智能小车结题报告

电子电路设计课程综合实训结题报告实训项目：电动智能小车
实训地点：单片机实验室
指导老师：施智雄
专业班级： 09电气工程及其自动化
学生姓名：廖强 0915140024
邱佳 0915140035
陈波 0915140049
西昌学院：工程技术学院
2012年11月8日
目录
摘要
一、设计准备
1实训目的 (5)
2实训日期 (5)
3实训地点 (5)
4技能训练 (5)
5实训进程 (5)
6方案验证
（1）循迹方案选择 (6)
（2）电动机的选择 (6)
（3）电动机驱动方案 (6)
(4)、路程检测方案的选择 (7)
（5）避障方案选择 (8)
（6）供电方案选择 (8)
（7）控制核心CPU选择 (9)
二、硬件设计
1．CP中央处理器的设计 (11)
2．寻迹、避障检测设计与实现寻迹应用 (11)
3．电动机驱动电路设计与实现 (14)
4．电源部分的设计 (16)
三、软件设计
1、设计原理 (16)
2、设计流程图 (16)
3、设计程序 (17)
四、实训心得与感受 (19)
五、设计总体电路图 (20)
六、实物图片附录 (21)
摘要：本次智能小车，采用AT89C52最小系统，以TCRT5000红外线反射式开关传感器，作为小车寻黑白线、避障，同时使用L293D为连接AT89C52最小系统的串口。

寻迹：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。

避障：采用该有交流分量的调制信号，则可大幅度减少外界干扰；另外红外线接受官的最大工作电流取决于平均电流。

如果采用占空比小的调制信号，再品均电流不变的情况下，顺势电流很大（50~100mA），则大大提高了信噪比。

并且其反应灵敏，电路也很简单。

Abstract: the intelligent car,using the minimum system of AT89C52,TCRT5000 infrared reflection-type sensor switch,as the car seek black and white line, obstacle avoidance,while using L293D to connect AT89C52minimum system serial. Tracing:light is irradiated to the pavement and reflection,the black and white to light reflection coefficient is different,can according to the received reflected light intensity to decide whether it is ing this principle,can control the car walking trails.Obstacle avoidance:the AC component of the modulation signal,can greatly reduce the interference;and the infrared receiving officer's maximum current depends on the average current.If the duty cycle of small modulation signal, and products are current invariable situation,homeopathic large current(50~100mA), greatly improves the signal to noise ratio.And the sensitive reaction,the peripheral circuit is simple.
电动智能小车实训报告
一、设计准备
实训目的：
这次设计智能小车的目的是为了掌握电路设计的方法和技巧。

如何将学习到的理论知识运用到实际当中去，怎样能够活学活用，深入的了解电子元器件的使用方法，了解各种元器件的基本用途和方法，能够灵活敏捷的判断电路中出现的故障，学会独立设计电路，积累更多的设计经验，加强焊接能力和技巧，完成基本的要求。

并能完美的完成这次实训。

根据老师给的控制要求，和自己的发挥扩充能力，独立的，大胆的去实践，开拓创新，能够将自己的想法体现到实际电路当中去。

掌握基本的电路设计方法和技巧，能够独立的分析解决一般性质的问题。

巩固单片机基本的知识，加强理论与实践的结合能力。

能够分析一般性的电路，了解各种元器件的基本用途和方法，积累更多的设计经验，加强焊接能力和技巧。

实训日期：
2012年9月5日~2012年10月31日
实训地点：
单片机实验室和电子3031教室
技能训练：
掌握基本的电路设计方法和技巧，能够独立的分析解决一般性质的问题。

巩固单片机基本的知识，加强理论与实践的结合能力。

能够分析一般性的电路，了解各种元器件的基本用途和方法，积累更多的设计经验，加强焊接能力和技巧。

实训进程：
时间内容
9月5日~9月7日讲解电动智能小车总体方案设计（或电力系统自动化系统）
9月7日~11月12日机械部分的制作与组装（车体、车轮、电动机等）
9月13日~9月19日电路部分的设计、制作、调试与组装（51主机、光电传感器等）
10月1日~10月2日整机组装与裸机测试
10月5日~10月7日控制程序的编制与调试
10月8日编写实训报告
10月9日实训考核、成绩评定
方案论证、
1．寻迹检测方案的选择
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。

我组选用使用脉冲调制的反射式红外发射接收器的方案。

由于采用该有交流分量的调制信号，侧可大幅度减少外界干扰；另外红外发射接收管的最大工作电流取决于平均电流。

如果采用占空比小的调制信号，再平均电流不变的情况下，瞬时电流很大（50~100mA），则大大提高了信噪比。

如图1-2所示。

它的优点是消除了外界光线的干扰提高了灵敏度，制作比较简单避免了电路的复杂性，；另外市场上很多红外观点探头也都基于这个原理，工作可靠也购买方便。

图1-1脉冲调制的反射式红外发射接收方案
2．电动机的选择
市场上用很多种类的小电压直流电动机，很方便的选择到。

主要有普通电动机、和步进电动机。

我组采用普通的直流电机。

直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便。

调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速启动、制动和反转。

能满足各种不容的特殊运行要求。

且普通直流电机价格适宜，更易于购买，并且电路相对简单。

3．电动机驱动方案的选择
我组采用四个大功率晶体管组成H桥式电路，四个大功率晶体管分为两组，交替导通和截止，用单片机控制使之工作在开关状态，进而控制电机的运行。

该控制电路由于四个大功率晶体管只工作在饱和与截止状态下，效率非常高，并且大功率晶体管开关的速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的电路。

四个大功率晶体管组成H桥式电路的293集成芯片如图1-3集成芯片所示。

图1-2.
4、路程检测方案的选择
我组采用光电码盘进行检测。

光电码盘测距基本原理如图1-3所示。

旋轴转动，带动码盘转动，码盘上刻有许多狭缝，码盘转动时发射光透过狭缝被接受元件接受。

用计数器对接受到的信号进行计数。

用这种方案能很精确的算出小车已经走过的距离。

光电码盘测距基本原理如图1-4光电码盘测距基本原理图所示。

图1-3 光电码盘测距基本原理图
2 L293集成芯片
5．障碍物探测方案的选择
我组采用脉冲调制的反射式红外线发射接受器。

由于采用该有交流分量的调制信号，则可大幅度减少外界干扰；另外红外线接受官的最大工作电流取决于平均电流。

如果采用占空比小的调制信号，再品均电流不变的情况下，顺势电流很大（50~100mA），则大大提高了信噪比。

并且其反应灵敏，外围电路也很简单。

如图1-2所示。

它的优点是消除了外界光线的干扰提高了灵敏度。

我们在这里脉冲调制的反射式红外线发射接受器，这样不但能准确完成测量，而且能避免电路的复杂性。

TCRT5000红外反射式开关传感器寻黑白线循迹模块如图4。

图1-4TCRT5000红外反射式开关传感器寻黑白线循迹模块
6．供电方案的选择
采用单一电源供电。

但电源直接给电动机供电，因电动机起动瞬间电流较大，会造成电源电压波动，因而控制与检测部分电路通过集成稳压块供电，将电压稳定在一定数值范围内，以免有波动电压造成电路的损毁，其供电也比方案一简单。

我们在选用的时候，根据自己的经济情况采用了第二种方案，并且选取的是二手手机电池，作为供电电源。

我们用两节手机电池，输出8伏然后，经1117（如图1-5所示），稳压之后为总电路供电。

a)
b)
图1-5 a) A1117芯片实物图；b) A1117构成的供电原理图
7．控制核心CPU的选择
我组选择STC系列中STC89C52单片机，价钱容易接受，可以在线下载，下载器也比较容易购买到，方便携带应用。

性能功能上也要比AT系列突出，作为控制核心，更方便便控制小车。

如图1-5所示。

图1-6 STC89C52引脚图
我组选择STC89C52作为控制核心器件、脉冲调制的反射式红外发射接收器作为寻迹和蔽障器件、采用普通直流电机来驱动小车、采用四个大功率晶体管组成H桥式电路驱动直流电机、采用CA358E运算放大器作为传感器核心部件、采用单一电源供电为整个系统供电。

二、硬件设计
如下图2-1所示，是本次设计智能小车的电路框图。

以AT89S52为电路的中央处理器，来处理传感器采集来的数据，处理完毕之后以便去控制电机驱动电路来驱动电机。

电源部分是为整个电路模块提供电源，以便能正常工作。

图2-1 智能小车的电路框图
1．CPU中央处理器的设计
AT89S52是40脚的集成芯片如下图2-2a所示。

可以在线下载，减少了插拔芯片的工作。

图2-2b，是本芯片部分管脚的说明框图。

根据我们设计的电路的要求，为了保证芯片和电路能正常的工作，选择了12.0000MHz晶振，和两个30pF的电容作为中央处理理器的时间标准，这样就保证了正常的工作时序。

如图2-2c所示。

本芯片的40和20脚分别是接五伏电源的正负极，在接入电源之前，40脚处并接了103和10微法的电容以保证电路能正常工作，防止从电源外界来的干扰，以免造成死机。

这样芯片就能正常地工作了。

为了便于下载另外外接了一个4芯的下载口如图2-2a所示，下载口的1和2脚分别接于单片机的TXD和RXD管脚，下载口的3和4脚分别接正五伏和地。

本次设计，所用到芯片的管脚是P1和P2口，P2主要是为传感器发送脉冲调制信号，P1控制电机驱动芯片L293D。

具体内容请参照总的电路原理图
图2-2 a) A T89S52引脚图，以及晶振连接图
图2-2 b) 部分引脚说明
图2-2 c)单片机基本连接图
2．寻迹、避障检测设计与实现寻迹应用
工作原理
寻迹和避障所用的的传感器电路如下图1-8所示。

其工作原理：V1三极管的基极通过从单片机P1.0口发送的的脉冲调制信号，控制发光二极管发送信号。

当接收二极管D2接收到发送来的信号，立刻导通去给由C1、R6组成的微分电路充电，这样便给运算放大器同相端传输信号，运算放大器度信号进行放大后送入第二个运算放大器组成的比较器，进行调制电平以便单片机所能接受。

控制V3导通输出低电平让单片机处理信号并控制其它电路。

反之，无光照时，输出高电平。

对其进行调试时，可以通过，改变R2电阻的阻值来改变其灵敏度，或者改变R4、R5、R6、的阻值去控制传感器的灵敏度。

寻迹应用
当检测到黑线时，红外光敏二极管接收到反射回来红外光，其输出立即发生高低点平转换，该信号经放大器放大后送到单片机进行分析处理。

然后将处理后的结果发送到电机驱动模块，进行校正。

为了保证小车沿黑线行驶，采用了两个检测器进行并行排列，左右方向都可以进行控制，控制精度得以提高。

在小车行
走过程中，诺向左方向偏离黑线，则右侧的探头就会检测到黑线，把信号传送到单片机。

进行处理校正。

控制其向右转，反之，向左转。

避障的应用
避障与寻迹的设计原理是相同的，区别在于传感器的灵敏度不同，蔽障的灵敏度要比寻迹的灵敏度高，只要小车前方有障碍物，红外线通过障碍物反射到光敏管，传感器输出低点平，发送到单片机进行处理，然后单片机处理后去控制小车运行和方向。

图2-3 传感器电路图
传感器中的运放
我们在这里选择的是CA358E运算放大器，一般情况下可以运用到本次设计当中。

在性能上虽然比258运算放大器略有缺点。

但可以满足我们的要求。

如下图2-4所示。

CA358E简介
CA358E芯片是8脚DIP封装形式，有两组运算放大器组成，5伏供电如图1-8-1所示1脚是第一个运算放大器的输出端，2和3 脚分别是第一个运算放大器的反相输入和同相输入，第4脚是地线接口，5和6脚是第二个运算放大器的同相输入和反相输入，第7脚是第二个运算放大器的输出端，8脚是正5伏输入端。

图2-4 CA358E引脚图
3．电动机驱动电路设计与实现
293集成芯片由四大功率管组成H桥式电路。

是十六脚封装的直流电机驱动电路芯片，能够同时驱动两个直流电机。

图2-5 a是293的逻辑关系图表，根据2-5和2-5a，我们可以使用293集成芯片了。

使用原理
293集成芯片的使用非常简单，如图2-5所示，管脚1、2、7、9、10、15是用来控制电机动、停的关键，是由单片机的P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6控制的。

前三个管脚是用来控制第一个电机，后三个是用来控制第二个电机的。

当使能端1或9脚接收到单片机发送的高电平时，芯片就可以由2、7或10、15脚分别控制两个电机正反转。

如果，2、7同时为高或低电平时电机停止运转。

只要这两个管脚电平不同电机就可以运转，10、15两个管脚同2、7一样。

293芯片的输出分别是3、6脚和11、14脚。

其余的4、5、12、13是接地用的，VSS、VS分别接5V、8V。

四大功率管分为两组，交替到通截止，以保证小车完成前进和后退、左、右转弯等运行动作。

原理图如2-5 b所示。

是具体的电路连接图，各个管脚都有标注，电机分别连接在out1、out2和out3、out4其余分别于单片机和电源部分连接。

图2-5 293芯片图
图2-5 a、293逻辑图
图2-5 b、293基本连接图
4．电源部分的设计
电源采用了两块手机电池供电，之后通过470uF 和104滤波之后经1117整流后再次经47uF 电容滤波输出平稳的5伏电压。

如下图2-6所示。

图2-6 5V 电源图
三、软件设计
1、硬件设计焊接完毕后，进行调试无误，根据老师基本的要求和自己的发挥，联系硬件结构进行编程，运算。

程序编写的同时，必须根硬件相联系起来，负责达不到原想的效果。

编完一段的下载到芯片上去进行软硬件调试，调试到与原本效果相同为止 。

2、程序流程图如图12
开始
检测到避障信号
没检测到避障信号
循迹，右边有信号，左边没信号
循迹，左边有信号，右边没信号
循迹，都没信号，或者都有信号
小车，向左延时程序作用
小车，向右
小车，前直小车延时，
图12
3、下面是C程序代码：
#include<reg52.h>
sbit chuanr=P2^2;
sbit chuanl=P2^3;
sbit chuanz=P2^4;
sbit m=P1^0;
sbit n=P1^2;
sbit p=P1^3;
sbit q=P1^4;
sbit x=P2^0;
sbit y=P2^1;
void delayms(unsigned int ms) {
unsigned char i=100,j;
for(;ms;ms--)
{
while(--i)
{
j=10;
while(--j);
}
}
}
void main()
{
x=1;
y=1;
m=0;
p=0;
n=1;
q=1;
if(chuanz==1)
{
if(chuanr==0&&chuanl==1) { m=1;
p=0;
n=0;
q=1;}
if(chuanr==1&&chuanl==0) { m=0;
p=1;
n=1;
q=0;
}
if(chuanr==0&&chuanl==0)
{ m=0;
p=0;
n=1;
q=1;}
}
else
{m=1;
p=0;
n=0;
q=1;
delayms(100);
}
}
四、实训心得与感受
时间过得真快啊，转眼间四周的实训课程就这样结束了，通过这一段时间的不断学习，体会颇多，收获很大。

最开始的时候，面对一大堆的零件，完全不知道该如何下手，该从何做起，在慢慢的学习和一些同学的相互帮助之下，慢慢的明白了该如何做了，理清了电路原理图，懂得了电路的制作，特别是自己焊接最小系统的时候，最开始总是焊接不好，经常把两个接头焊接在一起，这样也浪费了一些芯片，俗话说，熟能生巧，慢慢的也会焊接了。

同时也学会了如何检测已经焊接好了的电路是否导通。

印象最为深刻的是电路设计焊接完毕后进行调试的时候，自己不知道如何去调试，从何下手，经过教师的指点，我一步步进行调试。

在调试过程中损毁了不少的电器元器件，从损毁的电器元器件中，摸索学到了如何维修电路，从何下手去检查电路中出现的故障，自己如何解决故障。

大学是培养一个人能力的地方，我想，通过这几周的实训课程，要比以前学的东西都实用。

通过学习，基本上能够自己动手做出电动智能小车。

通过学习，也明白了自己不懂得知识还有很多，以后学习的东西也很多。

2012-11-8
五、设计总体电路图13：
图13
附实物图：
图1框架出来了
图2自己焊接的单片机最小系统实物图
（图2中间单片机、晶振、电容、上拉电阻组成单片机最小系统。

最小系统两边的是L293D H桥驱动模块）
图3 寻迹传感器实物图
电源，4节干电池提供4个电动机电源）
图5 总体组装完成效果图
图6接通电源后，一切正常
图7 顺利沿着指定线路跑着。