智能小车实验报告（精编5篇）

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智能小车实验报告1

课程设计报告

（嵌入式技术实践(一)）

学

院：电气工程与自动化学院

题 目：智能小车的电路设计与制作 专业班级：自动化123班 学 号： 21 学生姓名：谢斌

指导老师： 王祖麟、张振利 日 期： 2013年6月18日星期二

摘要

我们生活在信息与科技高速发展的信息时代，高科技产品的更新的换代也是越来越快。作为21世纪的大学生，我们身处这样的环境中，就必须使自己能够适应这个社会所需。自动化作为处在科技前沿的专业，我们学生就要打好基础，跟上时代的步伐。

为了让同学们在做中学。同学们自己设计和制作智能小车，并从中深入了解和理解自动化嵌入式。从而为进一步实现人机对话，测量以及控制这些自动化的基本控制做基础。从理论到实践，让同学们更好的理解嵌入式，增长同学的实践和设计能力。

应用P89V51RB2微控制器中端口、外部中断、定时器等基本模块，实现核心控制，再结合驱动板来控制电机的转速、转向，最后加上红外传感器，实现小车的智能寻迹。其中端口结合SPI实现人机对话；定时器与中断结合实现匹配定时，捕获转速；端口、定时器的结合就实现了控制电机的方向与转速；端口与红外传感器结合，让小车可以寻找黑线，这样就实现了智能寻迹。

关键字：

自动化；嵌入式；智能寻迹；实践；外部中断；定时器；能力

目录

第一章 绪论 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 5 课题背景 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 5 课题概述 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 5 设计要求 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 5

第二章 统的系设计 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 6 实践原理 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 6 实践器材 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 6 实践目的 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 7

第三章

软件设计 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 8 硬件开发的软件介绍 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 8 TKStudio 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 错误！未定义书签。

原理图的绘制过程 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 错误！未定义书签。 编程环境介绍 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 9

第四章

系统实现 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 9 硬件实现 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 9

单片机外扩 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 错误！未定义书签。

电源模块板 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 错误！未定义书签。

4．13 循迹模块………………………………………………………………………。5

电机驱动模块………………………………………………………。.。.。.。.。.5

软件实现 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 错误！未定义书签。 实现效果 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 11 结束语： 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 12 致谢 12 参考文献 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 12 附录 12

第一章 绪论

1．1课题背景

学习了智能小车的的理论知识后，急需要一场智能小车制作实践实验以加深我们对制板的认识及熟悉制做智能小车的工作流程。

“卓越工程师培养计划”主要强调“理论与实践、教与学、学校与企业”三个紧密结合，全面贯彻和落实“构思、设计、实施、运行”这种在做中学的原则，以及基于项目驱动的教学模式。企业由单纯的用人单位变成为学生联合培养单位，高校和企业共同设计培养目标，共同制定培养方案，共同实施培养过程。“真刀真枪”地实践，以强化学生的工程能力和创新能力。

在一学期的计算机基础理论学习后，需要将理论和实践有机的相结合。在一定程度的专业基础知识的铺垫、学长们的实际操作引导下。展开技能实践。

实验后加以对实验的看法，总结经验，研究智能小车的制作方法及对课题进行讨论研发，特设下此课题。

课题概述

学习智能小车以及板的制作流程，加深对课题的认识，增加理论与实践知识。了解智能小车的制作与使用。

根据原理图焊接好单片机外扩、电源模块、循迹模块、驱动模块四块板子，调试板子，确保板子正确后，将板子与车身用杜邦线正确连接做好实验课题。

设计要求

第一：画出正确的原理图

第二:焊好板子，并使它能正常运行

第三：板上无断线，电路无短路与断路。万能表检测无错误。烧入程序后能显示正确的实验现象

应用P89V51RB2微控制器中的端口、外部中断、定时器等基本模块，实现核心控制，再结合电源板、电机驱动板来控制电机的转向，最后加上传感检测模块，实现小车的智能寻迹。

这次课程实践要求每一个人都动手都制作出一辆寻迹小车，真正实现从听中学到做中学，提高同学们的动手能力。这次实践最基本的功能底线就是能够实现循迹，然后有兴趣的同学再一步步进行拓展，比如：加上测速模块、遥控模块，水平更高的还可以实现避障模块、液晶显示模块等等

第二章 系统的设计

实践原理

探测路面黑线的基本原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸对光的反射系数不同，可以根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理，可以控制小车行走的路迹。

这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，通常采取的方法是红外探测法。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，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。处理器就根据是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过3cm。智能小车系统以处理器为核心，为了使智能小车能够快速行驶，处理器必须把路径的迅速判断、相应的转向电机控制以及直流驱动电机的控制精密地结合在一起。如果传感器部分的数据没有正确地采集和识别，转向电机控制的失当，都会造成模型车严重抖动甚至偏离赛道；如果直流电机的驱动控制效果不好，也会造成直线路段速度上不去，弯曲路段入弯速度过快等问题。

实践器材

四块万能版、两个红外传感器、四个1K的电阻、两个的电阻、两个电源、插针、插座多排、三个LED灯、两个电容器、一个单片机、八个三极管（其中四个为透明的三极管）、两个二极管、两个玻璃电阻、两个轮子、两个马达。两个电池盒、一块较大的塑料板、杜邦线若干、焊锡少许、一个万能表、一个电烙铁、一个焊台、胶带。

1：插针、单片机、一个万能版、焊锡——用于焊接单片机外扩。

2:插针、插座、两个继电器、四个透明三极管、四个三极管四个1K电阻、焊锡——用于焊接驱动模块板。

3:一个LED灯、插针、插座、两个电容器、两个玻璃电阻、两个二极管、一个电阻、焊锡——用于焊接电源板。

4:两个红外传感器、两个LED灯、四个电阻、焊锡——用于焊接循迹模块。 5:万能表——用于检测板子电路是否短路、断路、电路是否正确。 6：焊台——将器件焊接到板子上。

7：轮子、马达、较大的塑料板——为车身的组成部分。 8：电池——为智能小车的驱动提供电压。 9：电池盒——盛装电池。

10：胶带——将板子固定在车身上。

实践目的

增加智能小车板的制作实践知识，了解智能小车原理图的绘制与智能小车板的制作流程。学习智能小车板的焊接知识与技术。增加智能小车板的制作经验，体会智能小车板的 制作原理提高我们对智能小车的认识。

使智能小车能够在烧入实验程序后能够沿着胶带跑动，显现出正确的实验现象。

第三章 软件设计

硬件开发的软件介绍 ．1 系统控制器的选择

P89V51RB2是一款由美国NXP半导体公司提供的增强型80C51微控制器，包括16KBFlash程序存储器和1KB数据RAM，且功能上完全覆盖标准80C51单片机系列。 电源模块

交流电经过全波电路在经过电容滤波，在经过稳压电源芯片做成稳压电路，输出电压5V、的直流电源。小车的电机驱动模块的供电电压为，经过电容滤波后接7805进行稳压，稳压输出5V的电压。提供单片机所需的电压，其电源电路原理图如下图所示：

电机驱动模块

这次电机驱动模块没有采用往年的，直接用三极管构成H桥的形式来驱动电机，而是用继电器来驱动电机，其原理图如下：

传感检测模块

红外线传感检测电路原理其实很简单，就是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，反射光被装在小车上的接收管接收，80C51内核采集到的电压就是高电平；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光，然后80C51内核采集到的电压就是低电平。其基本原理图如下：

编程环境介绍

编程环境与实验程序本身有密切的联系。实验程序在不同的编程环境下也可能编译出不同的实验结果。

第四章

系统实现

硬件实现

模块驱动程序 电机驱动模块

电机驱动板有四出信号输出端，PWM1，PWM2，DIR1，DIR2，分别控制从而控制两个电机的停止与正反转。 其具体程序控制见程序清单如下： void motor_stight（) //小车前进 { PWM_1=1; PWM_2=1; DIR_1=0; DIR_2=0; } void motor_right（） //小车右转 { PWM_1=1; PWM_2=0; DIR_1=0; DIR_2=0; } void motor_left（） //小车左转 { PWM_1=0; PWM_2=1; DIR_1=0; DIR_2=0; } void motor_stop(） //小车停止 { PWM_1=0; PWM_2=0; DIR_1=0; DIR_2=0; } 传感检测模块驱动

红外线模块只要80C51单片机向其供5V电压就能工作，然后通过引脚采集其高低电平，就可以根据不同情况做出相应的处理。

第五章 硬件总体调试程序 简单的循迹小车外加遥控模块的程序如下：

实现效果

烧入实验程序后，智能小车能沿着黑色胶带正常跑动

5、实验心得

第一：在看原理图时，要注意图中各器件的排布情况。

第二：认真仔细地将各个器件焊接到板自上

第三：焊接过程过程中要注意焊锡的使用，用焊锡将器件焊接到板子上。

第四：在调试的过程中，要用万能表检测板子的电路状况，如遇到短路或断路等状况要及时修正直到板子上电路正确为止。

第五：将四块板子一一固定在车身上，用杜邦线将板子与车身连好，注意要认真仔细连接，要避免短路情况，否则可能烧坏器件。

第六：如连接好出现电容器冒烟，电源发热较大则可能出现短路，则要立即拔下连接电源的杜邦线否则可能引起电容器的爆炸。

第七：在调试的过程中，首先检查的是电源线和GND线，其次再按照原理图所示的连线一条一条进行检查。

最后：实验时要小心谨慎，认真执行好实验的每一个步骤，仔细观察实验现象，在实验中得出结论，吸取教训，总结经验，做一个合格的实验者。

结束语：

实验前要备好充分的实验材料，熟记实验步骤。

做实验时，我们要严谨的按照实验步骤一一进行，按部就班，认真的执行好每一步骤。仔细观察实验现象。

实验后认真总结实验经验，吸取教训为下次实验打好基础。

电类专业是一门实践性很强的学科，如果没有很强的动手能力，势必很难做出好的科研成果，而计算机智能控制技术的核心之一就是计算机逻辑设计。

致谢

感谢王祖麟、张振利老师的实验莅临教导和学长们认真努力的教授实验知识给我们；感谢同学间的相互学习与合作；感谢学校给我们提供了一个实验室供我们学习与研究实验

参考文献

[1] 周立功等。 《项目驱动-单片机应用设计基础》。 北京：北京航空航天大学出版社，2004 [2] 周立功等。 《新编计算机基础教程》。 北京：北京航空航天大学出版社，2004

附录

完成上述实验后，一辆智能小车也就诞生了。相信在此智能小车实验过程中，我们已经掌握了一定的实验知识，得到了一些实验教训，那我们更应该积累经验，总结教训，争取在下次的实验中做的更好。那就期待下一次的实验吧！

以上就是差异网为大家带来的5篇《智能小车实验报告》，希望对您的写作有所帮助。

智能小车设计2

2016—2017学年第二学期期末考试

《单片机原理及应用*》实践考核

项目设计说明书

专

业：学

号：

电子科学与技术 20160060156

姓

名： 张一鸣

2017年 6 月14日

考核项目及要求

项目一：电机驱动模块的设计与制作

1．考核要点

（1） 掌握驱动电路的工作原理； (2) 掌握电机驱动的制作方法； (3) 掌握焊接技术； 2．作品要求

学生自行运用工具进行作品的设计制作，作品达到电路连接正确、布局合理、美观整洁。

项目二：单片机最小系统板的设计制作

1．考核要点

（1） 掌握单片机在实际操作中的基本知识；

（2） 实验板包括单片机最小系统、蓝牙遥控模块、温度检测模块、液晶模块、报警模块电路等的设计；

（3） 使用Proteus仿真软件绘制实验板所包含的所有模块电路； (4) 熟练使用keil编程软件编写各模块电路的演示程序。 2．作品要求

学生自行运用工具进行作品的设计、仿真及演示，达到正确实现、布局合理、美观整洁。

项目三：智能小车底盘设计

1．考核要点

（1） 理解电机的工作原理； (2) 了解部分机械机构的设计方法； (3) 掌握智能小车的整体安装方法。 2．作品要求

学生独立设计安装，车身结构美观，布局合理，功能实现。

目录

1、功能说明 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 1 1-1.蓝牙无线遥控 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 1 1-2.实时温度显示 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 1 2.硬件设计 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 2 2-1.元器件选择 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 2 2-2.硬件设计原理说明 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 4 3.软件设计 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 5 3-1.程序总体设计 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 5 3-2.程序详细设计 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 5 4.测试与总结 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 6 4-1驱动电路板测试 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 6 4-2控制电路板测试 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 6 4-3最终整体效果 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 7 4-4总结 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 7 1.功能说明

无线蓝牙遥控小车，可以在各领域中发挥独特的作用。本次设计是选择基于蓝牙遥控的多功能智能小车为对象。控制系统为STM89C51为主控芯片，采用L298N为电机驱动芯片、HC-06蓝牙无线模块、1602液晶显示模块、DS18B20温度传感器、蜂鸣器等构成外围扩展电路。本次实验调试实现了小车的蓝牙无线遥控、温度显示、危险报警、重力感应等功能。

1-1.蓝牙无线遥控

在手机上安装ZK-Remote软件，点击右上角搜索下车蓝牙并连接（初始连接密码为1234），连接好之后可进行对小车操作，前进、后退、左转、右转和停止，还以进行重力遥控。 如图所示：

图手机软件界面

1-2实时温度显示

小车控制电路板上设计了温度采集电路，采用DS18B20实时采集当前温度，并通过1602液晶显示模块显示，显示效果如图所示：

图 1602液晶显示 2．硬件设计

2-1元器件选择

（1）所用元件好

STC89C52、L298N、L7805CV、HC-06蓝牙模块、DS18B20、电阻、电容、电解电容、103、1602液晶显示模块、蜂鸣器、可充电电池、三极管、二极管、发光二极管、电机、、自锁开关、电压显示器、排针、单片机底座 （2）元件说明

STC89C52: STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 系统可编程Flash存储器、512字节数据存储空间、内带2K字节EEPROM存储空间、可直接使用串口下载、有两个中断IO口、两个定时器，、工作电压～（5V 单片机）、工作频率0～40MHz。实物如图所示，原理图如所示：

图单片机实物图

图单片机原理图 L298N：

L298N实物图如图所示，L298N各引脚原理如图所示：

图 L298N实物图 图 L298N引脚原理图

（1） L298N控制电机转动原理：

L298可驱动2个电机，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。

（2）使用时应注意，由于电机在正常工作时对电源的干扰很大，只用一组电源时会影响单片机的正常工作。所以选用 双电源供电。一组5V电源给单片机和控制电路供电，另外一组5V、9V电源给L298N的+VSS、+VS供电。在控制部分和电机驱动部分之间用光耦隔开，以免影响控制部分电源的品质。 （3）L298N具有以下特点：

1接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。

○2 1脚和 15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号。 ○电压转换芯片L7805CV：

L7805CV是输出电压为，静态电流为的正电压稳压器。

L7805CV实物和原理图如图所示：

图 L7805CV原理图

图 L7805CV实物图

HC-06蓝牙从机模块

HC-06蓝牙从机模块是一款兼容和5V电压的低成本、低功耗模块， 通过串口方式通信，工作电压，支持蓝牙协议，但不支持蓝牙协议、支持Android蓝牙手机，不支持IOS系统蓝牙、波特率4800-115200 其实物如图所示：

图 HC-06蓝牙模块实物图

2-2硬件设计原理说明

电机驱动的设计原理

图 L298N电机驱动原理图

单片机控制电路设计原理

图 单片机控制原理图

3、软件设计

3-1程序总体设计

分析：程序开始，对各输入输出口进行初始化配置，让后进行对串口是否连接进行检测，如果未连接等待30秒，在进行检测直到检测到连接，进行串口接收数据的判断选择对相应的IO口进行操作，控制电机驱动，实现小车的运动。而在大循环中始终检测温度并实时显示到1602上。 3-2程序详细设计

//**LCD1602液晶显示函数部分**/ //**写指令子函数**// void writeComm(uchar comm) {

delayms(1)； }

//**写数据子函数**// void writeData（uchar dat) { RS = 0; P2 = comm; EN = 1; delayus（）； EN = 0; delayus(）； EN = 0; 4.测试与总结

4-1驱动电路板测试

测试结果：电路连接正常，电机正常转动6

RS = 1; P2 = dat; EN = 1; delayms(1)； }

4-2控制电路板测试

测试结果：蜂鸣器正常，液晶正常显示温度，蓝牙正常工作，驱动正常输出信号。

4-3最终整体效果

4-4总结

通过这次小车的设计与制作，我收获很多，深刻体会到理论与实践是有差别的。在实践中学到了很多以前没有学到的知识，这也考察我们的资料查找能力，会学习也是一种能力。比如，在使用了HC-06芯片后，对串口通信方面了解比较深刻。当然小车还有不足之处，比如，车体比较大，模块性能有待提高，选用性能更强、更稳定的芯片等，功能比较少。当然没有任何事物都是完美无缺的，我相信只要我们不断去完善，做出的作品也将会更加出色。

智能小车设计3

新型便携式

井下巡迹探测小车

作者：黄浩 彭江

摘要

80C51 单片机是一款八位单片机，他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。这里介绍的是如何使用8051系列单片机来实现武汉理工大学科技文化节的设计，该设计是以煤井气体探测而确定的设计类课题。该设计采用80C51单片机为控制核心，利用红外传感器检测 路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障，以及自动停车，并可以自动记录时间、里程和速度，自动寻迹和寻光功能。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。实验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及测试结果分析。

采用的技术主要包括：

（1） 通过控制主芯片来控制各模块功能的实现

（2） 红外传感技术（巡迹模块、测速模块、路程检测模块等） （3） 气体检测技术 （4） 新型显示芯片的采用

目 录

第一章 前 言 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。 1 第二章 方案设计与论证 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.6 一 系统基本方案 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。6 二 各模块方案的选择和论证 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。6 三 各模块的最终方案----11 四 系统原理图-------------12 第三章 系统的硬、软件设计与实现。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.------13 一 寻迹模块-----------------14 二 金属探测模块-----------15 三 障碍物检测--------------17 四 光源检测-----------------18 五 电机驱动------------------18 六 动态显示-----------------19 七 甲烷气体检测------------20 八 系统主程序流程图------20 第四章 测试数据、测试结果分析及结论 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。21 参 考 文 献 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。---.23

第一章

前言

随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题 目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的。本题目是结合社会实际情况而确定的设计类课题。设计的智能电动小车能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能、金属检测功能、准确定位停车和检测有害气体。

根据要求，确定如下方案：在现有的小车模型的基础上，加装光电、红外 线、红外传感器、金属探测器及甲烷气体检测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量和甲烷气体检测。 并将测量数据传送至单片机进行处理，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行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。本设计采用STC系列中的80C51和80c52单片机。以其为

控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障， ，以及自动停车，并可以自动记录时间、里程和速度，自动寻迹，金属检测和寻光功能。

80C51 是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。它是第三代单片机的代表。

第三代单片机包括了 Intel 公司发展 MCS-51 系 的新一代产品，如 8ｘC152﹑

80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452,还包括了 Philips﹑Siemens﹑ADM﹑

Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑ATMEL 等公司以 80C51 为核心推出的大量各具特色﹑

与 80C51 兼容的单片机。新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩

展，以实现 Microcomputer 完善的控制功能为己任，将一些外部接口功能单元如 A/D ﹑PWM﹑PCA（可编程计数器阵 ）﹑WDT（监视定时器）﹑高速 I/O 口﹑计数器的捕获/

比较逻辑等。这一代单片机中，在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。Philips 公司还为这一代

单片机 80C51 系 8ｘC592 单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线

----CAN(Controller Area Network BUS)。

新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了

良好的基础。

本设计就采用了比较先进的80C51为控制核心，80C51采用CHOMS工艺，功耗很

低。该设计具有 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，意义很强。

第二章

系统基本方案

方案论证与设计

各模块方案的选择和论证

控制器模块

作用：各传感器信号的接收和辨认，控制小车的电机动作、显示车速、运行时间以及小车停车时发出的声光信号等。

方案1：采用FPGA或CPLD作为系统的控制器。

优点：可以实现复杂逻辑功能，规模大，速度快，密度高，体积小，稳定性高，容易实现仿真、调试和功能扩展。

缺点：成本高，引脚多，PCB布线复杂。

方案2：采用CPU（51MCU)方案。

优点：算术运算功能强，软件编程灵活，自由度大，技术成熟，体积小，成本低，容易实现仿真、调试和功能扩展。

缺点：速度相对较低。

本设计拟采用此方案。

方案3：采用嵌入式处理器（ARM)方案。

优点：运算功能强大，速度较快，编程灵活，自由度大，外围器件少，成本适中，容易实现仿真、调试和功能扩展。

缺点：PCB设计及焊接技术要求高。

本设计可采也用此方案，取决于对相关技术的熟悉程度。

金属探测模块

作用：跑道中金属块的探测。

金属探测原理：采用电涡流式传感器，利用电涡流对L、Q、Z的影响探测金属。

测量电路：Q值测量电路，Z测量电路，L测量电路 本设计选择电感测量电路。

障碍物探测模块 作用：判断前进方向是否有障碍物，并确定小车与障碍物的距离。 方案1：激光测距技术

优点：方向性强、亮度高、单色性好、传输速度快、抗干扰性强、测量精度高，反映速度快等。

缺点：小车与障碍物的距离短最大不超过2m，而激光以光速传播导致检测技术上的困难。

方案2：超声波测距技术

优点：方向性较强、传输速度V=345m/s，在s≤2m时，T ≤，远大于MCU的机器周期，便于逻辑判断。

因此采用方案2。其原理框图如下：

行程测量模块

作用：测量小车从启动到任意时刻所走的路程。 测量原理：S=n×C （S为行程，C为车轮周长，n为圈数） n可以用透射式或反射式光电传感器获得计数脉冲。 路面轨迹探测模块

作用：实现小车跟踪黑色轨道行使。

方案1：采用热探测器

优点：电路简单。 缺点：易受外界干扰。

方案2：采用红外光电探测器

优点：抗干扰能力较强。

缺点：结构较复杂，需2～3对传感器。

传感器小车状态

脱离导引线 正常行驶 轻微偏左 严重偏左 轻微偏右 严重偏右 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0

二状极态 管A 二极管B 二极管C

光源与车之间的位置

非常远 在车的右方

小车动作 0 0 0 2 0 0 1

－ 右转（大） 3 0 1 0 4 0 1 1 5 1 0 0 6 1 1 0 7 1 1 1

在车的正前方 在车的右方 在车的左方 在车的左方 非常近

直线行驶 右转（小） 左转（大） 左转（小）

减速直线行驶

电机驱动模块

作用：控制电机正转、反转和停止控制。 方案1：继电器法 优点：电路简单可靠 缺点：不容易实现精细控制 方案2：晶体管组成的PWM法 优点：电路较复杂 缺点：容易实现精细控制 显示模块

作用：显示时间和路程。 方案1：使用LCD显示屏 优点：功耗小，显示形式多样 缺点：编程难度较高，亮度较低 方案2：使用LED数码管 优点：编程难度低

缺点：功耗较大，电路连接相对较复杂 计时模块

作用：计算小车从启动到停止的过程进行计时。 方案1：直接利用MCU的定时器实现精度为的计时。 状态标志模块

作用：产生声光信号。

方案：用LED产生光信号，用蜂鸣器产生声信号。

各模块的最终方案

（1）控制模块：AT89C51和AT89C2051或PIC系列MCU； （2）金属探测模块：采用电涡流式传感器； （3）障碍物探测模块：采用红外传感器；

（4）行程检测模块：采用光电传感器（透射式）； （5）光源探测模块：采用光敏二极管；

（6）路面检测模块：采用光电传感器（反射式）； （7）电机驱动模块：采用PWM技术控制电机转速； （8）显示模块：采用LED数码管；

（9）计时模块：采用AT89C51内部定时器/计数器； （10）状态标志模块：采用蜂鸣器和发光二极管。

系统原理图

第三章

本题是一个光、机、电一体的综合设计，在设计中运用了检测技术、自动控制技术和电子技术，系统可分为传感器检测部分和智能控制部分。

传感器检测部分：系统利用光电、电涡流、红外等传感器完成对路面、障碍物、路程、光源、金属物和甲烷的探测或检测。

智能控制电路部分：根据传感器变换输出的电信号进行逻辑判断，控制小车的电机、显示数码管、蜂鸣器以及发光二极管，完成小车的自动寻迹、探测金属、逃避障碍物、寻找光源、显示路程等各项任务。控制部分包括MCU电路、电机驱动电路和数码管动态驱动电路。

系统的硬、软件设计与实现 检测部分的单元电路设计 寻迹模块电路设计

金属探测电路的设计

金属探测流程图

金属块检测流程图

障碍物检测电路设计

绕障碍物程序流程图

光源检测电路设计

电机驱动电路设计

动态显示电路

甲烷气体检测电路设计

系统主程序流程图

第四章 测试数据、测试结果分析及结论

测试方法与仪器：

1、测试仪器

测试仪器包括秒表、数字万用表、信号发生器、示波器、51单片机开发板、直流稳 压电源等。

2、测试方法

数字万用表主要用来测试分立元件的电阻、压降、漏电流、截止/导通状态等参 数；

信号发生器与示波器用于测试各光电传感器信号的接收与传输； 51单片机开发板用于测试软件；

直流稳压电源在测试期间为各待测系统供电；

秒表用于产品测试，按照任务书的基本要求对制成的电动车进行产品测试。

测试数据及测试结果分析：

⑴ 计时精度分析 计时系统采用了新型显示芯片。理论上的误差不到 5秒/年。

⑵ 测距精度分析 测速系统采用了电机轴光电码盘检测技术。电机轴与车轮轴之间

采用了齿轮箱二级减速，变比 1/16。车轮周长 200mm,光电码盘与电机轴安装在一起，

电机轴每一转产生 2 个脉冲，车轮每转产生 32 个脉冲，理论测量精度可达

200mm/32= ⑶ 定位精度分析 本设计采用实际测量与软件补偿技术，理论上可使定位精度提高到 误差<10mm。

（4）红外传感器里障碍物最近距离约为20mm，符合要求

参考文献

基于SPI的CAN总线控制器与MCS-51单片机的接口设计[J]；《电子设计应用》；2010年01期

基于8051单片机的多功能汽车开车控制器[J]；《自动化与仪器仪表》；2010年01期

存贮式井下数据采集系统的设计[A]；中国地球物理学会年刊——《中国地球物理学会第十五届年会论文集》[C]；1999年

用CMOS芯片取代CCD器件[N]；《中国电子报》；2000年

； 基于ARM的嵌入式电火花加工图形界面系统研究[D]；《东华大学》；2010年；; 基于单片机的智能型金属探测器的设计[J]；内蒙古大学学报（自然科学版）；2006年02期

基于AT89C51单片机的脉象信号采集系统研究[D]；东北师范大学；2007年

AT89S52单片机和nRF903芯片在RFID系统中的应用[A]；2006北京地区高校研究生学术交流会——通信与信息技术会议论文集（上）[C]；2006年

智能循迹小车实验报告4

摘要

本设计主要有单片机模块、传感器模块、电机驱动模块以及电源模块组成，小车具有自主寻迹的功能。本次设计采用STC公司的89C52单片机作为控制芯片，传感器模块采用红外光电对管和比较器实现，能够轻松识别黑白两色路面，同时具有抗环境干扰能力，电机模块由L298N芯片和两个直流电机构成，组成了智能车的动力系统，电源采用的直流电池，经过系统组装，从而实现了小车的自动循迹的功能。

关键词 智能小车

单片机红外光对管 STC89C52 L298N 1 绪论

随着科学技术的发展，机器人的设计越来越精细，功能越来越复杂，智能小车作为其的一个分支，也在不断发展。在近几年的电子设计大赛中，关于小车的智能化功能的实现也多种多样，因此本次我们也打算设计一智能小车，使其能自动识别预制道路，按照设计的道路自行寻迹。 设计任务与要求

采用MCS-51单片机为控制芯片（也可采用其他的芯片），红外对管为识别器件、步进电机为行进部件，设计出一个能够识别以白底为道路色，宽度10mm左右的黑色胶带制作的不规则的封闭曲线为引导轨迹并能沿该轨迹行进的智能寻迹机器小车。 方案设计与方案选择

硬件部分

可分为四个模块：单片机模块、传感器模块、电机驱动模块以及电源模块。

单片机模块

为小车运行的核心部件，起控制小车的所有运行状态的作用。由于以前自己开发板使用的是ATMEL公司的STC89C52，所以让然选择这个芯片作为控制核心部件。STC89C52是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。其程序和数据存储是分开的。

传感器模块

方案一：使用光敏电阻组成光敏探测器采集路面信息。阻值经过比较器输出高低电平进行分析，但是光照影响很大，不能稳定工作。

方案二：使用光电传感器来采集路面信息。使用红外光电对管，其结构简明，实现方便，成本低廉，没有复杂的图像处理工作，因此反应灵敏，响应时间少。但也存在不足，它能获取的信息是不完全的，容易受很多扰动（如背景光源，高度等）的影响，抗干扰能力较差。

方案三：使用CCD传感器来采集路面信息。使用CCD可以获取大量的图像信息，掌握全面的路径信息，抗干扰能力强，为以后功能的扩展提供方便。但使用CCD需要大量的图像处理工作，进行大量数据的存储和计算，因此电路复杂，实现起来工作量大。

方案四：使用光电对管采集路面信息。RPR220结构紧凑，体积小，调整电路简单工作性能稳定。

可见方案四最适宜，但仅从此项目考虑，方案二成本低，也能完成设计，故选用方案二。 电机控制模块

电机的选择

方案一：采用步进电机，其转过的角度可以精确定位，可实现小车行进过程的精确定位。但步进电机的输出力矩低，随转速的升高而降低，且转速越快下降得越快。

方案二：采用直流电机，其转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，操作方便。速度的调节可以改变电压也可以调节PWM。

基于以上，我们选择了方案二，使用直流电机作为驱动电机。

电机的驱动

采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片，其操作方便，稳定性好，性能优良。一片L298N就可以分别控制两个直流电机。

电源模块

给整个系统稳定供电以保持其正常工作，包括的电源以及转5V部分，其中的是给电机和其驱动供电，5V的用来驱动单片机及其他芯片。

以上单元连接如下图所示： 软件部分

程序流程图

此系统采用89C52单片机，再根据硬件连接，通过相应的软件来完成对信号的采集和数据的分析，再控制小车的运行状态，以下为主程序流程图：

程序设计思路

寻迹模块程序

通过传感器获得路面信息然后反馈给单片机，再通过单片机来实现相应的功能。

电机驱动模块程序

控制两个直流电机，实现前进、后退、前左转、前右转、停车等功能。 各部分电路的作用及电路工作原理分析

信号采集模块

TCRT500结构与工作原理

TCRT5000(L)具有紧凑的结构发光灯和检测器安排在同一方向上，利用红外光谱反射对象存在另一个对象上，操作的波长大约是950毫米。探测器由光电晶体三极管组成的，它由高发射功率红外光电二极管和高度灵敏光电晶体管组成。通过测试，其检测距离在2mm-10mm。TCRT5000的发射管和接收管是一起封装在矩形塑料壳中，为了使检测更加准确，我们用了5只TCRT5000检测黑线，实物见图4-1。

信号采集电路图及原理

小车在白色地面行驶时，红外发射管发出的红外信号被反射，接收管收到信号后，输出端为低电平，经过比较器比较后输出为低电平。而当红外信号遇到黑色导轨时，红外信号被吸收，接收管不能接收信号，输出端为高电平，经过比较器比较后输出高电平。单片机通过采集每个比较器的输出端电压，便可以检测出黑线的相对位置的位置，从而控制小车的行驶方向。

信息处理模块

原理

检测到白色路面的红外接收头处理后送出的是低电平，而检测到黑色路线的检测头送出的是高电平，由此可根据这5个红外接收头的高低电平判断路线情况而调整小车前进方向。具体情况有如下几种： a 检测到

1 1 1 1 1 或

0 0 0 0 0小车应该停止。

b 检测到

1 0 0 0 0 或

0 1 0 0 0 或 1 0 0 0 说明路线向左偏，小车向左转。

c 检测到

0 0 0 0 1 或

0 0 0 1 0 或

0 0 0 1 1说明路线向右偏，小车向左转。

d 检测到

x x 1 x x（x不全为1） 说明线路是直的，小车直走。 电机驱动模块

直流电机

给两个电刷A和B加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如上图（b）所示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。

此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。实用中的直流电动机转子上的绕组也不是由一个线圈构成，同样是由多个线圈连接而成，以减少电动机电磁转矩的波动，绕组形式同发电机。

电路图

我们采用成品L298N电机驱动模块，采用光电耦合器件隔离单片机与L298N的控制电路，工艺精度高，性能可靠。L298N模块内部通过H桥电路实现直流电机的正转，反转，其原理如下：

如图4-3所示，全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态，S1、S2为一组，S3、S4 为另一组，两组的状态互补，一组导通则 另一组必须关断。当S1、S2导通时，S3、 S4关断，电机两端加正向电压，可以实 现电机的正转或反转制动；当S3、S4导 通时，S1、S2关断，电机两端为反向电 压，电机反转或正转制动。

桥驱动电路

原理

L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动两台直流电机。 系统调试

硬件部分

焊接完成后，首先进行的调试是用数字万用表测量各个电路是否焊接正常，是否有虚焊漏焊等现象的出现，以及各个电容是否是正常的未被击穿状态、电阻的阻值是否与设计的原理图上的一致。接通电源，用数字万用表测量当有+5V的各引脚是否有+5V的电压，测量电路中是否出现了不该有的短路现象。接入光电传感器模块，使各个光电检测器的光电对管靠近白纸，观察对应的发光二极管是否发光，不发光表示正常。 然后再使各个光电对管靠近黑线，观察对应的发光二级管是否发光，发光表示正常。

软件部分

我们先测试了小车的前进，停止，左转和右转。组装信号采集模块后，实现小车的自动循迹功能。

具体实现程序见附录一

6 总结

实验结果如符合实验要求，小车按照黑胶布轨迹前进，并能够及时正确显示小车的行进状态以及行进距离。具体现象如下：

左边传感器检测到黑线，小车左转； 右边传感器检测到黑线，小车右转； 中间传感器检测到黑线，小车直行。 从而就可以完成对黑胶布的循迹功能。 参考文献

[1]电子信息专业实验教程 赵刚 李佐儒 四川大学出版社 [2]单片机C语言教程 郭天祥 电子工业出版社 [3]模拟电子技术 童诗白 清华大学出版社 附录一 程序：

#include

sbit DJ_left_s = P1^0; //直流电机控制 sbit DJ_left_n = P1^1;

sbit DJ_right_s = P1^2; sbit DJ_right_n = P1^3;

//左转函数

void Turn_right() { DJ_left_s = 0; DJ_left_n = 1; DJ_right_s = 1; DJ_right_n = 0; }

//右转函数

void Turn_left() { DJ_left_s = 1; DJ_left_n = 0; DJ_right_s = 0; DJ_right_n = 1; }

//前进函数

void Go_ahead() { DJ_left_s = 1; DJ_left_n = 0; DJ_right_s = 1; DJ_right_n = 0; }

//停止函数 void Stop() { DJ_left_s = 0; DJ_left_n = 0; DJ_right_s = 0; DJ_right_n = 0; }

//循迹函数

void xunji(unsigned int m) {

if(m==0x7c)

{

Turn_right()；

return;

}

if(m&0x10)

{

Go_ahead()；

return;

}

if(m&0x0c)

{

Turn_right()；

return;

}

if(m&0x60)

{

Turn_left()；

return;

} } //主函数 void main（) { while(1） {

xunji(P2&0x7c)；

}

} 附录二 实物图：

智能循迹小车实验报告5

摘要

本设计主要有单片机模块、传感器模块、电机驱动模块以及电源模块组成，小车具有自主寻迹得功能。本次设计采用 STC 公司得 89C52 单片机作为控制芯片，传感器模块采用红外光电对管与比较器实现，能够轻松识别黑白两色路面，同时具有抗环境干扰能力，电机模块由 L298N 芯片与两个直流电机构成，组成了智能车得动力系统，电源采用 7、2V 得直流电池，经过系统组装，从而实现了小车得自动循迹得功能。

关键词

智能小车

ＳＴＣ89Ｃ52 单片机

Ｌ298N

红外光对管 1 1 绪论

随着科学技术得发展，机器人得设计越来越精细，功能越来越复杂，智能小车作为其得一个分支，也在不断发展。在近几年得电子设计大赛中，关于小车得智能化功能得实现也多种多样，因此本次我们也打算设计一智能小车，使其能自动识别预制道路，按照设计得道路自行寻迹。2 设计任务与要求

采用 MCS－51单片机为控制芯片（也可采用其她得芯片），红外对管为识别器件、步进电机为行进部件，设计出一个能够识别以白底为道路色，宽度 10mm左右得黑色胶带制作得不规则得封闭曲线为引导轨迹并能沿该轨迹行进得智能寻迹机器小车。3 方案设计与方案选择

硬件部分

可分为四个模块：单片机模块、传感器模块、电机驱动模块以及电源模块。

单片机模块

为小车运行得核心部件，起控制小车得所有运行状态得作用。由于以前自己开发板使用得就是ＡTMＥL 公司得 STC89C52,所以让然选择这个芯片作为控制核心部件。ＳTＣ89Ｃ52 就是一种低损耗、高性能、CＭＯS 八位微处理器，片内有 4ｋ字节得在线可重复编程、快速擦除快速写入程序得存储器，能重复写入／擦除 1000次，数据保存时间为十年。其程序与数据存储就是分开得。 传感器模块

方案一:使用光敏电阻组成光敏探测器采集路面信息。阻值经过比较器输出高低电平进行分析，但就是光照影响很大，不能稳定工作。

方案二：使用光电传感器来采集路面信息。使用红外光电对管，其结构简明，实现方便，成本低廉，没有复杂得图像处理工作，因此反应灵敏，响应时间少。但也存在不足，它能获取得信息就是不完全得，容易受很多扰动（如背景光源，高度等）得影响，抗干扰能力较差。

方案三：使用 CCD 传感器来采集路面信息。使用 CCD 可以获取大量得图像信息，掌握全面得路径信息，抗干扰能力强，为以后功能得扩展提供方便。但使用CCD 需要大量得图像处理工作，进行大量数据得存储与计算，因此电路复杂，实现起来工作量大。

方案四：使用光电对管采集路面信息。RPＲ220结构紧凑，体积小，调整电路简单工作性能稳定。

可见方案四最适宜，但仅从此项目考虑，方案二成本低，也能完成设计，故选用方案二。 电机控制模块3 、1 1 、3 3 、1 1 电机得选择 方案一:采用步进电机，其转过得角度可以精确定位，可实现小车行进过程得精确定位。但步进电机得输出力矩低，随转速得升高而降低，且转速越快下降得越快。

方案二:采用直流电机，其转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，操作方便。速度得调节可以改变电压也可以调节 PWＭ。

基于以上，我们选择了方案二，使用直流电机作为驱动电机。

3 、1、3 3 、2电机得驱动 采用专用芯片 L298N 作为电机驱动芯片，其操作方便，稳定性好，性能优良。一片Ｌ298N 就可以分别控制两个直流电机。

电源模块

给整个系统稳定供电以保持其正常工作，包括7、2Ｖ得电源以及转5V 部分，其中 7、2V 得就是给电机与其驱动供电，5V 得用来驱动单片机及其她芯片。

以上单元连接如下图所示:

软件部分

3、2、11 程序流程图

此系统采用 89C52 单片机，再根据硬件连接，通过相应得软件来完成对信号得采集与数据得分析，再控制小车得运行状态，以下为主程序流程图:

3 3 、2 2 、2 2 程序设计思 路3 、2 2 、2 2 、1 1 寻迹模块程序 通过传感器获得路面信息然后反馈给单片机，再通过单片机来实现相应得功能。3 、2、2 2 、2 电机驱动模块程序 控制两个直流电机，实现前进、后退、前左转、前右转、停车等功能。4 各部分电路得作用及电路工作原理分析

信号采集模块

ＲT T 50 00 结构与工作原理

TCRT5000（L）具有紧凑得结构发光灯与检测器安排在同一方向上，利用红外光谱反射对象存在另一个对象上，操作得波长大约就是 950 毫米。探测器由光电晶体三极管组成得，它由高发射功率红外光电二极管与高度灵敏光电晶体管组成。通过测试，其检测距离在 2mm—10mm。TCRＴ5000 得发射管与接收管就是一起封装在矩形塑料壳中，为了使检测更加准确，我们用了 5 只 TCRT5000检测黑线，实物见图4—1。

信号采集电路图及原理

小车在白色地面行驶时，红外发射管发出得红外信号被反射，接收管收到信号后，输出端为低电平，经过比较器比较后输出为低电平。而当红外信号遇到黑色导轨时，红外信号被吸收，接收管不能接收信号，输出端为高电平，经过比较器比较后输出高电平。单片机通过采集每个比较器得输出端电压，便可以检测出黑线得相对位置得位置，从而控制小车得行驶方向。

信息处理模块

原理

检测到白色路面得红外接收头处理后送出得就是低电平，而检测到黑色路线得检测头送出得就是高电平，由此可根据这 5 个红外接收头得高低电平判断路线情况而调整小车前进方向。具体情况有如下几种：

ａ

检测到

1

1

1

1

1 或 0

0

0

0

0 小车应该停止。b

检测到

1

0

0

0

0 或 0

1

0

0

0 或 1

1

0

0

0 说明路线向左偏，小车向左转。c

检测到

0

0

0

0

1 或

0

0

0

1

0 或 0

0

0

1说明路线向右偏，小车向左转。

d

检测到

x

x

1

x

ｘ(x 不全为 1）

说明线路就是直得，小车直走。

电机驱动模块

4、33 、1 1 直流电机

给两个电刷 A 与 B 加上直流电源，如上图(ａ）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈 abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体 aｂ与 cｄ收到电磁力得作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到得力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如上图（ｂ）所示得位置，电刷 A 与换向片2接触，电刷 Ｂ 与换向片 1 接触，直流电流从电刷 Ａ 流入，在线圈中得流动方向就是 dcｂａ，从电刷 B 流出。此时载流导体 ab 与 cｄ受到电磁力得作用方向同样可由左手定则判定，它们产生得转矩仍然使得转子逆时针转动。这就就是直流电动机得工作原理。外加得电源就是直流得，但由于电刷与换向片得作用，在线圈中流过得电流就是交流得，其产生得转矩得方向却就是不变得。实用中得直流电动机转子上得绕组也不就是由一个线圈构成，同样就是由多个线圈连接而成，以减少电动机电磁转矩得波动，绕组形式同发电机。

4、33 、2 2 电路图

我们采用成品Ｌ298N 电机驱动模块，采用光电耦合器件隔离单片机与L298N得控制电路，工艺精度高，性能可靠。L298N 模块内部通过 H 桥电路实现直流电机得正转，反转，其原理如下：

如图 4-3 所示，全桥式驱动电路得 4 只开关管都工作在斩波状态，S1、Ｓ2为一组，S3、S4 为另一组，两组得状态互补，一组导通则 另一组必须关断。当Ｓ1、S2 导通时，S3、S4 关断，电机两端加正向电压，可以实 现电机得正转或反转制动；当 S3、S4 导 通时，S1、Ｓ2 关断，电机两端为反向电 压，电机反转或正转制动。

桥驱动电路 4 、3 3 、3原理

L298Ｎ就是 ST 公司生产得一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用 15 脚封装。主要特点就是:工作电压高，最高工作电压可达 46Ｖ；输出电流大，瞬间峰值电流可达 3A,持续工作电流为2Ａ；额定功率25Ｗ。内含两个 H 桥得高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机与步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响得情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用 L298N 芯片驱动电机，该芯片可以驱动两台直流电机。5 系统调试5 、1 1 硬件部分

焊接完成后，首先进行得调试就是用数字万用表测量各个电路就是否焊接正常，就是否有虚焊漏焊等现象得出现，以及各个电容就是否就是正常得未被击穿状态、电阻得阻值就是否与设计得原理图上得一致。接通电源，用数字万用表测量当有+5V 得各引脚就是否有+5V 得电压，测量电路中就是否出现了不该有得短路现象。接入光电传感器模块，使各个光电检测器得光电对管靠近白纸，观察对应得发光二极管就是否发光，不发光表示正常。

然后再使各个光电对管靠近黑线，观察对应得发光二级管就是否发光，发光表示正常。5、2 2 软件部分

我们先测试了小车得前进，停止，左转与右转。组装信号采集模块后，实现小车得自动循迹功能。具体实现程序见附录一6 总结

实验结果如符合实验要求，小车按照黑胶布轨迹前进，并能够及时正确显示小车得行进状态以及行进距离。具体现象如下：

左边传感器检测到黑线，小车左转； 右边传感器检测到黑线，小车右转； 中间传感器检测到黑线，小车直行。

从而就可以完成对黑胶布得循迹功能。7 参考文献

［1]电子信息专业实验教程

赵刚 李佐儒

四川大学出版社 ［2］单片机Ｃ语言教程

郭天祥

电子工业出版社 ［3]模拟电子技术

童诗白

清华大学出版社 附录一

程序：

#iｎｃluｄｅ〈ｒeg52、h＞ sｂｉt DJ_left＿s = P1＾0；

／/直流电机控制 sbit DJ_lｅｆt＿n = Ｐ1^1； sbiｔ DＪ_rigｈt_s = P1^2； sbｉｔ DＪ_right_n = P1^3; //左转函数 voｉd Tuｒｎ_rｉｇｈt（）

｛

DJ_lefｔ_s

= 0;

；1 =

ｎ＿tfel＿JDﻩ DJ_ｒight_s

= 1；

；0 =

n_ｔhｇir＿JDﻩ}

//右转函数 voiｄ Turｎ_ｌｅfｔ（）

{

DＪ_left_s

= 1；

DＪ_lｅｆt_n

＝ 0;

；0 ＝

s_thｇir_JＤﻩ ；1 =

ｎ＿thgir_ＪDﻩ｝ //前进函数 vｏid Gｏ＿ahead() {

；1 ＝

s_tfel_JＤﻩ ＤJ＿left_n

＝ 0;

DJ_rigｈｔ_ｓ

= 1;

DＪ_ｒiｇht_n

= 0； ｝ //停止函数 void Stop(）

{

DＪ_leｆｔ_ｓ

= 0；

ＤJ_ｌｅft_n

= 0；

DJ＿righｔ_s

= 0;

；0 =

n_thgir＿JDﻩ} //循迹函数 vｏid xunji（unsigneｄ int ｍ) ｛

ﻩ if（m==0x7c）

｛

；)（ｔhgｉｒ_nruTﻩ

；nrｕterﻩﻩ

｝ﻩ )01x0＆m（fｉﻩﻩ

{

ﻩ Ｇo_ａheａｄ（)；

ﻩ

；nruｔｅrﻩ ﻩ }ﻩﻩ

if（m＆0ｘ0ｃ)

ﻩ ｛

；）（ｔhgir_nｒuＴﻩﻩ

ﻩ reｔｕrｎ；

}

ﻩ if（m&0ｘ60)

ﻩ ｛

ﻩ；）(tfel_nruＴﻩ ﻩ

returｎ；

ﻩ ｝ } //主函数 void mａin（）

｛

ｗhile（1)

｛ ﻩ xｕnji（Ｐ2&0ｘ7c)；

｝ ﻩ｝ 附录二

实物图: