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1、小车设计报告队员：* * * 学校: 滁州学院【摘要】： 本设计制作了一款具有智能判断功能的小车，功能强大。小车具有以下几个功能：自动避障功能；寻迹功能（按路面的黑色轨道行驶）；趋光功能（寻找前方的点光源并行驶到位）；检测路面所放置的铁片的个数的功能；计算并显示行走的时间，并可发声发光。设计以两电动机为主驱动，通过各类传感器件来采集各类信息，送入主控单元AT89S52单片机，处理数据后完成相应动，实现了无人控制即可完成一系列动作，相当于简易机器人。【关键词】：AT89S52 L298N LM393 寻迹 避障 声控目录1、方案选择- 31.1 主体方案选择与论证-31.2 各模块方案选择和论证
2、- 3 1.2.1 避障模块- 3 1.2.2 铁片检测模块- 41.2.3 寻迹模块- 41.2.4 寻光模块- 41.2.5 声音控制模块- 51.2.6电机驱动模块- 52、系统硬件总体设计框图- 53单元模块设计- 53.1 红外避障电路的设计- 63.2 铁片检测电路的设计- 63.3 黑带检测电路的设计- 73.4 寻光电路的设计- 83.5 电机驱动电路的设计- 93.6 声音控制电路的设计- 94、系统软件设计- 95、实际测试-10 5.1测试设备-10 5.2 测试结果-10 5.3 其它功能测量-116测试结果分析 -117、设计总结 -118、参考文献 -119附：部分
3、源程序代码-161、总体设计方案的选择与论证1.1 主体方案的论证与比较方案一：采用各类数字电路来组成小车的控制系统，对外围避障信号，黑带检测信号，铁片检测信号，各路趋光信号进行处理。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于小车智能化的扩展，对各路信号处理比较困难。 方案二：采用ATM89S52单片机来作为整机的控制单元。红外线探头采用市面上通用的发射管与及接收头，经过单片机调制后发射。铁片检测采用电感式接近开关LJ18A3-8-Z/BX检测，黑带采用光敏二极管对光源信号采集，再经过ADC0809转化为数字信号送到单片机系统处理。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬
4、件简洁化，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。 比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，能达到题目的设计要求，因此采用方案二来实现。1.2各模块方案选择1.2.1 避障方案选择 方案一：采用超声波避障，超声波受环境影响较大，电路复杂，而且地面对超声波的反射，会影响系统对障碍物的判断。 方案二：采用红外线避障，利用单片机来产生38KHz信号对红外线发射管进行调制发射，发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出TTL电平。外界对红外信号的干扰比较小，且易于1.2.2 检测铁片方案选择方案一：采用电涡流原理自制的传感器，取才方便，但难以调
5、试，输出信号也不可*，成功率比较低，难以准确输出传感信息。 方案二：采用市面易购的电感式接近开关，本系统采用市面比较通用LJ18A3-8-Z/BX来完成铁片检测的任务。虽然电感式接近开关占的体积大，对本是可以接受，且输出信号较可*，稳定性好，受外界的干扰小，故采用方案二。1.2.3 黑带检测方案选择方案一：采用发光二极管发光，用光敏二极管接收。由于光敏二极管受可见光的影响较大，稳定性差。 方案二：利用红外线发射管发射红外线，红外线二极管进行接收。采用红外线发射，外面可见光对接收信号的影响较小，再用射极输出器对信号进行隔离。本方案也易于实现，比较可*，因此采用方案二。 1.2.4 寻找光源功能电
6、路选择方案一：在小车前面装上几个光电开关，通过不同方向射来的光使光电开关工作，从而对小车行驶方向进行控制，根据光电开关特性，只有当光达到一定强度时才能够导通，因此带有一定的局限性。 方案二：在小车前面装上参数一致的光敏二极管或者光敏电阻，再通过A/D转换电路转换成数字量送入单片机，单片机再对读入的几路数据进行存储、比较，然后发出命令对外围进*作。对方案一、二进行比较，方案二硬件稍为复杂，但能够对不同强度的光进行采集以及比较，*作灵活，所以采用方案二。1.2.5 声音控制电路选择方案一：采用模拟电路直接搭建，电路主要由柱极体传感器和普通的三极管构成的声控电路，电路设计简单，成本低，功耗低，结构简
7、单，调试方便，能直接获得高低电平为单片机所用，为硬件制作节省时间，但信号采集不够灵敏。方案二：采用555芯片构造时基集成电路，电路主要由555芯片，晶体管放大器等构成，以555芯片集成构造双稳态电路进行前后状态的改变，信号采集更为精确，但是调试难度相对高，成本和功耗也稍逊，且还没有现存元件。综上，经比较验证，根据题目要求和基于实际情况，声控电路只要是启动和停止智能小车，方案一本身是与小车相兼容的，性能也比较好，且比较符合我们实际情况，故我们采用方案一 。1.2.6 智能车驱动电路方案选择方案一：采用分立元件组成的平衡式驱动电路，这种电路可以由单片机直接对其进行*作，但由于分立元件占用的空间比较
8、大，还要配上两个继电器，考虑到小车的空间问题，此方案不够理想。 方案二：因为小车电机装有减速齿轮组，考虑不需调速功能，采用市面易购的电机驱动芯片L298N，该芯片是利用TTL电平进行控制，对电机的*作方便，通过改变芯片控制端的输入电平，即可以对电机进行正反转*作，很方便单片机的*作，亦能满足直流减速电机的要求。因此采用方案二。2、系统硬件总体设计框图 图1 智能车运行基本原理图框图说明：避障部分采用红外线发射和接受原理。铁片检测采用电感式接近开关LJ18A3-8-Z/BX检测，产生的高低电平信号经过处理后，完成相应的记录数目，驱动蜂鸣器发声。黑带寻迹依*安装在车底部左右两个光敏二极管对管来对地
9、面反射光感应。寻光设计在小车前端安装3路（左、中、右）光敏电阻对光源信号采集，模拟信号经过ADC0809转化为数字信号送到MCU处理。记程通过在车轮上安装小磁块，再用霍尔管感应产生计数脉冲。记时由软件实现，显示采用普通七段LED。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现。3、单元模块设计31红外避障电路 采用红外线避障方法，利用一管发射另一管接收，接收管对外界红外线的接收强弱来判断障碍物的远近，由于红外线受外界可见光的影响较大，因此用250Hz的信号对38KHz的载波进行调制，这样减少外界的一些干扰。 接收管输出TTL电平，有利于单片机对信号的处
10、理。采用红外线发射与接收原理。利用单片机产生38KHz信号对红外线发射管进行调制发射，发射距离远近由RW调节，本设计调节为10CM左右。发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出TTL电平。利用单片机的中断系统，在遇障碍物时控制电机并使小车转弯。由于只采用了一组红外线收发对管，在避障转弯方向上，程序采用遇障碍物往左拐方式。如果要求小车正确判断左转还是右转，需在小车侧边加多一组对管。外界对红外信号的干扰比较小，性价比高。 。调试时主要是调制发射频率为接收头能接收的频率，采用单片机程序解决。发射信号强弱的调节，由可调精密电阻调节。红外线发射接受电路原理图如图
11、2所示。 图2 红外避障电路3.2 检测铁片电路铁片检测采用电感式接近开关LJ18A3-8-Z/BX检测，产生的高低电平信号经过处理后，完成相应的记录数目，驱动蜂鸣器发声。铁片检测电路如图3所示。 图3 铁片检测电路3.3 黑带检测电路黑带检测电路如图4所示: 图4 黑带检测电路 上图只是黑线一侧的检测电路，另一侧检测电路也是一样的，通过将传感器检测的信号转换成高低电平输出，不同的输出状态组合可以实现不同运动，如下表所示： P1.0P1.1运动00停止01左转10右转11前进3.4 寻光电路寻光电路如图5所示： 图5 寻光电路3.5 电机驱动电路L298驱动两台直流减速电机的电路。引脚6，9可用于PWM控制。如果机器人项目只要求直行前进，则可将5，10和7，1
