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1、柳州职业技术学院柳州职业技术学院柳州职业技术学院柳州职业技术学院 Liuzhou Vocational & Technical Collage1项目内容一、智能小一、智能小车的的设计任任务书二、智能小车二、智能小车硬件系硬件系统方框方框图三、智能小车硬件电路方案认证与选择三、智能小车硬件电路方案认证与选择2五、五、调试过程分析程分析四、四、智能小车软件系统程序设计智能小车软件系统程序设计一、智能小一、智能小车的的设计任任务书（一）项目设计任务（一）项目设计任务（一）项目设计任务（一）项目设计任务（二）项目设计要求（二）项目设计要求（三）项目完成要求（三）项目完成要求（四）项目评分标准（四）项目
2、评分标准31.使小车能沿着黑线行走。2.能用声音控制小车启动。3.遇到障碍物时能左转或右转。4.能够显示小车行走的时间5.能够显示小车走过的路程。（一）项目设计任务：（一）项目设计任务：（一）项目设计任务：（一）项目设计任务：以单片机为核心器件，设计一台智能小车。（二）项目设计要求：（二）项目设计要求：（三）项目完成要求：（三）项目完成要求：1.1.画出硬件电路图并说明电路的工作原理。画出硬件电路图并说明电路的工作原理。2.2.画出画出程序设计程序设计流程图。流程图。3.3.编写和调试各模块源程序。编写和调试各模块源程序。4.4.完成整个项目源程序的综合调试。完成整个项目源程序的综合调试。一、
3、智能小车的设计任务书一、智能小车的设计任务书（四）项目评分标准：（四）项目评分标准：5评分项目评分项目评分指标评分指标配配分分评分评分项目设计项目设计态度态度积积极极查查找找资资料料，上上课课专专心心听听讲讲，不不抄抄袭袭、复复制制他他人人的的程程序及报告，按时完成老师布置的任务序及报告，按时完成老师布置的任务1010设计与总设计与总结报告结报告正确画出项目设计硬件电路图正确画出项目设计硬件电路图1010正确画出软件系统程序设计流程图正确画出软件系统程序设计流程图1010调试结果分析及使用操作说明调试结果分析及使用操作说明5 5具体功能具体功能实现实现能使小车能沿着黑线行走能使小车能沿着黑线行
4、走1010能用声音控制小车启动能用声音控制小车启动1010能使小车检测到障碍物能使小车检测到障碍物时左转时左转或右转或右转5 5能够显示小车行走的时间能够显示小车行走的时间1010能够显示小车走过的路程能够显示小车走过的路程5 5完成整个项目程序联调完成整个项目程序联调5 5答辩评分答辩评分自述部分自述部分1010回答部分回答部分1010一、硬件系一、硬件系统方框图统方框图二、硬件二、硬件方案方案论证与选择论证与选择三、软件系统软件系统程序设计程序设计四、调试过四、调试过程分析程分析五、项目设五、项目设计总结计总结智能小车的设计过程分析智能小车的设计过程分析6二、智能小车硬件系统方框图二、智能
5、小车硬件系统方框图7显示电路微控制器声音检测电路路程检测电路巡迹电路直流电机驱动电路障碍物检测电路81.微微控制器的选择控制器的选择智能小车硬件电路方案论证与选择内容智能小车硬件电路方案论证与选择内容2.直流电机驱动电路元件选择方案直流电机驱动电路元件选择方案3.巡迹电路元件选择方案巡迹电路元件选择方案4.声音声音检测电路方案路方案5.显示电路的选择显示电路的选择6.路程检测电路的选择路程检测电路的选择7.避障避障电路方案路方案9三、智能小车硬件电路方案论证与选择三、智能小车硬件电路方案论证与选择1.微微控制器的选择 微控制器是系统控制的中心部件，负责控制与协调各种传感器的监测工作。控制器的类
6、型很多，主要有： c.单片机微控制器a.FPGA微控制器b.ARM微处理器 由于单片机算术运算功能强，软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低，体积小，技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。本系统中，采用STC89C52RC单片机作为整个系统的控制器。10AVR单片单片机机三星单片机凌阳凌阳单片单片机机51系系列单列单片机片机单片机单片机微控制微控制器器单片机微控制器的选型112.直流电机驱动电路元件选择方案直流电机驱动电路元件选择方案直流直流电电机机驱动电驱动电路路分立分立元件元件L298NL298NLG9110LG9110IR2110IR211
7、0TA7257PTA7257P12（1）用分立元件构成的智能小车电机驱动电路）用分立元件构成的智能小车电机驱动电路PWM输入信号输入信号 13分立元件电机驱动电路工作原理分析：当左侧电机需要前进时，当左侧电机需要前进时，L-端保持为端保持为“1”，电机的转动速度由电机的转动速度由L+端的占空比决定端的占空比决定;当左侧电机需要后退时，当左侧电机需要后退时，L+端保持为端保持为“1”，电机的转动速度由电机的转动速度由L-端的占空比决定；端的占空比决定；当右侧电机需要前进时，当右侧电机需要前进时，R-端保持为端保持为“1”，电机的转动速度由电机的转动速度由R+端的占空比决定端的占空比决定;当右侧电
8、机需要后退时，当右侧电机需要后退时，R+端保持为端保持为“1”，电机的转动速度由电机的转动速度由R-端的占空比决定。端的占空比决定。14 LG9110是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC之中，之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个TTLCMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的个输出端能直接驱动电机的正反向运动，
9、它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过电流驱动能力，每通道能通过750800mA的持续电流，的持续电流，峰值电流能力可达峰值电流能力可达1.52.0A；同时它具有较低的输出饱；同时它具有较低的输出饱和压降与静态电流；内置的钳位二极管能释放感性负载和压降与静态电流；内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。电机或开关功率管的使用上安全可靠。LG9110被广泛应被广泛应用于玩具汽车电机驱动、自动阀门电机驱动、电磁门锁用于玩具汽车电机驱动、自动阀门电机驱动、电磁门锁驱动等电路上驱动等
10、电路上 （2）用集成电机驱动芯片LG9110构成电机驱动电路构成电机驱动电路15LG9110外形及引脚分布16LG9110的电气特性和逻辑关系的电气特性和逻辑关系LG9110的输的输入输出波形入输出波形17LG9110的控制电路的控制电路 L298是是SGS公司的公司的产品，比较常见的是产品，比较常见的是15脚脚Multiwatt封装的封装的L298N，内部同样包含内部同样包含4通道逻辑驱通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步个直流电机，或一个两相步进电机。进电机。 L298N芯片可以芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四
11、相电机，输出电驱动一个四相电机，输出电压最高可达压最高可达50V，可以直接，可以直接通过电源来调节输出电压；通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的可以直接用单片机的IO口提口提供信号；而且电路简单，使供信号；而且电路简单，使用比较方便。用比较方便。18L298N电机驱动电机驱动芯片外形及封装芯片外形及封装（3）用L298N电机驱动芯片构成电机驱动电路19L298N电机驱动芯片内部结构电机驱动芯片内部结构20 L298N可接受标准可接受标准TTL逻辑电平信号，逻辑电平信号，VSS可接可接457 V电压。电压。4脚脚VS接电源电压，接电源电压，VS电压电压范围范围VIH为为2546 V。输出电
12、流可达。输出电流可达25 A，可驱动电感性负载。，可驱动电感性负载。1脚和脚和15脚下管的发射极脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。传感信号。L298可驱动可驱动2个电动机，个电动机，OUT1，OUT2和和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，之间可分别接电动机，5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正脚接输入控制电平，控制电机的正反转。反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。接控制使能端，控制电机的停转。L298N电机驱动芯片引脚说明电机驱动芯片引脚说明21 In3，In4的逻辑控制表与上表相同。由上表
13、可知的逻辑控制表与上表相同。由上表可知EnA为为低电平时，输入电平对电机控制不起作用，当低电平时，输入电平对电机控制不起作用，当EnA为高电平，为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。同为低电平电机停输入电平为一高一低，电机正或反转。同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。止，同为高电平电机刹停。L298N逻辑功能控制表逻辑功能控制表 L298N构成的电机驱动电路原理图构成的电机驱动电路原理图2223a. VDD越大电机越大电机A,B速度越快，速度越快，VDD所接电池盒或者直流电源最好所接电池盒或者直流电源最好不要超过不要超过12V，否则比较容易烧毁。，否则比较容易烧毁。b. 控制控制时请
14、尽量避免电机在短时间频繁正反转，时请尽量避免电机在短时间频繁正反转，这样也容易烧毁这样也容易烧毁接接电机电机A接接电机电机B接电池盒接电池盒正极正极7.2-12V接电池盒接电池盒负极负极L298N构成的电机驱动电路模块构成的电机驱动电路模块接法接法24接单片机接单片机2个个IO口口(用用于控制电机于控制电机A)接单片机接单片机2个个IO口口(用用于控制电机于控制电机B)本板自带的本板自带的5V直直流电压输出流电压输出,可以可以给单片机和传感给单片机和传感器板供电，注意器板供电，注意正负级都要接正负级都要接ENA ENB一般一般不去接任何输不去接任何输入信号。除非入信号。除非您对您对L298N芯
15、芯片非常熟悉片非常熟悉EA1的的2个个短路帽不要短路帽不要去拔掉它去拔掉它7805稳压管稳压管控制，不要控制，不要拔它。拔除拔它。拔除则没有则没有+5V输出，不工输出，不工作。作。 IR2110 采用采用HVIC 和闩锁抗干扰和闩锁抗干扰CMOS 制造工艺，制造工艺，DIP14 脚封装。具有独立的低端和高端输入通道；悬浮脚封装。具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达电源采用自举电路，其高端工作电压可达500V，dv/dt=50V/ns，15V 下静态功耗仅下静态功耗仅116mW；输出的电；输出的电源端（脚源端（脚3,即功率器件的栅极驱动电压）电压范围即功率器件的
16、栅极驱动电压）电压范围1020V；逻辑电源电压范围（脚；逻辑电源电压范围（脚9）515V，可方便地与，可方便地与TTL，CMOS 电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之间允许有间允许有5V 的偏移量；工作频率高，可达的偏移量；工作频率高，可达500kHz；开；开通、关断延迟小，分别为通、关断延迟小，分别为120ns 和和94ns；输出峰值电流；输出峰值电流为为2A。IR2110 的内部功能框图如图的内部功能框图如图1 所示。由三个部分所示。由三个部分组成：逻辑输入，电平平移及输出保护。如上所述组成：逻辑输入，电平平移及输出保护。如上所述IR2110的特点，可以
17、为装置的设计带来许多方便。尤其的特点，可以为装置的设计带来许多方便。尤其是高端悬浮自举电源的成功设计，可以大大减少驱动电是高端悬浮自举电源的成功设计，可以大大减少驱动电源的数目，三相桥式变换器，仅用一组电源即可。源的数目，三相桥式变换器，仅用一组电源即可。25（4）用）用IR2110 电机驱动芯片构成电机驱动电路电机驱动芯片构成电机驱动电路26PDIP封装的封装的IR2110引脚引脚IR2110 电机驱动芯片的外形及引脚电机驱动芯片的外形及引脚27引脚序号引脚序号符号符号功能功能1LO下下桥臂臂驱动输出出2COM下下桥臂臂电源地源地3VCC下下桥臂臂电源源6VS上上桥臂浮臂浮动电源参考地源参考
18、地7VB上上桥臂浮臂浮动电源源8HO上上桥臂臂驱动输出出11VDD逻辑电源源12BIN相位上相位上桥臂臂驱动器的器的逻辑输入入13SDIR2110片片选控制端，低控制端，低电平有效平有效14LIN相位下相位下桥臂臂驱动器的器的逻辑输入入15VSS逻辑地地4、5、9、10、16NC空脚空脚IR2110 电机驱电机驱动芯片动芯片引脚说引脚说.明明28集成芯片集成芯片IR2110电机驱动电路电机驱动电路IR2110输入输输入输出波形出波形29操作操作电压范围电压范围6V18V。u 输出平均电流可达输出平均电流可达1.5A，峰值电流可达，峰值电流可达4.5A。u 内部设计有电流过载保护装置和过热保护电
19、路。内部设计有电流过载保护装置和过热保护电路。u 工作电路电压引脚与电动机电源电压引脚相对独立，故工作电路电压引脚与电动机电源电压引脚相对独立，故可用于伺服控制可用于伺服控制。 （5）用直流电动机控制芯片）用直流电动机控制芯片TA7257P构成电机驱动电路构成电机驱动电路TA7257P的功能特性：的功能特性： TA7257P为全桥式结构的直流电动机旋转控制器，具为全桥式结构的直流电动机旋转控制器，具有正转、反转、停止及刹车功能。有正转、反转、停止及刹车功能。 TA7257P适合工业上的应用，如磁带盘、影片盘等机械适合工业上的应用，如磁带盘、影片盘等机械运转装置的控制。运转装置的控制。30TA7
20、257P的外形、的外形、内部结内部结构、引构、引脚说明脚说明TA7257P的的4种工作模式由两个输入信号的状态组合决定，种工作模式由两个输入信号的状态组合决定，见见下表。下表。 工作模式IN1IN2OUT1OUT2刹车11LL正转/反转01LH反转/ 正转10HL停止00高阻抗TA7257P的工作模式确定的工作模式确定TA7257P的的4种工作模式种工作模式 下图为下图为实际应用电路，说明如下：实际应用电路，说明如下： R、C的数值由电动机固有的常数及电路寄生值决定，正的数值由电动机固有的常数及电路寄生值决定，正常使用时常使用时R=33，C=0.1F。 如刹车太松，可在输出端与如刹车太松，可在
21、输出端与GND之间连接二极管，如之间连接二极管，如D1、D2。 若输出端反电动势太强，可能导致芯片内部的二极管烧毁，若输出端反电动势太强，可能导致芯片内部的二极管烧毁，可在输出端与可在输出端与VCC之间外加二极管，如之间外加二极管，如D3、D4。TA7257P构成的电机驱动电路构成的电机驱动电路333.巡迹电路元件选择方案巡迹电路元件选择方案 巡迹是指小车在白色地板上循黑线行走，通常采用的方巡迹是指小车在白色地板上循黑线行走，通常采用的方案有：案有： 光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照变化。当光
22、线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。过比较器就可以输出高低电平。 但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。工作。 方案方案1：利用光敏电阻组成光敏探测器。：利用光敏电阻组成光敏探测器。 颜色传感器对颜色具有较高分辨率，能较颜色传感器对颜色具有较高分辨率，能较准确区分各种颜色，但它易受外界光的干扰并且价格准确区分各种颜色，
23、但它易受外界光的干扰并且价格昂贵，在此处只为区分黑白色，没有必要使用。昂贵，在此处只为区分黑白色，没有必要使用。34方案方案2：采用颜色传感器。：采用颜色传感器。方案方案3：采用红外探测法实现。：采用红外探测法实现。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。在小车行驶过程中不断地向地面发射红的反射性质的特点。在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在电动小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸装在电动小车上的接收
24、管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，电动小车上的接收管接收不到红外光。单片机根据是否收，电动小车上的接收管接收不到红外光。单片机根据是否收到反射回来的红外光来确定黑线的位置，从而控制小车的收到反射回来的红外光来确定黑线的位置，从而控制小车的行走路线。采用红外线发射，外面可见光对接收信号的影响行走路线。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。较小，再用射极输出器对信号进行隔离。35 红外探测法常采用的元件是反射式红外线光电传感红外探测法常采用的元件是反射式红外线光电传感器。它的特点是尺寸小、使用方便、工作状态受温度影响器。它的特点是尺寸小、使用方便、工作状态
25、受温度影响小。它的外围电路简单且工作可靠。小。它的外围电路简单且工作可靠。 经过比较分析，从经济性和可靠性选择方案经过比较分析，从经济性和可靠性选择方案3作为巡迹作为巡迹检测电路的方案。检测电路的方案。反射式红外光电传感器ST188CNY70RPR220ST188TCR5000反射式红外线光电传感器主要类型有：反射式红外线光电传感器主要类型有：36光敏电阻ST188TCR5000CNY70RPR220常用反射式红外线光电传感器的外形常用反射式红外线光电传感器的外形3738c.光滤波器：唯一仅让波长为红外线附近光谱通过的滤光透光滤波器：唯一仅让波长为红外线附近光谱通过的滤光透镜，可用来加强光敏晶
26、体管的抗噪声能力镜，可用来加强光敏晶体管的抗噪声能力红外线以外不可红外线以外不可见与可见光的干扰见与可见光的干扰。 红外线光反射器型红外线光反射器型CNY70是小车在导引线是小车在导引线电工胶带上的感测组件，上的感测组件，CNY70的内部结构如下图所示，其中包含所示，其中包含红外线发光二极管、光敏晶体管，以及光滤波器，其功能红外线发光二极管、光敏晶体管，以及光滤波器，其功能分别如分别如下：a.红外线发光二极管：类似发光二极管红外线发光二极管：类似发光二极管LED的功能，当PN两端加上顺向偏压时可发出波长为两端加上顺向偏压时可发出波长为800nm的红外线可的红外线可见光。见光。b.光敏晶体管：为
27、一个对红外线波长具敏感反应的光侦测组光敏晶体管：为一个对红外线波长具敏感反应的光侦测组件，当光敏晶体管受红外线照射时为低阻抗，而未受光照件，当光敏晶体管受红外线照射时为低阻抗，而未受光照射时则呈高阻抗。射时则呈高阻抗。39CNY70的内部结构、引脚图、引脚图40下图为用下图为用CNY70设计的巡迹电路检测电路设计的巡迹电路检测电路41CNY70红外线光反射器电路的感测工作原理分析： +5V经330限制电流后，供应光限制电流后，供应光LED稳定电流，可稳稳定电流，可稳定且持续发出红外线不可见定且持续发出红外线不可见光。 当CNY70前放置一反射物，如用手去遮盖等，光前放置一反射物，如用手去遮盖等
28、，光LED所发射的不可见光经反射物反射至光敏晶体管接收，此时所发射的不可见光经反射物反射至光敏晶体管接收，此时光敏晶体管饱和，光敏晶体管饱和，rCE阻抗小，VE接近+5V，接下来经史，接下来经史密特反相触发器密特反相触发器4584处理后，输出处理后，输出V0等于0V，LED不亮。不亮。 当CNY70前未放置反射物，则红外线前未放置反射物，则红外线LED所发射的不所发射的不可见光无法有效反射至光敏晶体管，因此光敏晶体管截止可见光无法有效反射至光敏晶体管，因此光敏晶体管截止呈现高阻抗，使呈现高阻抗，使VE接近0V，经史密特反相触发器，经史密特反相触发器4584处理处理后，输出后，输出V0等于5V，
29、LED亮。亮。注4584是一个史密特反相触发器，它在此电路中兼具有是一个史密特反相触发器，它在此电路中兼具有两个功能，一是对光敏晶体管之接两个功能，一是对光敏晶体管之接收信号VE予以整形，二予以整形，二是将整形后的数字信号取反相且作缓冲输出。是将整形后的数字信号取反相且作缓冲输出。424.声音检测电路方案声音检测电路方案声音检测电路方案声音检测电路方案1：43 上图为小车能听声音动作的启动电路，其中上图为小车能听声音动作的启动电路，其中MIC为麦克为麦克风，风，VA为为R8、R11分压的直流电压，因此，分压的直流电压，因此， 当没有声音发出时，直流电压当没有声音发出时，直流电压VA = 4.2
30、4V经耦合电容经耦合电容C1、C2的的VBC充电，很快耦合电容充电，很快耦合电容C1充饱形同断路，此时充饱形同断路，此时基极电阻基极电阻R5很大，无足够的很大，无足够的IB电流使晶体管电流使晶体管Q2导通，因此导通，因此Q2截止，截止，V0=5V。而当操作者拍手时，。而当操作者拍手时，MIC内部的薄膜因内部的薄膜因跟着声波震动，使得跟着声波震动，使得MIC两端出现声波，如下图所示，此两端出现声波，如下图所示，此交流信号的直流准位经交流信号的直流准位经R4、R9提升至提升至VA，经电容耦合后，经电容耦合后，声波之大小足以推动电晶体声波之大小足以推动电晶体Q2，使，使Q2导通，因此输出电压导通，因
31、此输出电压V0=0V。详细的电路波形如下图所示。详细的电路波形如下图所示。44方案方案1电路各点波形：电路各点波形：声音检测电路方案声音检测电路方案2： 没有检测到声音时其输出端为高电平，当麦克风接收到没有检测到声音时其输出端为高电平，当麦克风接收到一定强度的声音时其输出端变为低电平。一定强度的声音时其输出端变为低电平。 调节调节RP1电位器可以调节声音检测电路的灵敏度，环境电位器可以调节声音检测电路的灵敏度，环境噪声比较大时，应降低灵敏度，在环境噪声较小时可以提高噪声比较大时，应降低灵敏度，在环境噪声较小时可以提高灵敏度。灵敏度。46方案方案1：LED数码管显示。数码管显示。 优点：优点：亮
32、度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。长、耐冲击和性能稳定。 缺点：缺点：数码管的只能显示简单的数字，其电路复杂，数码管的只能显示简单的数字，其电路复杂，占用资源较多占用资源较多,显示信息少，不宜显示信息量大的特点。显示信息少，不宜显示信息量大的特点。方案方案2：采用：采用LCD1602液晶显示器。液晶显示器。 可以显示各种英文及数字，微功耗，尺寸小，超薄轻可以显示各种英文及数字，微功耗，尺寸小，超薄轻巧，显示信息量大，字迹美观，视觉舒适，而且容易用单巧，显示信息量大，字迹美观，视觉舒适，而且容易用单片机进行控制。片机进行控制。经比
33、较选择经比较选择LCD1602液晶显示器作为显示器件。液晶显示器作为显示器件。5.显示电路的选择显示电路的选择476.路程检测电路的选择路程检测电路的选择方案方案1：方案方案2：方案方案3：增量式光电编码盘：增量式光电编码盘：48红外线光电遮断式测距方案工作原理分析：红外线光电遮断式测距方案工作原理分析：49开关式霍尔元件测距方案工作原理分析： 将磁将磁钢钢固定在小车的车轮上固定在小车的车轮上,将将霍尔传感器安装在靠近霍尔传感器安装在靠近小车轮子小车轮子的固定位置，的固定位置，当小车轮子转动时当小车轮子转动时,磁钢也跟着转动磁钢也跟着转动,当磁钢转到霍尔传感器附近时，当磁钢转到霍尔传感器附近时
34、，霍尔传感器的输出端输出霍尔传感器的输出端输出由高变低的脉冲，将脉冲接到由高变低的脉冲，将脉冲接到单片机的定时器单片机的定时器/计数器输入计数器输入端，对端，对脉冲信号进行计数，就可以计算出小车车轮转动的脉冲信号进行计数，就可以计算出小车车轮转动的圈数圈数,假设为假设为N,并设车轮的周长为并设车轮的周长为L,则路程则路程S=N*L,就可以计就可以计算出小车在一段时间内的行程。算出小车在一段时间内的行程。50增量式光电编码盘工作原理分析：增量式光电编码盘工作原理分析：51增量式编码器的工作原理： 增量式光电编码盘上只有增量式光电编码盘上只有A、B、C三条码道，三条码道，只需要三对红外发射接受管。
35、在只需要三对红外发射接受管。在A、B码道上分别码道上分别刻有等距离的黑白相间标识（或透光缝隙）并相互刻有等距离的黑白相间标识（或透光缝隙）并相互错开半个缝宽（错开半个缝宽（90度），度），C道只有一个黑点，每转道只有一个黑点，每转一圈出一个脉冲。一圈出一个脉冲。 应用增量式编码器可以得到运动的方向（正应用增量式编码器可以得到运动的方向（正转、反转）；运动的速度；位移等信息。转、反转）；运动的速度；位移等信息。527.避障电路方案避障电路方案方案方案1 1：采用激光传感器测距。能非常准确地测出小车与：采用激光传感器测距。能非常准确地测出小车与障碍物的距离，但价格高障碍物的距离，但价格高。方案方案
36、2 2：采用超声传感器：采用超声传感器测距测距。由发射和接受两大部分组成，除了电路，主要器件是超声换能器，其基本原理是基于压电效应。发射与接受往往使用同一个探头。超声波测距是通过发射声波，接受反射回波并计算回波时间从而得出与反射物体的距离。R=VT/2简易机器人往往应用超声波探测前方障碍物的距离，从而实现避障功能。超声波不受被测物体的透明度、颜色、电导率的影响，但不适合测量海棉或棉织物等吸音材料。53超声波脉冲回波式检测示意图超声波脉冲回波式检测示意图54超声波发射硬件电路超声波接收模块电路55方案3：红外线避障 红外红外避障原理：避障原理：用红外发发射管发出振荡频率约振荡频率约38KHz的红
37、外光线。当前方有障碍物时，红外接收头能接收到的红外光线。当前方有障碍物时，红外接收头能接收到38KHz的红外反射信号后，接收头输出脚输出低电平；当前的红外反射信号后，接收头输出脚输出低电平；当前方没有障碍物时，红外接收头不能接收到反射的红外信号，方没有障碍物时，红外接收头不能接收到反射的红外信号，接收头输出脚输出高电平。接收头输出脚输出高电平。 红外线避障电路可以自行设计制作，也可购买现成的模块。56红外避障模块：障碍物为白色时，最远反射距离45cm，距离可调，通过38k红外反射检测，受阳光干扰。红外线避障电路1：57红外线避障电路2：5838KHz载载波信号波信号红外发射模块硬件电路红外接收
38、模块电路红外线避障电路3：59电路路中中U1A和和C2、R2组成振成振荡器，振器，振荡频率率约38KHz。U1D用于用于对D1是否是否发光光进行控制，当行控制，当U1D的的输入端位入端位高高电平平时，其，其输出端出端为低低电平，平，D1可以可以导通，相反通，相反则D1不能不能导通，因此只要控制通，因此只要控制U1D输入端的状入端的状态就可以就可以控制控制D1是否是否发射射红外外线。R1的大小就可以的大小就可以调整整D1发射的射的红外外线的的强度，可以改度，可以改变红外外传感器的作用距离感器的作用距离。红外发射模块硬件电路分析红外接收模块电路分析U1是专用红外接收芯片，其是专用红外接收芯片，其3
39、脚是输出端。当接收芯片收脚是输出端。当接收芯片收到到38KHz的红外信号后（接收模块的响应时间为的红外信号后（接收模块的响应时间为160uS），），其其3脚输出低电平；没接收到反射的红外信号时输出高电脚输出低电平；没接收到反射的红外信号时输出高电平。平。60红外传感器红外传感器 接近开关接近开关 红外线避障电路4专用红外避障传感器61四、四、智能小车软件系统程序设计智能小车软件系统程序设计1.PWM调速基本原理2.声控小车程序设计3.智能小车障碍检测原理分析4.智能小车巡迹检测原理分析621.PWM调速基本原理t/T:为为PWM脉冲的占脉冲的占空比，决定平均电压空比，决定平均电压的大小！的大小
40、！T T内平均电压内平均电压脉冲电压幅度脉冲电压幅度UP高电平高电平“1低电平低电平“0”Tt63PWM信号输入信号输入功率功率驱动输出驱动输出负载电源负载电源智能小车上安装的PWM脉冲驱动电路PWM脉冲的占空脉冲的占空比，比，决定直流电机决定直流电机的的转速。转速。智能小车电机调速案例分析64单片机片机I/O口口分配分配 左侧电机方向控制信号左侧电机方向控制信号:P0.0左侧左侧电机速度（电机速度（PWM）控制信号）控制信号:P0.1左侧电机左侧电机ENB控制信号控制信号:P0.4 右侧电机方向控制信号右侧电机方向控制信号:P0.2右侧右侧电机速度（电机速度（PWM）控制信号）控制信号:P0
41、.3 右侧电机右侧电机ENA控制信号控制信号:P0.5 在智能小车的电机驱动电路基础上，利用在智能小车的电机驱动电路基础上，利用STC89C52RC单片机产生单片机产生PWM实现小车的前进、转弯实现小车的前进、转弯功能（左转和右转）功能（左转和右转）65硬件电路分析当右侧电机需要前进时，当右侧电机需要前进时，IN2端保持为端保持为“0”，电机，电机的转动速度由的转动速度由IN1端的占空比决定端的占空比决定;当右侧电机需要后退时，当右侧电机需要后退时，IN2端保持为端保持为“1”，电机，电机的转动速度由的转动速度由IN1端的占空比决定；端的占空比决定；当左侧电机需要前进时，当左侧电机需要前进时，
42、IN4端保持为端保持为“0”，电机，电机的转动速度由的转动速度由IN3端的占空比决定端的占空比决定;当左侧电机需要后退时，当左侧电机需要后退时，IN4端保持为端保持为“1”，电机，电机的转动速度由的转动速度由IN3端的占空比决定。端的占空比决定。66软件思路智能小智能小车前前进的条件：左的条件：左侧电机正机正转，同，同时右右侧电机正机正转。智能智能小小车左左转的条件：左的条件：左侧电机反机反转，同，同时右右侧电机正机正转。智能小智能小车右右转的条件：右的条件：右侧电机反机反转，同，同时左左侧电机正机正转。智能小智能小车加速的条件加速的条件：增加：增加PWM脉冲的占空比。脉冲的占空比。智能小智能
43、小车减速的条件减速的条件：减少：减少PWM脉冲的占空比。脉冲的占空比。67UP高电平高电平“1”低电平低电平“0”Tt 此处，我们假定此处，我们假定T为为100us，t为为30us，即占空比为，即占空比为30%。由于。由于.STC89C52单片机没有单片机没有PWM输出功能。因此我们可输出功能。因此我们可以用定时器以用定时器T0来实现。假设定时器来实现。假设定时器T0工作于定时方式工作于定时方式2，定，定时时间时时间10us，则在，则在12MHZ晶振时定时初始值为晶振时定时初始值为0xf6，进入，进入T0中断服务程序中断服务程序10次即为次即为100us。68智能智能小小车PWM驱动参考程序参
44、考程序 #include#define PWM_MAX 50/定义定义PWM最大值最大值unsigned char count;/定时器定时器T0中断次数记录变量中断次数记录变量sbit ENA=P05; /右边电机使能控制端右边电机使能控制端 sbit PWM_A=P03; /右边电机右边电机PWM输出端输出端sbit DIR_A=P02; /右边电机方向控制端，右边电机方向控制端，0正转前进，正转前进，1反转后退反转后退sbit ENB=P04; /左边电机使能输出端左边电机使能输出端sbit PWM_B=P01; /左边电机左边电机PWM输出端输出端sbit DIR_B=P00; /左边
45、电机方向控制端，左边电机方向控制端，0正转前进，正转前进，1反转后退反转后退unsigned char PWM_A_Value; /定义定义A路路PWM级数，分为级数，分为0PWM_MAX-1级级unsigned char PWM_B_Value; /定义定义B路路PWM级数，分为级数，分为0PWM_MAX-1级级69/*定时器初始化函数定时器初始化函数*/void Timer_init()TMOD=0x02;/定时器定时器T0工作于定时方式工作于定时方式2，自动重装初始值，自动重装初始值TH0=0xF6;/10uS定时初始植定时初始植TL0=0xF6;EA=1;ET0=1;TR0=1;70/
46、*定时器定时器T0中断函数中断函数*/void Timer_int0() interrupt 1 count+; if(count=PWM_MAX) count=0; if(count=PWM_A_Value) PWM_A=1;/输出高电平输出高电平 else PWM_A=0;/输出低电平输出低电平 if(count=6?有障碍物有障碍物无障碍物无障碍物YNYN78智能小车障碍物方位检测原理智能小车障碍检测原理示意图一障碍物障碍物障碍物障碍物红外线信号红外线信号红外线信号红外线信号红外发射模块红外发射模块红外发射模块红外发射模块红外发射模块红外发射模块红外发射模块红外发射模块接收模块接收模块接
47、收模块接收模块小车小车智能小车障碍检测原理示意图二障碍物障碍物障碍物障碍物红外发射模块红外发射模块红外发射模块红外发射模块红外发射模块红外发射模块红外发射模块红外发射模块接收模块接收模块接收模块接收模块小车小车红外线信号红外线信号红外线信号红外线信号红外线信号红外线信号红外线信号红外线信号80智能小车障碍检测原理示意图三障碍物障碍物障碍物障碍物红外发射模块红外发射模块红外发射模块红外发射模块红外发射模块红外发射模块红外发射模块红外发射模块接收模块接收模块接收模块接收模块小车小车红外线信号红外线信号红外线信号红外线信号红外线信号红外线信号红外线信号红外线信号81在在小小车的的车头安装三个安装三个
48、红外外传感器，感器，采用采用“两两边分分时发射，中射，中间接收接收”的的检测方案（方案（时分复用）。分复用）。确定障碍物方位确定障碍物方位过程中，采用以下的原程中，采用以下的原则：假如左边红外发射二极管工作时，检测到障碍物，假如左边红外发射二极管工作时，检测到障碍物，而右边红外发射二极管工作时，没有检测到障碍而右边红外发射二极管工作时，没有检测到障碍物，则确定障碍物存在于小车的左侧。物，则确定障碍物存在于小车的左侧。假如右边红外发射二极管工作时，检测到障碍物，假如右边红外发射二极管工作时，检测到障碍物，而左边红外发射二极管工作时，没有检测到障碍而左边红外发射二极管工作时，没有检测到障碍物，则确
49、定障碍物存在于小车的右侧。物，则确定障碍物存在于小车的右侧。假如两边边红外发射二极管工作时，都检测到障假如两边边红外发射二极管工作时，都检测到障碍物，则确定障碍物存在于小车中间。碍物，则确定障碍物存在于小车中间。假如两边边红外发射二极管工作时，都没有检测假如两边边红外发射二极管工作时，都没有检测到障碍物，则确定没有存在障碍物到障碍物，则确定没有存在障碍物. .智能小车障碍物方位检测原理分析82智能小车障碍物方位检测软件实现软件思路由于在检测方案的设计中采用“两边分时发射，中间接收”的方式，所以在确定障碍物的过程中，必须包含以下3个步骤：首先，开启左首先，开启左边的的红外外发射二极管，射二极管，
50、进行左行左边的障碍物的障碍物检测，记录状状态；其次，开启右其次，开启右边的的红外外发射二极管，射二极管，进行右行右边的障碍物的障碍物检测，记录状状态；最后，根据两次的状最后，根据两次的状态来判断障碍物的方位。来判断障碍物的方位。 83智能小车障碍物方位程序流程启动左发射模块启动左发射模块判断接收模块是否接收到信号；如果有反射判断接收模块是否接收到信号；如果有反射,位变量位变量L_FLAG为为1，否则为，否则为0关闭左发射模块，启动右发射模块关闭左发射模块，启动右发射模块判断障碍物的状态判断障碍物的状态（STATE）障碍物在中间障碍物在中间障碍物在左边障碍物在左边障碍物在右边障碍物在右边没有障碍
51、物没有障碍物判断接收模块是否接收到信号；如果有反射判断接收模块是否接收到信号；如果有反射,位位位变量位变量R_FLAG为为1，否则为，否则为00x010x010x030x030x000x000x020x0284单片机片机I/O口分配口分配左边左边红外发射传感器发射控制信号红外发射传感器发射控制信号:P2.7右边右边红外发射传感器发射控制信号红外发射传感器发射控制信号:P2.6红外红外接收传感器返回信号端接收传感器返回信号端:P2.5单片机寄存器分配片机寄存器分配发送发送脉冲数目控制单元脉冲数目控制单元:x接收接收脉冲数目存放单元脉冲数目存放单元:y160uS延时程序寄存器延时程序寄存器:z方位
52、方位状态存储单元状态存储单元: STATE（位（位0x01代表代表左边，左边，位位0x02代表代表右边）右边）单片机硬件资源分配854.智能小车巡迹检测原理分析小车右偏86小车左偏87小车居中88小车冲出轨道89小车角度转弯90小车大角度转弯 小车巡迹电路板中共设计有三个红外线反射小车巡迹电路板中共设计有三个红外线反射器型的光传感器，其编号分别为器型的光传感器，其编号分别为R、C、L。而对应读入引脚分引脚分别为P2.0 P2.2。91 根据三个光传感器根据三个光传感器L、C、R在导引线在导引线所检测到的所检测到的不同状况，以及相对应之左右轮应有的反应，列出表不同状况，以及相对应之左右轮应有的反
53、应，列出表2的导引模式的导引模式对策。对策。 由表由表2 2自走车的导引控制模式对策，只要在程序中先自走车的导引控制模式对策，只要在程序中先行读入行读入P2.0 P2.0 P2.2P2.2的的L L、C C、R R检检测测信信号，然后利用判断号，然后利用判断指令一个个比较状态处理，即可完成巡变小车的控制。指令一个个比较状态处理，即可完成巡变小车的控制。92传感器状况感器状况小车状况小车状况对策对策处理情况理情况 L C R左轮左轮右轮右轮0 1 0只有只有C感测到线，代表车子刚好在适感测到线，代表车子刚好在适当位置上当位置上前进前进前进前进前进前进0 1 1C、R感测到线，代表车子稍偏导引感测
54、到线，代表车子稍偏导引线的左边线的左边继续继续前进前进 前进前进前进前进0 0 1只有只有R感测到线，代表车子太偏导引感测到线，代表车子太偏导引线的左边线的左边向右向右修正修正 前进前进停止停止1 1 0 L、C感测到线，代表车子稍偏导引感测到线，代表车子稍偏导引线的右边线的右边继续继续前进前进 前进前进 前进前进 1 0 0只有只有R感测到线，代表车子太偏导引感测到线，代表车子太偏导引线的右边线的右边向左向左修正修正 停止停止前进前进0 0 0L、C、R皆无感测到线，代表车子跑皆无感测到线，代表车子跑出导引线外出导引线外后退后退修正修正 反转反转后后退退反转反转后后退退1 1 1L、C、R皆
55、感测到线，代表车子到达皆感测到线，代表车子到达停止区停止区停止停止停止停止停止停止1 0 1不可能不可能发发生生X X X 93sbit CH3=P20; /右边传感器右边传感器sbit CH2=P21; /中间传感器中间传感器sbit CH1=P22; /左边传感器左边传感器bit stop_flag=0; /停车标志停车标志/查询是否需要停车查询是否需要停车unsigned char stop()unsigned char del; if(CH1=1)&(CH2=1)&(CH3=1) for(del=10;del!=0;del-); if(CH1=1)&(CH2=1)&(CH3=1) fo
56、r(del=10;del!=0;del-);if(CH1=1)&(CH2=1)&(CH3=1)return 1; return 0;智能小车巡迹参考程序94oid look_for_vestige_function()unsigned char count1; unsigned int del;while(1) if(stop() break; if(CH1=1)&(CH3=0) /右偏右偏 PWM_A_value=15;/右边电机右边电机 PWM_B_value=25;/左边电机左边电机 while(CH1!=0)&(CH2=0)&(CH3=0)|(CH1!=0)&(CH2=1)&(CH3=
57、0) if(stop()break; else if(CH1=0)&(CH3=1) /左偏左偏 PWM_A_value=25;/右边电机右边电机 PWM_B_value=15;/左边电机左边电机 while(CH1=0)&(CH2=0)&(CH3!=0)|(CH1=0)&(CH2=1)&(CH3!=0) if(stop()break;PWM_A_value=21; /右边电机右边电机PWMPWM_B_value=21; /左边电机左边电机PWM 95五、调试过程分析五、调试过程分析（1）将智能小车驱动程序下载到单片机中。）将智能小车驱动程序下载到单片机中。（2）将智能小车放到场地上。）将智能小
58、车放到场地上。（3）打开）打开12V电源，观察智能小车的运行情况。电源，观察智能小车的运行情况。 在智能小车平台全部安装完毕，初步检查无误后，下在智能小车平台全部安装完毕，初步检查无误后，下一步就进行必要的调试，主要的调试步骤如下：一步就进行必要的调试，主要的调试步骤如下：1.电机驱动模块电路板的调试：96（1 ）将智能小车放）将智能小车放到调试场地上到调试场地上，小车底部的，小车底部的3路路传感器传感器全部全部对准黑色胶布，用对准黑色胶布，用万用表万用表测量施密特触发器测量施密特触发器4584输入输入端的端的电压，调节电位器，使得电压，调节电位器，使得电压在电压在1V左右左右，此时，电路，此
59、时，电路板板上上3个个指示发光二极管全亮。指示发光二极管全亮。（2）移动智能小车，使智能小车底部的）移动智能小车，使智能小车底部的3路路传感器全部对传感器全部对准地面背景准地面背景，用万用表测量施密特触发器，用万用表测量施密特触发器4584输入端的电输入端的电压，调节电位器，使得电压在压，调节电位器，使得电压在3V以上，此时，电路板上的以上，此时，电路板上的3个个发光二极管全发光二极管全暗。暗。2.巡迹模块电路板的调试传感器常见故障传感器常见故障现象现象原因原因解决方法解决方法发光管不亮发光管不亮发光管烧毁发光管烧毁更换发光管更换发光管信号过强、过弱信号过强、过弱传感器安装位置传感器安装位置过高、过低过高、过低调节传感器高度（调节垫片）调节传感器高度（调节垫片）
