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1、 摘 要本设计是一种基于单片机控制的简易自动寻迹小车系统，其研究意义涵盖了工业、生活、勘探以及人类关注的探月工程。设计旨在设计出一款可以自主按照人类预设的轨迹行走（或者完全自主行走）并完成指定任务的小车。从设计的功能要求出发，设计包括小车机械构成设计和控制系统的软硬件设计。为了适应复杂的地形我采用稳定性比较高的四轮构架式，用后轮驱动前轮换向的控制模式。控制系统以STC89C52为控制核心, 用单片机产生PWM波，控制小车速度。利用红外光电传感器对路面黑色轨迹进行检测,并确定小车当前的位置状态，再将路面检测信号反馈给单片机。单片机对采集到的信号予以分析判断,及时控制驱动电机以调整小车转向,从而使
2、小车能够沿着黑色轨迹自动行驶,实现小车自动寻迹的目的。关键词 ： 循迹小车，单片机，红外传感器ABSTRACT The design is a simple microcontroller-based control automatically tracing the car system, and its significance covers the industry, life, exploration, and human concern lunar exploration. The design aims to design a can of independent walking
3、in accordance with the trajectory of human default (or completely autonomous walking) and to complete the tasks assigned to the car. The design includes the functional requirements from the design of car mechanical design and control system hardware and software design. Relatively high stability of
4、the four trusses in order to adapt to the complex terrain, before the rotation of the rear-wheel drive control mode. Control system to control the core to STC89C52 microcontroller PWM wave to control the car speed. Using infrared photoelectric sensor to detect the black track on the road and to dete
5、rmine the current status of the car, and then the road detection signal is fed to the microcontroller. Microcontroller to be collected signal analysis and judgment, and timely control of the drive motor to adjust the steering of the car, so that the car is traveling along the black track to achieve
6、the purpose of the car automatically tracing.Keywords: car tracking；microcontroller；Infrared sensors目录1 绪 论11.1 研究背景和发展现状11.2 研究目的和意义11.3 研究内容22方案设计与论证32.1 总体方案设计32.2主控系统32.2 电机驱动模块42.3 驱动电机选择52.4 循迹模块52.5 机械系统63 主要器件介绍73.1 STC89C52的介绍73.2 L298N的介绍103.2.1 L298的引脚功能103.2.2 L298的运行参数113.2.3 L298的逻辑控制1
7、13.3 TCRT5000的介绍113.4 LM324的介绍124 硬件设计144.1总体设计144.2 STC89C52单片机控制电路164.2.1 时钟电路164.2.2 复位电路174.2.3 EA/VPP（31 脚）的功能和接法174.2.4 P0 口外接上拉电阻174.3TCRT5000黑色轨迹识别电路184.4LM324电压比较电路194.5电机驱动电路204.5.1驱动电路204.5.2 PWM调速原理215程序设计235.1主程序235.2TCRT5000扫描程序255.3 PWM编码产生程序266调试286.1硬件调试286.1.1电池可靠性286.1.2TCRT5000探头
8、296.1.3 L298N马达驱动模块296.2软件调试296.2.1调试平台介绍296.3 测试结果与分析30结束语32参考文献33致谢34附 录35附录1：源程序35附录2：原理图39附录3：PCB设计401 绪 论1.1 研究背景和发展现状随着电子技术、计算机技术、智能控制技术的飞速发展，产品的智能化和小型化越来越成为人们关注的热点。各种智能小车在智能化玩具中占了很大的比例。近年来，传统玩具的市场逐步缩水，高科技智能化的电子类玩具则逐步成为市场的主流。因此，可遥控的智能化小车的研究是非常有意义的，具有很大潜在市场价值的。智能小车，也被称之为轮式机器人。我们知道，机器人技术的发展是一个国家
9、高科技水平和工业自动化程度的重要标志和体现。机器人由于具有高度的灵活性、可以帮助人们提高生产率、改进产品质量和改善劳动条件等优点，在世界各地的生产生活领域得到了广泛的应用。智能小车正是模仿机器人的一种尝试。它是一种以汽车电子为背景，涵盖控制，模式识别，电子、电气、单片机、机械等多学科的科技创新性设计，一般主要由路径识别、速度采集、角度控制以及车速控制等模块组成。这种智能小车能够自动搜寻前进路线，还能爬坡；感知前方的障碍物，并自动寻找前进方向，避开障碍物；加入相关声光讯号后，更能体现出智能化和人性化的一面。1.2 研究目的和意义随着人们物质文化生活水平的不断提高，智能化的电子玩具深受人们的喜爱，
10、尤其是各种智能小车，由于这类玩具具有较好的交互性，可控性，能够给人们带来很好的娱乐以及参与其中的体验，高科技智能化的电子类玩具逐渐成为市场的主流。与此同时，智能小车可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面，尤其在足球机器人研究方面具有很好的发展前景。因此，智能化小车的研究不仅具有很大的现实意义，还具有极为广阔的应用前景和市场价值。例如智能运输系统。公共交通是城市发展的必然产物，也是城市赖以生存的重要基础设施之一。它作为城市动态大系统中一个重要组成部分，是城市整体发展中不可缺少的物质条件和基础产业，也是联系社会生产、流通和人民生活的纽带。公交系统具有运载量大、运送效率高、能源消耗低、相对污染少
11、、运输成本低等项优点。随着我国改革开放的深入和经济建设的持续快速发展，城市规模不断扩大，交通需求也不断增加。有关资料表明，1996年全国城市机动车保有量为884.5万辆，比1977年增长近9倍，年均增长33.8%，全国城市自行车超过1.8亿辆，占全国总量的40%，城镇每百户拥有率达198辆。道路建设虽突飞猛进，从1980年至1994年，全国城市道路总长从2.95万公里增至11.1万公里，年平均增长率为9.9%,人均道路面积从2.8m2增至6.6m2，道路面积增长率为年均11.6%，这样的速度仍然赶不上车辆的增长速度。同时，由于多种原因致使公交车辆运营速度由每小时12-14公里下降至5-10公里
12、，新增的运力被运输效率下降抵消，公交承担运量不断减退，居民出行方式逐年由公交向自行车等个体交通方式转移，这无疑加剧了交通的拥挤程度。如何解决城市居民出行交通需求的不断增加与公共交通发展相对滞后的矛盾成为摆在我们面前的一项迫切任务。智能运输系统（Intelligent Transportation Systems，ITS）。它是在关键基础理论模型研究的前提下，把先进的信息技术、数据通信技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地综合运用于地面交通管理体系，从而建立起一种大范围、全方位发挥作用、实时、准确、高效的交通运输管理系统。它利用无线通讯专网低频段以低成本实现了公交企业运营数据的实时采集、快速
13、传输，自行开发研制了无线通讯系统车载智能终端设备及控制系统，使公交企业能够充分利用无线通讯系统采集和传输的车辆运营数据进行车辆调度和车辆运营管理，且具有数据和话音双重传输功能。具有用户容量大、网络范围覆盖广、调度信息响应速度快、全自动语音报站自动化、信息发布广泛、出行者信息服务智能化、设备自动维护智能化的特点。智能公交系统的提出，必将大大改善公交管理水平，提高公交系统经济效益，减少政府财政补贴。由于采用公交出行的居民增加，相对减少了其它车辆出行，这势必会缓解城市交通压力，减少环境污染，降低交通事故发生率，改善交通环境，带来巨大的社会效益。1.3 研究内容本设计的智能电动小车具有自动寻迹功能，可
14、用过PWM编码控制行驶速度。整体设计可以分为如下几个模块，控制核心采用MCS-51系列中的STC89C52单片机，循迹是通过传感器实现的，利用红外对射管检测路面的轨迹，时刻调整车体位置使车不离开轨道。整个系统具有自动寻迹的功能。电机驱动采用常用的PWM方式进行电机的降压调速控制。软件中主要用到工业中常用的PID控制算法。整个系统的电路结构较简单，可靠性能高。实验测试结果满足要求。2方案设计与论证2.1 总体方案设计根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装反射式红外光电传感器，实现对电动车的位置、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
15、种数据实现对电动车的智能控制。本方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。系统整体方框图如图1所示。单片机STC89C52 循迹检测模块射电机驱动模块图1 系统总体设计框图2.2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
