车时，乙车的红外探头对着甲车滑板，接收到返回的信号，告知乙车准备从超车区行驶到行车道。图2.1 小车模型本设计总体方案框图如图2.2所示图2.2 本设计的智能小车总
11、设计框图第3章系统各组成单元方案设计与论证3.1 CPU控制模块方案设计方案一：采用STC89C52单片机控制系统,其通用I/O口比较多。在本实验中需要用到PWM，来控制直流电机转速，虽可以用软件模拟PWM输出调制，但需要占用单片机资源，且难以精确调速。方案二：采用STC12C5410单片机控制系统。STC12C5410单片机带有PWM脉宽调制功能，可直接用来控制电机转速，且调速方便精确。 虽然 其I/O口比较少，但根据此次的设计， I/O口还是足够用的。综上所述，考虑到本设计需用到PWM来控制小车行进方向与速度，且所需I/0口对STC12C5410单片机也够用，故先择STC12C5410单片
12、机作为CPU的控制核心。3.2 电机及其驱动模块方案设计3.2.1 电机模块方案设计方案一：采用步进电机，其是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的简单；方案二：采用直流电机，其调速特性好，且调速方便、平滑、调速范围广；能承受频繁冲击负载，过载能力强；并且能实现频繁快速、制动以及逆向旋转。综上所述，并考虑到实验库房有现成的直流电机小车模
13、型，本设计采用直流电机。3.2.2 驱动模块方案设计方案一：对于直流电机用分立元件构成驱动电路。用由4个功率元件组成的H桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器；使用三极管，用场效应管等开关元件实现PWM调速。由分立元件构成驱动电路，结构简单，价格低廉，但这种电路工作性能不稳定。方案二：L298N内部含有4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机得专用驱动器，即内含二个H桥得高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号。一片L298N可以分别控制两个直流电机而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。没有使用控制端的电源，而且电机的干扰和驱动芯片的烧坏不影响你的
14、控制系统。综合以上两种方案，选择方案二。方案二能够比较好的实现所要实现的功能。因为单片机或者其他控制元件的驱动力不足以能够供给直流电机足够的电流使其转动，所以需要驱动芯片L298N来供给电机足够的电流；驱动芯片也充当了隔离的作用，以免电机产生的冲击电流损坏控制器件。3.3 寻线模块方案设计方案一：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟周围环境光线的变化而变化。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。当光线照射到白线上时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显得变化。将阻值的变化值经过比
15、较器就可以输出高低电平。但这种方案受光照影响很大，不能稳定的工作。方案二：用红外发射管和接收管自己制作光电对管避线传感器。红外发射管发出红外线，当发生得红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回来得光线则检测到白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出得光线则检测到黑线继而输出高电平。这样避线得基本能够满足要求。 综合以上方案，选择方案二。本设计是要对黑线进行寻线，对特定的线进行标记以达到所要设计的要求。3.4 障碍检测模块方案设计方案一：红外测距的优点是便宜，易制，安全，缺点是精度低，距离近，方向性差。方案二：激光测距的优点是精确，缺点是需要注意人体安全，且制做的难度较大，成本较高，而且光学系统需要保持干净，否则将影响测量。方案三：由于超声波频率较高，沿直线传播，绕射小，穿透力强，指向性强，传输过程中衰减少，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，遇到杂质或分界面时会产生反射波，对于被测物体处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因而超声波经常用于距离的测量。系统规模较小，器件更换容易，成本低，有一定灵活性。但不适宜用于测量过于精确或者过大的距离，容易产生误差。综合考虑采用方案三，超声
