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1、专业：电子信息工程 学号： 0414110117 Hebei Normal University of Science & Technology本科毕业论文（设计）（自然科学） 题 目： 智能玩具小车的控制系统设计 院（系、部）： 机电工程学院 学 生 姓 名： 吴 博 强 指 导 教 师： 王 枫 职 称 讲 师 2015年05月24日河北科技师范学院教务处制 河北科技师范学院 本科毕业论文（设计）智能玩具小车的控制系统设计院（系、部）名 称 ： 机电工程学院 专 业 名 称： 电子信息工程 学 生 姓 名： 吴 博 强 学 生 学 号： 0414110117 指 导 教 师： 王 枫 20
2、15年05月24日河北科技师范学院教务处制学 术 声 明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于河北科技师范学院。本人签名： 日期： 指导教师签名： 日期： 摘 要机器人的研究是一项具有良好前景的科研项目，而智能小车的研究可以说是机器人研究的一个小入门。智能小车虽然功能不如机器人的强大，但是其所具备的功能一方面是机器人的基本功能或基础原理，另一方面又有
3、很大的发展空间。通过对智能小车的深入研究，也能为机器人的发展助一臂之力。本次设计的智能小车主要是基于52单片机实现自动循迹、避障和无线操控功能，这三个功能是一个智能小车应具备的基本功能。对每个功能的实现分别依靠TCRT5000传感器、超声波传感器和nRF24L01+无线模块实现。这些模块收到的信号，由单片机进行处理后，控制驱动模块来实现对小车的控制。本次设计制作出的小车能够很好地完成这些功能，达到了设计的要求。且可通过无线操控在小车的行进过程中进行不同工作模式的切换，这使小车的行动更加灵活。更能在遇到突发状况时，能够继续正常工作或避免损坏，增强了小车的可靠性。关键词：智能小车；单片机；TCRT
4、5000传感器；超声波传感器；nRF24L01+AbstractThe research of robot is a promising research project. And the research of smart car can be side to be rudiments of robot. Through in-depth study of the smart car, also can help we research the robot.The design of intelligent car is mainly based on 52s microcontroller
5、 to realize automatic tracking and obstacle avoidance and wireless control function, these three functions is a smart car should have the basic functions. To achieve the functions of each are depended on the TCRT5000 sensor, ultrasonic sensor and nRF24L01+ wireless module. These modules receive sign
6、al, then send to microcontroller. Microcontroller process the signal, to control drive module to realize the control of the car. Made out of the car is able to complete these functions, meet the design requirements. And through wireless control in the car in the process of moving to different work m
7、ode switch, which makes the car more flexible. More in the face of unexpected situations, the car can continue to work or to avoid damage. It enhances the reliability of the car.Keywords: smart car; microcontroller; TCRT5000 sensor; ultrasonic sensor; nRF24L01+目 录目 录摘 要IAbstractI目 录II1 绪论11.1 研究背景及意
8、义11.2 研究目的和设计构思12 系统工作原理23 硬件系统设计23.1 供电模块设计与介绍23.1.1 LM2576和LM2596介绍与应用方案23.1.2 7805芯片介绍与应用方案53.2 驱动模块介绍63.3 自动循迹传感器介绍83.4 避障传感器介绍和选择103.5 无线模块介绍和选择114 软件系统设计124.1 自动循迹程序设计124.2 自动避障程序设计154.3 无线操控程序设计175 小车调试与制作21结论23参考文献24致谢24附录24II河北科技师范学院2015届本科毕业设计1 绪论1.1 研究背景及意义随着科技的发展，尤其是计算机技术和网络技术的高速发展，使得智能化
9、开始与各种产品进行融合，衍生出功能更加强大的新一代产品。其中无人驾驶成为了一项重要研究方向。目前，Apple已开始着手研究智能汽车iCar或Apple Car。其他公司也有相关方面的研究计划。在军事领域，无人机也一直是一项具有重要战略意义的研究项目。无论是智能汽车，还是无人机都是移动机器人中的一种1。而智能小车则是移动机器人研究的基础，所以智能小车的研究可以推动智能汽车和无人机的发展。而且智能小车一直被各大高校重视，其中飞思卡尔智能小车竞赛是智能小车研究中的一项重要赛事，且对智能小车技术的进步做出了巨大贡献。之所以说智能小车是移动机器人中的基础，是因为智能小车所能实现的功能是一个移动机器人都能
10、完成也都应该具备的功能2。可以说机器人的强大功能都是在小车功能的基础上，进行更深入研究后实现的。而为机器人开发一个新的功能，也可以在小车上进行一定的测试，并且成本要比直接在机器人上开发的低。因此，目前继续深入研究智能小车，对于移动机器人乃至所有机器人研究工作有着重要意义。除此之外，智能小车也是一名电子专业大学生有能力掌握的电子技术。其难度适中，设计思路灵活，很适合用来测试大学生的电子技术。通过制作智能小车有助于巩固电子技术的基础知识，加强实践能力。1.2 研究目的和设计构思此次设计的小车将要完成自动循迹、自动避障、无线操控功能，并能够在小车行进过程中进行功能的切换，即能通过遥控器实现小车的工作
11、模式。这些功能使小车能完成更复杂的工作，具有更大的容错率。比如在自动循迹时，如果因车速过快，导致小车离开轨迹且不能自动重回轨迹时。可以使其切换到无线操控模式，通过人为操控使其重回轨道后，再切换为自动循迹模式继续循迹工作。再如当小车在自动避障过程中，如果突然在无效距离内出现障碍，也可同样利用无线操控其避开障碍后，再继续进行自动避障。这种人为操控方式加智能操控方式，在智能汽车和无人机上也采用如此方式，因此制作出的小车可以在一定的程度上模拟他们在工作时如何处理问题3。如汽车遇到信号灯时，需要一个交通网络或车主来控制车辆的行驶。设计的核心便是利用不同功能的感测器和无线收发模块，来提供信号或命令给单片机
12、，由单片机处理后控制小车的移动或感测器的工作。通过利用不同的感测器可以使小车具备不同的功能，也可以使小车的功能更强、精度更高。不同的无线模块也可以使小车接收信号范围更远、通道更多。本次设计中使用的TCRT5000传感器、超声波传感器和nRF24L01+无线模块，性能上满足设计要求。且小车还留有一定的扩展空间，能添加新的或更换更好的感测器，提升小车的性能。2 系统工作原理本设计使用52单片机作为核心处理器，通过外接循迹传感器、障碍感测器、无线收发模块，来给单片机提供信号。单片机接收到信号后，按照其内部程序进行信号识别并处理各种信号。之后控制电机所接电压的有无、大小和正负，实现对电机转速和转动方向
13、的控制，从而控制小车的移动。通过编程使单片机知道应如何处理各传感器传输的信号，以及何时处理。对无线操控功能，使用两片单片机和两个无线收发模块。一片单片机和一个模块组装成遥控器，进行操控指令的发送。另一片单片机与无线模块安装在小车上，进行操控指令的接收，和对小车的控制。循迹传感器与障碍感测器，顾名思义是进行轨迹检测与障碍检测。分别服务于自动循迹功能和自动避障功能。单片机识别其传送的信号，来控制小车实现这两个功能。3 硬件系统设计3.1 供电模块设计与介绍首先，电源的选择有蓄电池和一般干电池。设计中用到的各种感测器、无线模块与单片机，均要求有45V的输入电压4。所以两种电源提供的电压，虽然大于电压
14、要求，但可以通过变压后，得到符合电压范围的伏值。因此都可以使用。由于制作的无线操控时，需要再制作一个遥控器，因此需要两个电源。而在购买小车底板时，附带一个4节5号电池盒，且已拥有一个12V蓄电池。考虑到小车上不仅要给单片机供电，还需给各感测器、无线模块以及直流电机供电,因此在小车上用蓄电池供电，遥控器用4节干电池供电。3.1.1 LM2576和LM2596介绍与应用方案选好供电电源后，还需要考虑的就是变压的问题。蓄电池的额定输出电压最大为12V，所以使用LM2576或LM2596 芯片进行变压。LM2576可提供降压稳压功能，可驱动3A的负载，有优异的线性和负载调整能力。其输出电流可以为连续型或非连续型，这取决于选取的电感的直流通流量。LM2596是LM2576的升级版，加大了待机电流，增加了自我保护电路5。设计中分别使用了一片LM2576和LM2596。如此选择的原因有两个
