本文格式為Word版，下載可任意編輯——智能小車詳細設計方案及說明書西華大學畢業設計說明書

摘要

隨著汽車工業的迅速發展，關于汽車的研究也就越來越受人們的關注，而汽車的智能化已成為科技發展的新方向。本設計就是在這樣的背景下提出來的。此次設計的簡易智能小車是基于單片機控制及傳感器技術的，實現的功能是小汽車可自動尋跡行駛，并且能夠利光電傳感器檢測道路上的障礙，利用電兩個電機的差動調理,控制電動小汽車的自動避障、尋光及自動停車，同時能夠在行駛過程中顯示里程、速度、時間等。通過尋跡傳感器進行黑線的檢測、霍爾傳感器進行里程的記錄，并由單片機系統來控制智能車的行駛狀態。采用PWM技術實現了電動機的多級調速.

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蓄電池經7812芯片穩壓后給電機供電，再經過降壓接7805芯片給單片機及其他規律單元供電。但蓄電池體積相對巨大，且重量過大，造成電機負載過大，不適合我們采用的小車車架（玩具電動車車架）。故我們放棄了這一方案。方案三：采用干電池組進行供電

采用四節干電池降壓至5V后給單片機及其他規律單元供電，另取六節干電池為電機及光電開關供電。這樣電機啟動及制動時的短暫電壓干擾不會影響到規律單元和單片機的工作。干電池用電池盒封裝，體積和重量較小，同時玩具車底座可以安裝四節干電池，正好可為單片機及其他規律單元供電。在穩壓方面，起始時考慮使用7805芯片對6V的電池電壓進行降壓穩壓。但考慮到這樣使得7805芯片消耗大量能量，降低電池壽命；同時，由于at89c52、光電開關、小車電機對于供電電壓要求并不苛刻，故我們將6V電池電壓接一個二極管降壓后直接給單片機及其他規律單元供電。而電機和光電開關的電源不做穩壓處理。這樣只需在小車遙控上加兩個調速按鈕，根據電池電量選擇適合功率即可，甚至于可直接在軟件里設置自動換擋。綜合考慮，我們采用方案三，示意圖如圖2-3所示。

9V直流電源光電開關供電圖2-3電源模塊設計直流電機供電2.4主控模塊

由于智能小車的要求不是很高，主要都是一些簡單的控制，at89c52是我們在《單片機原理與應用技術》學習過的，且價格低廉簡單購買，所以最終我們直接選用了課程主要介紹的，Atmel公司的單片機作為主控模塊，如圖2-4所示。AT89C52的主要性能參數

?與Mcs-51產品指令和引腳完全兼容。

?8字節可重擦寫FLASH

閃速存儲器

?1000次擦寫周期?全靜態操作：0HZ-24MHZ?三級加密程序存儲器

圖2-4AT89C52單片機

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?256X8字節內部RAM?32個可編程I/0口線?3個16位定時／計數器?8個中斷源

?可編程串行UART通道?低功耗空閑和掉電模式

2.5探測及尋跡模塊

避障傳感器模塊

2.5.1車自動避障的原理和方案

小車車頭處裝有二個光電開關，一個光電開關對向左前方，一個光電開關向右前方，（如右圖所示）。小車在行進過程中由光電開關向前方發射出紅外線，當紅外線遇到障礙物時發生漫反射，反射光被光電開關接收。小車根據二個光電開關接受信號的狀況來判斷前方障礙物的分布并做出相應的動作。光電開關的平均探測距離為30cm。

方案一：使用光電對管探測

光電對關價格低廉，性能穩定，但探測距離過近（一般不超過3cm），使得小車必需制動迅速。而我們由于采用普通直流電機作為原動力，制動距離至少需要10cm。因此我們放棄了這一方案。方案二：使用視頻采集處理裝置進行探測

使用CCD實時采集小車前進路線上的圖像并進行實時傳輸及處理，這是最確切的障礙物信息采集方案，可以對障礙物進行確切定位和測距。但是使用視頻采集會大大增加小車成本和設計開發難度，而且考慮到我們小車行進轉彎的確切度并未達到視頻處理的精度，因而使用視頻采集在實際應用中是個很大的浪費，所以我們放棄了這一方案。

方案三：使用光電開關進行障礙物信息采集。

使用三只E3F-DS30C4光電開關，分別探測正前方，前右側，前左側障礙物信息，在特別地形（如障礙物密集地形）可將正前方的光電開關移置后方進行探測。E3F-DS30C4光電開關平均有效探測距離0~30cm可調，且抗外界背景光干擾能力強，可在日光下正常工作（理論上應避免日光和強光源的直接照射）。我們小車換檔調速后的最大制動距離不超過30cm，一般在10~20cm左右，因而探測距離滿足我們的小車需求。

綜上考慮，我們選用方案四。示意圖如圖2-5所示。

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光電開關1電平轉換單片機光電開關2圖2-5小車避障框圖小車循跡的原理

這里的循跡是指小車在黑色地板上循白線行走，尋常采取的方法是紅外探測法。

紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質的特點，在小車行駛過程中不斷地向地面發射紅外光，當紅外光遇到白色紙質地板時發生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；假使遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機就是否收到反射回來的紅外光為依據來確定黑線的位置和小車的行走路線。紅外探測器探測距離有限，一般最大不應超過3cm。方案1：用紅外發射管和接收管自己制作光電對管尋跡傳感器。

紅外發射管發出紅外線，當發出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測出白線繼而輸出低電平，若接收不到發射管發出的光線則檢測出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩定，且簡單受外界光線的影響，因此我們放棄了這個方案。方案2：用光敏電阻組成光敏探測器。

光敏電阻的阻值可以跟隨周邊環境光線的變化而變化。當光線照射到白線上面時，光線發射猛烈，光線照射到黑線上面時，光線發射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發生明顯的變化。將阻值的變化值經過比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩定的工作。因此我們考慮其他更加穩定的方案。

方案3：用反射型光電探測器RPR220

RPR220是一種一體化反射型光電探測器，其發射器是一個砷化鎵紅外發光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管。

RPR220采用DIP4封裝，其具有如下特點：?塑料透鏡可以提高靈敏度。

?內置可見光過濾器能減小離散光的影響。?體積小，結構緊湊。

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?當發光二極管發出的光反射回來時，三極管導通輸出低電平。此光電對管調理電路簡單，工作性能穩定。

因此我們選擇了方案3。

2.6電機選擇及驅動模塊

本系統為智能小車，對于智能小車來說，其驅動輪的驅動電機的選擇就顯得十分重要。由于本試驗要實現對路徑控制定位和速度測量不是要求太高，精度也不是太高，所以我們綜合考慮了一下兩種方案。

方案1：采用步進電機作為該系統的驅動電機。由于其轉過的角度可以確切的定位，可以實現小車前進路程和位置的確切定位。雖然采用步進電機有諸多優點，步進電機的輸出力矩較低，隨轉速的升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，其轉速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統，經綜合比較考慮，我們放棄了此方案。

方案2：采用直流電機。直流減速電機轉動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用便利。遙控車馬達/小直流電機電機RF-500TB-ZD供電電壓：直流DC3-9V，轉速2400r/m是自制玩具車等模型理想選擇。

能夠較好的滿足系統的要求，因此我們選擇了此方案。電機驅動模塊

方案一：使用分立原件搭建電機驅動電路

使用分立原件搭建電機驅動電路造價低廉，在大規模生產中使用廣泛。但分立原件H橋電路工作性能不夠穩定，較易出現硬件上的故障，故我們放棄了這一方案。

方案二：使用L298N芯片驅動電機

L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅動芯片，它相應頻率高，一片L298N可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅動，操作便利，穩定性好，性能優良。輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調理輸出電壓；可以直接用單片機的IO口提供信號，而且帶有使能端，便利PWM調速，電路簡單，性能穩定，使用比較便利。L298N芯片可以驅動兩個二相電機，也可以驅動一個四相電機，正好符合我們小車兩個二電機的驅動要求。

綜合考慮，我們采用L298N芯片驅動小車電機。控制示意圖如圖2-6所示。

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源保護電路+9直流供電電L298驅動芯片電機+5V電源直流供電電機

2.7直流調速設計

Ⅰ、基于晶閘管作為主電路的調速系統

于調整，且模擬器件的固有缺陷如：溫漂、零漂電壓等，導致電機的調速無法達到滿意的結果。晶閘管的單向導電性，它不允許電流反向，給系統的可逆運行造成困難，性能較差，自動化控制程度差，調速過程較為繁雜，不利于工業生產和小功率電路中采用。另一問題是當晶閘管導通角很小時，系統的功率因素很低，并產生較大的諧波電流，從而引起電網電壓波動殃及同電網中的用電設備，造成“電力公害〞。

Ⅱ、基于PWM為主控電路的調速系統

與傳統的直流調速技術相比較，PWM(脈寬調制技術)直流調速系統具有較大的優越性：主電路線路簡單，需要的功率元件少；開關頻率高，電流簡單連續，諧波少，電機損耗和發熱都較小；低速性能好，穩速精度高，因而調速范圍寬；系統頻帶寬，快速響應性能好，動態抗干擾能力強；主電路元件工作在開關狀態，導通損耗小，裝置效率高。

PWM信號的產生尋常有兩種方法:一種是軟件的方法；另一種是硬件的方法。