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1、序号： 4 编码： 甲4B02704B 第十一届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品竞赛作 品 申 报 书作品名称： 基于单片机的智能小车的设计与制作 学校全称： 平顶山学院 个人申报者姓名（集 体 名 称）： 闫翔 指导老师姓名： 王艳辉 类别： 自然科学类学术论文哲学社会科学类社会调查报告和学术论文科技制作 小发明创造基于单片机的智能小车的设计与制作摘要：随着电子技术、计算机技术和制造技术的飞速发展，智能技术必将迎来它的发展新时代，我们想如果能将其运用到煤矿勘测，环境信息采集等方面，将会更好地满足人们的需求。因此，我们设计了这款智能小车。该设计采用STC89C52单片机为控制核心，采用驱
2、动芯片L298N构成双H桥控制直流电机，利用传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障，快慢速行驶，自动寻迹和寻光等功能。在软件设计方面,则分为三个模块,即数据采集模块,信号处理模块,控制器控制电机模块。其中软件系统采用C程序，整个系统的电路结构简单，容易实现，可靠性能高。此设计实现了小车的无人驾驶，通过对路面的检测，由单片机来判断控制小车，使其变得智能化，实现自动的前进，转弯，停止功能.此系统完善后可以应用到道路检测，安全巡逻中，同时，可以以此为基础，将其应用到生活或者工业制造中去，即增添我们的生活乐趣也提高了工业效率，最重要的是能降低工作中的危险性。关键词：单片机；自动循迹；驱动电路
3、 目 录 1绪论4 1.1本课题的研究的背景以及现实意义41.2课题研究的目的和意义61.3本设计的研究方向6 2 方案设计72.1小车车体的选用72.2 主控芯片的选用72.3 PWM调速系统的实现82.4 系统原理图9 3 系统的硬件设计113.1单片机电路的设计113.1.1单片机的功能特性描述113.1.2晶振电路123.1.3复位电路13 3.2红外线循迹避障模块143.2.1黑线循迹模块143.2.2避障模块设计153.3 声控模块163.4 比较模块163.5 测速模块和循光模块173.6 电源模块183.7 电机驱动模块183.7.1L298N引脚结构193.7.2电机驱动原理
4、203.7.3 小车运动逻辑223.8 红外遥控233.8.1红外线遥控系统结构233.8.2编码方式与解码原理24 4 系统的软件设计25 4.1 Keil编译器软件25 4.2 外部中断子程序流程图274.3 主程序流程图28 4.4 定时器中断程序设计28 5系统的总体调试285.1 硬件的测试285.2 系统的软件调试29 6 结论.31 参考文献32 1 绪论 1.1本课题的研究的背景以及现实意义目前，在企业生产技术的不断提高、对自动化技术要求不断加深的条件下，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的各种产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等一些系统的关键设备。世界上许多国家都在进行
5、智能车辆的研究和开发设计。移动机器人是机器人学中的一个重要分支，出现在20世纪60年代。当时斯坦福研究院的NilsNilssen和CharlesRosen等人，在1966年至1972年期间研制出了取名shakey的自主式移动机器人，目的是将人工智能技术应用在复杂条件下，完成机器人系统的自主推理、规划和控制。从此，移动机器人从无到有，数量不断的增多，智能车辆作为移动机器人的一个重要分支也会得到越来越多的关注。智能车辆，是一个集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合性系统，它集中地运用了计算机、信息、传感、通信、导航及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。它具有道路障碍的自动识别、自动制
6、动、自动报警、自动保持安全距离和巡航控制等功能。智能车辆主要的特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并且能沿着预定的轨迹行进。智能车辆在原有系统的基础上增加了一些智能化技术设备:(1)计算机处理系统，主要完成对从摄像机所获取的图像的预处理、增强、分析、识别等工作;(2)摄像机，用来获得道路的图像信息;(3)传感器设备，车速传感器用来获得当前车速，障碍物传感器用来获得前方、侧方和后方障碍物等信息。这种智能小车的主要应用领域包括以下几个方面:(1)军事侦察与环境探测现代战争对军事侦察提出了更高的要求，目前各国普遍重视对军事侦察的建设，采取各种有效措施预防敌方的突然袭击，并广泛应
7、用先进科学技术，不断研制多用途的侦察器材和探测设备，在车上装配摄像机、安全激光测距仪、夜视装置和卫星全球定位仪等设备，通过光缆操纵，完成侦察、监视敌情、情报收集、目标搜索和自主巡逻等任务，进一步的扩大侦察范围，提高侦察的时效性和准确性。(2)探测危险与排除险情在战场上或工程中，经常会遇到各种各样的意外。这时，智能化探测小车就可以发挥很好的作用。战场上，可以使用智能车辆扫除路边炸弹、寻找和销毁地雷等。民用方面，可以探测化学泄漏物质，可以进行救援灭火，以及在强烈地震发生后到废墟中寻找生还人员等。(3)安全检测受损评估在工程建设领域，可以对高速公路自动巡迹，进行道路质量检测和破坏分析检测;对水库堤坝
8、、海岸护岸堤、江河大坝等进行质量和安全性检测。在制造领域，可用于工业管道中机械损伤、裂纹等缺陷的探寻，对输油和输气管线的泄漏和破损点的查找和定位等。(4)智能家居在家庭中，可以用智能小车进行对家具、家用电器，室温等进行远程控制。对这种小车的研究，将为未来环境探测术上的有力支持1.2课题研究的目的和意义科技的进步带动了产品的智能化，单片机的应用更是加快了发展的步伐，它的应用范围日益广泛，已远远超出了计算机科学的领域。小到玩具、信用卡，大到航天器、机器人，从实现数据采集、过程控制、模糊控制等智能系统到人类的日常生活，到处都离不开单片机,此设计正是单片机的一个典型应用。此设计实现了小车的无人驾驶，可
9、以运用到煤矿勘测，环境信息采集等方面，并且该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景，在考古方面也应用到了超声波传感器进行检测。所以本设计与实际相结合，现实意义很强。1.3本设计的研究方向单片机的应用领域越来越广泛，无论是在生活，生产上，单片机无处不在。单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。其应用如此广泛，所以有必要去学习和应用单片机，以满足实际产品开发的需要，也是适应社会智能化、自动化的趋势。通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中，熟悉以单片机为
10、核心控制芯片，设计小车的各种检测、驱动和显示等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹、自动避障、循光和测速等功能。灵活应用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。在此过程中，加深对控制理论的理解和认识。2. 方案设计2.1小车车体的选用 车体选用有两种途径，一种是自制车体，一种是购买玩具车体进行改装。由于自制车体过程复杂，带负载能力差，可谓既费时又费力。于是选择市场上常用的小车底盘，质量坚硬，承载能力强，上面有很多可扩展的小孔，便于模块的安装和使用。本设计采用两个直流步进电机直接与车轮相连，电机上装有编码盘，便于测速、测距试用。2.2 主控芯片的选
11、用一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROMRAMI/O口定时/计数器中断系统等能量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统配置，既按照系统功能要求配置外围设备，如键盘显示器打印机A/DD/A转换器等，要设计合适的接口电路。STC89C52单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结
12、构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。2.3 PWM调速系统的实现PWM信号的产生通常有两种方法：一种是软件的方法；另一种是硬件的方法。硬件方法的实现已有很多文章介绍，这里不做赘述。本次主要介绍利用单片机通过软件设计产生PWM信号实现电机的调速。本小车的PWM调速采用的是调宽定频的方法，其原理是通过控制驱动电机电压导通与断开的时间比值得到电压平均值来控制小车速度。PWM调速系统与可控整流式调速系统相比有下列优点：由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流电流，低速特性好。同样，由于开关频率高，快速响应
13、特性好，动态抗干扰能力强，可以获得很宽的频带，开关器件只工作在开关状态，主电路损耗小，装置效率高。2.4 系统原理图智能循迹小车主要由STC89C52单片机电路、TCRT5000循迹模块、L298N驱动模块、直流电机、小车底板、电源模块等组成。H桥驱动模块直流电机红外光电循迹传感器模块电源模块单片机电路路 径小车 图2.1智能小车控制系统结构框图 本设计智能小车采用STC89C52单片机进行智能控制。开始由手动启动小车，并复位，通过遥控切换模式，可以完成简单的前进后退左右转弯功能，采用双极式H型PWM脉宽调制技术，达到小车的慢速行驶状态，同时遥控也可以切换到循迹模式、避障模式、循光模式和声控模式。系统原理图如图2-1所示： 图2.2智能小车控制系统结构原理图3 系统的硬件设计3.1 单片机电路的设计一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路；二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、A/D、D/A转换器等。 3.1.1 单片机的功能特性描述单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算
