毕业论文 - 图文

本科毕业设计(论文)

题目 自主循迹智能小车硬件设计

学院名称 电气工程与自动化学院

专业班级 学生姓名

导师姓名

2014年 6 月 1 日

摘 要

本文论述了基于单片机的智能循迹小车的控制过程。智能循迹是基于自动引导机器人系统，用以实现小车自动识别路线，以及选择正确的路线。智能循迹小车是一个运用传感器、单片机、电机驱动及自动控制等技术来实现按照预先设定的模式下，不受人为管理时能够自动实现循迹导航的高新科技。该技术已经应用于无人驾驶机动车，无人工厂，仓库，服务机器人等多种领域。

本设计采用STC89C52单片机作为小车的控制核心；采用TCRT5000红外反射式开关传感器作为小车的循迹模块来识别白色路面中央的黑色引导线，采集信号并将信号转换为能被单片机识别的数字信号；采用驱动芯片L298N构成双H桥控制直流电机，其中软件系统采用C程序，本设计的电路结构简单，容易实现，可靠性高。

关键词：单片机；自动循迹；驱动电路

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Abstract

This paper discusses the intelligent tracing electric trolley control process. Automatic tracing is used to make the car indentify route automatically , and choosing the right route, based on the automatic guide robot system. Intelligent tracing electric trolley is an advanced technology to realize automatic tracing navigation. It is out of human management but under the designed mode that use of the use of a transducer, single chip, motor drive and automatic control .This technology has been applied in unmanned vehicle, unmanned factory, warehouse, service robot and many other fields.

During the design of Intelligent tracing electric trolley, STC89C52 single clip is used as the control core; at the same time with TCRT5000 reflective infrared transducer switch to identify the black guide line at the central of the white road, which used as the car tracing module, it can gather the signal and transfer it into digital signal that can be recognized by single chip. And the driving chip L298N constitute the double H bridge constitute of driving chip L298N can control direct current motor. Among which the software system is using C program. In a nutshell, the design of the circuit has the advantages of simple structure, easy implementation, and high reliability.

Key words：single chip microcomputer; automatic tracing; driving circuit

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目 录

1 绪 论 .................................................................................................................................... 5

第一章 智能循迹小车概述 ............................................................................................ 5

1.1.1 循迹小车的发展历程回顾 ............................................................................ 5 1.1.2 智能循迹分类 ................................................................................................ 6 1.1.3 智能循迹小车的应用 .................................................................................... 7 1.2 智能循迹小车研究中的关键技术 ........................................................................... 8 第二章 智能循迹小车总体设计方案 ...................................................................................... 9

2.1 整体设计方案 ........................................................................................................... 9

2.1.1 系统设计步骤 ................................................................................................ 9 2.1.2 系统基本组成 ................................................................................................ 9 2.2 整体控制方案确定 ................................................................................................. 10 3 系统的硬件设计 ................................................................................................................ 10

3.1 单片机电路的设计 ................................................................................................. 10

3.1.1 单片机的功能特性描述 .............................................................................. 10 3.1.2 晶振电路 ...................................................................................................... 12 3.1.3 复位电路 ...................................................................................................... 12 3.2 传感器模块 ............................................................................................................. 14

3.2.1 传感器模块的一般工作原理 ........................................................................ 14 3.2.2红外对管的介绍 ............................................................................................. 14 3.2.3. 传感器模块的整体电路 ............................................................................... 15 3.3 电机驱动电路 .......................................................................................................... 16

3.3.1 L298N引脚结构 ......................................................................................... 17 3.3.2 电机驱动原理 ................................................................................................ 18 3.4 电源模块 ................................................................................................................. 21 3.5 小车运动逻辑 ......................................................................................................... 22 第四章 小车硬件的组装与调试 ............................................................ 错误！未定义书签。

4.1 小车的组装 ............................................................................. 错误！未定义书签。

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4.2 小车的硬件测试 ....................................................................................................... 26 结 论 ...................................................................................................................................... 27 致 谢 ...................................................................................................................................... 27 参考文献 .................................................................................................................................. 28 附录A 原理图 ...................................................................................................................... 30 附录B 程序代码 .................................................................................. 错误！未定义书签。 附录C 硬件实物图 .............................................................................. 错误！未定义书签。

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1 绪 论

进入二十一世纪，随着计算机技术和科学技术的不断进步，机器人技术较以往已经有了突飞猛进的提高，智能循迹小车即带有视觉和触觉的小车就是其中的典型代表。

1.1 智能循迹小车概述

智能循迹小车又被称为Automated Guided Vehicle，简称AGV，是二十世纪五十年代研发出来的新型智能搬运机器人。智能循迹小车是指装备如电磁，光学或其他自动导引装置，可以沿设定的引导路径行驶，安全的运输车。工业应用中采用充电蓄电池为主要的动力来源，可通过电脑程序来控制其选择运动轨迹以及其它动作，也可把电磁轨道黏贴在地板上来确定其行进路线，无人搬运车通过电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作，无需驾驶员操作，将货物或物料自动从起始点运送到目的地。

智能循迹小车的另一个特点是高度自动化和高智能化，可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变行驶路径，而且改变运行路径的费用与传统的输送带和传送线相比非常低廉。智能循迹小车一般配有装卸机构，可与其它物流设备自动接口，实现货物装卸与搬运的全自动化过程。此外，智能循迹小车依靠蓄电池提供动力，还有清洁生产、运行过程中无噪音、无污染的特点，可用在工作环境清洁的地方。

1.1.1 循迹小车的发展历程回顾

随着社会的不断发展，科学技术水平的不断提高，人们希望创造出一种来代替人来做一些非常危险，或者要求精度很高等其他事情的工具，于是就诞生了机器人这门学科。世界上诞生第一台机器人诞生于1959年，至今已有50多年的历史，机器人技术也取得了飞速的发展和进步，现已发展成一门包含：机械、电子、计算机、自动控制、信号处理，传感器等多学科为一体的性尖端技术。循迹小车共历了三代技术创新变革：

第一代循迹小车是可编程的示教再现型，不装载任何传感器，只是采用简单的开关控制，通过编程来设置循迹小车的路径与运动参数，在工作过程中，不能根据环境的变化而改变自身的运动轨迹。

支持离线编程的第二代循迹小车具有一定感知和适应环境的能力，这类循迹小

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车装有简单的传感器，可以感觉到自身的的运动位置，速度等其他物理量，电路是一个闭环反馈的控制系统，能适应一定的外部环境变化。

第三代循迹小车是智能的，目前在研究和发展阶段，以多种外部传感器构成感官系统，通过采集外部的环境信息，精确地描述外部环境的变化。智能循迹小车，能独立完成任务，有其自身的知识基础，多信息处理系统，在结构化或半结构化的工作环境中，根据环境变化作出决策，有一定的适应能力，自我学习能力和自我组织的能力。为了让循迹小车能独立工作，一方面应具有较高的智慧和更广泛的应用，研究各种新机传感器，另一方面，也掌握多个多类传感器信息融合的技术，这样循迹小车可以更准确，更全面的获得所处环境的信息[1]。 1.1.2 智能循迹分类

智能循迹小车从发明至今已经有50多年的历史，随着应用领域范围的不断扩大，其种类和形式也变得更加多样化。一般根据行驶的导航方式将智能循迹小车分为以下几种类型：

(1)电磁感应式

电磁感应式引导一般在地面上，沿预定路径埋电线，当高频电流通过导线，电线周围产生电磁场流动，智能循迹小车上安装两个对称的电磁感应传感器，他们收到的电磁信号差异可以反映的智能循迹小车偏离程度路径的程度。智能循迹小车 自动化控制系统，基于这种偏差值，以控制车辆的转向，连续的动态的闭环控制设置能够保证智能循迹小车对设定路径的稳定自动跟踪。在目前商业用途的智能循迹小车中，特别是大型和中型小车，绝大多数都采用电磁感应导航。

(2)激光式

安装有可旋转的激光扫描器的智能循迹小车，可安装在墙壁或有高反射激光定位标志的支柱上或者路径上运行，智能循迹小车依靠激光扫描器发射激光束，然后接收由四周定位标志反射回的激光束，车载计算机，计算出当前车辆的位置和运动方向，通过内置的数字地图和校准位置相比，以实现自动处理。目前，这种智能循迹小车类型的应用比较广泛。基于同样的原理，如果激光扫描仪被红外线发射器，或超声波发射取代，激光制导的智能循迹小车可以转变为红外引导和超声引导的智能循迹小车。

(3)视觉式

视觉引导式智能循迹小车是的迅速发展和比较成熟的智能循迹小车，这种智能循迹小车配备CCD摄像机，传感器和车载电脑，在车载计算机中设置有智能循迹

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小车欲行驶路径周围环境图像数库。在智能循迹小车的行驶过程中，相机得到的图像与图像数据库进行比较，以确定当前位置和车辆周围的图像信息并对驾驶下一步做出决定。这种智能循迹小车并不需要设置任何的人工物理路径，所以在理论上具有灵活性，在计算机图像采集，存储和处理技术飞速发展的今天，这种类型的智能循迹小车实用性越来越强。此外，还有铁磁陀螺惯性引导式智能循迹小车、光学引导式智能循迹小车等多种形式的智能循迹小车。 1.1.3 智能循迹小车的应用

智能循迹小车发展历史及主要应用场所如下： (1)仓储业

1954年，来自美国南卡罗来纳州的Mercury Motor Freight公司成为第一批把智能循迹小车的应用到仓库的使用者，来实现出入库货物的自动处理。至今世界上有超过2100个厂家把大约2万台大型或小型的智能循迹小车应用到自己的仓库中。中国的海尔集团在2000年把9台智能循迹小车投产到了自己的仓库区，形成一个灵活的智能循迹小车自动数据库处理系统，轻松地完成了每天至少33500的储存和装卸货物的任务。

(2)制造业

在制造业的生产线中智能循迹小车大显身手，快速，精确，灵活的完成材料的运送任务。由多台智能循迹小车组成的物流运输处理系统，较人工搬运系统来说更灵活，运输路线可以根据生产过程及时调整，使一条生产线，生产十几个产品，大大提高了生产的灵活性，企业的竞争力。在1974年瑞典的沃尔沃卡尔马的汽车组装厂，提高了运输系统的灵活性，使用以智能循迹小车为载运工具的装配线，采用该装配线后，减少了20%装配时间、减少了39%组装错误，减少了57%投资资金回收时间以及减少了5%的员工费用。目前，在世界主要的汽车生产厂家，如通用、丰田、克莱斯勒、大众智能循迹小车已被广泛应用。近年来，作为CIMS(Computer Integrated Manufacturing Systems，直译为基于计算机的现代集成制造系统)的基础搬运工具，智能循迹小车已经深入到机械加工，家电制造，微电子制造，烟草等行业，生产业和加工业已成为智能循迹小车使用最广泛的领域。

(3)邮局、图书馆、港口码头和机场

在邮局，图书馆，码头和机场候机楼等人口密集的公众场所，存在着大量的物品的运送工作，充满不定性和动态性强的特点，搬运过程往往也很单一。智能循迹小车有着可并行工作、自动化、智能化和处理灵活的特点，可以很好的满足这些

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场合的运输要求。1983年瑞典的大斯得哥尔摩邮局，1988年日本东京的多摩邮局，1990年中国上海的邮政相继开始使用智能循迹小车来完成邮品的搬运工作。在荷兰的鹿特丹港口，50辆被称为“院子里的拖拉机”的智能循迹小车每天都在把集装箱从船边运送到几百米以外的仓库中。

(4)烟草、医药、化工、食品

对于处理一些需要在清洁、安全、无排放污染等其他特殊环境要求的产品生产如烟草、制药、食品、化工等产品时应考虑智能循迹小车的应用。在全国许多卷烟企业，如青岛颐中集团、玉溪红塔集团、红河卷烟厂、淮阴卷烟厂，应用激光引导式智能循迹小车完成托盘货物的搬运工作。

(5)危险场所和特种行业

在军事方面，以智能循迹小车为基础有着自动驾驶和检测功能的设备，可用于战场侦察和扫雷，英国军方正在开发MINDER侦察系统，这是一种具有地雷探测、销毁和路线验证能力自动型侦察车。在钢铁厂，智能循迹小车负责炉料运输，大大降低了工人们的劳动强度。在核电厂的核储存地点使用智能循迹小车，以避免辐射的危险。智能循迹小车可在黑暗环境中，准确、可靠的运输物料[3]。

1.2 智能循迹小车研究中的关键技术

现在全世界越来越多的国家都在做着研究智能化、多样化的自动汽车导航的工作。自动汽车导航是一个非常复杂的系统，它不仅应具有正常的运动功能的成分，而且还应具有任务分析，路径规划，信息感知，自主决策等类似人类的智能行为。

人类可以利用自己的听觉、视觉、味觉、触觉等功能获取事物的信息，人类的大脑再根据已经掌握的知识对这些信息进行综合分析，从而全面了解认知事物。这样一个认识事物、分析事物和处理信息的过程称之为信息融合过程。多传感器信息融合的基本原理就是模仿人类大脑的这个过程，得到一个对复杂对象的一致性解释或结论。多传感器信息融合是协调多个分布在不同地点，相同或不同种类的传感器所提供的局部不完整观测量信息加以综合，协调使用，消除可能存在的冗余和矛盾，并加以互补，以减少不确定性，得到对物体或环境的一致性描述的过程[4]。

多传感器信息融合具有许多性能上的优点：(1)增加了系统的生存能力；(2)减少了信息的模糊性；(3)扩展了采集数据覆盖范围；(4)增加了可信度；(5)改善了探测性能；(6)提高了空间的分辨力；(7)改善了系统的可靠性(8)信息的低成本性[5]。

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2 智能循迹小车总体设计方案

2.1 整体设计方案

本系统采用简单明了的设计方案。通过高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成的传感器循迹模块判断黑线路经，然后由STC89C52通过IO口控制L298N驱动模块改变两个直流电机的工作状态，最后实现小车循迹。 2.1.1 系统设计步骤

(1)根据设计要求，确定控制方案。 (2)利用Protel 99se设计合理的硬件原理图。 (3)自己用万用板焊接简单的线路板。 (4)组装小车的各部分模块。 (5)进行调试以实现控制功能。 2.1.2 系统基本组成

智能循迹小车主要由STC89C52单片机电路、传感器模块、电机驱动模块、直流电机、小车底板、电源模块等组成。

路 径 图2.1智能循迹小车控制系统结构框图

小车 电源模块 单片机 电路 电机 驱动模块 红外对管传感器模块 直流电机 (1)单片机电路：采用STC89C52芯片作为控制单元。STC89C52单片机具有低成本、高性能、抗干扰能力强、超低功耗、低电磁干扰，并且与传统的8051单片机程序兼容，无需改变硬件，支持在系统编程技术。配合单片机开发系统可以简单的实现小车程序的烧录、修改、调速都很方便。

(2)传感器循迹模块：采用一个高发射功率的红外线发光二极管和一个高灵敏度的红外线接受管，通过发射接受组成小车的眼睛，当发射管的红外信号经黑线反

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3.2.3传感器模块整体电路：

整体电路图

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右上图可知，传感器模块中主要有电阻、电容、探头（使用红外线发射和接收管等分立元器件间组成）、LM393电压比较器等组成。并在比较器之后加入了一级反射器，使输出信号更加干净。

LM393在此组成一个滞回电压比较器（也称作施密特触发器）电路，通过R4引入电压正反馈，电压比较器在输入Uin=U- =U+时发生跳变。与无正反馈的单限比较器相比当输入信号在门限值附近有微小扰动时，输出电压就不会产生相应的抖动，如果接单片机不会造成信号扰动。同相输入端电位有两种可能的取值，U上限和U下限，而输出端则是Uoh和Uol，U上限和U下限只差称为滞回宽度，只要干扰信号不超过滞回宽度，输出的电压值就是稳定的，因而抗干扰能力强。右上图（b）可知，当Uin由小变大变化过U上限时输出电压由Uoh跳变到Uol，当Uin由大变小变化过U下限时输出电压由Uol跳变到Uoh。

传感器模块的的工作原理：

当电路通电，每一路的传感器的红外发射管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或者被反射回来但强度不够大时，红外接收管一直处于关断状态，此时模块的TTL输出端为高电平，即接近VCC的电平，相应指示二极管一直处于熄灭状态；当被检测物体出现在检测范围时，红外线被反射回来且强度足够大，红外接收管导通，此时同相端电压相当于被加强，是输入端变化大于滞回电压，此时模块的TTL输出端为低电平，指示二极管被点亮。

3.3 电机驱动电路

本设计采用L298N电机专用驱动芯片带动两个12V的直流电动机。 直流电机由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装

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置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器等组成。

其中L298N是ST公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部包含4通道逻辑驱动电路。可以驱动两个直流电机或驱动两个二相电机，也可单独驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V。直接通过电源来调节输出电压，直接通过单片机的IO端口提供信号，使得电路简单，使用更方便。L298N可接受标准的TTL逻辑电平信号VSS，VSS通常接4.5~7V的电压。4脚VS接电压源，VS可接电压范围VIH为2.5~46V。L298N芯片输出电流可达2.5 A，可驱动电感负载。

L298N是一个内部有两个H桥的高电压大电流全桥式驱动芯片，可以用来驱动直流电动机、步进电动机。使用标准逻辑电平信号控制，直接连接单片机管脚，具有两个使能控制端，使能端在不受输入信号影响的情况下不允许器件工作。L298N有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作。

3.3.1 L298N引脚结构

图3.5 L298N 驱动芯片 表3.3 L298N引脚编号与功能

引脚编号

1 2

3 4 5 6 7

名称 电流传感器A 输出引脚1 输出引脚2 电机电源端 输入引脚1 使能端A 输入引脚2

功能

在该引脚和地之间接小阻值电阻可用来检测电流 内置驱动器A的输出端1，接至电机A 内置驱动器A的输出端2，接至电机A 电机供电输入端,电压可达46V 内置驱动器A的逻辑控制输入端1 内置驱动器A的使能端

内置驱动器A的逻辑控制输入端2

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8 9 10 11 12 13 14 15

逻辑地 逻辑电源端 输入引脚3 使能端B 输入引脚4 输出引脚3 输出引脚4 电流传感器B

逻辑地

逻辑控制电路的电源输入端为5V 内置驱动器B的逻辑控制输入端1 内置驱动器B的使能端

内置驱动器B的逻辑控制输入端2 内置驱动器B的输出端1，接至电机B

内置驱动器B的输出端2，接至电机B

在该引脚和地之间接小阻值电阻可用来检测电流

3.3.2 电机驱动原理

电路的形状很像字母H。四个三极管就是H桥的四条垂直线，而电机就是H中的横线。

图3.6 L298N内部H桥驱动电路

图3.6为一个典型的直流电机的控制电路。被命名为“H桥驱动电路”主要是因为电路的形状很像字母H。四个三极管就是H桥的四条垂直线，而电机就是H中的横线。

如图所示，H桥电机驱动电路包含四个三极管和一个电机。电机运转，必须遵循导通对角线上的一对三极管。基于不同三极管对的导通情况可以控制电机的转向，电流可可以从左至右流过电机，也可以从右至左流过电机。

如图3.6所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右流过电机，然后再经Q4回到电源负极，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。

下面分析另一对三极管Q2和Q3，当两个三极管同时导通的情况下，电流将从右至左流过电机。从而驱动电机沿逆时针方向转动。

驱动电机时，保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值，该电流仅受电源性能限制，可能烧坏三极管。基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。

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下图（a）（b）为电机驱动模块的主要电路图：

（a）

单片机的信号通过 IN输入端输入到L298N模块中，再由OUT端口输出，通过此部分控制电机的转动。电机的运转就只需要用三个信号控制：两个方向信号和一个使能信号。板子上的ENA和ENBA为高电平时有效，这里的电平值指的是TTL电平。ENA为A1和A2的使能端，ENB为B1和B2的使能端。

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（b）

在电机驱动模块中自带78M05稳压模块，使得电压值更加的稳定。

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3.4电源模块

首先我们想到的是稳压电源供电，稳压电源供电稳定方便调试，但是稳压电源体积大，只适合调试阶段的使用。

其次就是干电池供电，相对于稳压电源来说体积小，电压也比较稳定，方便小车移动，所以我们采用8节1.5V干电池供电，电压达到12V左右给直流电机供电，然后用7805降压、稳压后给单片机系统供电。对于此模块线路相对简单，器件很容易买到，所以此部分电路的设计主要是通过从网上查找资料，然后自己到电子市场买回器件，按照合适的线路图自己焊制。在焊接过程中尤其注意电解电容的极性，不要因极性接反烧毁器件。

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3.5小车运动逻辑

表3.4 小车运动逻辑

使能端A 1 1 1 1 1 1

使能端B 1 1 1 1 1 1

左电机 IN1 1 1 1 0 0 1

IN2 0 0 0 1 1 1

右电机 IN3 1 0 1 1 0 1

IN4 0 1 1 0 1 0

正转 正转 正转 反转 反转 停止 左电机 运行状态 右电机 运行状态 正转 反转 停止 正转 反转 正转

小车 运行状态 前行 右转 以右电机为中心原地右转

左转 后退 以左电机为中心原地左转

电机控制逻辑如下：以电机A为例，当使能端EN A为高电平时，如果输入引脚IN1为低电平而输入引脚IN2为高电平，电机A反转；如果输入引脚IN1为高电平而输入引脚IN2为低电平，电机A正转。

4.小车的硬件的组装与调试

在本案中，小车硬件共分为四个大的模块，分别是单片机模块、电源模块、电机驱动模块、传感器模块。

4.1小车的组装：按照所买器件组装小车。

小车车模清单：亚力克底盘1个 TT电机2个 65MM轮子2个 高质量的万向轮1个 亚力克电机支架4个 铜柱4个 螺丝3*30MM4根

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螺帽3MM4个

大圆头螺丝3*8 MM4个

单片机模块主要是有购买的51单片机开发板和89C52单片机组成。

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在安装单片机到开发板的时候尤其注意正确安装，否则容易将单片机烧坏。 电源模块组成：电池盒、电池、万用板，7805芯片，电阻，电容导线组成 电机驱动模块：主要是有L298N直流电机驱动板、杜邦线组成。

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传感器模块：集成好的红外循迹传感器、杜邦线如干

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将上面的器件合理布局，用胶固定在小车车模上，对于红外对管的固定不能太牢固，为了以后调试小车方便。

4.2小车的硬件测试

将组装好的小车按模块用导线连接好，首先进行的是电源的测试，将电池安装好，用导线连接到7805稳压模块，用万用表测试输出是否为+5V，是否稳定。此模块是关键，如果电压不稳定或者输出高于+5V，很可能会造成后面期间的烧毁。

待电源模块测试完毕后，将整个小车线路用杜邦线连接好，给小车上电，首先测试的传感器模块，用黑色的胶带感应红外对管，看传感器部分的发光二极管是否被点亮，如果能，则成长，如果不能可能是红外对管有问题（在安装红外对管时要注意正负，在实际操作过程中由于没有意识到这点，将一对红外对管烧毁）。

对于电机驱动模块的测试则需要按照该模块所带参数用万用表测量，看是否所测数据在参数范围内，模块集成好的发光二极管是否能被点亮。

对于单片机模块的测试主要是测试复位模块和晶振模块： 复位模块的测试：

复位不正常也会导致系统不能工作。如果复位引脚始终为高电平，系统将始终处于复位状态；如果始终为低电平，不能产生复位所需的高电平信号脉冲，则系统

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也可能无法正常工作。单片机正常工作时，RST复位引脚应为0V，按下复位按键时，复位引脚为高电平5V左右[11]。

晶振模块的测试:

在系统通电的状况下，用万用表的直流电压档(20V)，分别测量XTAL1和XTAL2引脚的电压，看是否正常。

结 论

本课题研究的内容主要是以智能小车的循迹系统为主。从对课题的一无所知到查资料有了初步的概念再到各模块定型最后小车的组装调试，是一个不断探索新不断学习的过程。在这个过重中自己也犯过很多错误，比如拿到红外对管没有分清正负极就进行安装，将一对对管烧坏，在单片机安装的过程中，不小心将单片机烧坏，这些都是自己一时的疏忽造成的，在错误中不断的学习到了新的知识和经验。在完成硬件设计的过程中进一步熟悉了Protel99se原理图的绘制，对以后的学习大有帮助。

本课题使用了3个光电传感器来探测周围环境进行循迹，同时对采集到的数据信息进行融合。取得了以下成果：

(1)小车可以实现按照预定轨道在无外部环境影响或改变时，小车将一直沿着黑色标记线运动。

(2) 经过多次的测试证明，传感器的安装位置和传感器离地面的距离对小车的采样效果影响很大，最后确定三个传感器分布时不能在一条线上，由于传感器不在同一直线上，故小车转弯时，左右两边后部的传感器有较大的采样空间，两边前端的传感器则对采集的信号有更好的前瞻性。小车的不足是速度太快是可能会因为太快不能准确的循迹，容易脱离轨道。

(3)在设计过程中使用了方便实惠的单片机开发板，各管脚都是直插式的，小车保留了扩展功能。循迹小车在完成设计预想的前提下，主要考虑了车体结构设计的简单化，降低了制作成本，使之更具有普及性。由于设计要求并不复杂，没有在电路中增加冗余的功能，但是保留了各种硬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。

（4）各模块复杂的电路都是采用了现成的线路板，要比自己手工焊接的稳定很多，并附有发光二极管的指示功能，方便差错。同时也使下车更加有美感。

智能循迹小车属于应用开发项目，涉及了多种学科，由于本课题的试验性还不

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完善性。智能循迹小车在以下两个方面还有提升的空间：

(1)环境信息采集功能：比如说可以采集环境的温度，完善环境信息采集的实时性和完整性。

(2)增加避障控制功能：包括避障的精确性和灵活度这两个指标。 (3)速度显示功能：加数码管显示小车的速度。

致 谢

参考文献

[1] 沈庆阳，郭庭洁编著.8051单片机实践与应用，清华大学出版社,2002年9月. [2] 赵建玲，弓雷编著. 单片机开发，电子工业出版社.2012年2月

[3] 王幸之，钟爱琴，王雷，王闪编著. AT89系列单片机的原理与接口技术，北京航空航

天大学出版社，2004年5月

[4] 欧青立,何刻忠等编著.室外智能循迹小车的发展及其关键技术研究[J].循迹小车，2000,22(6):519-526

[5] 杨鹃.多信息融合技术在移动循迹小车避障系统中的应用[D]. 哈尔滨：哈尔滨理工大学.2007.

[6] 张伟编著．Protel99se基础教程. 人民邮电出版社.2010:9-148

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单片机最小系统原理图

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