智能循迹避障小车报告

摘要：本智能识别小车以STC89C52单片机为控制芯片，以直流电机，光电传感器，超声波传感器，电源电路以及其他电路构成。系统由STC89C52通过IO口，通过红外传感器检测黑线，利用单片机输出PWM脉冲控制直流电机的转速和转向，循迹由TCRT5000型光电对管完成。

一、系统设计

1、小车循迹，避障原理

这里的循进是指小车在白色地板上寻黑线行走，通常采取的方法是红外探测法。红外探测法，即利用红外a在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地板时，发生漫反射反射光被装在小车上的按收管按收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光，单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限一殷最大不应超过3cm。

而避障则是通过超声波模块不断向前方发射超声波信号，通过接收反射回来的超声波信号，从而实现的避障。当前方有障碍物时，超声波会向单片机串口发送一串数字，这些数字就是当前小车距离障碍物得距离。当串口接收到信号时，会引发串口中断，单片机通过读取距离值，并且对此数值进行分析是不是距离小车很近，是的话就进行转向；否则继续循迹。当小车遇到第一个障碍后，就计数一次，这样当遇到第二个障碍物时，小车就可以以不同的形式躲避障碍物了。

2、选用方案

（1）：采用成品的小车地盘，通过改装来完成任务； （2）：采用STC89C52单片机作为主控制器；

（3）：采用7V电源经7805稳压芯片降压后为其他芯片及器件供电。 （4）：采用TCRT5000型红外传感器进行循迹； （5）：L298N作为直流电机的驱动芯片；

（6）：通过对L298N使能端输入PWM来控制电机转速和转向；

3、 系统机构框图如下所示：

超声波模块 稳压电源模块 主控制芯片 STC89C52 L298N 直流电机 电压比较器

红外传感器 二、硬件实现及单元电路设计与分析

1、微控制模块设计与分析

微控制器模块我们采用STC89C52。该芯片采用双列直插是封装，便于焊接，性能比较稳定，而且在市场上也是比较廉价的单片机。

当按下启动健时整个系统开始工作。其很据光电传感器把反馈回来的深测信号，单片机转向相应的程序，使小车前行和拐弯，根据红外传感器所传送来的数字信号，总结出黑线相对于车身的变化规律，判断出模型车所处的运行状态，能够判断出模型车是在直道还是弯道；并且很据道路的形状行驶，并向驱动芯片L298N愉出一定占空比的PWM信号驱动直流电机。

当小车检测到前方有障碍物，且距离达到二十厘米范围内时，小车按程序进行避障。

2，稳压电路的议计与分析

用7v电池供电，将7v电压降压、检压后分别分给单片机系统，驱动芯片，传感器系统以及其他芯片供电。

3、光电传感及电压比较模块设计与分析

LM339集成块采用C-14型封装LM339类似于增益不可调的运异放大器每个比较器有两个输入端和一个输出端，两个输入端一个称为同相愉入端，用“+”来表示，另一个称为反响输入端，用“一”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压，另一端加一个待比较的信号电压当，当“+”端电压高于“--”端时.输出高电压，相当于输出低电压。

根据其原理，我们利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的发射性质的特点，在小车行驶过程中，不断的向地面发射红外光，当红外光遇到黑色的轨道时，反射光比较弱，被装在小车上的接收管收到，产生比较弱的光电流，当红外光遇到白色底板时，反射光比较强，产生比较大的光电流；该不同电流输入到比较器的“+”，经过比较处理，变为高低电平——轨道信号，传输给单片机，结合分析查询，通过控制小车循迹。

4、电机驱动及电机设计与分析

小车两侧轮各由一个直流电机控制，通过单片机控制电机驱动芯片L298N驱动，小车电机为直流电机，带有齿轮组；驱动电路采用电机驱动芯片L298N。L298N为块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动。设计用来接收DTL或者TTL逻辑电平，驱动感性负载(比如继电器，直流和步进马达)，和开关电源晶体管。内部包含4通道逻辑驱动电路。其额定工作电流为1A，最大可达1.5A。Voss电压最小4.5V，最大可达36V； Vs电压最大值也是36V；经过实验，Vs电压应该比Voss电压高，否则有时会出现失控现象；所以，使用L298N芯片充分发挥了它的功能。能温定地驱动直流电机，且L298N可直接的对电机进行控制。通过单片机的1/O输人改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，从而实现转向。

电动机采用PWM(脉宽调制)电路控制，他与传统的控制电路的不同之处在于比较放大电路后接PWM电路和开关晶钵管VT，PWM电路是周期性恒定，他根据输入直流信号电平的大小，改变脉宽占空比，即脉宽高低电平宽度之比的电路。当占空比改变时，晶钵管VT通、断时间改变。则供给电动机的平均电流也跟右改变。也就是说，要改变电动机的转速只需改变开关的占空比，信号的占空比形成了闭环控制。能够比较精确地保证在各种道路形伏下所需要的模型车车速。

PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号郁是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保待为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻粗0或有逻辑0改变为逻辑1时。也才能对数字拍号产生影响，对噪声抵抗能力的增强是pWM对于模拟控制的另外一个优点。

小车行驶时，由红外传感器检测出黑线相对于车身的位置，并将代表此位置关系的数字信号传输给单片机，单片机接收到信号之后做出相应的判断，根据黑线的位置偏移的距离大小，输出具有特定占空比的PwM信号，控制直流电机的转向，转速，停止。跟踪前方的黑线，以消除车辆中心线和黑线之间的偏移距离。同时，红外传感器又对黑线位置进行检测输送给单片机。如此反复便实现了小车跟踪黑线进行行驶的目的。

同时，经传感器的信号经单片机判断，向驱动芯片L298N输出一定占空比的PwM信号羽动直流电机。

5、传感器的安装

考虑到设计要求，本次设计仅用4对光电传感器就能完成设计要求，中间两对传感器一直检测黑线，用来校正小车的寻迹路线，保证小车运行的直线性。两侧的传感器用来检溯小车过线。

当四个传感器中只有中间某个脱离了黑线或者只有最外侧某个检测到黑线时，小车向对应方向做小的偏转。当某测的两个传感器都检测到黑线，切另外一侧的两个脱离黑线时，小车向对应方向做大的偏转，保证小车不脱硫轨道。

三、软件实现

主程序设计

在小车系统控制软件的设计中主程序的任务是，完成单片机设备的初始化设计，包括幻I/O口的设置，脉冲宽度调制初始化设置，输入捕捉通道初始化设置，各变量和常量初始化；然后单片机进入查询状态，查询状态包括转向红外传感器输入端口查询，一旦传感器的状态发生变化，立即调用控制子程序改变电机转动方向及车速。小车始终在黑线上行走井完成所以任务。对标志位进行查询，该标志通过串口中断程序控制的，每次对障碍物与小车的距离进行查询比较，达到一定距离时，小车进行避障，并且计数，方便第二次遇到障碍是以另一种方式避障。

是 左转躲避障碍 计数+1

启动 初始化 获取信号信息 是否有障否 是 碍 是否是第一次 传感器检测 否 右转躲避障碍 左弯道 左转 右弯道 右转 四:结论

通过各种方案的讨论及研究，和多次的整体软硬件结合研究，我们不断地对系统迸行优化。使得智能小车能够完成各项功，能并在预计的时间内顺利到达要求位置。

五、结束语

我们的识别小车在完成设计要求的前提下充分考虑到成本等问短，在牲能和价格之问作了比较好的平街由于设计要求限制，所以我们没有在电路中增加多余的功能，但是我们仅留了各种硕件接口和软件子程序接口，方便以后的扩展和进一步的开发。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/64yd.html