迷宫小车

目录

1．设计的任与要求 (3)

2.方案论证与选择 (4)

2.1迷宫小车的系统法案 (4)

2.2传感器的选择与比较 (4)

2.3车体的选择与比较 (4)

2.4前进路径与返回路径的最优选择 (4)

2.5传感器个数的比较与选择 (4)

3硬件系统设计 (4)

3.1 总体设计 (4)

3.2单元电路设计 (4)

3.2.1传感器单元电路的设计 (4)

3.2.2电机驱动单元电路的设计 (4)

3.2.3电源模块单元电路的设计 (4)

4软件系统设计 (4)

4.1 总体设计 (4)

4.2 各子模块的设计 (4)

4.2.1 转弯模块的设计 (4)

4.2.2终点识别模块的设计 (4)

4.2.3防误判模块的设计 (4)

5设计体会 (4)

附录A (4)

附录B (4)

走迷宫小车

1.设计的任务与要求

基于AT89C51单片机的智能小车的设计与实现，小车完成的主要功能是能够识别障碍物并根据传感器的辨别实现快速稳定的行驶。小车系统以AT89S51 单片机为系统控制理器；采用红外传感获取赛道的信息，来对小车的方向和速度进行控制。此外，对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的融合，实现小车的预期功能。

1.1设计指标

1迷宫为正方形2.4m×2.4m，场地、挡板(含车库挡板)均为白色，挡板高15cm。迷宫内过道挡板间距25cm，车库尺寸30cm×30cm，迷宫入口处设置入口标志线，出口处设入库标志线(与车库入口齐平)。标志线距迷宫外挡板均为10cm，为2cm左右宽的黑色胶带。

2迷宫外设有小车出发点，并在白色跑道粘贴有引向迷宫入口的黑色寻迹线，寻迹线为2cm左右宽的黑色胶带。

3为了避免选手提前记下迷宫结构、提前设置行走路线，该迷宫赛前会进行部分调整。

1.2 设计要求

1.电路原理

2.元器件及参数选择

89C51单片机1个、3v直流电机2个、底盘1个、红外对管传感器6个、电机驱动L9110

2个、比较器LM385 3个L7805 1个电阻电容若干。

2. 方案论证与选择

2.1 迷宫小车的系统方案

本迷宫小车选用8位89C51单片机为控制器，通过6个红外光电传感器TCRT5000对信号进行采集，采集到的信号经比较器LM358处理后传给89C51单片机，经单片机处理后，发出控制命令给L9110，驱动2台直流电动机进行相应的动作。

2.2 传感器的选择与比较

红外对管可以智能识别黑与白两种颜色由于现场条件，并不能对其造成干扰，而且其反应速度快，响应时间短，故此，我们选用红外对管传感器。

2.3 车体的选择与比较

采用三轮小车，前面两轮由两个电机分别控制，用其速度差来实现转弯与调整，后前轮为万向轮，用来维持小车的平衡。

2.4 前进路径与返回路径的最优选择

由于小车需要避开障碍物到终点，故小车应能识别迷宫的路况，我们给小车加上了识别路口程序，并且让小车按照右手原则前进，在每个路口处让小车记录出所走过的路况，并且记忆，以便于小车可以快速到达终点。

2.5传感器个数的比较与选择

总共6个传感器，其中两个传感器用来检测小车是否偏离轨迹，另外三个传感器用来检测小车是否遇到路口（前方.左方及右方各一个），还有一个传感器配合前方的传感器来检测终点。

3硬件系统设计

3.1 总体设计

有光敏传感器进行信号采集，经电压比较器LM358处理后直接传给AT89C51，单片机对信号按照预定的程序进行处理，将处理的结果传给L9110（直流电机驱动芯片）信号，通过L9110进行控制小车两轮子，以实现左右微调，左右转弯，前进与原地旋转等动作。小车每到路口都进行相关的记忆处理，以便最优返回。

3.2单元电路设计

3.2.1传感器单元电路的设计

当传感器进入迷宫中时，由发射管发射的不可见光被吸收，不能被接收器接收到，故接收一侧电路不导通，LM358的同向输入为高，输入比较器输出为高，其输出高电压为5V，低电压为0V，故可以直接传给单片机。而电压比较器的输出端所接的LED能够实时的显示传感器的工作状况。

本题目要求小车能够准确避开障碍物，由于轨迹交窄小车相对运动速度快，故要求传感器单元必须较为灵敏，相应时间短，反应速度快。我们采用的LM358电压比较器，其工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，消耗电流小，输入失调电压小，共模输入电压范围宽，反应时间快。.

3.2.2电机驱动单元电路的设计

由于要对电机实行加速减速刹车的控制，故采用由L9110和L7805构成的驱动电路，由1.0和1.1口负责控制1号电机的前进与后退，而与他们一起走与门L7805的1.4口负责

输出PWM波，由PWM波负责控制小车的减速与加速以及制动的控制。同时与门也起到了扩大单片机输出电流的作用，由于L9110需要的输入电流A T89C51无法驱动，与门在此起到一定的上拉作用。

因为要用单片机对电动机进行四象限的控制，由于控制象限的复杂以及驱动电机功率的问题，这里我们需要采用电动机驱动芯片来实现，我们采用的是L9110这款电机驱动芯片，该芯片具备控制简单，反应快，输出功率大，支持外接电机工作电源等一系列优点。

3.2.3电源模块单元电路的设计

图1

由于整个控制板都需要5V电压，考虑到电池随着使用时间的增强，电压会有所下降，故我们选用直流稳压电源6V进行供电，由于多方同时分流，有可能造成电量不足，为了保持电压能够稳定在5V，故选用L7805进行稳压。在其输出输入端口各并联一个电容，以起到保护芯片的作用。其内部结构图如1所示。

4软件系统设计

4.1 总体设计

小车自上电时程序开始运行，我们依着右手原则为小车寻迹方法，右为先。自上电后小车进入初始化阶段之后转入主函数，我们将小车能遇到的各种情况进行一一排列出来，这样无论传感器反馈回来什么样的信号都有与之对应的命令，分为以下10种情况：左微调，右微调，前进，左转，右转，T型，左T，右T，十字路口，死胡同。其流程图如图2所示。

4.2 各子模块的设计

4.2.1 转弯模块的设计

为了让小车能够顺利并且及时的停止转弯，我们将其转弯的停止标志设为当检测前方是否有路的传感器遇到无障碍信号的时候，即表示其已完成转弯，这样避免了小车转弯过大或者过小的问题。

4.2.2终点识别模块的设计

为了让小车能够准确的识别终点标志，采用2个传感器来检测终点标志，当且仅当前后检测终点的传感器同时检测到终点信号时，才认定到达终点，即当前后前后检测终点的传感器。.

4.2.3防误判模块的设计