智能小车控制系统设计报告

智能小车控制系统

一、方案论证比较……………………………………………………

1.车体模型的比较与选择………………………………………………

2.驱动电机的比较与选择………………………………………………

3.传感器的比较与选择…………………………………………………

4.电源的比较与选择……………………………………………………

二、系统设计……………………………………………………

三、系统调试…………………………………………………………

四、系统功能……………………………………………………

五、设计总结…………………………………………………

六、小车程序…………………………………………………………

摘要：本系统采用AT89S52作为核心芯片，控制智能车的一系列动作。小车采用ULN2803A芯片驱动两步进电机，能精确控制小车的转弯，前进，后退等动作；结合两个红外对射管，对边界黑线进行检测，从而判断小车的位置，然后对红外对管输出的信号处理后控制小车做出各种动作。

关键词：超声波传感器红外线传感器

一、方案论证比较

1.车体模型的比较与选择

方案一、购买玩具电动车：

购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮。依靠电机与相关齿轮一起驱动，装配紧凑，使得各种所需电路的安装十分方便，看起来也比较美观，但是市面上多是用于飞思卡尔之类的车，较难找到完全符合比赛要求，在大小，前轮可转向以及价格方面都兼顾的车。

方案二、自己组装车：

一般的说来，自己制作的车体比较粗糙简陋，主要由几块基板组成，但胜在适合改造，基板表面对称着钻有许多孔，方便安装电路板、电源、车轮以及固定电机，还可以根据需要进行钻孔、拼接，而且价格比较便宜。

通过比较，选用方案二。

2.驱动电机的比较与选择

方案一、直流电机+转向舵机：

直流电机应用了“通电导体在磁场中受力的作用”的原理，励磁线圈两个端线同有相反方向的电流，使整个线圈产生绕轴的扭力，使线圈转动。直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。但是由于使用直流电机难以控制左右速度差实现转弯，必须加上转向舵机使小车实现转弯，这使小车的结构制造复杂，价格较高。

方案二、步进电机+万向轮：

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。由于每步的精度在3%-5%，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性；优秀的起停和反转响应；仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转。由于速度正比于脉冲频率，因

而有比较宽的转速范围。采用两个万向轮+两个步进电机驱动小车，可以通过左右两个电机的转速差容易实现左右原地转弯。并且由于步进电机转动角度可以精确控制，使得小车能够精确控制左右转弯的角度以及前进后退的距离。这给小车各种功能的实现带来了极大的方便。

基于以上分析，我们采用了方案二。

3.传感器的比较与选择：

方案一、发光二极管+光敏电阻：

采用发光二极管发光，用光敏光敏电阻配合判断。当发光二极管发出的可见光照射到黑带时，光线被黑带吸收，光敏电阻没受到光照，呈现高阻态，输出端为低电平信号给单片机；当发光二极管发出的可见光照射到白底时，光线反射，光敏电阻受到光照，呈现低阻态，输出端为高电平信号给单片机。通过这种方法来判断是否遇到黑线。但是光敏电阻极易受环境影响，稳定性也很差。

方案二、红外对管：

利用红外线发射管发射红外线，红外线二极管进行接收。采用四组红外对管发射和接受红外信号，外面可见光对接收信号的影响较小，接收的红外信号经LM324进行比较转换为电压信号，产生高电平或低电平返回给单片机。同方案一的远离一样，当遇到黑线时，红外线被吸收，信号经过处理返回低电平给单片机；当遇到白底时，红外线被反射，信号经过处理返回高电平给单片机；此方案最大的优点是受外界环境干扰小。

通过比较，我们采用了受外界环境干扰小的方案二。

4.电源的比较与选择

方案一、采用双电源

为了确保单片机控制部分和后轮电机驱动的部分的电压不会互相影响，要把单片机的供电和驱动电路分开来，即：12v来驱动步进电机，同时用7805稳压管将电压来稳成5V供给单片机，这样有助于消除电机干扰，提高系统的稳定性。但采用双电源实现起来比较麻烦。

方案二、采用5v单电源

用10.8V的锂电池通过7805稳压到5v同时给单片机及步进电机供电。这种接法比较简单，但小车的电路功耗过大会导致后轮电机动力不足。

由于我们的小车质量不大，而且速度要求不高，通过综合分析，我们采用了方案二。

二、系统设计

1.总体设计

本系统利用单片机AT89S52单片机作为本系统的控制核心，该单片机可以将从传感器的输出信号得到外界的信息，判断小车是否到达边界，然后在程序中控制步进电机转动的角度精确控制，从而实现电动车的前进距离的精确控制以及左右轮差速转动实现转弯等。

2.

2.1

2.2单片机控制模块

本系统采用AT89S52单片机系统控制电路，主要由：电源电路、晶振电路、复位电路，电路结构简单，性能稳定，是单片机系统控制普遍采用的硬件电路。电路原理如下图

2.3步进电机驱动模块

本系统采用两个步进电机作为后轮驱动力。两个步进电机通过

ULN2803A芯片对单片机送来的脉冲信号进行取反放大，然后送到步进电机处，保证通过电机的电流足够大，使电机正常工作。电路原理图如下电路原理图如下

2.4电源模块

电源模块采用10.8V锂电池组对单片机控制部分和电机驱动部分进行供电。电源经7805稳压成5V稳定电压后给单片机控制部分及步进电机供电。电路原理图如下