(完整版)智能小车大学毕业文献综述

1、摘要

本设计是一种基于单片机控制的简易自动循迹小车系统，包括小车系统构成软硬件设计方法。小车以STC89C52单片机为控制核心, 用L298N驱动小车的两个直流电动机，用单片机产生PWM波，控制小车速度。利用红外对管对路面黑色轨迹和铁片进行检测,并将路面检测信号反馈给单片机。单片机对采集到的信号予以分析判断,及时控制驱动直流电机以调整小车转向,从而使小车能够避开铁片沿着黑色轨迹自动行驶,实现小车自动循迹的目的。

2、引言

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、探索等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并迅速改变着人们的生活方式。人们在不断探索、改造、认识自然的过程中，试图制造能代替人劳动的机器人，并且取得了一定的成果。机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。在研究和开发未知及不确定环境下作业的机器人的过程中，人们逐步认识到机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合。随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点，人们发展了各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的特种机器人和各种智能机器，如移动机器人、微机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、空中空间机器人、娱乐机器人等，智能小车则可作为机器人的代表。智能小车，也称轮式机器人，是移动机器人中的一种。集合了传感器技术，和自动控制技术。智能小车就是通过传感采集信号，将采集到的信号进行整理，传输给单片机，通过单片机编程控制小车做出智能反应。

3、主题部分

智能车辆是集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，是智能交通系统的一个重要组成部分。它在军事、民用、太空开发等领域有着广泛的应用前景。本次设计对智能小车的控制系统进行了研究，设计实现一个基于路径规划处理的智能小车控制系统。

3.1 主控系统

方案1：采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合为大规模控制系统的控制核心。但本设计不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度要求也不是非常高。且从使用及经济角度考虑我放弃了此方案。

方案2：采用51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，单片机就显现出来它的优势——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。

3.2 电源模块

方案1：采用12V蓄电池为系统供电，蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出。但是蓄电池的体积过于庞大，小型电动车上使用极为不方便。因此放弃此方案。

方案2 ：采用7V可充电式锂电池，经过7805稳压电路得到5V电压，为单片机机和各模块供电。此电池的优点是体积小、重量轻，电流稳定，能够满足本次设计的要求。为了防止干扰，使电路更加稳定，此电路中采用两个7805稳压模块分别为单片机及传感器模块和电机供电。因此我选择此方案。

3.3 电机驱动模块

方案1：采用继电器对电机得开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调，此方案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。放弃此方案。

方案2：采用专用芯片L298作为电机驱动芯片。L298是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，一片L298可以控制两个直流电机，而且还带有控制使能端，能够控制电机的转向和速度，用该芯片作为小车的电机驱动能够很好的控制小车，操作方便，稳定性好，性能优良。因此我选择此方案。

3.4 电机选择

方案1：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未知的精确定位。虽然采用步进电机有诸多有点，但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，不适用于对小车有一定速度要求的系统。经考虑比较后，我放弃此方案。

方案2：采用小型直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，转动速度较快，体积小，重量轻，装配简单，使用方便，满足此次设计要求。因此我选择此方案。

3.5 避障模块

方案1：采用分立的霍尔元件去检测金属比较复杂而且灵敏度也不太理想加之时间有限所以在此处未能选用。

方案2：采用工业用的集成金属检测开关器件去检测金属此模块使用简单灵敏度高两毫米范围内能检测出平行放置的小铁钉能够精确测出金属的位置本设计采用该方案。

3.6 循迹模块

方案1：采用发光二极管和光敏二极管构成检测电路，此方案的缺点在于其他环境的光源对光敏二极管的工作产生很大的干扰，一旦外界光强改变，很可能造成误判和漏判，采用超高亮发光管可以在一定程度上提高抗干扰能力，但这又增加了额外的功耗。此方案检测系统不稳定，所以放弃此方案。

方案2：采用RPR-220光电对管方案，RPR-220是一种一体化光电反射探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，接收器是一个硅平面光电三极管，经测试，该探测器对黑线检测结果非常好，受外界光源影响较小，小车装上三对光电对管，即可保证车体始终保持在轨道内正常前行。

相比两个方案，考虑到调试时对外界光源的不确定性，为了保证检测的抗干扰行，提高检测准度精度，决定采用方案二，即RPR-220光电对管方案。

4、参考文献

[1]张毅刚，彭喜元，彭宇，单片机原理及应用，高等教育出版社，2010.5

[2]郑学坚，周斌，微型计算机原理及应用，清华大学出版社