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1、题目基于单片机的智能小车的设计学生2222指导教师2222 讲师年级2008 级专业电子信息科学与技术系别物理系唐山师范学院物理系2012年5月郑重声明本人的毕业论文是在姜丽飞老师的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。0毕业论文作者（签名）：年月日目录摘要3第一章引言3第二章方案说明32.1、方案论证32.2、总体设计方案概述4第三章硬件电路设计 .53.1、主控电路51、 L7805 稳压器5、 MAX232 芯片简介63.2、八路红外传感器模块6、LM324
2、 简介 .6、 74HC14D 简介63.3、 L298N 电机驱动模块7、L298N 简介83.4、机械部分9第四章软件系统设计 .94.1、程序流程图 .94.2、程序设计方案9参考文献 .12第五章结束语12致谢12附录 113附录 213外文页20基于单片机的智能小车的设计摘要本文介绍了基于STC89C52 单片机的智能小车的设计与实现。小车主要能够识别黑线并检测障碍物从而实现在固定跑道内行驶并且可自动避障。小车以STC89C52 单片机控制器；采用八路红外传感器及其处理模块实现对黑线及障碍物的检测；通过单片机产生PWM波并通过L298N 来对小车的方向和速度进行控制。关键字STC89
3、C52单片机红外传感器PWML298N2第一章引言社会的发展， 科技的进步，使得人们对生活中的很多事物都提出了更高的要求，就像人们自己走累了便想到了坐车，所以马车出现了；而马车已经满足不了人们对速度的追求的时候，便又发明了汽车，所以科技创新是基于人们的需要而出现的；那么到了现在这个普通汽车已经很普遍的掌控在人们手中的时候，一个新的概念便被提了出来，它就是智能车。其实，智能车研究最早都是在一些科技发达的国家进行的，所以比较早接触智能车领域的一些国家已经对智能车辆进入了深入、系统、大规模的研究阶段1 。我国智能车的研究起步较晚，所以很多还集中在某个单项技术的研究上，不过对于智能车技术的探索却如雨后
4、春笋；各种智能车大赛层出不穷，各高校及研究机构也纷纷加入智能车的研究行列2 。本设计就是根据前人在智能小车的设计的基础上对其进行的又一次全新的探索。本车的设计充分考虑了成本与性能综合，它以STC89C52单片机为核心，采用了大扭力的四驱小车底盘，使小车具有充足的动力；除此外小车安装了八路红外传感器用来检测黑线和障碍物，所以小车具有较好的反应速度与检测精度。第二章方案说明2.1 、方案论证（ 1）控制系统方案一：采用 MC9S12DG128单片机，该单片机以运算速度很快的CPU12内核为核心的单片机，经过锁相环后，时钟频率可达到40MHz，内部 Flash 高至 128KB，拥有 2 组各 8
5、路 10 位 A/D、 16 路 I/O 口，有功能强大的8 位PWM输出共 8 路，以及8 路 16 位增强型定时器（ECT），相比 STC89C52单片机它编程更加简单，反应速度快；但是成本较高且短时间内不易掌握。方案二：采用STC89C52单片机，该单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash存储器。 在单芯片上， 拥有灵巧的8 位 CPU 和在系统可编程Flash ，使得 STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。 具有以下标准功能：8k 字节 Flash ，512 字节 RAM， 32位 I/O 口线，看门狗定时器，内置
6、4KB EEPROM， MAX810复位电路，三个 16位 定时器 / 计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口3。其完全可以满足本设计对小车功能的要求，并且价格便宜；所以本设计最终选用STC89C52单片机作为其控制芯片。（ 2）避障与寻线传感器3方案一：采用US-100 超声波测距模块，该模块可实现2cm4.5m 的非接触测距功能，拥有2.45.5V的宽电压输入范围，静态工作电流2mA，自带温度传感器对测距结果进行校正，同时具有GPIO，串口等多种通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠且方向性好但其近距离反射时干扰较大。方案二：采用八路红外对管及处理模块，该模块可工作在3.3 到
7、5V 电压下检测距离在1-6 厘米，采用多圈式电阻调节检测距离，且尺寸较小可方便的搭载在小车上，同时其平均价格要比US-100 要低；其八路的传感器可分别用作测距与检测黑线；综合上述考虑，本设计采用八路红外对管作为其避障与寻线传感器。2.2 、总体设计方案概述L298NSTC89C八路红电机控52 单片外传感电机机系统器制模块图 1 总体设计框图本设计以STC89C52单片机系统为控制中心，通过八路红外传感器模块中的两路传感器检测障碍物，四路传感器检测黑线，检测障碍物的两路传感器分别分布在车头的两端，使其能够检测车前较大范围内的障碍物，尽量减小检测盲区；检测黑线的四路传感器分别分布在小车的四角
8、，从而能够保证小车在跑道内行驶。传感器在接通电源后会不断的发送和接收红外线，接收到的信号经过LM324进行放大然后由74HC14D施密特触发器转换成数字信号输出， 而当单片机检测到需要转向的传感器信号时，单片机通过改变PWM波的占空比来调整小车两侧的电机转速，从而使其两侧轮产生速度差，以实现小车的转向。避障：在小车行驶过程中，若左侧传感器检测到障碍物而右侧传感器未检测到，则小车首先后退之后向右转；同理，若右侧检测到而左侧未检测到，小车先后退之后左转；如果左右均检测到默认小车先后退之后右转。检测黑线： 安装在小车四角的红外传感器负责检测黑线，由于小车是向前行驶所以最先驶出黑线的应该是小车的前端，
9、当左前端传感器检测到黑线时，向单片机发送信号，小车右转；当右前端传感器检测到黑线时，小车左转；当左后端检测到黑线而左前端未检测到时小车先右转再左转，当右后端检测到黑线而左前端未检测到时先左转后右转，当前端两传感器同时检测到黑线时小车先后退之后左转。控制逻辑见表 1表 1检测检测到未检测到检测物4障碍物01黑线10PWM：脉冲宽度调制(PWM)，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，此处我们主要通过单片机输出PWM波同时通过调节其占空比来实现对小车的控制。第三章硬件电路设计3.1 、主控电路本模块主要是采集信号并进行分析，同时输出PWM波控制电机速度，从
10、而控制小车前进转弯等动作。其中，此处采用STC89C52单片机作为主控芯片，由 9 12V 直流电通过78M05稳压芯片后进行供电；单片机读写口连接了 MAX232芯片，并焊接了串口接口，使其能够直接使用USB转串口线下载程序；除此之外，单片机引脚全部通过排针引出，使得此电路连接其他模块更加方便。复位及时钟电路分别见图2 和图 3，单片机引脚电路见附录1图 2 复位电路图 3 时钟电路、 L7805 稳压器L7805 是我们最常用到的稳压芯片，本设计中采用7 节 5 号干电池进行供电，电容C2、 C3对输入到L7805前的直流电进行滤波，之后输入到L7805，经其稳压后输出5V 直流电，给单片
11、机供电。如图45图 4 稳压电路、 MAX232芯片简介MAX232芯片是美信 （ MAXIM）公司专门为RS-232 标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用 +5v 单电源供电；TTL/CMOS数据从 T1IN、T2IN 输入，转换成 RS-232 数据后从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的 RS-232数据从 R1IN、 R2IN 输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、 R2OUT输入到单片机的RXD、 TXD口；此处MAX232主要在下载程序时对由串口发出来的信号进行转换。其电路如图53.2 、八路红外传感器模块红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质，所
12、以我们可以利用红外对管对黑线及障碍物进行检测；此模块拥有两个LM324放大器和两个74HC14D，当红外线在不同颜色物体上的反射光被接收管接收到时会产生不同幅度的电压，经由模块的LM324芯片进行信号放大，之后输入到74HC14D进行高低电平的转换。小车在行驶过程中红外管不断地向外发射红外线，当红外光遇到白色地面时发生漫发射，反射光被接收管接收，模块输出低电平；如果遇到黑线则红外线被吸收，接收管接收不到信号，此时模块输出高电平；单片机通过程序控制不断检测模块输出引脚的高低电平从而实现信号的检测。小车的避障原理与此类似，当红外管不断发出红外线，而在距小车前方 6cm无障碍物时，红外线不发生反射，此时接收管接收不到反射光，模块
