循迹避障小车答辩讲解
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方案二： 采用普通的直流电机，其具有优良的调速特性，调速平滑 ，方便。调整范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负 载，可实现频繁的无极快速启动，制动和反转，且普通直 流电机价格适宜，更易于购买，电路相对简单，配合 LM298N驱动芯片组合，只要施加合适的脉冲序列，电机 可以按照人们的预定速度或方向连续的转动，便于控速。 因此，采用直流电机作为动力源。
在此基础上，我们讨论了以下方案： 方案一：采用两只红外对管，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。
方案二：采用三只红外对管，一只置于轨道中间，两只置于 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，虽然可以正确的循迹但其成本与稳定性都次与第 一种方案。
作品汇报
智能循迹小车
设计制作者：破坏者队 电子科学与工程学院 张鑫 钱雨皎 卢阳
方案设计时间： 2014年3月——2014年4月
设计背景
人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制
造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。他可以按 照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作， 无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高 的目标。智能车就是其中的一个体现。智能小车集环 境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系 统，是典型的高新技术综合体。
五、电源方案
我们用的直流电机工作电压在3-9V ，四个电机靠差速 转弯，转向时轮子与地摩擦等因素，使的电流比较大，实测 在行走直线时四个电机需要 600-800MA 的电流，如果转向 时需要提供太约 1-1.5A 的电流。 方案一：采用1 节4.2V 可充电式锂电池给直流电机供电，经 过电压变换后给支流电机供电，给单片机系统和其他芯片供 电。但由于电压不太够，价格昂贵，因此，我们放弃了。
当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线 上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时， 阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以 输出高低电平。 但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定 的工作。因此我们考虑其他更加稳定的方案。
方案2：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
我们想到采用激光传感器探测障碍物。该传感器能非常准确地测出障碍物的 存在，但价格高，处理复杂，不符合该设计的要求。
在本设计中，要求电动小车沿着路面的黑色轨道行驶。其探测路面黑线的基 本原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸对光的反射系数不同，可以根 据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理，可以控制电动小车行 走的路迹。此次设计我们采用光电传感器探测障碍物。光电传感器安装于小车前 端，在规定的检测距离内，当探测到障碍物时，光电传感器给出信号至单片机， 单片机检测到该信号后，调整小车的方向，以控制小车准确地绕过障碍物，而且 避免因小车自然转弯而导致的盲目方向控制，能避免电路的复杂性。
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3：用红外发射管和接收管制作的光电对管寻迹传感器。 红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面 后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线 继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑 线继而输出高电平。这样制作组装的寻迹传感器基本能够满 足要求，所以我们选择了这个方案。
三、黑线检测电路设计
• 探测路面黑线的基本原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸 对光的反射系数不同，可以根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑 线。利用这个原理，可以控制小车行走的路迹。
四、电机驱动电路
方案一： 采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度
进行调整.此方案的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。
地面白线
传感器
ST89C52
电机驱 动模块
左电机
右电机
一、小车车体
方案一： 采用三轮式车身，前轮
为万向轮，后轮为两个电机 单独控制的驱动轮。但此方 案使得车身较小，元器件安 装的较紧密，在维护时较困 难，而且当驱动轮运动偏差 带来转向时，万向轮作径向 运动，阻力小容易偏向，转 弯时容易侧翻。所以我们放 弃了此方案。
这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力 大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反 转等优点。因此决定采用使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流 电机。
用PWM调节电机速度采用哪种电机
方案一： 采用步进电机，其显著的特点就是具有快速启动和停止的 能力。转换灵敏度较高，但是步进电机价格比较昂贵，且 对整个控制系统要求比较高。
六、避障方案
方案一： 采用超声波避障，超声波受环境影响较大，电路复杂，而且地面对超声波的反 射，会影响系统对障碍物的判断。 方案二： 采用红外线避障，利用单片机来产生38KHz信号对红外线发射管进行调制发射， 发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号 进行解调，输出TTL电平。外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现，价格也 比较便宜，故采用方案二。红外线发射接受电路原理图如图所示。
测距原理：将光栅安装在电机轴上，当电机转动时，光栅也随之转动，同时安装在光 栅一侧的红外发光二极管点亮，在光栅的另一侧设有红外三极管，用于接收红外发光二极 管发出的红外线信号。由于光栅随电机高速转动，则红外线三极管接收到的就是一系列脉 冲信号。将该信号传输到80C51单片机的内部计数器计数，根据预先实测的数据换算关系 即可计算出电动机车的行车距离。
本次设计的智能车，采用ST89C52单片机作为小车 的核心；利用红外传感器进行寻迹，用双L298N作为电 机控制。
小车的总体设计
我们采用单片机STC89C52 作为主控制核心，STC89C52的对当前的传 感器进行查询，根据传感器传来的信息，对当前的环境作出判断，最 后对电机作出相应的动作。单片机通过红外传感器检测场地白线，从 而控制电机驱动模块，改变电机转速，达到改变方向的目的。系统框 图如下：
红外测距仪由测距轮，遮光盘，红外光电耦合器及凹槽型支架组成的。测距轮安装在车 轮上，这样能使记数值准确一些。
为实现可逆记数功能，我们在测距仪中并列放置了两个槽型光电耦合器，遮光盘先后 通过凹槽可产生两个脉冲信号。根据两个脉冲信号发生的先后顺序与两个光电耦合器的位 置关系，即可计算出玩具车的行驶方向（前进或后退）。遮光盘及槽型光电耦合器均安装 在不透光的盒子里，以避免外界光线的干扰，使电路不能正常工作。
前景展望：本次设计我们只运用了单
片机的一个功能，如果再加上其他的传感器， 可以让小车实现更多的功能，如壁障、报警、 暗处行驶、声音控制、环境数据测量与传输 等。可广泛应用于军事侦察、勘探、矿产开 采等不便于人员实地堪察的环境。稍加改造， 可应用于军事反恐、警察维和等领域，从而 达到最大限度的避免人员伤亡，保存战斗实 力的目的。因此，具有重要的军事和经济意 义。
在系统中要进行动态显示遇障次数。采用LCD1602液晶显示器。LCD具有功耗 低，抗干扰能力强的特点。不仅可以显示数字、字符，而且可以显示汉字和图形 。
六、隧道测距方案
由于红外检测具有反应速度快、定位精度高，可靠性强以及可见 光传感器所不能比拟的优点，故采用红外光电码盘测速方案。具体电 路如图所示：
方案二： 采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电
路结构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的H型桥式电路。用 单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动 机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高，H型桥 式电路保证了简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳 定性也极强，是一种广泛采用的 PWM 调速技术。我选用了L298N。
方案二： 采用4 节低内阻可以提供较大电流的充电电池供 电，电压达到6v，经稳压后给支流电机供电，给单片机系 统和其他芯片供电。此方案虽然在调试中消耗较大，但最 为符合实际情况，所以我们选择此方案。
一般不建议采用普能的 AA5 号电池，这些电池提供不 了很大的电流（当然好的电池除外）所以，我选择了方案 二来实现供电。
红外线发射接受电路原理图
考虑到在测障过程中小车车速及反应调向速度的限制，小车应在距障碍物一 定范围内做出反应，这样在顺利绕过障碍物后，可寻找到最佳的位置和方向。否 则，如果范围太大，则可能产生对障碍物的判断失误；范围过小又很容易造成车 身撞上障碍物或虽绕过障碍物却无法实现理想定向。根据上述要求，提出以下方 案。
报告完毕
谢谢！
请专家批评指导
方案二： 采用四轮式车身。和3号车相比，4号车4个都是主
动轮，偏向阻力一样，且重心变化导致力矩减小，就 这点看，4号比3号容易偏向。但因其为四驱，其偏差 更为离散，较难偏向，走直线容易。且此方案小车体 积较大，有充裕空间安放元器件，也为后续添加其他 功能做好准备。但小车转向较为笨重。由于小车安装 元器件不是很多，所以我们选择此方案。
一、小车车体
• 四轮小车，四个直流电机。通过控制一个电机向前转，另一个电机
向后转。即差分驱动从而达到转弯的目的。
ห้องสมุดไป่ตู้、小车核心——单片机
AT89C52单片机是一种低电压、高性能的CMOS 8位单片 机，拥有8Kb存储空间，适合与许多较为复杂的控制应用。
三、传感器电路设计
方案1：用光敏电阻组成光敏探测器。 光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。
在此基础上，我们讨论了以下方案： 方案一：采用两只红外对管，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。
方案二：采用三只红外对管，一只置于轨道中间，两只置于 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，虽然可以正确的循迹但其成本与稳定性都次与第 一种方案。
作品汇报
智能循迹小车
设计制作者：破坏者队 电子科学与工程学院 张鑫 钱雨皎 卢阳
方案设计时间： 2014年3月——2014年4月
设计背景
人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制
造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。他可以按 照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作， 无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高 的目标。智能车就是其中的一个体现。智能小车集环 境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系 统，是典型的高新技术综合体。
五、电源方案
我们用的直流电机工作电压在3-9V ，四个电机靠差速 转弯，转向时轮子与地摩擦等因素，使的电流比较大，实测 在行走直线时四个电机需要 600-800MA 的电流，如果转向 时需要提供太约 1-1.5A 的电流。 方案一：采用1 节4.2V 可充电式锂电池给直流电机供电，经 过电压变换后给支流电机供电，给单片机系统和其他芯片供 电。但由于电压不太够，价格昂贵，因此，我们放弃了。
当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线 上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时， 阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以 输出高低电平。 但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定 的工作。因此我们考虑其他更加稳定的方案。
方案2：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
我们想到采用激光传感器探测障碍物。该传感器能非常准确地测出障碍物的 存在，但价格高，处理复杂，不符合该设计的要求。
在本设计中，要求电动小车沿着路面的黑色轨道行驶。其探测路面黑线的基 本原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸对光的反射系数不同，可以根 据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理，可以控制电动小车行 走的路迹。此次设计我们采用光电传感器探测障碍物。光电传感器安装于小车前 端，在规定的检测距离内，当探测到障碍物时，光电传感器给出信号至单片机， 单片机检测到该信号后，调整小车的方向，以控制小车准确地绕过障碍物，而且 避免因小车自然转弯而导致的盲目方向控制，能避免电路的复杂性。
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3：用红外发射管和接收管制作的光电对管寻迹传感器。 红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面 后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线 继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑 线继而输出高电平。这样制作组装的寻迹传感器基本能够满 足要求，所以我们选择了这个方案。
三、黑线检测电路设计
• 探测路面黑线的基本原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸 对光的反射系数不同，可以根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑 线。利用这个原理，可以控制小车行走的路迹。
四、电机驱动电路
方案一： 采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度
进行调整.此方案的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。
地面白线
传感器
ST89C52
电机驱 动模块
左电机
右电机
一、小车车体
方案一： 采用三轮式车身，前轮
为万向轮，后轮为两个电机 单独控制的驱动轮。但此方 案使得车身较小，元器件安 装的较紧密，在维护时较困 难，而且当驱动轮运动偏差 带来转向时，万向轮作径向 运动，阻力小容易偏向，转 弯时容易侧翻。所以我们放 弃了此方案。
这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力 大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反 转等优点。因此决定采用使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流 电机。
用PWM调节电机速度采用哪种电机
方案一： 采用步进电机，其显著的特点就是具有快速启动和停止的 能力。转换灵敏度较高，但是步进电机价格比较昂贵，且 对整个控制系统要求比较高。
六、避障方案
方案一： 采用超声波避障，超声波受环境影响较大，电路复杂，而且地面对超声波的反 射，会影响系统对障碍物的判断。 方案二： 采用红外线避障，利用单片机来产生38KHz信号对红外线发射管进行调制发射， 发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号 进行解调，输出TTL电平。外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现，价格也 比较便宜，故采用方案二。红外线发射接受电路原理图如图所示。
测距原理：将光栅安装在电机轴上，当电机转动时，光栅也随之转动，同时安装在光 栅一侧的红外发光二极管点亮，在光栅的另一侧设有红外三极管，用于接收红外发光二极 管发出的红外线信号。由于光栅随电机高速转动，则红外线三极管接收到的就是一系列脉 冲信号。将该信号传输到80C51单片机的内部计数器计数，根据预先实测的数据换算关系 即可计算出电动机车的行车距离。
本次设计的智能车，采用ST89C52单片机作为小车 的核心；利用红外传感器进行寻迹，用双L298N作为电 机控制。
小车的总体设计
我们采用单片机STC89C52 作为主控制核心，STC89C52的对当前的传 感器进行查询，根据传感器传来的信息，对当前的环境作出判断，最 后对电机作出相应的动作。单片机通过红外传感器检测场地白线，从 而控制电机驱动模块，改变电机转速，达到改变方向的目的。系统框 图如下：
红外测距仪由测距轮，遮光盘，红外光电耦合器及凹槽型支架组成的。测距轮安装在车 轮上，这样能使记数值准确一些。
为实现可逆记数功能，我们在测距仪中并列放置了两个槽型光电耦合器，遮光盘先后 通过凹槽可产生两个脉冲信号。根据两个脉冲信号发生的先后顺序与两个光电耦合器的位 置关系，即可计算出玩具车的行驶方向（前进或后退）。遮光盘及槽型光电耦合器均安装 在不透光的盒子里，以避免外界光线的干扰，使电路不能正常工作。
前景展望：本次设计我们只运用了单
片机的一个功能，如果再加上其他的传感器， 可以让小车实现更多的功能，如壁障、报警、 暗处行驶、声音控制、环境数据测量与传输 等。可广泛应用于军事侦察、勘探、矿产开 采等不便于人员实地堪察的环境。稍加改造， 可应用于军事反恐、警察维和等领域，从而 达到最大限度的避免人员伤亡，保存战斗实 力的目的。因此，具有重要的军事和经济意 义。
在系统中要进行动态显示遇障次数。采用LCD1602液晶显示器。LCD具有功耗 低，抗干扰能力强的特点。不仅可以显示数字、字符，而且可以显示汉字和图形 。
六、隧道测距方案
由于红外检测具有反应速度快、定位精度高，可靠性强以及可见 光传感器所不能比拟的优点，故采用红外光电码盘测速方案。具体电 路如图所示：
方案二： 采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电
路结构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的H型桥式电路。用 单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动 机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高，H型桥 式电路保证了简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳 定性也极强，是一种广泛采用的 PWM 调速技术。我选用了L298N。
方案二： 采用4 节低内阻可以提供较大电流的充电电池供 电，电压达到6v，经稳压后给支流电机供电，给单片机系 统和其他芯片供电。此方案虽然在调试中消耗较大，但最 为符合实际情况，所以我们选择此方案。
一般不建议采用普能的 AA5 号电池，这些电池提供不 了很大的电流（当然好的电池除外）所以，我选择了方案 二来实现供电。
红外线发射接受电路原理图
考虑到在测障过程中小车车速及反应调向速度的限制，小车应在距障碍物一 定范围内做出反应，这样在顺利绕过障碍物后，可寻找到最佳的位置和方向。否 则，如果范围太大，则可能产生对障碍物的判断失误；范围过小又很容易造成车 身撞上障碍物或虽绕过障碍物却无法实现理想定向。根据上述要求，提出以下方 案。
报告完毕
谢谢！
请专家批评指导
方案二： 采用四轮式车身。和3号车相比，4号车4个都是主
动轮，偏向阻力一样，且重心变化导致力矩减小，就 这点看，4号比3号容易偏向。但因其为四驱，其偏差 更为离散，较难偏向，走直线容易。且此方案小车体 积较大，有充裕空间安放元器件，也为后续添加其他 功能做好准备。但小车转向较为笨重。由于小车安装 元器件不是很多，所以我们选择此方案。
一、小车车体
• 四轮小车，四个直流电机。通过控制一个电机向前转，另一个电机
向后转。即差分驱动从而达到转弯的目的。
ห้องสมุดไป่ตู้、小车核心——单片机
AT89C52单片机是一种低电压、高性能的CMOS 8位单片 机，拥有8Kb存储空间，适合与许多较为复杂的控制应用。
三、传感器电路设计
方案1：用光敏电阻组成光敏探测器。 光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。