智能小车跟随系统的设计与制作

本科毕业论文(设计)

题目：智能小车跟随系统的设计与制作

学院：物理与电子科学学院

班级：

姓名：

指导教师：职称：

完成日期：年月日

智能小车跟随系统的设计与制作

摘要:

现在，小车跟随系统正处于研发与试用阶段，它有着多方面的优势：一方面,充分利用现有的道路资源，有效缓解交通阻塞；另一方面，可以大幅提高驾驶的安全性，减少交通事故的发生。因而推广和应用小车跟随系统已经成为解决交通问题的一个重要途径。

本文的主要研究工作是设计和制作智能小车跟随系统，整个系统包括硬件及软件两个部分。硬件部分包括控制电路，蓝牙通信电路，路径循迹电路，电源驱动电路，电机驱动电路等。软件部分主要包括通过编程使得小车按设定路径实现前进，左拐，右拐，加速，减速，并在小车前进的过程中不断调整小车所在位置等功能。

本文是以电动小车为基础，增加红外传感器，蓝牙等。利用传感器来有效地确定小车前进路径、小车所在位置等信息。单片机接收并处理传感器所产生的信号并加以一定的算法来判断两个小车的状态及其相互间距。最后通过蓝牙来进行小车间的通信，从而控制两个小车加、减速度来使得小车间距相对恒定。该智能小车跟随系统能够实现的功能有：自动循迹；保持车距；紧急停车等。

关键词：智能小车跟随系统；蓝牙通信；单片机；软件设计

目录

1引言 (1)

1.1 研究背景及意义 (1)

1.2 智能车辆研究现状 (1)

1.3 研究内容 (1)

2 功能分析 (2)

2.1 主控模块 (2)

2.2 循迹模块 (3)

2.3 电机驱动模块 (3)

2.4 电源模块 (3)

2.5 通信模块 (3)

3 硬件设计 (3)

3.1 主控硬件设计 (4)

3.2 循迹硬件的设计 (4)

3.3 驱动硬件设计 (5)

3.4 电源硬件设计 (5)

3.5 蓝牙通信串口硬件设计 (6)

3.6 本章总结 (6)

4 软件的设计与实现 (6)

4.1 概述 (6)

4.2 软件的结构设计 (7)

4.3 主要模块的实现 (8)

4.3.1循迹流程图 (8)

4.3.2 电机驱动流程图 (9)

4.3.3 位置判断流程图 (10)

4.3.4 蓝牙通信流程图 (11)

4.4 本章小结 (11)

5 系统功能测试 (11)

5.1 系统功能测试 (12)

5.2 测试结果分析 (13)

6 结论与展望 (13)

6.1 结论 (13)

6.2 展望 (13)

参考文献 (14)

致谢 (15)

1 引言

1.1 研究背景及意义

随着经济的快速发展，城市的人口不断增加，从而城市的交通压力也越来越大。在中国的一些大中型城市，由于严重的堵车问题，上、下班路途中所消耗的时间可能会长达数个小时。此外，近些年来，交通事故频繁发生，这已经危害到了许多人的生命和财产。因此，想要解决交通问题已经不能仅仅依靠交通管理部门，更需要从科技的角度来解决这一问题。幸运的是，在最近几年传感器、单片机技术突飞猛进，受此影响，智能小车跟随技术正在逐步从可能转为现实。智能小车跟随技术是指通过车载传感系统感知道路环境，通过现代通信技术使车间进行通信，同时加以一定的算法分析，使得后车紧跟前车行驶。这一特点使得它具有如下优点：首先，充分利用道路资源，减少堵车事件发生的概率。此外，它还能够在行驶过程中探测可能发生危险事故，由于计算机有着比人脑更快的反应速度，从而能够避免交通事故的发生。

1.2 智能车辆研究现状

智能车辆的发展过程可以分为以下三个阶段：

第一阶段：20世纪50年代。在这一时期，人们刚刚开始接触研究智能车辆。尽管这一时期的智能小车系统仅能在一个固定的轨道上运行，自动化水平比较低，但已经符合智能车辆的基本要求。

第二阶段：80年代中后期。在这一阶段，随着计算机的应用与传感器技术的不断发展，智能车的研究有了较大的进展，尤其在一些发达国家，取得了巨大的进步，促使智能车辆不断深入各个实用领域。

第三阶段：90年代至今，智能车辆的研究取得了更快的发展。尤其是近些年来，随着各个国家在智能车辆的研究之中投入的人力、财力不断加大，智能小车的发展越来越快。如今，智能车辆已经不仅仅局限于科学研究和工厂使用，它也不断地走入了许多人的日常生活中。

1.3 研究内容

本设计是基本AT89S52单片机的，通过蓝牙使两个智能电动车相互通信来组成智能小车跟随系统。设计的主要内容是对电动车进行硬件电路与软件的设计。其中硬件电路主要包括控制电路，蓝牙通信电路，路径循迹电路，电源驱动电路，电机驱动电路等。其中，AT89S52单片机作为每个小车的控制核心，控制着电动车的各个模块正常工作，并通过编程使得小车按照预定路径实现前进，左拐，右

拐，紧急停车，加速，减速等功能。

本设计是以电动小车为基础，增加红外传感器，蓝牙等。利用传感器来有效地确定小车前进路径、小车所在位置等信息。单片机接收并处理传感器所产生的信号并加以一定的算法来判断各个小车的状态及其相互间距。最后通过蓝牙来进行小车间的通信，从而控制各个小车加、减速度来使得小车间距相对恒定。

综上所述，本设计中整个系统电路结构简单，性能相对较高。主要采用如下技术：首先是选择适当的传感器。利用传感器来实时监测小车位置并传送给单片机，单片机根据传感器所传回的信息来控制小车的两个电机运转，实现循迹行走功能。其次，利用蓝牙设备在两个小车之间进行通信，由其中一个小车的单片机来判断两小车的相对位置，从而产生控制指令，来改变小车的行驶速度。

2 功能分析

根据设计内容的要求，采用基于单片机的控制方式，使用蓝牙设备进行通信。图2-1为系统框图。

图2-1 系统框图

2.1 主控模块

目前，具有人工智能的电子产品、设备通常采用的控制器都是单片机。现在市场上的单片机厂商很多，单片机种类也不尽相同，功能更是各具特色。本文设计的是一个相对简单的控制系统，无需采用一些特殊功能的单片机。因此，根据实际条件，最终选择在两辆小车上各搭载一片ATMEL公司的AT89S52芯片作为每个小车的主控器件。图2-2为AT89S52控制原理图。