电子大赛单片机循迹小车设计报告

电子大赛自动循迹小车

目录

摘要 (2)

一方案论证与比较 (2)

1、单片机的论证与选择 (2)

2、电机的论证选择 (2)

二理论分析与计算 (3)

1、小车循迹功能的实现 (3)

三系统实现方框图与电路设计 (4)

1、系统总体框架图 (4)

2、单元电路设计 (4)

（1）单片机最小系统版 (4)

（2） Risym 4路红外寻迹避障传感器模块 (7)

（3）电机驱动芯片L298N原理图如下 (8)

四系统软件设计 (9)

1、总体软件流程图 (9)

五测试方案与测试结果 (10)

1、测试方案 (10)

2、测试结果 (10)

3、问题分析与总结 (11)

附录一：参考文献： (11)

附录二:程序 (12)

附录三：作品实物图 (17)

摘要

本系统以STC89C52单片机为控制核心，采用小车专用电池为电源。在本系统中，单片机通过红外传感器实现对赛道（白面黑线）的轨道识别与小车位置的判定，并通过Risym 4路红外寻迹避障传感器模块和驱动L298N芯片与相应程序，通过控制小车左右轮实现前进和循迹转向功能。

关键词：STC89C52 L298N 白面黑底轨道循迹小车红外传感器

一方案论证与比较

1、单片机的论证与选择

方案一：采用Atmel公司的AT89S52单片机作为主控制器。AT89S52单片机价格便宜，控制简单，为我们平时实验所熟用；但其运算速度较慢，片内资源很少，存储器容量也很小，同时驱动多个传感器时难以实现复杂的算法。

方案二：采用TI公司的MSP430系列单片机。MSP430系列单片机具有低功耗、速度快、片上资源丰富、外部拓展能力强等特点。16位RISC指令集处理器，14个双向I/O口，每个I/O口均可作为中断源，但是工作电压偏低（1.8V-3.6V）对于很多5V的系统来说接口电路颇为麻烦，I/O无保护，过压过流会立即击穿，。

方案三：采用STC公司生产的STC89C52。89C52是的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但是做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案同时，具备很好的抗干扰能力。

综合对比以上三个方案，我们选择方案三，采用STC89C52单片机作为系统主控芯片。

2、电机的论证选择

方案一：采用步进电机。步进电机具有动态响应快、精度高、易于起停，易于正反转及变速的优点，可精确控制旋转角度。但它以步进式跟进，角度小于一

个步距角时是系统响应盲区，且转速较慢。

方案二：采用直流减速电机。直流减速电机具有扭矩大，体积小，驱动电路简单，稳定强，负载能力强等优点，且速度较快，能较好的满足题目对小车行进速度的要求。结合PWM技术对其转速的控制，利用小车两侧电机的转速差可实现前进，转弯等功能。

综合比较以上两种电机，结合题目的的要求，我们选择直流减速电机用作小车的驱动（L298N驱动模块）。

二理论分析与计算.

1、小车循迹功能的实现

本题的重点在于小车如何利用红外传感器通过黑色轨道的检测来确定自身

位置，以此执行前进、左转、右转等操作。小车的直行与转弯功能可通过车身两侧电机的相对速度实现。当两侧电机转速相等时，小车直行，当右侧电机速度大于左侧电机速度，或是右侧正转，左侧反转时，小车左转。为此我们将车身同一侧两个电机并联在一起，通过两组PWM脉冲和两个I/O口输出高低电平实现对4个电机转速与转向的控制，从而实现小车的自由运动。

设某一电机正极接有PWM脉冲控制信号，负极由IO口输出高低电平控制。当IO口输出低电平时，电机负极接地，电机正转，转速由PWM脉冲高电平占空比决定。当IO口输出高电平时，电机负极接+12付，电机反转，转速由PWM脉

冲低电平占空比决定。单片机通过L298N驱动电机。

为了较好的实现小车对黑色轨道的检测，我们在小车底部安装了三个红外灯，与89C52芯片相连。当左侧线圈感应到黑色轨迹时，说明小车位置偏右，控制小车左移。当右侧线圈感应到黑色轨迹时，说明小车位置偏左，控制小车右移。由此小车可根据黑色轨迹的位置自动行驶直线或是转弯的功能。

循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，由于黑线和白色地板对光线的反射系数不同，可以根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”。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。单片机就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。

小车供电后,红外光电二极管发出红外光，光线照在路面上反射回来被光电二极管接收，半导体二极管在电场作用下产生电势，将光信号转换成电信号。该智能小车在画有黑线的白纸“路面”上行驶，由于黑线和白纸对光线的反射系数不同，可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”——黑线。

当小车检测到黑线时，红外线部分被黑线吸收，反射回的红外线极少被光电二极管接收，转换成比较弱的电信号；当小车未检测到黑线时，红外线大部分被反射，反射回的红外线被光电二极管接收，转换成比较强的电信号。最终，这些电信号经过比较器处理后传入单片机，再由单片机进一步做信号处理。

三系统实现方框图与电路设计

1、系统总体框架图

整个系统主要划分为以下4个模块：控制器模块（89C51)、红外传感器模块（轨迹探测模块）、电机驱动模块、电源模块。系统总体框架如图及构造图如下。

2、单元电路设计

（1）单片机最小系统版

以STC89C52单片机作为核心控制器，单片机的引脚如下所示，STC89C52是一个