基于单片机的循迹小车专业系统设计.docx

基于51单片机循迹小车系统设计摘 要80C51单片机是一款八位单片机，她易用性和多功效性受到了广大使用者好评。在生活中但凡包含到自动控制地方全部会出现单片机身影，单片机应用有利于产品小型化、智能化，而且能够提升生产效率。这里介绍是怎样用AT89C52单片机来实现小车循迹功效，该设计是结合科研项目而确定设计类课题。本系统以设计题目标要求为目标，采取AT89C52单片机为控制关键，利用红外传感器检测道路上黑线，控制电动小汽车自动循迹，快慢速行驶，和自动停车，并能够自动统计时间、里程和速度，和寻光功效。整个系统电路结构很简单，可靠性能很高。试验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统硬件设计方法及测试结果分析。关键词:80C51单片机；电动小车；pwm调速；光电检测；自动调速系统Car tracking system based on microcontrollerAbstract80C51 is a 8 bit single chip computer. Its easily using and multi-function suffer large users. In life, whenever it comes to automatic control of the local microcontroller will appear figure, microcontroller applications in favor of product miniaturization, intelligent, and can improve productivity. Here is how to use AT89C52 microcontroller to achieve the car tracking feature, which is designed to determine the combination of scientific research and design class topic. This system design requirements of the subject for the purpose of using AT89C52 microcontroller core, the use of infrared sensors to detect the black line on the road, the automatic tracking control of electric cars, fast low traffic speeds, as well as automatic parking, and can automatically record time , mileage and speed, and look for the light function. The circuit structure of the entire system is very simple, very high reliability. The test results meet the requirements, the paper focuses on the hardware design and test results of the system analysis.Keywords: 80C51 microcontroller; Electric car Pwm speed; A photodetector; Automatic Speed Control System.目 录汉字摘要I外文摘要1 绪论11.1 课题背景及意义11.2 智能小车研究前景及功效31.3 中国外研究情况6 1.3.1 智能小车国外研究现实状况. 1.3.2 智能小车中国研究现实状况.1.4 本课题具体应用方面及场所2 智能循迹小车方案设计2.1 智能小车运行环境及行走路线7 2.1.1 智能小车运行环境2.1.2 智能小车运行路线 2.2 主控芯片选择和原理8 2.2.1 51单片机引脚和功效说明2.3 调速系统设计8 2.3.1 PWM逆变电路及其控制方法 2.3.1.1 计算法 2.3.1.2 调制法 2.3.2 PWM调速优点3 硬件电路选择和搭建 3.1 单片机辅助电路 3.1.1 时钟电路 3.1.2 复位电路 3.2 单片机控制模块设计 3.3 驱动模块设计 3.3.1 电机驱动芯片 3.3.2 电机驱动模块 3.4 循迹模块制作和设计 3.4.1 循迹传感器工作原理 3.4.2 寻光电路分析 3.4.3 循迹电路分析 3.4.3.1 红外对管TCRT500 3.4.3.2 电压比较器 LM324 3.5 各模块组装和连接4 循迹小车软件设计4.1 软件设计开发平台154.2 小车运动状态分析及三路算法设计164.2.1 小车运动状态分析164.2.2 三路循迹算法设计174.3 软件设计步骤图204.4 软件调试244.4.1 设置和删除断点244.4.2 查看和修改寄存器内容264.4.3 观察和修改变量284.4.4 查看存放器区域结 论44参考文件45致 谢46附录1 智能循迹小车原理图50附录2 循迹程序附录3 外文参考文件（译文）50附录4 外文参考文件（原文）51 绪论1.1 课题背景及意义伴随汽车工业发展，相关汽车研究也就越来越受到大家关注。在全国电子大赛和省内电子大赛上，我们几乎每次全部能看到智能小车这方面题目，在全国各高校中也全部很重视该类型题目标研究。由此可见其研究意义很大，故本设计中就是在这么背景下提出来。本题目是结合科研类项目而确定设计类课题。本设计智能电动小车应该含有自动循迹功效，而且能够扩展实时显示时间、速度、里程、寻光、避障功效，可程控行驶速度、正确定位停车等功效。近几十年来，移动机器人从无到有，数量不停增多，智能车辆作为移动机器人一个关键分支也得到越来越多关注。1.2 智能小车研究前景及功效智能车辆也叫做无人车辆，是一个集环境感知、计划决议和多等级辅助驾驶等功效于一体综合系统。它含有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功效。智能车辆关键特点是在复杂道路情况下，能够自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定道路(轨迹)前进。智能车辆在原有车辆系统中，增加了部分智能化技术设备: (1)在计算机处理系统，智能车关键来获取图像，并预处理、增强、分析、识别等工作; (2)摄像机，用来取得道路图像信息; (3)传感器设备，车速传感器能够用来取得目前车速，障碍物传感器能够用来取得前方、侧方、后方障碍物等信息。 智能车辆技术根据其功效可划分为三层，即智能感知/预警系统、车辆驾驶系统和全自动操作系统团。且上一层技术是下一层技术基础。能够利用多种传感器来取得车辆本身、车辆行驶周围环境及驾驶员本身状态信息，必需时发出预警信息。关键包含碰撞预警系统和驾驶员状态监控系统。碰撞预警系统能够给出前方碰撞警告、十字路口警告、车道偏离警告、盲点警告、换道/并道警告、后方碰撞警告、行人检测和警告等.驾驶员状态监控系统。1.3 中国外研究情况智能小车技术在中国外研究现实状况 。智能小车技术是一个表现国家高技术实力一个关键标准，它包含到多个学科，机械、电工、数学、自动控制、计算机测量、人工智能、传感技术等等，是众多领域高科技。而智能小车比赛就是机器人技术一个关键研究方向，现在很多国家己经开始把移动机器人比赛作为创新教育一个战略性手段。 移动机器人比赛是一个高科技对抗性活动，各国教授和学者来经过移动机器人竞赛，推进了在竞赛型移动机器人方面研究，不改善机器人寻址速度和算法研究，并试图让机器人愈加靠近智能化，它集高科技、娱乐和比赛于一体，引发了各国广泛关注和极大爱好，从而推进了移动机器人研究热潮. 据统计部门数据，至中国汽车保有量已达3500万辆（其中轿车占80%，约2500万辆）,每十二个月仍以30%速度递增。中国成为了继美国以后第二大汽车生产和消费国。汽车行业发展也带动了相关服务业发展。而将功效强大智能车载信息系统车载电脑加载到汽车上已经成为欧美、日本等国汽车市场首选新装备。车载电脑给汽车带来了一场信息化革命，让每辆汽车构全部建成一个完美车载信息和娱乐系统终端，我们坐在汽车里面听广播或音乐已经习认为常。让你在开车时候听音乐，在休息时候欣赏好莱坞大片或是收看电视，甚至玩多种游戏。车载通讯和导航系统关键指 GPRS和GPS，能够让你“轻车熟路”，而且能够轻松打电话。智能小车，就是在关键得基础理论模型研究前提下，把优异信息技术、数据通信技术及计算机处理技术等技术有效地综合利用于汽车交通体系，从而能够大范围、全方位发挥正确、实时、高效功效，是很好交通工具。它能够利用无线通讯专网低频段并以其低成本实现了智能小车实时控制、快速传输，并自行开发研制出了无线通讯系统车载智能终端设备及控制系统，使智能小车能够完全利用无线通讯系统来采集和传输路面情况数据，并进行小车速度和方向控制，含有载人和自动控制双重功效。小车信息响应速度快、全自动方向控制自动化、信息公布智能化、设备自维护智能化特点。1.3.1 智能小车国外研究现实状况国外智能车辆研究历史比较长，开始于上个世纪50年代，其发展历程大致能够分为三个阶段 。第一阶段：20世纪50年代是智能车辆研究初始阶段。1954年美国Barrett Electronic企业研究出了世界上第一台自主引导车系统，该系统是一个能够运行在固定路线上拖车式运货平台，不过它却含有了智能车辆所含有最基础特征。第二阶段：开始于80年代中后期，西方发达国家对智能车辆开展含有卓有成效研究，在欧洲，普罗米修斯项目于1986年开始在这个领域内探索，在北美，美国于1995年成立了国家自动高速公路系统联盟，她目标之一就是来研究发展智能车辆可行性，并促进智能车辆技术进入实用化，来为人类谋福利。 第三个阶段：从90年代开始，智能车辆进入了愈加深入、系统、大规模研究阶段。其中最为突出是，美国卡内基-梅陇大学机器人研究所完成Navlab系列自主车研究，取得了很显著成就。现在无人驾驶技术越来越成熟，谷歌无人驾驶汽车内置计算机系统能够被认定为正当“驾驶员”，而这一政策在未来将会对无人驾驶汽车在美国公路上能够顺畅行驶起到主动促进作用。现在，像谷歌和福特等全部正在主动进行无人驾驶汽车测试，而特斯拉甚至已经开始为旗下车型升级了部分辅助驾驶功效1.3.2 智能小车中国研究现实状况中国智能车辆研究开始于上世纪80年代末。当初国家863计划自动化领域智能机器人专题确定立项进行遥控驾驶智能移动平台研制；几乎同时国家部委也开始在计划“八五”预研项目中地面智能机器人技术进行研究，并确定研制成功了中国第一辆样车ATB-1(AutonmousTestBed-1)。该车是由中国多所关键大学联合研制，在1996年演示中，该车自主行驶最高速度可达74.5km/h，正常行驶速度为30.6km/h，在越野环境下，白天行驶最高速度为24km/h，夜间行驶最高速度为15km/h。现在，开展这方面研究工作单位关键包含部分大学和科研院所，比如国防科技大学、清华大学、吉林大学、西安交通大学、重庆大学等。近几年来，含有代表性经典系统包含：由中国多家大学参与“十五”期间第三代自主地面车辆ATB-3；国防科技大学研制新一代地面无人驾驶车辆CITAVT-IV及其和中国一汽合作研制“红旗”自主轿车；清华大学研制THMR-V型智能车辆；吉林大学Cybercar智能车辆；重庆大学CQAC-I型智能车辆等。这一时期中国研究工作关键方向是智能车辆应用环境由简单场景向非结构化、复杂场景转变，和全天候条件下实用化技术，基于多源信息融合系统鲁棒性研究等。1.4 本课题具体应用方面及场所现在，人工智能技术取得了很多突破。首先，计算机在数据搜集、存放和管理等能力上有了很大进步；其次，云技术迅猛发展也使得云计算基础能力也有所提升。人工智能发展势必会对智能小车产生至关关键影响。从车联网,到自动驾驶初露端倪,智能汽车已经连续两届成为CES专题,CES无人驾驶和智能汽车吸引了全球瞩目。现在，汽车智能化、共享化趋势愈加显著。伴随汽车电子技术发展,汽车智能化技术正在逐步得到应用,这种技术使汽车操纵越来越简单,动力性和经济性也会越来越高,行驶安全性越来越好。现在,汽车已进入“智能机”时代,将催生智能汽车投资机会。汽车共享化,即车联网、无人驾驶,将依靠于汽车制造商、经销商和运行商,汽车电子化和智能化实现“人-车”互动,车联网实现“人-车-网络”互动,而智能交通将实现“人-车-网络-路”互动,共享化亦是未来汽车发展趋势。在智能汽车主战场,汽车智能化步伐加速。从谷歌低成本LIDAR感官系统和英伟达DrivePX无人驾驶处理平台,到丰田低成本高精地图绘制,再到宝马i8Spyder、微软、谷歌等企业人机交互,不管是互联网巨头、汽车零部件供给商,还是传统车企,全部把智能化摆在了极为关键战略位置。我们认为感官系统和处理判定系统技术是未来决战汽车智能化关键所在,而低成本可靠智能技术将加紧汽车智能化步伐。互联网巨头本身无人驾驶技术和传统车企汽车制造经验结合碰撞会加紧无人驾驶汽车商业化。和此同时,德尔福、大陆和博世三大零部件供给商将纷纷推出全新汽车共享处理方案。智能化、共享化,智能网联汽车,汽车智能革命到来。智能化就是智能汽车,共享化就是无人驾驶、车联网,智能网联汽车将是未来发展方向。2 智能循迹小车方案设计2.1 智能小车运行环境及行走路线依据题目标要求，能够确定以下方案：在玩具电动车基础上，加装光电、红外线、超声波传感器，实现对电动车速度、位置、运行情况实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机依据所检测多种数据实现对电动车智能控制。2.1.1 智能小车运行环境循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，因为黑线和白色地板对光线反射系数不一样，能够依据接收到反射光强弱来判定“道路”。通常采取方法是红外探测法。红外探测法，即利用红外线在不一样颜色物体表面含有不一样反射性质特点，在小车行驶过程中不停地向地面发射红外光，当红外光碰到白色纸质地板时就会发生漫反射，反射光能够被装在小车上接收管接收；假如碰到黑线则红外光被吸收，小车上接收管接就收不到红外光。单片机就是否收到反射回来红外光为依据，来确定黑线位置和小车行走路线。不过，红外探测器探测距离有限。小车在进入循迹模式后，即开始不停地扫描和探测器连接单片机I/O口，一旦检测到某个I/O口有信号，便进入判定处理程序（switch）,能够先确定4个探测器中哪一个探测到了黑线，假如左面第一级传感器或左面第二级传感器探测到黑线，即小车左半部分压到黑线，车身向右偏出，此时应使小车向左转；假如是右面第一级传感器或是右面第二级传感器探测到了黑线，即车身右半部压住黑线，小车向左偏出了轨迹，则应使小车向右转。在经过了方向调整后，小车再继续向前行走，并继续探测黑线反复上述动作。 利用LED来显示小车运行状态，而且利用倒计时模块来开启小车。2.1.2 智能小车运行路线本设计中小车循迹路线大致可分三种：“7”字型路线、“T”字型路线、“十”字型路线。具体路线以下图所表示。2.2 主控芯片选择和原理51系列单片机除了Intel企业MCS-51系列外，还有美国Atmel企业生产AT系列、硅存放技术企业SST系列、深圳宏晶企业生产STC系列等企业兼容产品，这些企业51单片机封装、引脚和Intel企业MCS-51系列单片机完全兼容。51系列单片机有不一样封装形式，外观各不相同。本设计选择宏晶企业生产STC89C52型号单片机。2.2.1 51单片机引脚和功效说明如左图2-2所表示为40脚双列直插式封装8051单片机引脚图。根据其引脚功效来分，能够分为四组。下面分别说明这些引脚名称和功效。1. 电源和地引脚Vcc：电源引脚，用于接+5V电源。Vss:接地引脚，连接时接公共地端2. 时钟电路引脚X1：接外部石英晶体和赔偿电容一端；假如使用外部时钟源，则该引脚应该接地。实际上该引脚为片内振荡电路放大器部分输入端。X2：接外部石英晶体和赔偿电容图2-2 18051引脚排列 另一端；在使用外部时钟源时，该引脚作为外部时钟源输入端。在片内该引脚为振荡电路放大器输出端。3. I/O端口引脚51系列单片机I/O端口个数依据封装、引脚不一样也不相同，40脚封装芯片共有4个8位端口，分别是P0、P1、P2、P3，这些端口大全部为复用功效，分别说明以下。P0口：端口P0共有8根引脚，分别表示为P0.0，P0.1，P0.7。P0口是一个漏极开路8位准双向I/O端口，作为漏极开路输出端口，每位能够驱动8个LS型TTL负载。P0口有两种使用方法：一个是作为一般并口使用，能够直接连外部设备或外设接口，如连接LED驱动电路，作为一般并口时端口地址为80H；第二种使用方法是单片机需要外部片外存放器时，P0口作为总线使用。作总线使用时，P0口采取分时工作，用于低8位地址或8位数据复用总线。P1口：P1口也有8根引脚，记为P1.0，P1.1，P1.7.P1口是一个带内部上拉电阻8位准双向I/O端口，P1口每味能驱动4个LS型TTL负载。在P1口用作输入口时，应先向口锁存器（地址90H写入全1），此时，端口引脚由内部上拉电阻上拉成高电平。P2口：P2口8根引脚记为P2.0，P2.1，P2.7。P2口也是一个带内部上拉电阻8位准双向I/O端口。P2口每位也能够驱动4个LS型TTL负载。P2口也有两种使用方法：一个是作为一般并口使用，作为一般并口时端口地址为A0H；二是单片机需要外接片外存放器时，P2口要作为地址总线使用，做地址总线使用时，P2口用于高8位地址总线。P3口：P3口也是8根引脚，记为P3.0，P3.1，P3.7。P3口也是一个带内部上拉电阻8位准双向I/O端口，P3口每位能驱动4个LS型TTL负载，端口地址为B0H。P3口和其它I/O端口最大区分在于它除作为通常准双向I/O端口外，P3口每个引脚还含有专门第二功效，也就是说，P3口也有两种应用方法。其一是作为一般并口使用，其二适适用于特殊功效引脚（也称为第二功效），其特殊功效要求和说明如表2-1所表示。表2-1 P3口特殊功效要求P3口引脚P3口引脚特殊功效说明P3.0RXD（串行口输入）P3.1TXD（串行口输出）P3.2INT0（外部中止0输入）P3.3INT1（外部中止1输入）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6WR（片外数据存放器写选通控制输出）P3.7RD（片外数据存放器读选通控制输出）4. 控制信号引脚PSEN：程序存放器选通信号引脚。CPU在访问片外程序存放器时，该引脚输出负脉冲作为存放器读选通信号。8051PSEN引脚能够直接驱动8个LS型TTL负载。当负载过大而超出该引脚驱动能力时，能够在引脚后面先加上驱动芯片，经驱动芯片再对负载实现驱动。ALE/PROG：该引脚有两个功效，其一是地址锁存许可（ALE）信号引脚。当CPU访问外部数据存放器RAM或程序存放器ROM，因为地址信号低8位和数据总线全部是P0提供，为分时复用总线，所以当单片机先给出地址信号后，因为地址信号低8位和数据总线全部是P0提供，为分时复用总线，所以当单片机先给出地址信号后，由ALE信号作为输出地址低8位地址锁存使能信号，把地址低8位锁存到锁存器中。该引脚第个功效就是片内存放器编程脉冲输入引脚。EA/Vpp ：EA是访问外部存放器控制信号。假如EA端接高电平，程序存放器地址值小于0FFFFH（4KB程序地址）时，8051CPU会到片内程序存放器中取指令。当地址值超出0FFFFH时，单片机将自动寻址片外程序存放器程序。假如EA为低电平，CPU仅访问片外程序存放器，不会访问片内存放器。另外Vpp为编程电源功效，当对51单片机内部EPROM编程时，Vpp引脚接编程电源（12.5V）。RST/VPD：RST引脚是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持2个机器周期（24个时钟振荡周期高电平）时就能够完成对单片机复位操作。该引脚第二功效VPD即备用电源输入端，当主电源Vcc发生故障或降低到低电平要求值时，将+5V电源自动接入VPD端，为片内数据存放器RAM提供备用电源，以确保留放在RAM中信息不丢失，以使复电后能继续正常工作。控制线除以上4根线以外，还有P3口P3.6和P3.7第二功效也能够作为控制线，关键用作对片外存放器读写控制。WR（P3.6）：用于片外存放器写控制，低电平有效。该信号接在片外存放器写信号端上，当WR信号到来时，完成对外部存放器写入操作。RD（P3.7）：用于片外存放器读控制，低电平有效。该信号接在片外存放器读信号端上，当RD信号到来时，完成对外部存放器读取操作。2.3 调速系统设计本设计采取PWM调速系统。PWM控制就是对脉冲宽度进行调制技术。即经过对一系列脉冲宽度进行调制，来等效地取得所需要波形（含形状和幅值）。PWM控制技术在逆变电路中应用最为广泛，对逆变电路影响也最为深刻，现在大量应用逆变电路中，绝大部分全部是PWM型逆变电路。2.3.1 PWM逆变电路及其控制方法2.3.1.1 计算法 依据逆变电路正弦波输出频率、幅值和半个周期内脉冲数，将PWM波形中各脉冲宽度和间隔正确计算出来，根据计算结果控制逆变电路中各开关器件通断，就能够得到所需要PWM波形，这种方法称之为计算法。 2.3.1.2 调制法 把期望输出波形作为调制信号，把接收调制信号作为载波，经过信号波调制得到所期望PWM波形。 2.3.2 PWM调速优点因为PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感滤波作用就能够取得脉动很小直流电流，电枢电流轻易连续，系统低速运行平稳，调速范围较宽，可达1：10000左右。因为电流波形比V-M系统好，在相同平均电流下，电动机损耗和发烧全部比较小。因为电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。3 硬件电路选择和搭建本设计中硬件部分包含传感器选择、单片机控制电路设计、驱动电路设计、循迹模块设计和小车运动状态分析等。小车关键控制部件采取宏晶企业生产8位单片机STC89C52，小车可经过识别黑色线条来控制方向和转速。3.1 单片机辅助电路单片机最小系统,或称为最小应用系统,是指用最少元件组成单片机能够工作系统.对51系列单片机来说,最小系统通常应该包含:单片机、晶振电路、复位电路.以下图3-1所表示为51单片机最小系统电路图.3.1.1 时钟电路单片机芯片内部有一个放大倍数很高反向放大器，其输入端为引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2，单片机时钟电路有两种组成方法。本设计采取内部时钟方法，这种方法采取在XTAL1和XTAL2间外接石英晶体振荡器和赔偿电容。晶振和赔偿电容均外接电路，反向放大器电路在单片机内部，由外部晶振和内部反向放大器共同组成振荡电路。在内部时钟源方法下，时钟信号频率关键由晶振固有谐振频率决定电 3-1 51单片机最小系统 容关键起信号赔偿作用。3.1.2 复位电路所谓系统复位，就是使CPU和单片机系统中各相关部件全部处于一个确定初始状态过程。单片机系统运行是从一个确定初始状态开始，这个初始状态只有经过对单片机系统复位才能达成。3.2 单片机控制模块设计智能循迹小车关键由STC89C52单片机电路、TCRT5000循迹模块、L298N驱动模块、直流电机、小车底板、电源模块等组成。电动机调速控制方法有4种：开环调速、单闭环调速、双闭环调速和三闭环调速。在本设计中采取单闭环调速系统。下图3-2为循迹小车系统控制框图。图3-2 循迹小车控制框图引导线是小车跟踪目标，检测系统检测车相对路径，然后将此信息输入到单片机，单片机处理此信息后，将控制命令输出到驱动模块，以控制小车直流电机，确保小车快速平稳地沿预先设定好路线行驶。采取4个1.5V可充电池组作为主电源。STC89C52单片机作为主控制器。采取电机驱动芯片L293D控制直流电机，而不使用步进电机。L293D是利用TTL电平进行控制，经过改变芯片控制端输入电平，即能够对电机进行正转、反转和停止操作，亦能满足直流减速电机要求，用该芯片作为电机驱动含有操作方便、稳定性好等优点。用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻阻值能够跟随周围环境光线改变而改变。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。这么单片机和循迹传感器组成了一个带有反馈信号系统。单片机控制模块实物图以下图3-3所表示。图3-3循迹小车控电路主板3.3 驱动模块设计对于驱动力不足和转向问题，设计通常会采取两种方法，一是设计由分离原件组成驱动电路实现，另一个方法则是采取专用驱动芯片来实现。因为专用驱动芯片结构简单、价格廉价、可靠性高等特点，所以被广泛应用实现电机驱动。L298N 驱动模块，采取 ST 企业原装全新 L298N 芯片， SMT 工艺稳定性高，采取高质量铝电解电容，使电路稳定工作。能够直接驱动两路 3-35V 直流电机，并提供了 5V 输出接口（输入最低只要6V），能够给 5V 单片机电路系统供电（低纹波系数）,支持 3.3V MCU和ARM 控制，能够方便控制直流电机速度和方向，也能够控制 2相步进电机，5 线 4 相步进电机，是智能小车必备利器。驱动电路板以下图3-4所表示。图3-4 驱动电路板3.3.1 电机驱动芯片L298N 为双 H 桥直流电机驱动芯片，其驱动部分端子供电范围 Vs：5V16V ；假如需要在板内取电，则供电范围为Vs：+6V+16V。驱动部分峰值电流 Io为2A。逻辑部分端子供电范围 Vss：5V7V（可板内取电5V）；逻辑部分工作电流范围为036mA；控制信号输入电压范围（IN1 IN2 IN3 IN4）为低电平时是0.3VVin1.5V，若为高电平则为2.3VVinVss。对于使能信号输入电压范围（ENA ENB），低电平时为0.3Vin1.5V（控制信号无效）；高电平时为2.3VVinVss（控制信号有效）。最大功耗为20W（温度 T75时），存放温度为25130。H桥电路能够用下图3-5表示其原理。从图中能够看出，假设开关A、D接通，电机正向转动，而开关B、C接通时，直流电机将反向转动，从而实现了电机正向控制。当然实际应用中我们还能够得到其它两种状态。当刹车时，将A、C或B、D接通，则电机惯性转动产生电动势将被短路，形成阻碍运动感应电流，开成“刹车”作用。当惰行时，4个开关全部断开，则电机惯性所产生电动势将无法开成电路，从而也就不会产生阻碍运动感应 电流，电机将惯性转动较长时间。图3-5 H桥电路3.3.2 电机驱动模块本设计中电机驱动采取L298N为电机驱动芯片，该芯片驱动方法比较简单，直接驱动两个直流电机。具体电路图以下图3-5所表示。图3-6 电机驱动模块电路图3.4 循迹模块制作和设计循迹光电传感器原理，就是利用黑线对红外线不一样反射能力经过光敏二极管或光敏三极管，接收反射回不一样光强信号，把不一样光强转换为电流信号，最终经过电阻，转换为单片机可识别高低电平。光电传感器循迹模块以下图中3-7所表示。图3-7 智能小车循迹模块在装配循迹传感器时需注意：循迹传感器上面电位器默认位置是“103”字样位置和板子是垂直，此时循迹灵敏度比较高，对黑色线识别灵敏度不高，会误认为是白色，会造成循迹效果不好，所以做循迹使用时候务必将电位器位置调整到如上图所表示地方。其原理是降低循迹传感器灵敏度，注意：电位器顺时针转动时降低传感器灵敏度，逆时针转动时增加传感器灵敏度，假如作为避障传感器使用时能够合适加大传感器灵敏度，则能够往逆时针转一定角度。切记一点，不管是逆时针转还是顺时针转全部不能转到底，要留出一点空间。3.4.1 循迹传感器工作原理循迹传感器工作原理：TC端是传感器工作控制端，为高电平时，发光二极管不工作，传感器休眠，为低电平时，传感器开启。Signal端为检测信号输出，当碰到黑线，黑线吸收大量红外线，反射红外线很弱，光敏三极管不导通，Signal输出高电平；当碰到白线，和黑线相反，反射红外线很强，使光敏三极管导通，Signal输出低电平。下图3-8为循迹传感器电路图。图3-8 循迹传感器原理图这种探测方法，即利用红外线在不一样颜色表面特征，含有不一样反射性能，汽车行驶过程中接收地面红外光。当红外光碰到白色路线，地板发生漫反射，安装在小型车反射光接收器接收；假如是碰到黑色路线，红外光将被黑线吸收，安装在小车上接收管没有收到红外光。控制器会依据是否收到反射红外光为判定依据来确定黑线位置和小车路线。红外探测器距离通常是不应超出15厘米。红外发射和接收红外线感应器，能够使自己或直接使用集成红外探头。调整左右传感器之间距离，两探头距离约等于黑线宽度最适宜，选择宽度为3 5厘米黑线。该传感器灵敏度是可调，传感器有时碰到黑线却不能送出对应信号，经过调整传感器上可调电阻，合适增大或减小可改变灵敏度。另外，循迹传感器放置也是有讲究，有两种方法，一个是两个全部是放置在黑线内侧紧贴黑线边缘，第二种是全部放置在黑线外侧，一样紧贴黑线边缘。本设计采取第二种方法。单片机烧录程序后，就能够实施循迹指令了。假如小车向前行驶时向左偏离了黑线，那么右边传感器会产生一个高电平，单片机判定这个信号，然后向右拐回到黑线。两传感器输出信号为低电平时，小车前进。假如小车向右偏离黑线，左边传感器产生一个高电平，单片机判定这个信号，然后向左拐。这么，小车一定不会偏离黑线。若两个光电传感器同时输出信号为高电平，即单片机判定全部为高电平时，小车向前直走。3.4.2 寻光电路分析以下图3-9所表示为寻光电路图3-9 寻光电路原理图V2电压计算公式为：电阻R6为固定值不变有光照时R1变小，此时V2变大。当无光照时R1变大，则V2变小。有光照情况时光敏电阻R1变小，V2变大。 假设V2=4.6VT，V3电压为 4V，则V2V3 反向端大于同向端，运放作为比较器部分 ，则OUT5输出低电平为低0给单片机识别，单片机经过if来扫描out5给引脚。3.4.3 循迹电路分析该智能小车在画有黑线白纸 “路面”上行驶，因为黑线和白纸对光线反射系数不 同，可依据接收到反射光强弱来判定“道路”黑线。笔者在该模块中利用了简单、 应用也比较普遍检测方法红外探测法。 红外探测法，即利用红外线在不一样颜色物理表面含有不一样反射性质特点。在 小车行驶过程中不停地向地面发射红外光，当红外光碰到白色地面时发生漫发射，反射 光被装在小车上接收管接收；假如碰到黑线则红外光被吸收，则小车上接收管接收不到信号。3.4.3.1 红外对管TCRT500TCRT5000红外对管工作原理：工作时由蓝色发射管发射红外线，红外线由遮挡物反射回来被接收管接收。接收反射光线后接收管呈导通状态，和一电阻串联即可组成一个由发射管控制分压电路，由此可实现对遮挡物反射光线强度检测。我们常常利用这一特征去实现颜色识别。其原理图以下图3-10所表示。图3-10 TCRT5000原理图在小车行驶过程中发射管不停地向地面发射红外光，当红外光碰到白色地面时发生漫发射，反射光被装在小车上接收管接收；假如碰到黑线则红外光被吸收，则小车上接收管接收不到信号。图 3-10 轨迹识别电路所表示，发射管（1、2 端）和阻值为 330 欧姆电阻串联发射红外线。接收管（3、4）和阻值为 47K 欧姆电阻串联。在没有接收到反射光线时接收管截止呈高阻态，TX 输出高电平。当接收管接收到反射光线时，接收管被导通，而且电阻远小于47K，TX 输出低电平。对于光电传感器没有检测到黑线时，则H4发光到白纸光反射到H4接收端，H4接收端导通，导通则T1接地=0。若有检测到黑线，则H4发光到黑线光全部被吸收，H4接收端，没有收到任何信号，因为H4不导通（截止），则T1=VCC。3.4.3.2 电压比较器 LM324LM324电压比较器工作原理：该芯片内部有四组比较器，原理就是反向输入端和同向输入端电压进行比较，若同向输入端电压大于反向输入端电压，则比较器输出端输出高电平+5V；若同向输入端电压小于反向输入端电压，则比较器输出端输出低电平0V。下图3-11为LM324原理图。图3-11 电压比较器LM324电路图即当传感器检测到白纸有接收到反射光时，LM3242脚比较器反向端T1=0V，3脚比较器同向端=3V；同向端大于反向端则OUT1输出高电平。检测到黑线没接收到反射光了，LM3242脚比较器反向端T1=5V，3脚比较器同向端=3V，反向端大于同向端则OUT1输出低电平。LM324调试方法为：看黑色物体遮挡传感器检测T1脚电压改变是否正常，调整电位器R13,使得3脚电压介于（2脚）T1电压最大和最小值之间。3.5 各模块组装和连接这里应该把电机驱动输入端接到单片机 P0 上，因为 P0 口我们外接有上拉电阻，其它 I/O 口即使集成上拉电阻但驱动能力太弱，很不稳定。假如把驱动输入端接到 P0 口仍不太受控，能够尝试将上拉电阻改为 1K 或更小。）循迹模块输出端分别接单片机 P1.0、P1.1、P1.2。注意分别对应右边光电管输出端（从循迹板对应右边光电管信号输出端接至单片机 P1.0）、左边光电管输出端（从循迹板对应左边光电管信号输出端接至单片机 P1.1）、前边光电管输出端（从循迹板对应前边光电管信号输出端接至单片机 P1.2）。连接好事物图以下图所表示。图3-12 小车事物图4 循迹小车软件设计4.1 软件设计开发平台本设计采取Keil C51单片机软件开发平台，Keil Vision系列是德国Keil Software企业出品51系列单片机C语言集成开发系统。该平台可用于编辑C或汇编源文件。它提供了丰富库函数和功效强大集成开发调试工具，是现在使用最广泛C51集成开发环境。4.2 小车运动状态分析及三路算法设计4.2.1 小