智能循迹小车报告..

西京学院自动化1002班

概要

本寻迹小车是以万能板为车架，STC12C5A60S2单片机为控制核心，将各传感器的信号传至单片机分析处理，从而控制L293D电机驱动，控制小车，速度由单片机提供的PWM波控制。利用红外传感器检测黑线，红外对管来实现循迹功能，利用超声波传感器进行检测避障。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。根据小车各部分功能，模块化硬件电路，并调试电路。将调试成功的各个模块逐个地“融合”成整体，再进行软件编程调试，直到完成。

关键词：STC12C5A60S2 直流电机红外对管传感器寻迹小车L293D 电机驱动

一、循迹小车的系统的要求和总体方案设计

1.1设计要求

1.1.1 基本要求

利用单片机实验板，并制作一定的外围电路，编写程序设计制作一个智能循迹壁障的小车，具体要求如下：

（1）具有启动、停止功能；

（2）能够完成前进、后退、左转、右转单独动作和复合动作；

（3）能按照规定路线循迹行驶；

1.1.2 发挥要求

利用超声波或红外等方式实现避障功能

1.2智能循迹小车的工作原理

我们知道小车的循迹原理是根据实现电位的高低来实现对前进方向的控制的。在这里我们设定了白色和黑色的通道界面来行驶，而根据我们所学的知识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。通过查资料我们知道红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过3cm。

1.2.1恒压恒流桥式驱动芯片L293D驱动电机原理

本L293D 驱动模块，采用ST 公司原装全新的L293D 芯片，采用SMT工艺稳定性高，采用高质量铝电解电容，使电路稳定工作。可以直接驱动4路3-16V直流

电机，并提供了5V输出接口（输入最低只要6V），可以给5V单片机电路系统供电（低纹波系数）,支持3.3V MCUARM控制，可以方便的控制直流电机速度和方向，也可以控制2相步进电机，5线4相步进电机，是智能小车必备利器。本模块可以51，A VR，PIC，ARM 等控制器连接，下图MCU_GNDMCU_+5V 是指可以用驱动输出+5V的电源给控制系统供电。当然，也可以不用，当不用的时候悬空。但它们一定要共地。即MCU_GND要与驱动模块GND 相连（这点至关重要）。IO 是指MCU 的普通的输入输出接口。这里特别指出的是EN1 EN2 这里我们已经用跳线帽直接插到5V了，直接使能，如果有PWM 调速可以去掉跳线帽直接从这里输入PWM 信号，调节电机速度。

从左至右接口定义为：

+5 GND IN1 IN2 IN3 IN4 EN1 EN2 EN1 EN2为电机1 电机2使能端

+5 GND IN5 IN6 IN7 IN8 EN1 EN2 EN1 EN2为电机3 电机4使能端

如下图1、图2所示：

图1 L293D驱动电路实物图

以下举例：控制紧逻辑。这里一路其它的，其它三路类推

图2 电机驱动使能端子

1. 3模块方案比较与论证

根据设计要求，本系统主要由主控模块、电源模块、寻迹传感器模块、直流电机及其驱动模块、电压比较模块等模块构成。

为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行了论证。1.3.1 主控制器模块

方案一：

采用凌阳公司的16位单片机，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、结构简单、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。但是当凌阳单片机应用语音处理和辨识时，由于其占用的CPU资源较多而使得凌阳单片机同时处理其它任务的速度和能力降低。

本系统主要是进行寻迹运行的检测以及电机的控制。如果单纯的使用凌阳单片机，在语音播报的同时小车的控制容易出现不稳定的情况。从系统的稳定性和编程的简洁性考虑，我们放弃了单纯使用凌阳单片机而考虑其它的方案。

方案二：

采用宏晶科技生产的STC12C5A60S2单片机作为主控制器。STC12C5A60S2是单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指

令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。

由于STC12C5A60S2单片机的资源已经可以满足设计需要，且此单片机价格上有优势。从方便实用不浪费资源的角度考虑，我们选择了方案二。

1.3.2 寻迹传感器模块

方案一：

采用简易光电传感器结合外围电路探测，但实际效果并不理想，对行驶过程中的稳定性要求很高，且误测几率较大，易受光线环境和路面介质影响。在使用过程极易出现问题，而且容易因为该部件造成整个系统的不稳定。故最终未采用该方案。

方案二：

采用两只st188红外对管，分别置于小车车身前轨道的两侧，根据两只光电开关接受到白线与黑线的情况来控制小车转向来调整车向，测试表明，只要合理安装好两只光电开关的位置就可以很好的实现循迹的功能。

方案三：

采用五只st188红外对管，一只置于轨道中间，其他四只置于轨道外侧，当小车脱离轨道时，即当置于中间的一只光电开关脱离轨道时，等待外面任一只检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线（即回到轨道）再恢复正向行驶。现场实测表明，小车在寻迹过程中有一定的左右摇摆不定，但是不影响小车的整体行驶效果。

通过比较，我们选取第三种方案来实现循迹。

1.3.3电机驱动模块

方案一：

采用专用芯片L293D作为电机驱动芯片。L293D是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，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。

方案二：