XXXX 学 院
本 科 生 毕 业 论 文
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郑 重 声 明
本人的毕业论文是在指导老师 的指导下独立撰写并完成的。毕业论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，如果有此现象发生，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任；并可通过网络接受公众的查询。特此郑重声明。
毕业论文作者(签名) ：
年 月 日
目 录
1 绪论 ........................................................................... 3
1.1 研究目的和意义 . ............................................................ 3
1.2 研究内容 . .................................................................. 3
1.3 研究方法和技术路线 . ........................................................ 4
1.4 预期的研究目标 . ............................................................ 4
2智能小车硬件系统的设计 .......................................................... 4
2.1 小车循迹模块 ............................................................... 4
2.1.1 小车循迹模块简介 ...................................................... 4
2.1.2 小车循迹模块技术参数 .................................................. 5
2.1.3 小车循迹模块管脚说明 .................................................. 5
2.1.4 用户使用注意事项 ...................................................... 6
2.1.5 例程 .................................................................. 6
2.2 电机驱动模块 . .............................................................. 7
2.2.1 光电隔离 .............................................................. 8
2.2.2 LM7805稳压电路 ....................................................... 8
2.2.3 电机驱动模块接线图 .................................................... 9
3 小车软件程序设计 .............................................................. 10
3.1 普通循迹 . ................................................................. 10
3.2 “十”字形循迹 . ........................................................... 12
3.3 “T ”字形循迹 . ............................................................ 14
3.4 “7”字形循迹 . ............................................................ 16
4 系统的测试与调试 .............................................................. 18
4.1 硬件测试 . ................................................................. 18
4.2 软件测试 . ................................................................. 18
4.3 性能测试 . ................................................................. 18
结束语 .......................................................................... 19
附录 ............................................................................ 20 附录一 智能小车实物图 ......................................................... 20
附录二 智能小车循迹路线 ....................................................... 21 附录三 原理图 ................................................................. 22 附录四 程序源代码 ............................................................. 23
参考文献 ........................................................................ 25
致 谢 ........................................................................ 26
智能小车控制系统的设计
专业：电子信息工程 班级：200902班 作者： 指导老师：
摘 要
随着我国科学技术的进步，智能化和自动化技术越来越普及，各种高科技也广泛应用于智能小车和机器人玩具制造领域，使智能机器人越来越多样化。智能小车是一个多种高薪技术的集成体，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识，可以涉及到当今许多前沿领域的技术。汽车工业的发展，汽车本身的安全性和智能性日益得到重视。因此，研制一种智能小车控制系统非常必要。
本文中介绍一种智能小车控制系统的设计方案，以单片机为核心控制单元，硬件系统包括循迹模块和电机驱动模块，实现小车能够自动识别黑线，按照引导线行驶，可以左转、右转以及蔽障的功能。
系统以STC 89C52RC单片机为核心，对外设进行控制，利用线性稳压芯片对电压进行稳定控制，为单片机及其他外设进行稳定供电，利用红外对管模块进行黑白信号检测，利用L298N 电机驱动模块对直流减速电机进行稳定控制，利用光耦芯片进行强弱电隔离控制，消除干扰，实现智能简单行车模型。
本文研制的智能循迹小车能够自动识别黑线，按照引导线行进，可以左转、右转，并取得了预期效果。该智能小车工作稳定。该文的研究成果将应用在汽车工业方面，产生较客观的经济效益。
关键词：单片机；智能车；传感器；循迹。
Design of Intelligent Car Control System
Speciality : Electronic Information Science and Technology Class:0902
Author: Tutor:
Abstract
Along with the development of science and technology, intelligent and automation technology is more and more popular, all kinds of hi-tech also widely used in intelligent robot toy car and manufacturing field, make intelligent robot more and more diverse. Intelligent car is a variety of high-paying technology integration body, it incorporates mechanical, electronic, sensors, computer hardware, software, artificial intelligence and many other subject knowledge, can involves many of today's current areas of technology. With the development of automobile industry in our country, the automobiles’safety and intelligence become more and more important. Design of intelligent car control system is becoming very necessary.
In this paper, a design of intelligent car control system is introduced, using microcontroller as the electronic control unit (ECU) , the hardware of the smart car were designed, which included tracing system and motor driving module,implement the car can automatically identify the black thread, according to the guide line, you can turn left, turn right, and escapes.
System to STC 89C52RC microcontroller as the core, set to foreign control, use linear regulator chip to voltage stability of control for single chip microcomputer and other peripherals for the reliable power supply, using infrared to the module black and white signal detection, use L298N motor driver module to the dc speed-down motor stability control, use light coupling strength chips for electrical isolation of control, eliminate interference,
The intelligent tracing car can automatically identify black line,you can turn left or right in accordance with the guide line, and an ideal expected results is obtained.This MiniCar works steadily. The research results in this paper will applied to the automobile industry, and it will produce great economic profit.
Keywords: Single chip; Smart car; Sensor;Light footprint.
1 绪论
1.1 研究目的和意义
随着生活水平的不断提高，汽车进入家庭的消费意识的不断增强。中国城市汽车的保有量迅速增加。随之而来的是交通事故与日俱增，特别是城市。发展绿色智能交通系统是二十一世纪交通运输的重要发展方向。
绿色智能车的设计是解决当今汽车研究发展的总体方向，绿色意味着能源可持续，对环境影响最小化，减小大气污染。本课题选择太阳能作为汽车动力源，利用太阳能产生电能，通过稳压电路对电路供电，并通过太阳能供电系统中的蓄电部分对剩余电量进行存储，从而最大可能的利用太阳能产生的电量，尽量不造成资源浪费，在阴雨天气利用蓄电池所蓄电力供电，不影响汽车的能量要求，在一定程度上节约了资源能源，缓解了资源能源的短缺，在汽车行业实现了可再生能源的利用。
再言之，目前，我国汽车保有量已达2400万辆，年消耗油品7000多万吨。汽车在促进经济繁荣、给人民生活带来方便的同时，也带来了能源和环保问题。其中汽车尾气污染对环境影响巨大。在北京、上海、广州等大城市，机动车已成为排放一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物等污染物的第一大污染源。因此，治理汽车污染将是一项长期的、艰难的、复杂的系统工程。汽车尾气是城市空气污染的主要来源，太阳能的应用是最终解决汽车尾气对城市环境的污染。
我国经济的飞快发展和居民收入水平的迅速增加，使得我国城市交通运输的需求激增。交通运输的增长突出表现了两个方面，一个是交通运输量的大幅度增加，另外就是社会及居民机动车保有量的飞速增长。目前，针对当前城市机动车交通量增长远高于社会经济和道路系统建设速度的背景状况，使我国城市智能交通系统面临的机遇和挑战进行分析，提出城市交通系统的智能化需求；而智能车的发展，能够在很多程度上推动智能交通系统的实现，通过在汽车上安装 CCD 导航，也能实现道路监控，由小车无线通信系统和计算机最终控制系统，能够形成交通的动态管理。
1.2 研究内容
本文将研究采用飞思卡尔公司的STC 89C52RC 单片机作为小车的主控制处理器，能自动循迹，自动避障的智能小车控制系统。选择常见的电机模型车为机械平台，通过细化设计要求，结合传感器技术和电机控制技术相关知识实现小车的各种功能。设计完成以由光电对管的自动寻迹以及自动避障组成的硬件模块结合软件设计组成
多功能智能小车，共同实现小车的前进、转向行驶，自动根据地面黑线寻迹导航，检测到障碍物后停止等功能，实现智能控制，达到设计目标。
1.3 研究方法和技术路线
首先认真详细的查阅智能小车相关资料，了解智能小车的工作原理，根据控制要求初步确定所使用的元器件，绘制电路连接图，根据电路连接图焊接电路板，完成智能小车的制作。编写程序代码，调试程序，配合智能小车硬件部分，完善功能。
1.4 预期的研究目标
实现开发板的万能板和PCB 板制作、组装；完成开发板的启动程序以及各功能模块的驱动程序。实现开发板的万能板和PCB 板制作、组装；完成开发板的启动程序以及各功能模块的驱动程序。智能小车能够按照设计的黑色跑道循迹行驶，判断不同的形状的路口，实现前进、停止、左转和和右转的功能，遇到障碍物能够停止前进。 2 智能小车硬件系统的设计
2.1 小车循迹模块
2.1.1 小车循迹模块简介
BFD-1000 专门设计用作黑（白）线检测的传感器，特别适合复杂黑白线、交叉黑白线的检测，它有 6 路高灵敏度的红外传感器（5 路巡线、1 路蔽障） ，能够对黑白线准确的识别，
图 2-1 小车循迹模块正面结构图
图 2-2 小车循迹模块反面结构图
它有如下功能和特点：
1.BFD-1000 集成 5 路循迹传感器，适合复杂黑线（白线）的跟踪，对于简单的黑线 （白线）寻取更不在话下。
2.BFD-1000 有一路蔽障用的红外传感器，蔽障距离可以通过滑动变阻器调节，方便 有蔽障需求的机器人设计。
3.BFD-1000 有一个专门设计的触碰传感器，使得有这方面的需求机器人设计更加简 便。
4.BFD-1000 输出信号全部都为数字信号，方便与单片机相连。
5.BFD-1000 全部传感器都有 LED 灯作为指示，方便调试
6.BFD-1000 支持电压为 3.0-5.5v 满足大多数系统需求。
2.1.2 小车循迹模块技术参数
输出形式： 数字输出（高低电平），探测到黑线时为输出低电平，探测到白线时输 出为高电平。
检测距离：（0.5-40mm ）
输入电压： 3.0-5.5V
尺寸： 12.8*3.0 厘米
2.1.3 小车循迹模块管脚说明
CLP: 触碰开关输出有触碰动作时输出高电平，没有时输出低电平。
VCC5: 模块电源正极输入，输入电压范围为3.0-5.5v
SS1：SS1传感器输出 （探测到黑线时为输出低电平，探测到白线时输出为高电平） SS2：SS2传感器输出 （探测到黑线时为输出低电平，探测到白线时输出为高电平）
SS3：SS3传感器输出 （探测到黑线时为输出低电平，探测到白线时输出为高电平） SS4：SS4传感器输出 （探测到黑线时为输出低电平，探测到白线时输出为高电平） SS5：SS5传感器输出 （探测到黑线时为输出低电平，探测到白线时输出为高电平） Near ：红外壁障传感器输出接近为高电平、远离为低电平。
GND ：模块地输入，通入电源负极。
2.1.4 用户使用注意事项
1.模块上面的电位器是调节红外距离传感器距离的，根据需要调节 。
2. 红外距离传感器具有方向性 ，如果它不起作用，请用手调节下发射与接收的角度， 其中黑色为接收，白色为发射。
3. 切勿接反电源正负极。
2.1.5 例程
1. 简单循迹例程
思想：
简单的循迹只用两个循迹传感器就可以实现， 可以用循迹模块上面的SS2，SS4，两个传感器，当 SS2 碰到黑线时可以向左转，SS4碰到黑线的时候可以向右转，就可以实现简单的循迹。
2.“T ”字交叉口循迹
思想：
寻 “T ” 字形的交叉线主要的思想是最边上来那两个传感器(SS1 SS5) 碰到黑线的时候让小车再走一段时间， 再判断最前面那个传感器 SS3的状态，如果没有黑线，就说明寻到了"T" 字路口。
3.“十”字交叉口循迹
思想：
寻“十” 字形的交叉线主要的思想是最边上来那两个传感器(SS1)碰到黑线的时候让小车再走一段时间，再判断最前面那个传感器 SS3的状态，如果有黑线，就说明寻到了" 十" 字路口。
4.“7”字交叉口循迹
思想：
寻“7” 字形的交叉线主要的思想是左边上来那个传感器(SS1)碰到黑线的时候让小车再走一段时间， 再判断最前面那个传感器 SS3的状态，如果没有黑线，就说
明寻到了"7" 字路口。
注意：
任何复杂的循迹都可以拆分成简单的循迹来实现，复杂的循迹最重要的是找到交叉点，然后转向，至于转多少，可以用前面的那个传感器做转过黑线数目的计数。
2.2 电机驱动模块
L298N是ST 公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V; 输出电流大，瞬间峰值电流可达3A ，持续工作电流为2A ，额定功率25W 。内含两个H 桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作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；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N 芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。
图 2-3 电机驱动模块
图 2-4 电机驱动原理图
2.2.1 光电隔离
其目的在于从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，使测控装置与现场仅保持信号联系，而不直接发生电的联系。隔离的实质是把引进的干扰通道切断，从而达到隔离现场干扰的目的。智能小车刚启动时，电流过大易烧坏电机驱动模块和单片机，光电隔离起缓冲和保护电路作用。
2.2.2 LM7805稳压电路
如图所示电路为输出电压+5V的稳压电源。它由滤波电容C2和一只固定式三端稳压器(7805)极为简捷方便地搭成的。 220V 交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路和滤波电容的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin 和GND 两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化) 。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为TTL 电路或单片机电路的电源。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。
图 2-5 LM7805稳压电路原理图
2.2.3 电机驱动模块接线图
图 2-6 电机驱动板接线
图 2-7 电机驱动板接法
3 小车软件程序设计
小车工作流程图：
3.1 普通循迹
/*简单循迹程序，此程序能让小车沿着黑线移动*/
/*当你看到这个程序的时候，请注意，这个程序是不能直接使用的，你要自己实现小车的向前，向后，向左，向右, 及其延时的子程序*/
#include
void CarGo();
void CarBack();
void CarTurnLeft();
void CarTurnRight();
void Delayms();
void CarStop();
/*定义循迹传感器管脚*/
sbit CLP=P1^0;
sbit SS1=P1^1;
sbit SS2=P1^2;
sbit SS3=P1^3;
sbit SS4=P1^4;
sbit SS5=P1^5;
sbit Near=P1^6;
void main(void)
{ CarGo();
while(1)
{
if(SS2==0)
{
CarTurnLeft();
}
else
{
if(SS4==0)
{
CarTurnRight();
}
else
{
CarGo();
}
}
}
}
3.2 “十”字形循迹
/*简单循迹程序，此程序能让小车寻到十字路后停下*/ #include
void CarGo();
void CarBack();
void CarTurnLeft();
void CarTurnRight();
void Delayms(unsigned char n);
void CarStop();
/*定义循迹传感器管脚*/
sbit CLP=P1^0;
sbit SS1=P1^1;
sbit SS2=P1^2;
sbit SS3=P1^3;
sbit SS4=P1^4;
sbit SS5=P1^5;
sbit Near=P1^6;
void CarGoLine()
{
if(SS2==0)
{ } else { CarTurnLeft(); //小车沿黑线走 if(SS4==0)
{
CarTurnRight();
}
else
{
CarGo();
}
}
}
void main()
{
unsigned char flag;
flag=0;
while(flag==0)
{
CarGoLine();
if((SS1==0)&&(SS5==0))
{
CarGo();
Delayms(200);// 判断不是 “T ” 字形接口度和性能
if(SS3==0) flag=1;
}
}
CarStop();
}
具体延时时间看小车的速
3.3 “T ”字形循迹
/*简单循迹程序，此程序能让小车寻到T 字路后停下*/ #include
void CarGo();
void CarBack();
void CarTurnLeft();
void CarTurnRight();
void Delayms(unsigned char n);
void CarStop();
/*定义循迹传感器管脚*/
sbit CLP=P1^0;
sbit SS1=P1^1;
sbit SS2=P1^2;
sbit SS3=P1^3;
sbit SS4=P1^4;
sbit SS5=P1^5;
sbit Near=P1^6;
void CarGoLine() //小车沿黑线走
{
if(SS2==0)
{ CarTurnLeft(); } else { if(SS4==0)
{
CarTurnRight();
}
else
{
CarGo();
}
}
}
void main()
{
unsigned char flag;
flag=0;
while(flag==0)
{
CarGoLine();
if((SS1==0)&&(SS5==0))
{
CarGo();
Delayms(200);// 判断不是 “十” 字形接口和性能
if(SS3==1) flag=1;
}
}
CarStop();
}
具体延时时间看小车的速度
3.4 “7”字形循迹
/*简单循迹程序，此程序能让小车寻到7字路后停下*/ #include
void CarGo();
void CarBack();
void CarTurnLeft();
void CarTurnRight();
void Delayms(unsigned char n);
void CarStop();
/*定义循迹传感器管脚*/
sbit CLP=P1^0;
sbit SS1=P1^1;
sbit SS2=P1^2;
sbit SS3=P1^3;
sbit SS4=P1^4;
sbit SS5=P1^5;
sbit Near=P1^6;
void CarGoLine() //小车沿黑线走
{
if(SS2==0)
{ CarTurnLeft(); } else { if(SS4==0)
{
CarTurnRight(); } else { CarGo(); }
}
}
void main() {
unsigned char flag; flag=0;
while(flag==0) {
CarGoLine();
if((SS1==0)||(SS2==1)) { CarGo();
Delayms(200);// 判断不是 “倒T ” 字形接口度和性能
if(SS3==1) flag=1;
} }
CarStop(); }
第 17 页 共 26页
具体延时时间看小车的速
4 系统的测试与调试
4.1 硬件测试
硬件测试主要检测硬件系统的功能是否能够实现。硬件运行的时候是否稳定，由于硬件是软件运行的基础保证小车的整个功能的运行，所以其测试是重点测试项目。硬件的测试分为模块化测试而后整个运行测试，每个部分分别测试需要检查是否得到希望的输出。
在智能小车循迹模块中，主要检测红外传感器的工作情况，红外传感器发出信号，黑色线路会吸收信号则不会收到信号，适度距离范围内的白色地板会反射信号则会收到信号。当检测到黑线时输出低电平，指示灯亮；当检测到白线时输出高电平，指示灯不亮。
在电机驱动的控制模块中，主要检测 智能小车的运行情况，能否实现智能小车前进、停止、左转和右转，驱动力大小，散热情况等；接着是电机的转动情况，发热程度，对系统的影响程度等；
整体的测试中，观察各个部分直接的影响以及传递关系是否符合要求。
4.2 软件测试
软件测试主要检测软件系统的功能是否能够实现，并良好的表现出来。软件运行的时候是否稳定，是否正确直接关系到整个小车运行的正确性，软件运行的基础保证小车的整个功能的正确运行，是小车的灵魂之所在，所以其测试也非常之重要。硬件的测试也分为模块化测试而后整个运行测试，每个部分分别测试需要检查是否得到期望的表现形式。
在智能小车循迹模块的测试中，主要是指智能小车能否判断出是白线还是黑线并始终沿着黑线行驶；是“十”字形路口还是“T ”字形路口，该停止还是继续前进。
4.3 性能测试
性能测试主要是测试系统的运行的稳定情况，面对异常情况的反应状况，各个模块的反应速度、时间等 。本次性能测试设计的黑色路线包含两个“十”字形路口和一个“T ”字形路口，智能小车从起点出发，沿着黑线行驶，遇“十”字形路口继续向前行驶，遇“T ”字形路口停止。遇障碍物也停止前进（视频中没反映，实验测试可行）。本测试详见视频。
第 18 页 共 26页
结束语
智能小车就像拥有生命的个体一样，能够自己运行，虽然在本课题目前只能完成到循迹运行和简单蔽障，但是相信下一步继续改装会拥有更加全面的功能，小车也能自由实现各种操作，实际应用到交通中一样能够使交通随意而动。
在本课题中采用的循迹模块，有六个传感器，五个可用于循迹，一个可用于蔽障，同时还有指示灯显示工作状况，模块功能丰富，设计合理 ，直接焊接在小车车头即可使用，非常方便美观。
第 19 页 共 26页
附录
附录一 智能小车实物图
第 20 页 共 26页
附录二
第 21 页 共 26页
.
附录三 原理图
D 1D 2D 3_S I D _S C L K D _C S 76543210 最小系统原理图
.
第 22 页 共 26页
附录四 程序源代码
#include /*定义循迹传感器管脚*/ sbit CLP=P1^0; sbit SS1=P1^1; sbit SS2=P1^2; sbit SS3=P1^3; sbit SS4=P1^4; sbit SS5=P1^5; sbit Near=P1^6; void CarGo(); void CarBack(); void CarTurnLeft(); void CarTurnRight();
void Delayms(unsigned char n); void CarStop(); unsigned char flag=0; void CarTurnLeft() {P2=0x08;} void CarTurnRight() {P2=0x02;} void CarGo() {P2=0x0a;} void CarStop() {P2=0x00;}
void Delayms(unsigned char n) {while(n--);} void CarGoLine() {
第 23 页 共 26页
//小车沿黑线走
if(SS2==0) { } else {
CarTurnLeft();
if(SS4==0)
{
CarTurnRight(); } else { CarGo(); } }}
void main() { while(flag==0)
{CarGoLine();
if(Near==1)CarStop();
if((SS1==0)&&(SS5==0)) { } }
CarGo();
//Delayms(200);//判断不是“十”字形接口具体延时时间看小车的速度和性能 if(SS3==1) flag=1;
CarStop(); while(1); }
第 24 页 共 26页
参考文献
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致 谢
本设计在老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择，方案验证到具体设计和调试，无不凝结着王老师的心血和汗水，在四年的本科学习和生活期间也始终感受着导师的精心指导和无私关怀，我受益匪浅。再次向王老师表示深深的感谢和崇高的敬意。
毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后一作业了。想藉此机会感谢同学在做论文中给我的帮助，感谢四年以来给我帮助的所有老师，同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可缺少的一部分。大学生活即将匆匆忙忙的过去，但我却能无悔地说：“我曾经来过。”大学仅四年，但它给我的影响却不能用时间来衡量，这四年以来，经历过的所有事，所有人，都将是我以后生活回味的一部分，是我为人处事的指南针。就要离开学校，走上工作的岗位，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，一路走好，未来总会是绚烂缤纷。
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