吉林大学珠海学院课程设计报告

吉林大学珠海学院课程设计报告多功能智能小车设计题目专业综合课程设计所属系部测控技术与仪器专业班级15 班学生姓名吴聪学号03121520指导教师谷峰老师设计地点实验楼427实验室20 15 年9月12日摘要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们的关注，而汽车的智能化已成为科技发展的新方向。

本设计就是在这样的背景下提出来的。

此次设计的简易智能小车是基于单片机控制及传感器技术的，实现的功能是小汽车可自动寻迹行驶，并且能够利光电传感器检测道路上的障碍，利用电两个电机的差动调节, 控制电动小汽车的自动避障、寻光及自动停车，通过寻迹传感器进行黑线的检测，并由单片机系统来控制智能车的行驶状态。

采用PWM技术实现了电动机的多级调速.关键词：单片机 PWM 寻迹传感器AbstractWith the development of automobile industry，people pay more attention to the research about cars, and the intelligent electric vehicles are more and more import. The design is put forward in this context .The simple design of smart car is based on the single-chip control and sensor technology, the realization of an automatic tracing traffic, using Two electric motors differential regulation ,Control automatic electric car obstacle avoidance, light search and automatic parking. The use of rear-wheel drive front wheel steering mode of traveling through tracing sensors, such as Hall sensors detect the black lines and mileage records, by the single-chip system to decision-making Smart car driving. Using PWM technology to achieve a multi-stage motor speed .Key words: single-chip control PWM Seeks the mark sensor第一章前言1．智能小车的作用和意义自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。

近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活的方式。

人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能代替人劳动的机器一直是人类的梦想。

随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器的种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。

视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也能识别一些结构化环境简单的目标。

视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。

但CCD 传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。

智能小车，也就是轮式机器人，最适合在那些人类无法工作的环境中工作，该技术可以应用于无人驾驶机动车，无人生产线，仓库，服务机器人，航空航天等领域。

作为20世纪自动化领域的重大成就，机器人已经和人类社会的生产、生活密不可分。

因此为了使智能小车工作在最佳状态，进一步研究及完善其速度和方向的控制是非常有必要的。

智能小车要实现自动寻迹功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物,感知导引线相当给机器人一个视觉功能.避障控制系统是基于自动导引小车系统,基于它的智能小车实现自动识别路线,判断并自动避开障碍,选择正确的行进路线.使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作.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部分:传感器检测部分,执行部分,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.考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当.智能小车的执行部分,是由直流电机来充当的,主要控制小车的行进方向和速度.单片机驱动直流电机一般有两种方案:第一,勿需占用单片机资源,直接选择有PWM功能的单片机,这样可以实现精确调速;第二,可以由软件模拟PWM输出调制,需要占用单片机资源,难以精确调速,但单片机型号的选择余地较大.考虑到实际情况CPU使用51单片机,配合软件编程实现。

2．智能小车国内外研究现状在现代化运输及物流系统中，SZD智能行小车因其独特的性能优点（整个系统由于是空中运行，地面操作控制，充分地利用厂房空间，有效地减少使用面积，实现地面、空中为一体的立体化自动输送系统，同时，它与输送链相比较，该输送系统运行速度更快，负载更大，抗污染更强，安装更为方面，生产成本更低等优点），在现代汽车生产制造行业中被普遍使用，但到目前为止，SZD智能小车输送线的生产都是单工位控制，双工位智能小车控制系统在国内还是属于空白，在国外著名的日本大福公司也只是进行了部分的研制和开发，虽取得了一些进展，但造价相当昂贵，从目前国内汽车行业的现状看，单工位SZD智能小车输送线的生产已经满足不了汽车行业生产制造的要求，汽车生产厂商纷纷要求开发出具有双工位功能的智能小车系统，因此，此项技术的改进势在必行。

现智能小车发展很快,从智能玩具到其它各行业都有实质成果.其基本可实现循迹,避障,检测贴片,寻光入库,避崖等基本功能,现在大学电子设计大赛智能小车又在向声控系统发展.比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列，我此次的设计主要实现循迹避障通信及遥控功能。

第二章方案设计与论证根据题目要求，确定以下方案：本智能小车是以PCB电路板为车架，STC89C52为控制核心，加以直流减速电机、光电传感器，红外发射管及红外接收管，稳压电源电路，红外检测及检测提示电路构成。

系统由STC89C52通过IO口控制小车的前进，后退及转向，还可以通过PWM调制对小车车速进行调整。

2.1主控系统根据设计要求，我认为此设计属于多输入量的复杂程序设计控制问题。

据此，拟定了以下两种方案并进行综合的比较论证，具体如下：方案一：选用一片CPLD（EPM7128LC84-15）作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。

CPLD具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用VHDL 语言进行编写开发。

但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势。

同时，CPLD的处理速度非常快，而小车的行进速度不可能太高，那么对系统处理信息的要求也就不会太高，在这一点上，MCU就已经胜任了。

若采用该方案，必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题。

为此，我们不采用该种方案，进而提出了第二种设想。

方案二：采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。

充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显示出来它的优势—控制简单、方便、快捷。

这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。

因此，这种方案是一种较为理想的方案。

针对本设计特点——多开关量输入的复杂程序控制系统，需要擅长处理多开关量的标准单片机，而不能用精简I/O口和程序存储器的小体积单片机。

根据这些分析，我选定了STC89C52单片机作为本设计的主控装置，51单片机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，程序空间多达8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是51单片机价格非常低廉。

在综合传感器、两部电机的驱动等诸多因素后，我们决定用一片单片机，充分利用STC89C52单片机的资源。

2.2电机选择和电机驱动模块本系统为智能小车，对于智能小车来说，其驱动轮的驱动电机的选择和电机的驱动就显得十分重要。

由于本实验要实现对路径控制定位和速度测量不是要求太高，精度也不是太高，所以我们综合考虑了一下以下的方案。

2.2.1电机的选择方案一：采用步进电机作为该系统的驱动电机。

由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。

虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统，经综合比较考虑，我们放弃了此方案。

方案二：采用直流电机。

直流减速电机，即齿轮减速电机，是在普通直流电机的基础上，加上配套齿轮减速箱。

齿轮减速箱的作用是，提供较低的转速，较大的力矩。

同时，齿轮箱不同的减速比可以提供不同的转速和力矩。

直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。

能够较好的满足系统的要求，因此我们选择了方案二。

2.2.2电机驱动模块方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整，此方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢，易损坏，寿命较短，可靠性不高。

方案二：使用分立原件搭建电机驱动电路使用分立原件搭建电机驱动电路造价低廉，在大规模生产中使用广泛。

但分立原件H桥电路工作性能不够稳定，较易出现硬件上的故障，故我们放弃了这一方案。

方案三：使用L293D芯片驱动电机L293D提供双向驱动电流高达600毫安，电压是从4.5 V至36 V的。

两个设备是专为驱动等感性负载继电器，电磁阀，直流双极步进和马达，也可以给其他高电流/高电压提供电源负载。

一片L293D可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。

用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。

输出电压最高可达36V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号，而且带有使能端，方便PWM调速，电路简单，性能稳定，使用比较方便。

另外L298N管脚不好焊接，L293D是标准DIP16封装，可以方便买到芯片底座，方便随时更换芯片2.3电源模块及稳压模块方案一：采用交流电经直流稳压处理后供电采用交流电提供直流稳压电源，电流驱动能力及电压稳定性最好，且负载对电源影响也最小。