基于51单片机循迹小车设计.doc

.基于51单片机寻迹小车的设计摘要：本寻迹小车采用铝合金为车架，STC89C52单片机为控制核心，加以直流电机、光电传感器和电源电路以及其他电路的设计思路系统由STC89C52通过I/O口控制小车的前进后退以及转向寻迹由ST188型光电对管完成关键词：STC89C52  直流电机  光电传感器  自动寻迹电动车Abstract: The smart car use aluminum alloy for the chassis, STC89C52 MCU as its core, including motor and servo, plus photoelectric sensors, as well as other flame sensor and power circuit. MCU controls the car turning back forward or running on the black line. ST188 reflective photo sensor seeks the trace. Far infrared flame sensor tracks the flame. Keywords: ATmaga32L、Motor、Servo、Photo、sensor、Electrical、fire engines目 录一、 绪 论 31.1立项背景及课题研究的目的及意义 31.1.1 立项背景 31.1.2 课题研究的目的和意义 41.2设计任务与设计要求 4设计任务 4设计要求 41.3 设计思路 5二、总体方案设计 62.1 模块方案比拟与论证 62.1.2 控制器模块设计 62.1.3 电源模块设计 62.1.4 稳压模块设计 72.1.5 寻迹传感器模块设计 72.1.6 电机模块设计 72.1.7 电机驱动模块设计 82.2 最终选取方案 8三、硬件实现及单元电路设计 93.1 微控制器模块 93.2 光电对管电路 93.3 电机驱动电路的设计 103.4 电源模块设计 103.4.1 12V稳压电源设计 103.4.2 5V稳压电源设计 113.5 原理图整合图 113.6 整合电路板〔PCB〕图 123.6.1 顶层图 123.6.2 底层图 123.6.3 整体图 13四、软件实现 144.1 主程序流程图 144.2 软件实现主程序〔C语言〕 14五、结 论 17六、结 束 语 17七、参考文献 17 一、 绪 论1.1立项背景及课题研究的目的及意义1.1.1 立项背景目前 ，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，智能车辆以及在智能车辆根底上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。

世界上许多国家都在积极进展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，出现于20世纪06年代当时斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen和charles Rosen等人，在1966年至1972年中研制出了取名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环境下，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，数量不断增多，智能车辆作为移动机器人的一个重要分支也得到越来越多的关注智能小车，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系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航及白动控制等技术，是典型的高新技术综合体智能车辆也叫无人车辆，是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持平安距离、车速和巡航控制等功能智能车辆的主要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沿着预定的道路(轨迹)行进智能车辆在原有车辆系统的根底上增加了一些智能化技术设备:(1)计算机处理系统，主要完成对来自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、前方障碍物等信息。

智能车辆技术按功能可分为三层，即智能感知/预警系统、车辆驾驶系统和全自动操作系统团上一层技术是下一层技术的根底三个层次具体如下:(1)智能感知系统，利用各种传感器来获得车辆自身、车辆行驶的周围环境及驾驶员本身的状态信息，必要时发出预警信息主要包括碰撞预警系统和驾驶员状态监控系统碰撞预警系统可以给出前方碰撞警告、盲点警告、车道偏离警告、换道/并道警告、十字路口警告、行人检测与警告、前方碰撞警告等.驾驶员状态监控系统包括驾驶员打吨警告系统、驾驶员位置占有状态监测系统等2)辅助驾驶系统，利用智能感知系统的信息进展决策规划，给驾驶员提出驾驶建议或局部地代替驾驶员进展车辆控制操作主要包括:巡航控制、车辆跟踪系统、准确泊车系统及准确机动系统3)车辆自动驾驶系统，这是智能车辆技术的最高层次，它由车载计算机全部自动地实现车辆操作功能目前，主要开展用于拥挤交通时低速自动驾驶系统、近距离车辆排队驾驶系统等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，世界各国普遍重视对军事侦察的建立，采取各种有效措施预防敌方的突然袭击，并广泛应用先进科学技术，不断研制多用途的侦察器材和探测设备，在车上装备摄像机、平安激光测距仪、夜视装置和卫星全球定位仪等设备，通过光缆操纵，完成侦察和监视敌情、情报收集、目标搜索和自主巡逻等任务，进一步扩大侦察的范围，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，常常会遇到各种各样的意外这时，智能化探测小车就会发挥很好的作用战场上，可以使用智能车辆扫除路边炸弹、寻找和销毁地雷民用方面，可以探测化学泄漏物质，可以进展地铁灭火，以及在强烈地震发生后到废墟中寻找被埋人员等3)平安检测受损评估在工程建立领域，可对高速公路自动巡迹，进展道路质量检测和破坏分析检测;对水库堤坝、海岸护岸堤、江河大坝进展质量和平安性检测在制造领域，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，可以用智能小车进展家具、远程控制家中的家用电器，控制室温等等对这种小车的研究，将为未来环境探测术上的有力支持1.1.2 课题研究的目的和意义目前，国内外的许多大学及研究机构都在积极投入人力、财力研制开发针对特殊条件下的平安监测系统其中包括研究使用远程、无人的方法来进展实现，如机器人、远程监控等无线传输的开展使得测量变得相对简单而且使得处理数据的速度变得很快甚至可以到达实时处理〞该智能小车可以作为机器人的典型代表它可以分为三大组成局部：传感器检测局部、执行局部、CPU机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。

可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避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，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、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，到达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本设计就是在这样的背景下提出的，指导教师已经有充分的准备此题目结合科研工程而确定的设计类课题1.2设计任务与设计要求1.2.1设计任务1.熟悉51单片机集成开发环境，运用C语言编写工程文件；2.熟练应用所选用单片机的内部构造、资源，以及软硬件调试设备的根本方法；3.自行构建基于单片机的最小系统，完成相关硬件电路的设计实现；4.了解电机、路面检测的原理和实现方法1.2.2设计要求1.完成单片机最小系统设计；2.完成外围应用电路〔包括系统供电单元、运动控制单元、循迹检测单元〕 的设计和实现；3.完成软件对硬件检测和调试工作；4.查阅国内外的研究动态和开展前沿信息，阅读相关外文文献1.3 设计思路为了适应机电一体化的开展在汽车智能化方向的开展要求，提出简易智能小车的设想，目的在于：通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得工程整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。

根据题目要求，确定如下方案：在现有的玩具电动车的根底上，加装光电对管、传感器，实现对电动车位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进展处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制这种方案能实现对电动车的运动状态进展实时控制，控制灵活、可靠、精度高，可以满足对系统的各项要求此项设计是在以俞学兰教师提供的小车的根底上，采用STC89C52单片机为控制核心，实现能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶二、总体方案设计2.1 模块方案比拟与论证根据设计要求，本系统主要由控制器模块、电源模块、寻迹传感器模块、直流电机及其驱动模块、电压比拟模块等模块构成为了较好的实现各模块的功能，我们分别设计了几种方案并分别进展了论证2.1.1 车体设计方案1：购置玩具电动车购置的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路但是一般的说来，玩具电动车具有如下缺点：首先，这种玩具电动车由于装配紧凑，使得各种所需传感器的安装十分不方便其次，这种电动车一般都是前轮转向后轮驱动，不能适应该题目的方格地图，不能方便迅速的实现原地保持坐标转90度甚至180度的弯角再次，玩具电动车的电机多为玩具直流电机，力矩小，空载转速快，负载性能差，不易调速。

而且这种电动车一般都价格不菲因此我们放弃了此方案方案2：自己制作电动车经过反复考虑论证，我们制定了左右四轮分别驱动的方案即左右轮分别用两个转速和力矩根本完全一样的直流电机进展驱动这样，当两个直流电机转向相反同时转速一样时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的90度和180度的转弯在安装时我们保证两个驱动电机同轴当小车前进时，左右两组驱动轮形成了四点构造这种构造使得小车在前进时比拟平稳，动力也比拟足 对于车架材料的选择，我们经过比拟选择了铝合金用铝合金做的车架比塑料车架更加结实，比铁制小车更轻便，美观 综上考虑，我们选择了方案22.1.2 控制器模块设计方案1：采用可编程逻辑器件CPLD 作为控制器CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进展功能扩展采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案方案2：采用宏晶公司的STC89C52单片机，它是16位控制器，具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、构造简单、中断处理能力强等特点。

处理速度高，尤其适用于语音处理和识别等领域本系统主要是进展寻迹运行的检测以及电机的控制使用STC89C52单片机，完全能够胜任，且价格低廉，使用方便 从经济。