基于STC12C5A60S2单片机智能小车毕业设计

1、基于 STC12C5A60S2 单片机智能小车目录摘 要 1 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。Abstract 2 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。引言 3 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。1、课题背景及意义 3 酽锕极額閉镇桧猪訣锥。2、国内外研究及现状 3 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。1 绪论 5 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。1.1 智能小车概述 5 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。1.2 设计任务和功能要求 7 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。1.2.1 基本要求 7 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。1.2.2 发挥部分 7 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。2 硬件电路设计 8 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。2.1 主控芯片选型 8 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。2.1.1 单片机

2、STC12C5A60S 性能介绍 8 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。2.1.2 最小系统 12 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。2.2 循迹探测模块 12 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。2.3 电机驱动模块 16 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。2.4 超声波测速模块 17 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。2.5 无线通信模块 18 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。2.6 系统模块的最终方案 19 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。2.7 最终 PCB 板图 19 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。3、系统调试 20 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。3.1 循迹探测模块调试 20 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。3.2 蓝牙通信模块调试 20 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。3.3 超声波测距模块 2

3、1 輒峄陽檉簖疖網儂號泶。4、软件设计 22 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。4.1 程序设计说明及流程图 22 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。4.1.1 系统软件设计说明 22 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。4.1.2 程序流程图 22 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。4.2 程序设计 24 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。4.2.1 驱动程序设计 24 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。4.2.2 寻迹子程序设计 26 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。5、测试数据、测试结果分析及结论 30 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。5.1测试方法与仪器 30 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。5.1.1 测试仪器 30 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。5.1.2 测试方法 30 谚辞調担鈧谄动禪泻

4、類。5.2测试数据及测试结果分析 30 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。5.3 心得体会 30 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。致谢 32 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。参考文献 33 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。II摘要颖刍莖智能小车的研究、开发和应用涉及传感技术、电气技术、单片机控制、通信技术等 学科，是一门综合技术，当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。智能作为现代社会 的新产物，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模块在一个特定的环境里自动的 运行，可运用于科学勘探等用途，无需人为的管理，便可以完成预期所要达到的或更高 的目标，智能小车就是其中的一种。智能小车的发展主要在自动化领域，很多高校都鼓 励学生去从事这方面的

5、学习与研究。智能小车在以后必将有其广阔的应用前景。本设计 是以简易的三轮小车（一个万向轮，两个普通的直流电机）为车体，硬件是基于 STC12C5A60S2单片机为主控芯片，配合直流电动机、红外传感器、超声波传感器、蓝 牙无线传感器， L298N 驱动芯片等器件构成。通过相应的软件代码控制小车循迹、加减 速等动作；完成小车在起跑线同时启动，在超车区实现超车；之后两车交替超车领跑的 各个功能。经过多次实验表明，两小车较好地实现了循迹超车并交替领跑的功能。 蛺饽亿顿裊赔泷。关键字智能小车；电气技术；单片机控制；通信技术；单片机STC12C5A60S；AbstractIntelligence is a

6、n important direction for the future development as a new product of modern society. It can operate automatically in a specific environment according to the predetermined pattern and will be able to complete the intended target without user s management. This excogitation mainly reflects multi-funct

7、ion car intelligent mode, the design of theory scheme and analytical method, features and innovations etc. which have some reference value on the design and popularity of semiautomatic robot automatically such as intelligent robots, intelligent household appliances濫. 驂膽閉驟羥闈詔寢賻。This dissertation disc

8、usses mainly on the design of the intelligent car in single-chip processor as the control core. To realize the car moving around and transform. the mode of the small car function, it uses wireless remote control; to realize the small car obstacle-avoidance function and comprehensively car tracing fu

9、nction, it uses the infrared sensor. This excogitation adopts the research methods of contrast selected, independent modules, comprehensive treatment method. After the comparison between Pros and cons, the best program design will be elected combining with the actual situation. It is complete in acc

10、ordance with the rigorous scientific attitude from the smallest systems to the wireless remote control, infrared tracking and ultrasonic obstacle avoidance. The right signal outputs can be gotten to achieve its function by the debugging detection module. Finally on the commissioning of the module in

11、to the bodywork of the car, with procedure and by single-chip processor control, it will be effectively integrated with the module, achieve the intended objectives, final design and production that can make cars intelligently operate in a certain circumstances.銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。KeywordsIntelligent toy car;

12、 Obstacle avoidance; tracking; Intelligent 挤貼綬电麥结鈺贖哓类。引言1、课题背景及意义机器人学是一门与机器人设计、制造和应用相关的科学 1。机器人学又称为机器人 技术或机器人工程学，主要研究机器人的控制与被处理物体之间的相互关系。机器人学 涉及的专业领域很多，主要内容有运动学和动力学、系统结构、传感技术、控制技术、 行动规划和应用工程等。 赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。智能车是机器人学中的一类， 是具有自主性、 适应性和交互性等于一体的综合系统， 它融合了自动控制、人工智能、机械工程、信息融合、传感器技术、图像处理技术以及 计算机等多门学科的最新研究成果，

13、对智能车的研究不仅具有理论意义而且具有实际价 值2。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。智能车在我们的现实生活中的应用意义极大。 人类的研究活动已摆脱了地球生物圈 的束缚而广泛地进入外层空间和海洋深处。对月球和太阳系其他行星的探测，对太阳系 以外的宇宙进行考察，对数千米以下的海底的研究，都是目前单靠人力所不能及的。智 能机器人正在代替人们完成这些任务。在战场上的军事活动中，在恶劣环境条件下的生 产劳动中，凡不宜由人直接承担的任务，均可由智能机器人代替，如智能小车可以适应 不同环境，不受温度、湿度等条件的影响，完成危险地段、人类无法介入等特殊情况下 的任务。 裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。本设计是智能小车的运动轨迹的

14、研究，是智能小车研究领域的重要组成部分，初步 实现了多学科领域的综合研究。2、国内外研究及现状从 20 世纪 70 年代，欧美等发达国家开始进行无人驾驶车的研究，大致可以分为 三个阶段：军事用途、高速公路和城市环境 3。在军事用途方面，早在 80 年代初期，美 国国防部就资助自主陆地车辆 ALV (AutonomousLandVehicle)的研究。进入 21 世纪， 美国国防部连续举办大挑战( Grand Challenge)比赛 活动，对促进智能车辆技术交流 与创新起到很大激励作用。随着现实需要，智能车辆的研究逐渐转向民用领域，最早实 现在高速公路应用领域。高速公路无人驾驶研究的典型代表有

15、美国 CMU 大学的 NavLab-5 系统，意大利帕尔玛大学的 ARGO 系统和德国联邦国防大学的 VAMP 系统。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。在城市交通方面， 欧洲 Yamaba 公司推出了旅游接待智能车辆 CyberCab4 。在 2005 年日本爱知世博会上，丰田公司成功演示了 ITMS 无人驾驶公交系统。美国在城市环境 智能车辆研发方面起步较晚，目前与欧洲和日本存在一些差距。 绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。由于起步较晚，国内智能车研究水平总体上与发达国家相比存在不小的距离。但经 过各高校和研究单位的不懈努力，仍取得了阶段行的成果。国内清华大学、国防科技大 学、上海交通大学、西安交通大学、吉林大学、

16、同济大学和南京理工大学等都有过智能 车的研究项目。我国的智能车发展也主要运用在军事用途、高速公路和城市交通三个领 域5。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。“八五”、“九五”期间由国内六所重点大学联合研制成功了我国第一辆智能车 ALVLAB1 和第二代智能车 ALVLAB2 。目前，我国正在组织研究第三代的陆地自主车 ALVLAB3 6 。THMR-V(TsingHua Mobile Robot V) 清华 V 型智能车是一个比较成功的范 例7。它由清华大学计算机系智能技术与系统国家重点实验室在中国科学院院士张钹主 持下研制的新一代智能移动机器人，兼有面向高速公路和一般道路的功能8 。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。

17、除了清华大学，越来越多的研究机构、学者也加入到这一新兴学科中来。比如上海 交通大学设计的自动驾驶汽车，能根据道路弯曲程度的变化，实时计算出车辆的转向盘 角度输入，控制车辆按预设道路行驶 9 。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。1 绪论智能车辆是集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，是 智能交通系统的一个重要组成部分。它在军事、民用、太空开发等领域有着广泛的应用 前景。本次设计对智能小车的控制系统进行了研究，设计实现一个基于路径规划处理的 智能小车控制系统。 栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。无容置疑，机电一体化人才的培养不论是在国外还是国内，都开始重视起来，主要 表现在大学生的各种大型的创新比赛

18、，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛 (ABU ROBCON )、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛等众多重要竞赛都能很 好的培养大学生对于机电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。 但很现实的状况 是，国内不论是在机械还是电气领域，与国外的差距还是很明显的，所以作为机电一体 化学生，必须加倍努力，为逐步赶上国外先进水平并超过之而努力 10。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展要求， 提出简易智能小车的构 想，目的在于：通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设 计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。所以立“智能循迹小车

19、”一题 作为尝试。 峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。1.1 智能小车概述根据题目的要求，确定如下设计方案：甲车车头紧靠起点标志线，乙车车尾紧靠边 界，甲、乙两辆小车同时起动，先后通过起点标志线，在行车道同向而行，实现两车交 替超车领跑功能。跑道如图 1-1 所示。 詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。通过对题目的分析，我们把智能小车分解成这几个模块，即单片机主控模块、电源 模块、电机驱动模块、红外传感模块、蓝牙通信模块等几个部分。模块框架图如图 1-2 所示。 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。电机模块电机驱动模块循迹探测测距模块无线通信模块图 1-1 跑道示意图控 制 模 块电源模块图 1-2 模块框架图61.2 设计任务和功

20、能要求1.2.1 基本要求 （1）甲车和乙车分别从起点标志线开始，在行车道各正常行驶一圈。（ 2）甲、乙两车按图 1-1 所示位置同时起动，乙车通过超车标志线在超车区内实 现超车功能，并先于甲车到达终点标志线，即第一圈实现乙车超过甲车。 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇 賻。（ 3）甲、乙两车在完成（ 2）时的行驶时间要尽可能短。1.2.2 发挥部分（ 1）在完成基本要求（ 2）后，甲、乙两车继续行驶第二圈，要求甲车通过超车标 志线后要实现超车功能，并先于乙车到达终点标志线，即第二圈完成甲车超过乙车，实 现交替领跑。甲、乙两车在第二圈行驶的时间要尽可能的短。 鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。（2）甲、乙两车继续行驶第

21、三圈和第四圈，并交替领跑；两车行驶的时间要尽可 能的短。（ 3）在完成上述功能后，重新设定甲车起始位置（在离起点标志线前进方向40cm范围内任意设定），实现甲、乙两车四圈交替领跑功能，行驶时间要尽可能的短。 稟虛嬪 赈维哜妝扩踴粜。2 硬件电路设计2.1 主控芯片选型在众多的 51系列单片机中，要算国内 STC 公司的 1T 增强系列更具有竞争力，因 他不但和 8051 指令、管脚完全兼容，而且其片内的具有大容量程序存储器且是FLASH工艺的，如 STC12C5A60S2单片机内部就自带高达 60K FLASH ROM, 这种工艺的存储 器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。而且 STC 系列单

22、片机支持串口程序烧写。显 而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程 序还可以进行加密， 这又很好地保护了你的劳动成果。 重要的一点 STC12C5A60S2 目前 的售价与传统 51 差不多，市场供应也很充足。是一款高性价比的单片机 11。陽簍埡鲑罷規 呜旧岿錟。2.1.1 单片机 STC12C5A60S性 能介绍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

23、位电路 ,2路 PWM,8 路高速 10位 A/D 转换 （250K/S）,针对电机控制，强干扰场合 12 。沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。1. 增强型 8051 CPU，1T，单时钟 /机器周期，指令代码完全兼容传统 8051；2. 工作电压： STC12C5A60S2系列工作电压： 5.5V-3.3V （5V 单片机） STC12LE5A60S2 系列工作电压： 3.6V-2.2V（ 3V 单片机）； 钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。3. 工作频率范围： 0 - 35MHz，相当于普通 8051 的 0420MHz；4. 用户应用程序空间 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K /

24、52K / 60K / 62K 字节； 懨俠劑鈍 触乐鹇烬觶騮。5. 片上集成 1280字节 RAM；6. 通用 I/O 口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通 8051传统 I/O 口）， 可设置成四种模式：准双向口 /弱上拉，推挽 /强上拉，仅为输入 /高阻，开漏，每个 I/O 口驱动能力均可达到 20mA，但整个芯片最大不要超过 55Ma； 謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。7. ISP（在系统可编程） /IAP （在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真 器 可通过串口（ P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片； 呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。8. 有 EEPROM

25、 功能 （STC12C5A62S2/AD/PWM 无内部 EEPROM）；9. 看门狗；10. 内部集成 MAX810 专用复位电路（外部晶体 12M 以下时，复位脚可直接 1K 电 阻到地）；11. 外部掉电检测电路 :在 P4.6 口有一个低压门槛比较器， 5V 单片机为 1.32V，误差 为+/-5%,3.3V 单片机为 1.30V ，误差为 +/-3%；莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。12. 时钟源：外部高精度晶体 /时钟，内部 R/C 振荡器（温漂为+/-5%到+/-10%以内） 1 用户在下载用户程序时，可选择是使用内部 R/C 振荡器还是外部晶体 /时钟，常温下内 部 R/C 振荡器频率为

26、： 5.0V 单片机为： 11MHz 15.5MHz，3.3V 单片机为： 8MHz 12MHz，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测 试为准； 麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。13. 共4个16位定时器 两个与传统 8051兼容的定时器 /计数器,16位定时器 T0和 T1，没有定时器 2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器再加上2路 PCA模块可再实现 2 个 16 位定时器； 納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。14. 2个时钟输出口，可由 T0的溢出在 P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在 P3.5/T1 输出时钟； 風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。15. 外部中断 I/O

27、口 7路，传统的下降沿中断或低电平触发中断，并新增支持上升沿 中断的 PCA 模块， Power Down 模式可由外部中断唤醒， INT0/P3.2 ，INT1/P3.3， T0/P3.4， T1/P3.5， RxD/P3.0，CCP0/P1.3（也可通过寄存器设置到 P4.2 ）， CCP1/P1.4 （也可通过寄存器设置到 P4.3）； 灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。16. PWM（2 路） /PCA（可编程计数器阵列， 2 路）：也可用来当 2路 D/A 使用 也可用来再实现 2个定时器 也可用来再实现 2个外部中断 （上升沿中断 /下降沿中断均可分别或同时支持 ）；17. A/D 转换， 1

28、0位精度 ADC ，共8路，转换速度可达 250K/S（每秒钟 25万次）18. 通用全双工异步串行口 （UART） ，由于 STC12系列是高速的 8051，可再用定时器或 PCA 软件实现多串口； 铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。19. STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有 S2 标志的才有双串口， RxD2/P1.2（可通 过寄存器设置到 P4.2），TxD2/P1.3（ 可通过寄存器设置到 P4.3）；攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。20.工作温度范围： -40 - +85（工业级） / 0 - 75（商业级）21.封装： PDIP-40， LQFP-44，LQFP-48 I/O 口不够时，可用

29、2 到 3 根普通 I/O 口线外接 74HC164/165/595 （均可级联）来扩展 I/O 口， 还可用 A/D 做按键扫描来节省 I/O 口，或用双 CPU，三 线通信，还多了串口。 趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。图 2-1 STC12C5A60S2 管脚图各引脚功能简单介绍如下：VCC：供电电压；GND：接地；P0口： P0口为一个 8位漏级开路双向 I/O 口，每个管脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1口的管脚写 “1时”，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被 定义为数据 /地址的第八位。在 FLASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FLASH 进行 校验

30、时， P0 输出原码，此时 P0外部电位必须被拉高 13；夹覡闾辁駁档驀迁锬減。P1口： P1口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P1口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1口管脚写入 “1后”，电位被内部上拉为高，可用作输入， P1口被外部 下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时， P1口作为第八位地址接收； 视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。P2口： P2口为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P2口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写 “1时”，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 作 为输入时， P

31、2 口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P210 口当用于外部程序存储器或 16位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高 八位。在给出地址 “1时”，它利用内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行 读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位 地址信号和控制信号 14 ；偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。P3口： P3口管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I/O口，可接收输出 4个TTL 门电 流。当 P3口写入 “1后”，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外 部下拉为低电平， P3口将输出电流 （I

32、LL） ，也是由于上拉的缘故。 P3口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口： 緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。P3.0 RXD（串行输入口 ）P3.1 TXD（ 串行输出口 ）P3.2 INT0（外部中断 0）P3.3 INT1（外部中断 1）P3.4 T0（记时器 0外部输入 ）P3.5 T1（记时器 1外部输入 ）P3.6 WR （外部数据存储器写选通 ）P3.7 RD （外部数据存储器读选通 ）同时 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号；RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高平时间；ALE / PROG ：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电

33、平用于锁存地址的低 位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， ALE 端以不变的频 率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲 或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉 冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX ， MOVC 指令时 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状 态 ALE 禁止，置位无效 15 ；騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每个机器周 期

34、PSEN两次有效。但在访问内部部数据存储器时， 这两次有效的 PSEN 信号将不出现； 疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。EA/VPP：当 EA 保持低电平时，访问外部 ROM；注意加密方式 1时，EA 将内部 锁定为 RESET；当 EA 端保持高电平时，访问内部 ROM 。在 FLASH 编程期间，此引 脚也用于施加 12V 编程电源 （VPP）；镞锊过润启婭澗骆讕瀘。11XTAL1 ：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入；XTAL2 ：来自反向振荡器的输出；2.1.2 最小系统图 2-1 为单片机的最小系统图，单片机外围电路就是一个晶振电路和复位电路图 2-2 单片机最小系统模块图2.2 循

35、迹探测模块这里有两种方案可供选择：方案一：红外探测法利用红外线在不同颜色物体表面具有不同的反射性 质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光， 当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被小 车上的接收管接收：如果遇到黑线则红外光被吸收，小 车上的接收管收不到红外光。单片机就是否收到反射回 来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车行走的路 线。榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。方案二：采用光敏电阻探测器。图 2-3 ST188 外观图12由于光敏电阻的阻值随周围环境光线的变化而变化。因为光线照射到白纸上面时， 光线反射强烈，照射到黑线上时光线发射较弱。将阻值的变化值经过比较器就可以输出 高低电平，这

36、样单片机就可以通过返回来的高低电平来识别黑线了。但这种方案受环境 中光线的影响很大，循迹很不理想，故我们放弃了。 邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。最后我们采用光电传感器，其型号就是最普遍的 ST18816，做为小车的寻迹探测模 块。其外观如图 2-3 所示。 嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。 图中 A-K 为红外发射管。 C_E 为红外接收管。 其电器特性如表 2-1 所示 实际实用时不要超过此值：表 2-1 ST188 电器特性项目符号数值单位输入正向电流IF50Ma反向电压VR6V耗散功率P75mA输出集-射电压Vceo25V射-集电压Vceo6V集电极功率Pc50mA工作温度Topr 2065储存温度Tst

37、g 3075其光电特性如表 2-2 所示表 2-2 ST188 光电特性项目符号测试条件最小典型最大单位输 入正向压降VfIf=20mA1.251.5V反向电流IrVr=3V10A输 出集电极暗电流IceoVce=20V1A集电极亮电流ILVce=15VIf=8mAH10.3mAH20.4mAH30.5mA饱和压降VceIf=8mA Ic=0.5mA0.4V根据光电特性， 选取发射管的静态电流为 20mA。典型的压降为 1.25v，如果供电电 压为 5V，那么，此时在发射管上需要串联电阻， 电阻大小为 R=（5-1.25）/0.02;即：R=187.5 欧姆。取标称电阻， R=200，那么此时

38、的电流小于 20mA，但是不影响结果 17 。 该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。C_E端的电阻比较灵活，毕竟他是用来输出高低电平的，在此我们接一个 2K 的电 阻，其实上面电路图中的活动变阻器没有必要， 只是为了测试方便， 调整阈值电压用的。劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。13原理说明：14当没有物体反射红外线时， ce之间截止，无电流流过，输出电压为电源电压，高电平。当有物体反射红外线时，be 饱和导通 ce也就导通了，输出端就相当于接地。输出电压为低电平。整体电路图如图2-4 所示。 臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。图 2-4 循迹模块图152.3 电机驱动模块这里，我们有三种方案可供选择。方案一： H 型桥式驱动电路

39、 这种驱动电路是封面简单，可以很方便地实现直流点击的四象限运行，分别对应正 转|正转制动、反转、反转制动。它的基本原理图如图 2-5 所示。全桥式驱动电路的四只 开关管都工作在斩波状态。当 S1、S2导通时， S3、S4 断开，电机两端加正向电压，可 以实现电机的正转或反转制动； 当 S3、S4导通时， S1、S2 断开，电机两端加反向电压， 电机反转或正转制动。 在小车行驶的过程中， 我们要不断地使电机在四个象限之间切换。 但是。由于实际的开关器件都存在开通和关断时间，绝对的互补控制逻辑必然导致上下 桥臂直通短路，影响小车的行驶。 鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。方案二：继电器控制采用继电器对电动机的

40、开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。 这个方案的优点是电路简单。缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、可靠性不 高。穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。方案三：采用 L298N 集成芯片驱动L298N 是内含两个 H 桥的高电压大电流双全桥式驱动器，可以驱动 46V， 2A 以下 电机，接受标准 TTL 逻辑电平信号。用该芯片来驱动电机，操作起来方便，又稳定， 输出电流大，能够给小车提供较大的速度，且启动，制动快 18 。隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。所以我们采用方案三。如图 2-6为 L298N的电机驱动电路。一个 L298N芯片可以 驱动两个电机，四个输入端，四个输出端，两个使能端，单片机输

41、出 PWN 给驱动芯片， 从而来控制小车。 浹繢腻叢着駕骠構砀湊。16图 2-6 电机驱动电路如表 2-3 所示为我们设定通过芯片来确定小车的运行情况表 2-3 电机运行情况ENA(B)IN1(IN3)IN2(IN4)电机运行情况HHL正转HLH反转H同 IN2(IN4)同 IN1(IN3)快速停止LXX停止2.4 超声波测速模块我们用专用的超声波测距芯片来控制两小车的距离， 使其在特定的位置控制其距离 来保证小车超车的顺利完成。如图 2-7 所示为超声波测距的时序图，先发出一个触发信 号，模块内部再循环发出高脉冲，被拉成高电平，当接收到返回信号时，模块内部被拉 低，通过超声波的波速乘上高电平

42、的一半时间就是小车离前面小车的距离，然后通过程 序再对小车进行相应的控制 19 。鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。17图 2-7 超声波模块时序图2.5 无线通信模块方案一：采用 nRF24.L01无线模块。它是一款新型的单片射频收发器，内置频率合 成器、功率放大器、晶体振荡器、 调制器等功能模块， 并融合了增强型 ShockBurst技术， 其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。 nRF24L01功耗低，在以 -6 dBm 的功率 发射时，工作电流也只有 9 mA;接收时，工作电流只有 12.3 mA，多种低功率工作模式 （掉 电模式和空闲模式 ）使节能设计更方便。 惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。方案二：

43、采用 HC-05嵌入式蓝牙串口通信，该芯片主从一体，多一个蓝牙通信协议 硬件20 。通过电脑调试容易， 传输的信息量大。 主设备只能与从设备配对连接然后通讯。 从设备可以与主设备配对连接通讯之外还可以与手机、 电脑的蓝牙适配器、 PDA 等设备 配对连接然后通讯。如果需要单片机与单片机之间通讯，则需要一对蓝牙设备（1个主设备 +1个从设备），配对过程是全自动的，不需要人工干预。串口默认波特率为9600，配对密码： 1234，默认名称： BOLUTEK 贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。最终我们采用蓝牙来进行两小车之间的通信。我们考虑到蓝牙配对容易，通信受到 的干扰较小，比较稳定。当前面的小车跑到超车区时，

44、后面的小车到达超车标志线，当 后面的小车刚好检测到超车标志线的第一根黑线时通过蓝牙给后面的小车发送指令， 使 其减速，缓慢向前行驶，当后面的小车超过前面的小车通过超车区后面的第一个转弯标 志线时再发出一个蓝牙指令给另一个小车，使其加速。 嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。182.6 系统模块的最终方案1）电源模块： LM7805 电源稳压芯片2）控制模块： STC12C5A60S 单片机3）循迹探测模块： ST188 光电传感器4）测距模块：超声波测距5）电机模块：普通直流电机6）电机驱动模块： L298N 驱动芯片7）无线通信模块：蓝牙8）车体：三轮车（带一个万向轮）2.7 最终 PCB板图该最小系统的

45、最终 PCB板图（包括 LCD 接口以及其他的外部扩展电路部分，考虑 到最小系统的简洁以及容易看懂，外部扩展电路不在最小系统图上显示。） 薊镔竖牍熒浹醬 籬铃騫如图 2-8 所示：图 2-8 最终 PCB 板图193、系统调试3.1 循迹探测模块调试方案一让小车直行，当小车左边的光电管检测到黑线时，使小车向右拐弯，当小车右边的 光电管检测到黑线时，使小车向左拐，保证小车始终在中间的白色跑道上直行。当小车 的中间的光电管检测到转弯标志线时，让小车向左拐弯。 齡践砚语蜗铸转絹攤濼。让小车踩黑线跑。当小车检测到起跑线时，小车向左拐，小车左边的光电管检测到 黑线时，小车开始沿黑线跑。左边的两个灯都灭时

46、，使小车向右偏一点；当小车左边的 灯都亮时，使小车向左偏一点。当小车在超车区时，靠外边的小车就用右边的光电管组 检测外边的黑线来进行外循迹。 绅薮疮颧訝标販繯轅赛。通过我们反复的测试， 我们采用方案二， 方案二的可控性、 稳定性都相对较高一些。 同时检测标志线时也相对稳定一些。 饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。我们是采用单片机输出 PWM 来控制小车的速度。开始循迹时， PWM 给的不够恰 当，小车循迹时左右摇摆得厉害，经常会跑偏。通过反复的调试，找到两个小车各自合 适的循迹 PWM 值。同时电源电压我们也控制在一个稳定值左右，使其每次调试时都能 保证小车硬件稳定性。 烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵。3.2 蓝牙

47、通信模块调试我们使用主从一体的蓝牙模块。模块主从模式设置： BLK-MD-BC04-B 蓝牙模块同 时支持软 /硬件设置主从模式，具体方案如下： PI0(4)软/硬件主从设置口：置低 (或 悬空 )为硬件设置主从模式，置 3.3V 高电平为软件设置主从模式；如选择硬件设置主从 进行设置； PIO(5)硬件主从设置口： 3.3V 高电平设置主模式，接地或从式。状态指 示 LED ：PIO(1)用于指示蓝牙模块所处状态， LED 灯闪烁方式与蓝牙模块状态对应如表 3-1所示。 鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键。表 3-1 蓝牙通信状态对应图模式LED 显示模块状态主模式均匀快速闪烁( 150ms-on ， 1

48、50-off )搜索及链接从设备快闪 5 下后熄灭 2 秒链接之前配对过的从设备20长亮建立链接从模式均匀快速闪烁( 800ms-on ， 800-off )等待配对长亮建立链接3.3 超声波测距模块我们是在开发板上通过液晶显示来调试超声波模块。让超声波不断地收发检测， 改变前面障碍物的距离来观察液晶屏的显示。 通过这种方式来调试超声波测距的子程 序。 撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞。214、软件设计4.1 程序设计说明及流程图4.1.1 系统软件设计说明 在进行微机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个 生产对象的实际需要设计应用程序。 因此，软件设计在微机控制系统设计中占重要

49、地位。 对于本系统，软件更为重要 21 。 在单片机控制系统中，大体上可分为数据处理、过程 控制两个基本类型。数据处理包括：数据的采集、数字滤波、标度变换等。过程控制程 序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便控制生产。 为了完成上 述任务，在进行软件设计时， 通常把整个过程分成若干个部分， 每一部分叫做一个模块。 所谓“模块”，实质上就是所完成一定功能，相对独立的程序段，这种程序设计方法叫模 块程序设计法。 踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄。模块程序设计法的主要优点是：1、单个模块比起一个完整的程序易编写及调试；2、模块可以共存，一个模块可以被多个任务在不同条件下调用；3、模块程序允许设计

50、者分割任务和利用已有程序，为设计者提供方便。本系统软件采用模块化结构，由主程序定时子程序、避障子程序中断子程序显示子程序调 速子程序算法子程序构成。 婭鑠机职銦夾簣軒蚀骞。4.1.2 程序流程图22图 4-1 小车运行流程图23賾。开始图 4-2 产生 PWM信号流程图4.2 程序设计4.2.1 驱动程序设计 驱动程序主要是实现小车的直行，左转，右转，减速功能 以下为驱动程序清单void pwm_init(void)CCON = 0;CL = 0;CH = 0;CMOD = 0x02;CCAPM0 = 0x42;CCAPM1 = 0x42;CR = 1;24void pwm(unsigned

51、char x,y)CCAP0H =CCAP0L =x;CCAP1H =CCAP1L=y ;void go_stright(void) 直行motor_in2=0;motor_in4=0;void turn_left(void) 左转motor_in2=1;motor_in4=1;pwm(130,0);en_a=1;en_b=1;void turn_back(void) 减速motor_in2=0;motor_in4=1; pwm(170,100);void turn_right(void) 右转 motor_in2=0;motor_in4=1;pwm(140,110);en_a=1;en_b=

52、1;254.2.2 寻迹子程序设计 寻迹子程序主要是设置小车行走路线，使小车踩黑线行进。 以下为寻迹程序清单：void nei_xunji() 内循迹 缜電怅淺靓蠐浅錒鵬凜。 if(left_flag_0=0)&(left_flag_1=0)en_a=0;en_b=0;delay(8);en_a=1;en_b=1;pwm(80,200);delay(5);else if(left_flag_0=1)&(left_flag_1=1)en_a=0;en_b=0;delay(8);en_a=1;en_b=1;pwm(200,80);delay(5);elseen_a=0;en_b=0;delay(5

53、);26en_a=1;en_b=1;go_stright();delay(5);void nei_xunji2()内循迹 2 骥擯帜褸饜兗椏長绛粤。if(left_flag_0=0)&(left_flag_1=0)en_a=0;en_b=0;delay(8);en_a=1;en_b=1;pwm(80,200);delay(5);else if(left_flag_0=1)&(left_flag_1=1)en_a=0;en_b=0;delay(8);en_a=1;en_b=1;pwm(200,80);delay(5);elseen_a=0;27(OHH LI6e_l方一 )osos(OHHOI6e_)七 SO5 s寸 L-oo0EMd (LHHLI6e_y一)osos(LHHOI6e_l方一)七 OS (OcnxIOJU po宀宀AgMeaJp01116 三 SIO6=Hqlu XHelu p)Ae_ PoHqu (0HHLI6