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1、摘要-1第一章 绪论-11.1 智能小车的实用意义-11.2 智能小车的现状和前景-2第二章 方案设计与论证-22.1主控系统-22.2电机驱动模块-32.3循迹模块-42.4避障模块-62.5 测温模块-62.6机械系统-72.6 电源模块-7第三章 硬件实现-73.1 总体设计-73.1.1 主板设计框图-83.2 驱动电路-83.3 信号检测模块-93.4 主控电路-10第四章 软件实现-104.1 发射端程序流程图-104.2 发射端程序源代码-114.3 小车控制端程序流程图-114.4 小车控制端程序源代码-12第五章 安装与调试-125.1 PCB的设计与安装-125.2 小车调
2、试-13结束语-13智能小车宋尚旭 彬学院物理系09级自动化本科一班 指导教师：胡红林摘要：利用超声波实现测距避障。特点：宽电压：DC 2.4V5.5V 2：小电流：小于 2mA 。适应性强：测温围：-45+85度4：测距工作温度围：-20+70度 操作方便：输出方式：电平或UART 感应角度：不大于15度 探测距离：2cm-450cm探测精度高：0.3cm+1% 利用红外对管检测黑线并以STC89C52单片机为控制芯片控制电动小车的速度与转向，从而实现自动循迹避障的功能。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。外加遥控干预控制，遥控外接1602液晶，DS18B2
3、0测温，车体携带12864液晶显示，DS18B20测温。关键词：红外对管 超声波 STC89C52 1602液晶 12864液晶 DS18B20 改装的12路遥控器第一章 绪论1.1智能小车的实用意义自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍与机械、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。智能机器的设计离不开传感器，随着科学技术的发展，感觉传感器越来越多，尤其涉与视觉部分的传感器尤为重要，视觉传感器的核心部件是摄像管或CCD，目前的CCD已经能够做到自
4、动对焦。但是CCD传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰的图像只要求粗略感觉的系统中考虑使用红外反射式传感器是一种实用而有效的方法。该智能小车拥有两块液晶显示器，构建了人性化的人机交流平台。该智能小车可分为四大部分：遥控器部分、传感器、驱动执行、CPU。要求可以实现遥控时候的自动避障和循迹时候的测温和避障，循迹不要求清晰的图像，只要能粗略探测到黑线就可以了。因此舍弃昂贵的CCD传感器而选用廉价的红外对管。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
5、精确调速，但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情况，本文选择第二种方案。CPU使用STC89C52单片机，配合软件编程实现。1.2 智能小车的现状和前景现时智能小车发展很快，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、避崖等基本功能，这几年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。我们此次的设计主要实现循迹避障遥控测温功能。第二章 方案的设计和论证根据要实现的功能确定如下方案：用铝合金做车体，使车体坚固，在车前加超声波实现测距和避障，在车下边装红外对管探测黑线，并将收集的信息传给单片机处理，实现小车的避障和循迹功能。
6、这种方案能实现对小车运行状态的实时监测和干预。2.1主控系统 本设计涉与到多种输入信息的综合处理，属于复杂程序控制问题。拟定了两种设计方案。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
7、种设想。方案二：选用单片机作为核心控制部件，单片机拥有丰富的型号可供选择，由于此控制系统需要处理的信息很多故应选用一块运行速度快的单片机，如AVR，但是考虑到队里同学都不是很熟悉AVR，最终决定使用STC89C52来处理控制小车。在综合考虑了传感器、四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STC89C52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
8、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。我们自己焊接了一个H桥式电路，发现稳定性很差，主要表现为电机不同步，用
9、软件调节效果略有改善但也导致电机转速下降。最终舍弃自己焊接的H桥。现市面上有很多集成H桥的芯片，我选用了L298N(如图2.2)。L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接457 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压围VIH为2546 V。输出电流可达25 A，可驱动电感性负载。 电机驱动部分电路图2.3循迹模块方案一：采用简易光电传感器结合外围电路探测，但实际效果并不理想，对行驶过程中的稳定性要求很高，且误测几率较大、易
10、受光线环境和路面介质影响。在使用过程极易出现问题，而且容易因为 该部件造成整个系统的不稳定。故最终未采用该方案。方案二：采用两只红外对管(如图2.3)，分别置于小车车身前轨道的两侧，根据两只光电开关接受到白线与黑线的情况来控制小车转向来调整车向，测试表明，只要合理安装好两只光电开关的位置就可以很好的实现循迹的功能。(参考文献3)方案三：采用三只红外对管，一只置于轨道中间，两只置于轨道外侧，当小车脱离轨道时，即当置于中间的一只光电开关脱离轨道时，等待外面任一只检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线（即回到轨道）再恢复正向行驶。现场实测表明，小车在寻迹过程中有一定的左右摇摆不定，虽然可以正确的循迹但其成本与稳定性都次与第二种方案。通过比较，我选取第二种方案来实现循迹。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程
