单片机系统课程设计
成绩评定表
设计课题：自动避障小车
学院名称：电气工程学院
专业班级：自动1105
学生姓名：
学号：
指导教师：
设计地点：31-630
设计时间：
单片机系统课程设计
课程设计名称：自动避障小车
专业班级：自动1105
学生姓名：
学号：
指导教师：
课程设计地点：31-630
课程设计时间：
单片机系统课程设计任务书
目录
1概述 ----------------------------------------------------------------------- 4
1.1研究背景------------------------------------------------------------- 4
1.2设计思想及基本功能 ------------------------------------------------- 4 2总体方案设计 -------------------------------------------------------------- 5
2.1方案论证------------------------------------------------------------- 4
2.2系统框图------------------------------------------------------------- 5
2.3总体方案设计 -------------------------------------------------------- 6 3硬件电路设计 -------------------------------------------------------------- 7
3.1电源电路------------------------------------------------------------- 9
3.2晶振电路------------------------------------------------------------ 10
3.3复位电路------------------------------------------------------------ 10
3.4键盘电路------------------------------------------------------------ 10
3.5显示电路------------------------------------------------------------ 10
3.6超声波测距电路----------------------------------------------------- 12
3.7舵机电路------------------------------------------------------------ 13
3.8电机驱动电路 ------------------------------------------------------- 13
3.9电机转速测量电路--------------------------------------------------- 15
3.10设计PCB和腐蚀电路板-------------------------------------------- 16 4系统软件设计 ------------------------------------------------------------- 18
4.1分模块程序设计----------------------------------------------------- 20
4.2主程序设计---------------------------------------------------------- 22 5系统调试 --------------------------------------------------------------- 22 6总结 -------------------------------------------------------------------- 24参考文献： --------------------------------------------------------------- 26附录A硬件电路图-------------------------------------------------------- 27附录B 源程序------------------------------------------------------------ 25
1概述
1.1研究背景
科技的发展趋势之一就是让几乎所有的东西具有一定的智能。这样的智能一方面可以避免人的复杂性带来的错误，另一方面，作为人的能力的延伸，快速、便捷地适应环境。本文研究的超声波自动避障小车，就是让小车具有一定的智能，可以作为有人驾驶车辆的一部分，帮助司机及早发现司机还未觉察的危险。另外，可以应用在无人控制系统里，代替人类完成信息接收、处理和判断。那么这样它还有更广阔的应用和发展空间。这个月我国嫦娥三号载着玉兔号月球车踏上了月球，已经开始探索活动。玉兔号月球车可以自动寻找有价值的目标，自动避开障碍物，自动寻找最优路径等等，这些功能在原理上都差不多，只是所用仪器以及控制算法的不同。
1.2设计思想及基本功能
小车设计的基本思路是：不断扫描前方180°左右的水平面内的物体，根据
反馈的距离和方位信息确定前方的地形是开阔还是多障碍。然后根据这些信息通过路径最优算法选择前进方向。
小车的基本功能是识别空旷区和多障区；自动避开障碍物；能够在空旷区快速行驶。
2总体方案设计
2.1方案论证
首先是测距方案：
方案一：激光测距
优点：测速快，适应范围广，精确；不过相对于自动避障小车系统，有点大材小用。激光测距是点对点的测距，一般进行远距离测距比较精确。如是近距离激光测距，必须要涉及到微小时间测量，51MCU无法胜任。因此激光测距方案否定。
方案二：超声波测距
优点：结构简单，成本低，便于与MCU联机工作。测量范围从5CM到几百米的距离内精度在毫米级。尽管它测量的是点到面的距离，但是定向性满足本小车系统的要求。而且，数据处理简单。可以考虑。
方案三:雷达测距
不太现实，受到本人技术水平限制，无法驾驭雷达测距系统，此外，雷达应用于较大范围的测量和监控，如果用于本小车，同样涉及到微小时间测量，以及雷达数据处理，51MCU难以胜任。否定！
方案四：红外线测距
优点：技术难度低，数据处理简单，但是测量开关信号比较好，测量连续信号不够准确。测量的精度有点低。因此不是一种较好的测距方法。
综合各因素，选用超声波测距。
其次是微控制器的选择：
可选的微控制器有：５１系列的STC89C52RC、STC12C5A60S2；ＴＩ公司的MSP430G2553；飞思卡尔的MC9S12XS128MAL；意法的STM32F407-Discovery；（这些玩儿过一点，而且最小系统板手边都有）根据本系统的需求，需要两路同频率（50hz）的PWM控制两个舵机、一路PWM频率约几千赫兹控制电机、三个个定时器做脉冲捕捉、至少两个外部中断输入、一个并行6800总线接口。除了５１系列的两款，其他一片足以胜任。而且对于意法的F407显得大材小用。飞思卡尔的S12比较合适；TI的G2553的引脚有点少（20个），外围电路设计的会复杂一点，成本也会高一点。60S2用两片比较合适；用89C52比较麻烦，两片也不够。根据个人能力，以及时间和进度方面考虑选用60S2,60S2呢，它的资源有：完全兼容51 的两个定时器T0、T1和两个外部中断；两路拥有独立波特率的串行口；一个PCA定时器，可产生两路同频的PWM；八个10位精度的AD 转换通道; 一个硬件SPI接口。
2.2系统框图
系统框图如图2.2所示
图2.2系统框图
2.3 总体方案设计
两片60S2一个做主机，一个做从机，通过串行口通信，传递数据。
主机用到的功能有：
(１)、定时器T1和外部中断INT1，作用是：测脉宽，用到的IO是P3^3；P2^0作为超声波测距模块的触发功能引脚；
(２)、定时器T0和PCA产生两路同频率的PWM，作用是：T0的溢出率作为PCA的计数脉冲产生50HZ的PWM控制两路舵机。使用T0作为PCA的时钟源，可以通过改变T0的溢出率改变输出的频率。用到的IO是P1^3和P1^4；
(３)、外部中断INT0接一个按键。
(４)、串口一使用独立波特率发生器,与从机通P3^0和P3^1；
(５)、并行数据接口：P0口作为6800并行总线的数据总线P2^7、P2^6和P2^5作为控制总线，分别为：EN（总使能）、R\W（读写控制）、C\D（命令数据控制）；地址总线CS接地，一直处于选通状态。
从机用到的功能：
(１)、串行口一使用独立波特率发生器P3^0和P3^1与主机通讯；
(２)、PCA产生一路PWM，P1^2共同控制电机速度。
(３)、定时器T0和T1作为编码器脉冲计数和测脉宽使用，测量电机的转速。3硬件电路设计
首先是单片机的最小系统如图3.1、3.2所示
图3.1 单片机的最小系统
P1.0/ADC0/CL KOUT21P1.1/ADC1
2
P1.2/ADC2/ECT/RXD23P1.3/ADC3/CCP0/T XD24
P1.4/ADC4/CCP1/SS 5
P1.6/ADC6/MISO 7P1.5/ADC5/MOSI 6P1.7/ADC7/SCL K 8
RST /P4.79P3.0/RXD 10P3.1/T XD 11
P3.2/INT 012P3.3/INT 1
13
P3.4/T 0/CLKOUT014P3.5/T 1/CLKOUT115
P3.616P3.717
P2.728XT AL.018XT AL.119
GND
20
VCC 40P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.7
32EX_LVD/P4.6/RST2
31AL E/P4.530NA/P4.4
29P2.627P2.526P2.425P2.324P2.223P2.122P2.0
21
U2
+5
A_MOT OR PWM S RST T R R T A phase B phase S XTALIN S XTALOUT C4
CAP
C5
CAP
S XTALIN
S XTALOUT
Y2
CRYSTAL
R181K
+
C6
1uF
+5
S4SW-PB S RST
图3.2 单片机的最小系统
然后是各个模块电路：
3.1电源电路
本系统由7.5V 可充电电池供电，由开关电源LM2596转换成5V 电压给单片机和测距模块供电。出于对系统的稳定性、可靠性和成本的考虑，选用了开关电源模块作为转换电路。电源部分电路如图3.3
图3.3 电源部分电路
图3.4 电源模块实物
3.2晶振电路
虽然60S2内部有RC振荡电路作为时钟电路的输入源，但是外部连接一个无源晶振电路，可以使单片机的时钟频率更稳定，因而工作更可靠。电路参数：四个电容均为22PF，作为石英晶振频率的微调。石英晶振的频率为12MHZ。
3.3复位电路
复位电路是单片机必不可少的基本电路，在调试阶段，可以按下复位按键，使复位引脚保持两个机器周期的低电平，就可以使单片机内部所有电路初始化。电路参数：电容1UF只要保证电容的时间常数大于两个机器周期即可。电阻值为1K欧。
3.4键盘电路
键盘电路如图3.5所示
图3.5键盘电路
可以利用外部中断法或查询法检测按键是否按下。这里都采用外部中断的方法检测。
3.5显示电路
显示电路如图3.6所示
图3.6显示电路
采用1603液晶屏显示数字和字符。1603与1602的硬件接口完全一样。不同之处在于1603的RAM区的内容可以全部同时显示在屏幕上，没有屏幕内容的位移切换。可以显示四行。状态指示灯如图3.7所示
图3.7 状态指示灯
这几个LED灯是作为状态指示用的，方便调试。
3.6超声波测距电路
超声波测距模块如图3.8所示
图3.8超声波测距模块
这是超声波模块的接口电路。这个超声波的工作原理是：
(1)采用IO 触发测距，给至少10us 的高电平信号;
(2)模块自动发送8 个40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；
(3)有信号返回，通过IO 输出一高电平，高电平持续的时间就是
(4)超声波从发射到返回的时间．测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2; 超声波模块测距工作时序图：
触发信号（由单片机产生一个宽度大于10US的高脉冲，触发模块工作一次）：_|ˉˉˉˉ|_______________________________________________|ˉˉˉˉ
模块内部发出的信号（循环发出8个40KHZ的脉冲）：
______|ˉ|_|ˉ|_|ˉ|_|ˉ|_|ˉ|_|ˉ|_|ˉ|_|ˉ|___________________
输出回响信号（回响信号的高电平持续时间正比于检测的距离）：____________________________________|ˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉ|____
3.7舵机电路
舵机电路如图3.9所示
图3.9舵机电路
舵机驱动电路。舵机接口是信号线、电源正、地。信号线一般可以直接接到单片机的IO上，但是接多了就不行了，电流太大。这里用了一级三极管驱动。通常用的这种舵机，控制信号是一个周期为20ms占空比在2.5%—12.5%之间的PWM信号，分别对应舵机的控制角为0°—180°之间。舵机本身有反馈调节，因此，单片机给出一个占空比，舵机就到某一个角度。
3.8电机驱动电路
电机驱动电路如图3.10所示
图3.10电机驱动模块
电机的控制采用的是L298N全桥驱动电路。驱动电路如图3.11所示
图3.11 驱动电路
电机正反转原理：
IO：_____________________|ˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉˉ
电流流向：|↑|↑||↑||↑||↑| |↓||↓||↓||↓||↓||↓
PWM：|_|ˉ|_|ˉ|_|ˉ|_|ˉ|_|ˉ|_|ˉ|_|ˉ|_|ˉ|_|ˉ|_|ˉ|_|ˉ|_
|←假设此时电机正转→|←‐该时刻电机反转‐→|
3.9电机转速测量电路
电机转速测量电路如图3.12所示
图3.12电机转速测量电路
编码器输出信号：AB两相输出矩形正交脉冲，电路输出为NPN集电极开路输出型，此种输出类型可以和带内部上拉电阻的单片机。
接线方式：黄=A相，蓝=B相，红=Vcc正电源，黑=V0地。
编码器输出信号图如图3.13所示
图3.13信号图3.10设计PCB和腐蚀电路板
1
021
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2
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5
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1 2
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图3.14 PCB图
图3.15 打印PCB负片图
图3.16 腐蚀效果图4系统软件设计
主程序的流程图如图4.1所示。
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 设计题目：超声波避障小车 院系：电气学院自动化测试与控制系 班级： 设计者： 学号： 指导教师：周庆东 设计时间：9.2~9.13 哈尔滨工业大学 哈尔滨工业大学课程设计任务书
*注：此任务书由课程设计指导教师填
开题报告 1立项依据 1.1立项目的 （1）设计一辆利用超声波传感器来实现避障功能的小车，使小车对其运动方向受到的阻碍作出各种躲避障碍的动作。 （2）进一步学习单片机原理及其应用，提高程序的编写能力。 （3）掌握单片机系统外扩器件的连接与使用，了解超声波传感器的工作原理。 （4）掌握软件和硬件调试的基本技巧与方法。 1.2立项意义 在当今社会，汽车成为了越来越普遍，人们不可缺少的交通工具。但汽车的不断增加，随之而来就是越来越多的交通事故。交通事故成为了现在越来越严重的安全隐患。所以随着汽车工业的快速发展，我们必须加强对汽车安全性能的考虑。所以，智能汽车概念应运而生，他既是汽车产业的机遇也是汽车产业的挑战。汽车的智能化必将是未来汽车产业发展的趋势，在这样的背景下，我们开展了基于超声波的智能小车的避障研究。 超声波作为智能车避障的一种重要手段，以其避障实现方便，计算简单，易于做到实时控制，测量精度也能达到实用的要求，在未来汽车智能化进程中必将得到广泛应用。我国作为一个世界大国，在高科技领域也必须占据一席之地，未来汽车的智能化是汽车产业发展必然的，在这种情况下研究超声波在智能车避障上的应用具有深远意义，这将对我国未来智能汽车的研究在世界高科技领域占据领先地位具有重要作用。 2主要设计内容及方案 2.1总体方案 系统采用51单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制,在超声波检测到障碍物之后,主控芯片根据距离值控制直流电机的转动,在与障碍物距离较大的情况下，快速前进，在与障碍物距离较小但还未到达临界转弯方向值的时候，慢速前进。在与障碍物距离很近需要转向避障时，方案上将尝试进行转向，来进行避障。 2.2设计原理 该智能车系统可分为三个主要模块：单片机主控核心模块，传感器避障模块，电机驱动模块。系统主要原理是：通过超声波避障模块（即感测模块）实时监测路面情况并及时传输给单片机。由单片机主控核心模块根据感测模块给予的信息控制小车两电机转动工作状态。电机驱动模块驱动两电机转动，实现前进或者左、右转。
自动避障小车 技术报告 前言 设计背景：在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对与一些危险或人类不能直接到达的地域的探测，这些就需要用机器人来完成。而在机器人在复杂地形中行进时自动避障是一项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障系统的研发就应运而生。 我们的自动避障小车就是基于这一系统开发而成的。随着科技的发展，对于未知空间和人类所不能直接到达的地域的探索逐步成为热门，这就使机器人的自动避障有了重大的意义。我们的自动避障小车就是自动避障机器人中的一类。自动避障小车可以作为地域探索机器人和紧急抢险机器人的运动系统，让机器人在行进中自动避过障碍物。
目录 一、设计目标： (3) 二、方案设计： (4) 2.1直流调速系统 (4) 2.2检测系统 (4) 三硬件设计 (5) 3.1、SPCE061A单片机最小系统 (5) 3.1.1．SPCE061A时钟电路 (8) 3.1.2．PLL锁相环 (9) 3.1.3．看门狗Watchdog (9) 3.1.4．低电压复位（LVR） (10) 3.1.5．I/O端口 (10) 3.1.6．时基与定时器 (11) 3.1.7．SPCE061A的定时器/计数器 (11) 3.1.8．ADC、DAC (12) 3.2、超声波传感器 (12) 四软件设计 (16) 4.1软件设计各模块 (16) 4.2速度控制 (17) 4.3障碍物检测 (17) 4.4看门狗 (17) 4.5基频中断 (18)
4.6程序设计流程图 (19) 五：测试数据、测试结果分析及结论 (19) 程序附录 (21) 1．主程序： (21) 2．中断程序 (24) 3、测距程序 (28) 一、设计目标： 1.小车从无障碍地区启动前进，感应前进路线上的障碍物 后，能自动避开障碍物。 2.根据障碍物的位置选择下一步行进方向，选择左拐还是右 拐，若障碍物在左边则自动右拐，若障碍物在右边则左拐，若障碍物在正前方可任意选择左拐或者是右拐，以达到避开障碍物的目的。 3.通过利用单片机时钟源的控制设定左拐和右拐的时间，从 而能持续前进。 4.为达到速度的可控性，需设置两个独立按键对小车进行控 速。
单片机系统 课程设计 成绩评定表 设计课题：自动避障小车 学院名称：电气工程学院 专业班级：自动1105 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计地点：31-630 设计时间：
单片机系统课程设计 课程设计名称：自动避障小车 专业班级：自动1105 学生姓名： 学号： 指导教师： 课程设计地点：31-630 课程设计时间：
单片机系统课程设计任务书
目录 1概述-------------------------------------------------------------- 4 1.1研究背景----------------------------------------------------- 4 1.2设计思想及基本功能------------------------------------------- 4 2总体方案设计------------------------------------------------------ 4 2.1方案论证----------------------------------------------------- 4 2.2系统框图----------------------------------------------------- 5 2.3总体方案设计------------------------------------------------- 6 3硬件电路设计------------------------------------------------------ 7 3.1电源电路----------------------------------------------------- 7 3.2晶振电路----------------------------------------------------- 8 3.3复位电路----------------------------------------------------- 8 3.4键盘电路----------------------------------------------------- 8 3.5显示电路----------------------------------------------------- 9 3.6超声波测距电路---------------------------------------------- 10 3.7舵机电路---------------------------------------------------- 11 3.8电机驱动电路------------------------------------------------ 11 3.9电机转速测量电路-------------------------------------------- 13 3.10设计PCB和腐蚀电路板--------------------------------------- 14 4系统软件设计----------------------------------------------------- 16 4.1分模块程序设计---------------------------------------------- 18 4.2主程序设计-------------------------------------------------- 20 5系统调试 ------------------------------------------------------- 20 6总结 ----------------------------------------------------------- 22参考文献：------------------------------------------------------- 23附录A硬件电路图------------------------------------------------- 24附录B 源程序 ---------------------------------------------------- 25
江阴职业技术学院项目设计报告 项目：超声波避障小车的设计与制作 专业应用电子技术专业 学生姓名 班级10应用电子()班 学号 指导教师 完成日期
智能小车是一种能够通过编程手段完成特定任务的小型化机器人，它具有制作成本低廉，电路结构简单，程序调试方便等优点。由于具有很强的趣味性，智能小车深受广大机器人爱好者以及高校学生的喜爱。 本论文介绍的是具有自动避障功能的智能小车的设计与制作（以下简称智能小车），论文对智能小车的方案选择，设计思路，以及软硬件的功能和工作原理进行了详细的分析和论述。经实践验收测试，该智能小车的电路结构简单，调试方便，系统反映快速、灵活，设计方案正确、可行，各项指标稳定、可靠。
Smart cars can be programmed to perform a specific task means the miniaturization of robot, it has to make cost is low, circuit simple structure, convenient program test. Because of it has strong interest, intelligent robot car favored by the majority of the university students' enthusiasts and love. This paper introduces the is a automatic obstacle avoidance function of intelligent car design and production (hereinafter referred to as the smart car), the thesis to the intelligence of the car scheme selection, design idea, and the implementation of hardware and software function and working principle of a detailed analysis and discusses. After practice acceptance test, this intelligent car circuit structure is simple, convenient debug, fast, flexible system reflect, correct and feasible design scheme, each index is steady and reliable.
下载可编辑 前言 --------------------------------------------------- 随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人的传感器种类也越来越多，其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。 红外的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。智能避障是基于红外传感系统，采用红外传感器实现前方障碍物检测，并判断障碍物远近。 由于时间和水平有限，我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的目标。 本设计通过小车这个载体再结合由AT89S51为核心的控制板可以达到其基本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555组成的转速控制电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。
目录 前言------------------------------------------------------------------------------1目录------------------------------------------------------------------------------2摘要------------------------------------------------------------------------------3功能概述------------------------------------------------------------------------3硬件设计------------------------------------------------------------------------3 避障电路------------------------------------------------------------------------4单片机电路---------------------------------------------------------------------7电机转速控制电路------------------------------------------------------------7电源电路------------------------------------------------------------------------8电机驱动电路---------------------------------------------------------------9主程序设计--------------------------------------------------------------------12小结-----------------------------------------------------------------------------23参考文献-----------------------------------------------------------------------23
随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人的传感器种类也越来越多，其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。 红外的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。智能避障是基于红外传感系统，采用红外传感器实现前方障碍物检测，并判断障碍物远近。 由于时间和水平有限，我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的目标。 本设计通过小车这个载体再结合由AT89S51 为核心的控制板可以达到其基本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555 组成的转速控制电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。
目录 前言------------------------------------------------------ 1目录------------------------------------------------------ 2摘要------------------------------------------------------ 3功能概述-------------------------------------------------- 3硬件设计-------------------------------------------------- 3避障电路-------------------------------------------------- 4单片机电路------------------------------------------------ 7电机转速控制电路------------------------------------------ 7电源电路-------------------------------------------------- 8电机驱动电路----------------------------------------- 9主程序设计------------------------------------------------ 12小结----------------------------------------------------- 23参考文献------------------------------------------------- 23
前言 --------------------------------------------------- 随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人的传感器种类也越来越多，其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。 红外的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。智能避障是基于红外传感系统，采用红外传感器实现前方障碍物检测，并判断障碍物远近。 由于时间和水平有限，我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的目标。 本设计通过小车这个载体再结合由AT89S51为核心的控制板可以达到其基本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555组成的转速控制电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。
目录 前言------------------------------------------------------------------------------1目录------------------------------------------------------------------------------2摘要------------------------------------------------------------------------------3功能概述------------------------------------------------------------------------3硬件设计------------------------------------------------------------------------3 避障电路------------------------------------------------------------------------4单片机电路---------------------------------------------------------------------7电机转速控制电路------------------------------------------------------------7电源电路------------------------------------------------------------------------8电机驱动电路---------------------------------------------------------------9主程序设计--------------------------------------------------------------------12小结-----------------------------------------------------------------------------23参考文献-----------------------------------------------------------------------23
单片机设计智能避障小车 摘要 利用红外对管检测黑线与障碍物，并以STC89C51单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。其中小车驱动由L298N 驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波控制。本文首先介绍了智能车的发展前景，接着介绍了该课题设计构想，各模块电路的选择及其电路工作原理，最后对该课题的设计过程进行了总结与展望并附带各个模块的电路原理图，和本设计实物图，及完整的C语言程序。 关键词：智能小车；51单片机；L298N；红外避障；寻迹行驶 abstract Using infrared detection black and obstacles to the line and STC89C51 microcontroller as the control chip to control the speed of the electric car and steering, so as to realize the function of automatic tracking and obstacle avoidance. Which the car driven by the L298N driver circuit is completed, the speed of the microcontroller output PWM wave control. This article first introduces the development of the intelligent car prospect, then introduces the design idea, the subject selection of each module circuit and working principle of the circuit, the design process of the subject is summarized and prospect with each module circuit principle diagram, and the real figure design, and complete C language program. Key words: smart car; 51 MCU; L298N; infrared obstacle avoidance; track driving
单片机系统课程设计 成绩评定表 设计课题：自动避障小车 学院名称：电气工程学院 专业班级：自动1105 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计地点：31-630 设计时间：
单片机系统课程设计 课程设计名称：自动避障小车 专业班级：自动1105 学生姓名： 学号： 指导教师： 课程设计地点：31-630
课程设计时间： 单片机系统课程设计任务书
目录 1概述 ----------------------------------------------------------------------- 4 1.1研究背景------------------------------------------------------------- 4 1.2设计思想及基本功能 ------------------------------------------------- 4 2总体方案设计 -------------------------------------------------------------- 5 2.1方案论证------------------------------------------------------------- 4 2.2系统框图------------------------------------------------------------- 5 2.3总体方案设计 -------------------------------------------------------- 6 3硬件电路设计 -------------------------------------------------------------- 7 3.1电源电路------------------------------------------------------------- 9 3.2晶振电路------------------------------------------------------------ 10 3.3复位电路------------------------------------------------------------ 10 3.4键盘电路------------------------------------------------------------ 10 3.5显示电路------------------------------------------------------------ 10 3.6超声波测距电路----------------------------------------------------- 12 3.7舵机电路------------------------------------------------------------ 13 3.8电机驱动电路 ------------------------------------------------------- 13 3.9电机转速测量电路--------------------------------------------------- 15
项目名称：智能小车 系别：信息工程系 专业：11电气工程及其自动化：亮、占闯、康 指导老师：王蕾
目录 摘要： ............................................................................................ ...3关键词： ............................................................................................ .3 绪论： ............................................................................................ (3) 一、系统设 计 (4) 1.1、任务及要求 (4) 1.2车体方案认证与选择 (4) 二、硬件设计及说 明 (5) 2.1循迹+避障模块 (5) 2.2主控模块 (6) 2.3电机驱动模块 (6) 2.4机械模块 (7) 2.5 电源模块 (7)
三、自动循迹避障小车总体设计 (7) 四、软件设计及说 明 (8) 4.1系统软件流程图 (9) 4.2系统程序 (9) 五、系统测试过 程 (12) 六、总 结 (13) 七、附录：系统元器 件 (13) 摘要 本设计主要有三个模块包括信号检测模块、主控模块、电机驱动模块。信号检测模块采用红外光对管，用以对有无障碍与黑线进行检测。主控电路采用宏晶公司的8051核心的STC89C52单片机为控制芯片。电机驱动模块采用意法半导体的L298N专用电机驱动芯片，单片控制与传统分立元件电路相比，使整个系统有很好的稳定性。信号检测模块将采集到的路况信号传入STC89C52单片机，经单片机处理过后对L298N发出指令进行相应的调整。通过有无光线接收来控制电动小车的转向，从而实现自动循迹避障的功能。 关键词：智能循迹避障小车，STC89C52单片机，L298N驱动芯片，
红外避障小车实验报告 一、实验简介 在本实验中，我们在“创意之星”模块化学习套件所提供的机械构件基础上，组装出四轮驱动式小车结构。利用机器人的控制器和系统程序，通过多传感器融合技术结合逻辑判断算法对智能小车的运行状态进行实时调控，最终实现自主探路、判断及选择正确的行进路线功能，完成自主躲避障碍物的任务。 二、实验目的 （1）掌握基本构型和传感器的安装方法，并能搭建出能完成一定功能的机器人，利用创意之星组件，进行避障小车的组 装，调试，利用红外传感器进行路障感应，完成避障功能。（2）会用控制器联机调试舵机工作状态，会查询各种传感器的数据。 （3）通过 NorthStar 的流程图功能，实现简单的逻辑控制（4）能通过编程实现智能小车自主躲避障碍物的功能 （5）对避障小车的避障原理有充分的理解，掌握其避障的方法，能够对实验过程中出现的问题进行解决，发现问题， 解决问题。
三、实验器材 计算机（ 1 台）；标准版控制器（ 1 个）；红外接近传感器（ 2 个）；红外测距传感器（ 1 个）；直流电源（ 1 个）；充电器（ 1 个）；数字舵机（ 4 个）；多功能调试器（ 1 个）；轮子（ 4 个）；螺丝刀（ 1 个）； KD （ 4 个）； L3-1 （ 4 个）； U3H （ 5 个）；I7 （ 1 个）；螺丝和垫片（若干） 四、实验原理 利用红外传感器，其优点是对近距离的障碍物反应速度灵敏，不同方位的传感器之间信号不会相互干扰，最终选择红外传感器作为小车的眼睛，进行避障。 由于本次实验小车轮子没有实现转弯功能，所以通过设定左右两组轮子的不同前进速度来实现转弯功能。当向右转时，左侧轮子的速度要比右侧轮子的前进速度快，反之实现左转功能，此设计需小心谨慎，防止出现轮子不同步，无法实现转弯功能。 五、实验内容 （ 1 ）搭建智能小车，掌握基本构型的组装方法，主要包括舵机和轮子的连接、传感器的安装以及舵机和传感器的接线 （ 2 ）通过编程控制智能小车的前进、后退、变速以及转向（ 3 ）将控制策略的流程图用真正的程序语言实现，并下载到
标准文案 前言 --------------------------------------------------- 随着生产自动化的发展需要，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人的传感器种类也越来越多，其中红外传感器已经成为自动行走和驾驶的重要部件。 红外的典型应用领域为自主式智能导航系统，机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物，感知障碍物相当给机器人一个视觉功能。智能避障是基于红外传感系统，采用红外传感器实现前方障碍物检测，并判断障碍物远近。 由于时间和水平有限，我们暂选最基本的避障功能作为此次设计的目标。 本设计通过小车这个载体再结合由AT89S51为核心的控制板可以达到其基本功能，再辅加由漫反射式光电开关组成的避障电路、555组成的转速控制电路、电源电路、差分驱动电路就可以完善整个设计。
目录 前言------------------------------------------------------------------------------1目录------------------------------------------------------------------------------2摘要------------------------------------------------------------------------------3功能概述------------------------------------------------------------------------3硬件设计------------------------------------------------------------------------3 避障电路------------------------------------------------------------------------4单片机电路---------------------------------------------------------------------7 电机转速控制电路------------------------------------------------------------7 电源电路------------------------------------------------------------------------8电机驱动电路---------------------------------------------------------------9主程序设计--------------------------------------------------------------------12小结-----------------------------------------------------------------------------23参考文献-----------------------------------------------------------------------23
简易避障小车设计 1.设计背景 随着汽车的自动化、智能化程度的提高，新一代智能汽车的研发在国内外受到越来越多的重视。目前，国内比较先进的智能车通过观测前方的路况，将路面的信息输入到车内的电脑中，通过计算机控制方向盘的运动，实现自动避障[1]。智能车辆的速度，关键在于它的控制技术，这就涉及到它的避障算法。一个好的控制算法如同一个有经验的司机，控制汽车运行[2]。自第一台工业机器人诞生以来，智能小车的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来智能小车的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。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。借此在上单片机课的这次机会，我们三个共同想要自己研究制造一辆避障小车。 2.总体概述
2.1系统功能 智能小车采用后轮驱动，后轮左右两边各用一个电机驱动，分别控制两个轮子的转动从而达到转向的目的，后轮是万向轮，起支撑的作用。将三个红外线光电传感器分别装在车体的左中右，当车的左边的传感器检测到障碍物时，主控芯片控制右轮电机反向转动左轮电机正向转动，车向右方转向，当车的右边传感器检测到障碍物时，主控芯片控制左轮电机反向转动，右轮电机正向转动，车向左方转向，当前面有障碍物时规定车向右转。 2.2系统结构 两个直流电机内嵌单片机系 统控制电路板 电池供电避障感应器 智能避障小车的结构
2.3 系统原理 本设计用单片机来处理传感器采集来的数据，通过光电开光传感器判断小车前面的障碍物接受信号，处理完毕之后以便去控制电机驱动电路来驱动电机。电源部分为整个电路模块提供电源，以便能正常工作。 2.4控制框图 电机驱动避障传感器 单片机 电源模块 （5v） 电池 （9v）
智能避障小车系统的设计与实现 电子信息工程 200709837 王小龙 罗维薇 摘要 本设计以单片机STC89C52为控制核心，设计实现具有避障和里程显示功能的智能小车。其主要由三部分组成：液晶显示模块、避障模块和电机驱动模块。 智能避障小车分别运用直接反射式红外传感器TCRT5000和霍尔传感器3144来进行路径检测和里程计算，并将实时数据传送到液晶显示模块和单片机分别进行显示和数据处理。并用L298N电机驱动芯片控制小车的运行状态。 Abstract This design based on the single chip computer STC89C52 as control core, design a car with obstacle avoidance and mileage display function. It mainly consists of three parts: the liquid crystal display module, obstacle avoidance module and motor driver module. Intelligence obstacle avoidance car detecting external environment by direct reflex respectively infrared sensor TCRT5000 and hall sensor 3144, transfer the real-time data to LCD module and single chip microcomputer to display respectively and data processing. And use L298N motor drive chip to control the operation status of the car. 一、绪论 1．课题背景介绍 随着单片机技术的迅速发展，其控制能力越来越强大。人们利用单片机强大的控制功能设计出各种各样的系统，全国电子设计大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。本设计就是在这样的背景下提出的，设计的智能小车能够通过光电开关完成避障功能，并且可以计算和显示出小车的行驶距离。 2.设计的主要内容 （1）采用STC89C52单片机作为控制小车的核心器件，用收发一体的红外传感器光电TCRT5000来检测和感应外界环境。 （2）用L298N驱动芯片控制电动小车的运行。 （3）用霍尔传感器计算小车行驶的距离并用1602液晶显示器显示。 这种方案能实现对智能小车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，可满足对系统的各项要求。 二、系统的总体设计 1．硬件总体设计 以AT89C51单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，运用红外光电传感器、霍尔传感器，实现小车在行驶中自动躲避障碍物、测量里程等问题。并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动小车的智能化控制。 在本系统中，反射式红外光电传感器检测障碍物，然后将信号传送到单片机系统进行处理，使小车沿轨道自主行走；通过霍尔元件测量小车行驶里程；采用L298N芯片控制电机的转向，实现电动小车的正反向行驶、快慢速行驶及转弯；采用1602液晶显示器显示小车行驶的路程。此系统采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能满足系统的要求，其原理图如图1所示。
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作者：PanHongliang 仅供个人学习 目录 摘要………………………………………………………………………………………2 ABSTRACT………………………………………………………………………………
…2 第一章绪论 (3) 1.1智能小车的意义和作用 (3) 1.2智能小车的现状 (3) 第二章方案设计与论证 (4) 2.1 主控系统 (4) 2.2 电机驱动模块 (4) 2.3 循迹模块 (6) 2.4 避障模块 (7) 2.5 机械系统 (7) 2.6电源模块 (8) 第三章硬件设计 (8) 3.1总体设计 (8) 3.2驱动电路 (9) 3.3信号检测模块 (10) 3.4主控电路 (11) 第四章软件设计 (12) 4.1主程序模块 (12) 4.2电机驱动程序 (12) 4.3循迹模
块 (13) 4.4避障模块 (15) 第五章制作安装与调试 (18) 结束语 (18) 致谢……………………………………………………………………………………… 19 参考文献 (19) 智能循迹避障小车 摘要：利用红外对管检测黑线与障碍物，并以STC89C52单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。其中小车驱动由 L298N驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波控制。 关键词：智能小车；STC89C52单片机； L298N；红外对管 Intelligent tracking and obstacle-avoid car Abstract：Based infrared detection of black lines and theroad obstacles, and use a STC89C52 MCU as the controlling core for the speed and direction, A electronic drived, which can automatic track and avoid the obstacle, was designed and fabricated. In which, the car is drived by the L298N circuit, its speed is controlled by the output PWM signal from the STC89C52. Keywords: Smart Car。STC89C52 MCU。L298N。Infrared Emitting Diode 第一章绪论 1.1智能小车的意义和作用 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、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。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。 随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视
智能避障小车试验报告与 总结 专业班级：12自动化-3 姓名：李昆伦 学号：1216306058
随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的 方法。 STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。我们采用的就是STC12C5A60S2这种单片机。 避障系统可以采用反射式光电开关或者超声波传感器 对前方的障碍物进行检测，前者结构简单，应用方便灵活，但不能获知障碍物与小车间的具体距离；后者结构复杂，但可以测得障碍物与小车间的直线距离。本系统采用反射式光电开关E3F-DS10C4来检测障碍物。E3F-DS10C4是漫反射式光电开关，NPN三线输出方式，三线分别为电源线、输出线、
地线。它的灵敏度也可以调节，检测距离比较远，可以达到20cm。 红外发射管，发射50hz调制的38k信号。当遇到障碍物时，发生漫反射，红外接收头接收到这一信号时，输出端输出50hz的信号。判断这一信号，即可判断，遇到了障碍物。 避障传感器基本原理，利用物体的反射性质。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失，或者反射回来的光很弱时，输出端呈低电平光电开关的检测不受外界干扰。如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头，则输出端呈高电平。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调小车两轮工作。红外避障基本原理大致就是如此。 利用红外传感器进行“前进-倒退-转向”避障，在车的头部安装光电开关小车采用左右轮分别驱动小车进入障碍 区后，在距离障碍物10cm到20cm的地方就可以检测到前面有障碍物（改变光电开关的灵敏度可改变最远检测距离），然后小车刹车停止，并调整角度，车头右偏一个角度，其方法是小车在前进制动过程中，先制动右轮，这样左轮转动快，使小车右转，并制动停止，随后小车加速后退，然后制动，在制动过程中，先制动右轮，左边快而使车头左偏，小车再