自动巡线智能车控制系统设计

自动巡线智能车控制系统设计Designofcontrolsystemofintelligentvehicleforautomaticlineinspection

摘要在文章当中重点的对以单片机AT89C51作为基础的高科技智能型的车辆在相关功能实现与结构设计方面进行了阐述。汽车通过对黑线的识别，智能的对道路上出现的障碍物进行扫描且实现躲避作用，从而达到使汽车在特定的道上进行安全行驶的目的。该车采用基于c语言，以AT89C51型号的单片机为核心进行控制作用。利用8个红外线的传感器和不同的处理模块检测黑线、障碍物等。单片机可以产生特别的PWM波，可以利用L298N来调节汽车行驶方向和驾驶的速度。在红外光电传感器ST188检测到黑线后，及时将检测到的相关信号进行反馈。对获得的信号分析，可以控制汽车的左右轮电机的转速，调节汽车方向盘，调整汽车行驶路线。关键字：AT89C51  单片机  红外传感器  PWM  L298N电动小车AbstractInthearticle,thehigh-techintelligentvehiclesbasedonthesingle-chipAT89C51areexplainedintermsofrelatedfunctionrealizationandstructuraldesign.Byidentifyingtheblackline,thecarintelligentlyscanstheobstaclesthatappearontheroadandrealizestheavoidanceeffect,soastoachievethepurposeofmakingthecardrivesafelyonaspecificroad.ThecarisbasedonclanguageandusesAT89C51single-chipmicrocomputerasthecoreforcontrol.Use8infraredsensorsanddifferentprocessingmodulestodetectblacklines,obstacles,etc.ThesinglechipmicrocomputercangeneratespecialPWMwaves,andL298Ncanbeusedtoadjustthedrivingdirectionanddrivingspeedofthecar.AftertheinfraredphotoelectricsensorST188detectstheblackline,itwillfeedbackthedetectedrelatedsignalintime.Analysisoftheobtainedsignalcancontroltherotationspeedoftheleftandrightwheelmotorsofthecar,adjustthesteeringwheelofthecar,andadjustthedrivingrouteofthecar.Keywords：AT89C51SCMInfraredSensorPWML298NElectricTrolley目录TOC\o"1-1"\h\u摘要 3Abstract 绪论 1自动巡线控制系统设计概要 82小车设计 102.1主要功能介绍 102.2主要模块选用 103硬件设计方案 153.1控制系统总体设计 153.2单片机控制板模块 153.2.1时钟电路 163.2.2复位电路 错误!未定义书签。3.3L298N驱动模块 163.4距离计算模块 173.5八路红外传感器模块 183.6前向通道设计 183.7后向通道设计 224软件设计 245系统调试与实验结果 结论 29致谢 31参考文献 32绪论社会在逐渐的进步，科学技术也在不停的发展，人们对日常各个方面都提出了越来越高的要求。就如同汽车的发明，最初是为了帮助人们加快脚程，是为了满足人们在日常生活的需要而带来的一种逐渐发展的技术革新。现在，这种传统的汽车开始显得平凡，人们更加需要一种新的科学技术生产的汽车，智能的自动驾驶汽车的概念就出现了。在对相关文献进行初步研究后，笔者个人认为，首先是那些更发达得国家对智能车进行了一些技术性的研究，因此一些国家在之前就已经开始触及智能车的领域，并积极的参与到了智能车工作系统的大规模详细研究。和这些发达的国家相比，中国在对智能车的开发方向的研究起步较晚，很多地方都还停留在单一的技术研究上，但对智能车系统的探索是无限的，各种智能车的竞争亦是无限的。这个设计是基于以前的智能车设计的另一个新的系统。在此文当中，汽车的设计是基于对生产成本和工作性能两个方面的综合考虑。其中心控制单元是AT89C51单芯片计算机，使用高扭力的四轮驱动底盘向汽车提供足够的电力。另外，车上还搭载了8个检测黑线的红外传感器。根据障碍物不同而设计，可以提高汽车的性能、检测灵敏度等等。1自动巡线控制系统简述1.1课题意义与背景截至目前，有关汽车的研究场所都在研究发明在不一般环境下可以使用的自动安全监测系统。这其中就包含研发使用无人、远程的方式来进行工作。无线传输上的研究使得数据的处理速度能够变得更快而且让测量变得容易还能够达到实时处理。目前，由于人工智能技术的飞速发展，对于智能车方向的研究也逐渐受到更多人的关注，有关智能巡线小车的研发特别热门。智能巡线小车可以在任意的某个环境里按照事先设定符合情况的模式自动行驶，智能操控，无需人为，其运用范围非常广泛，包括灾害搜救、物流搬运、科学勘探等。智能巡线小车的功能也十分的强大，通过其对程序的精确控制可以实现精准定位停车、远程传输数据、行驶速度等功能。智能巡线小车整体可划分为三个部分，分别是传感器部分、控制器部分、执行器部分。有关智能型车辆系统的设计可以划分成微控制器单片机、测量/回馈系统、操作汽车系统几个部分。这样，汽车本身就可以确定正确的路线。通过智能车辆控制系统的开发，还可以开发自动的控制系统额外的设计以及实现功能的完善。在汽车设计阶段，我们设计了一种智能的控制算法，精通单芯片微计算机的系统控制电路，设计了智能车的运行系统，实现了智能跟踪的功能。结合电器机械相关主题的理论知识和实用电路设计的实现方法，实现了实用理论同实践的结合[8]。1.2研究进展对智能类车辆将来的开发可以实现对汽车的自动控制，完善智能车之前的运行模型。与常规控制车辆不同，它是人们通过控制远程实现对车辆的前后控制，控制其移动方向，开始、停止等。智能车辆对行驶方向的控制、速度大小以及开始、停止的控制，都是通过C语言设置的控制程序来实现的。智能车的研究是在1960年代后期，斯坦福大学（SRI）的查尔斯罗斯和尼尔斯尼尔森从这个方向开始，他们还在1966年到1972年间成功的发明了智能机器人2000年，韩国汉阳大学主办了5届智能汽车大赛。与中国相比，发达国家在智能汽车领域的研究历史悠久，其发展可分为以下三个阶段。第一阶段是20世纪中叶，智能汽车开始了初步的发展。第一阶段是在20世纪末，世界先进国家在智能汽车的发展上取得了巨大成就。在第三阶段之后，智能车将进入一个更加严谨和详细的开发过程。实际上，我国在对智能汽车的技术方面的研究是明显的比发达国家落后的。虽然目前的差距很大，但也取得了以下得许多成果。1）我国许多高校如浙大等都已经成功的研制了可以用于军用的智能型汽车。2）原无人驾驶汽车由中国一汽集团公司与国防科技大学机电工程学院、自动化研究所于2003年共同研制。随着我国经济实力的迅速提高，智能汽车的研究方向也不断拓展。这类汽车的不断发展，不仅深化了学生在学校所学的基础的专业知识，而且使理论适用于真正的实践当中，给以后的研究打下了坚实的基础。1.3设计任务与要求本智能小车的传感器部分采用寻迹传感器；本智能小车的控制器部分可采用单片机或嵌入式芯片；本智能小车的执行器可选用舵机、步进电机或直流电机等；本智能小车的驱动部分为L298N或33886集成芯片模块；本智能小车可选配加速度传感器、编码器以测取小车行驶参数；要求参与到设计小车的软、硬件结构与调试：要求设计智能小车的传感器采样程序、行驶控制程序；参照武昌的首义学院对毕业设计在格式上面的规定和要求，提交日志、相关的文献翻译、开题的报告以及主要的毕业论文，并达到学校对毕业论文重复率的要求。2小车设计2.1主要功能介绍巡线小车，即小车在地面能按照给出的黑色线路行驶，由于不同颜色对于光的反射系数不同，因此可以利用小车向路面发射红外线，根据光线的反射能力对于白色路面与黑色线路的差异，道路的确定是通过接收装置对反射光的强弱进行接收和信息反馈来决定的。这种通过红外线来实现对线路检测的方法被称为红外线检测。红外线检测方法:通过物体表面的不同颜色，呈现出不同反射强度的红外线。在驾驶者驾驶的过程中，汽车会不断在地面上释放红外线。红外线发生扩散，汽车的接收管就可以更加容易的检测到反射的光强。而当红外线遇到黑色轨道时大部分光线被吸收，使得小车很难能接受到反射的红外光。而红外探测法的原理就是单片机通过观察小车接收到的红外反射光来判断前行的轨道以及行走线路。2.2主要的模块以L298N作为整个系统电机的驱动模块部分。L298N是一种芯片，在运作时有以下的特点:工作的电压相对较高，可同时使两个电机发动，电压还可以通过电源进行直接调节。46v是其最大的工作电压,单片机的I/0口可直接提供相关的信号，电路简单且实用。对应L298N，其驱动的模块部分的运行效率十分的高，与本文设计的小车共同调节的效果非常好，在电路散热以及性能方面都非常好。智能汽车的动力和转向的组合是由两个间接连接的电机分别驱动车辆两侧的一个车轮，并通过改变两个车轮的速度来控制车辆行驶的方向。其运行的程序以及控制都相对简单。平衡车轮的作用则是用于平衡车辆。使用直流电机来确保智能汽车按照正确的路线行驶。优点是不占地方、响应快、重量轻、转矩大、价格便宜。直流电动机的降速比值可达1/74，对机器进行减速之后其速度在100r转/分钟以内。如果控制车轮的半径是3厘米，其最大滑的轮速度可达0.314米/秒，更能贴合系统的要求。速度控制系统:车辆完成的脉宽率控制系统使用的是晶闸管直流斩波器，其无需相位进行控制，这也是它和整流电路的最大区别。通过改变开关的状态，控制其运行。只要触发晶闸管,添加电源电压到电动机,当晶闸管被切断时,电机自动的断开直流电源,当电动机经过二极管,保持在其两端的电压就会慢慢变为零。PWM也称脉宽调节，不改变脉冲的周期，只改变晶闸管的持续时间。直流调速是通过改变脉冲宽度来实现的。能够在弯道低速，直道高速，行进间变速。PWM相较于V-M系统而言，其具有以下优势：首先，由于它的开关的频率相对V-M而言要高一些，它能够快速进行响应，其具有优秀的动态抗干扰能力；然后，因为电力电子器件只会工作与开光状态，所以其工作效率高而相对功耗较小；因为PWM开关的频率比较的高，电枢电感滤波器提供的脉动直流电流相对较小，系统可在低速的条件下运行的较为平稳，电枢电流的连续性相对简单，速度范围可以达1/10000之间。与V-M系的统相比，其电流的波形更佳，平均电流相同，其电机在磨损、产热方面的影响会更小。利用差不多51个单片机定时器可以达到PWM的产生，然而这样会导致其在驱动的能力上的有限性，所以PWM输出必须由驱动电机驱动电路才能正常的工作。在本文当中，设计主要是跟踪，因为PWM的波形可以直接从软件中提取，所以可以选择这种方案。电源:串联电池6-8v的电压，用于后面稳压电路的连接，稳压电路对大电流的器件及单片机是分别供电的，主要是为了防止干扰单片机的运行。此外，直流电机可以重新被驱动，但是需要在未超出单片机的工作电压的前提之下。该电源简单、价廉、易于购买。显示:利用不同颜色的LED灯对系统的运行情况进行检查，在p2.7的端口连接一个绿色灯，红色灯连接在p2.6处。如果系统工作正常,p2.7将会输出一个高的电流水平,相应的p2.6端口将输出一个低的水平,绿灯就会消失,而红灯会亮。如果系统有问题,p2.7将输出一个低水平,p2.6将输出一个高水平,红灯灭绿灯亮。电机不再转动，需要重置之后才可以成功的运行。主控制电路模块：AT89C51单片机、时钟电路，复位电路。红外检测模块：使用光电传感器ST188。由于红外线在对道路、黑线的反射强度不一样，以光电检测的线路来进行汽车对黑白路面的识别，把不同传感器信号代表的不同电平信号一起传输给51号单片机，微控制器指示转向电机转向，智能汽车就会改变、调整方向沿黑线行驶。巡检部分使用的是一根反射式的红外管，反射器接收发射管反射后的红外线在传递到传感器使其接收到信号，但是这里要求地板颜色务必是白色，指示的线也必须是黑色的。在本设计中，采用红外管进行数据采集，用于短程检测。红外光比可见光长，很难受到可见光的影响。同时，红外系统具有其独特的优点：重量低，结构紧凑，安装方便。其中反射式光电探测器的敏感度好，线性良，尺寸小，安装简单，外围电路不繁琐，无功率要求，电路的设计简便，性能也是稳定可靠，在短距离的传感器当中它是比较可靠的。使用光电的传感器作为传感器模块的核心装置。光其工作的原理十分的简便，容易达到，价格合适，而且还是同时具有发射机和接收机。这种类型的光电传感器使用简单、性能良好、具备检测所需的信号得功能。这里提一下，ST188型号的光电传感器使用简便、体积小、适应环境强、电路容易、性能很好。检测放大方案：由于传感器具有噪音而且其输出信号也比较小，所以，有必要对信号进行高、低格式的转化和放大，然后再用单片机读取相关的信号。可以利用电压比较器进行信号的放大。如果电压Ui低于Ur且Ui大于Ur，则输出两个不同的电平。如果更改为Ui，比较器的输出将从这个级别更改为另外一个级别。比较器有很多种。前提是要有很强的抗干扰能力，可以确切的识别不同电压的大小，响应的速度较快，且具备相应的防护措施，以防止设备因过流、过压而造成损坏。系统的运行原理:本设计以红外传感器ST188作为电路的检测核心。这是因为通常情况下传感器输出较弱信号，还伴随着造成干扰的噪声等，因此需要把传感器的输出连接到施密特触发器来完成滤波整形，可以把传感器微弱的信号变为比较平稳的高电平或者低电平来使用单片机完成查询。系统一接通电源，单片机就持续扫描，检测连接到电路的I/O口的情况。一旦发现信号存在着的变化，立即运行判定的程序，使用电机驱动器对左右的电机进行驱动。单片机通过t0时序器在驱动过程中产生PWM波形，通过波形控制电机的转速。即使是为了实现不一样的转向功能，左右电机的速度在汽车直线行驶时也是一样的。利用2个占空比不同的PWM波激活电路的控制环节，通过对左右轮的电机转速的影响，对小车的行驶方向进行改变。由于占空比不一样，两个轮子有着不同的转速，通过这种方法来改变小车行驶的情况，让小车转入原始的车道。图2-2系统原理图比较器特性:1）开关通常，比较器的输出分为高阶和低阶。由输入信号控制的等于开关。当输入电压超过一个阈值时，开关被激活，其输出从一个阶段到另一个阶段。因为这些输入的信号只是模拟的信号，输出的电平是分开的，所以电压比较器通常可以用在数字、模拟信号电路的转换电路。2）工作或正向反馈状态为了满足运行性能的稳定和其他某些特殊的要求，在运算放大器中引入了深度反馈，主要是为了增强比较器的反应的速度和敏捷度。不仅没有设置负向的反馈，必要时还会进行正反馈。因此比较器的性能分析方法不同于扩展计算机电路的性能分析方法。3）非线性由于比较器中的运算放大器处于开环、正反馈的情况，两个输入端的电位差与开环电压放大倍数的乘积通常是超过最高的输出电压，使内管进入饱和区或静止区，在这类情况当中，输入输出不是呈现线性的关系。分析比较器时与放大电路分析在计算放大系数上不同，与运算电路的分析那样在输出和输入之间的关系也是不一样的。应答时间是指电压比较器在输出时由低电位到高电位花费的时间。我们在设计时需要尽量的缩短比较器的应答时间，可以通过以下几个方法:解决方案1:集成电压比较器。解决方案2:集成传输构成的比较器。在这个设计中，我们使用了回滞比较器。组成结构比较简单，反应更加的敏捷，但容易受外界的干扰。如果输入信号受到限额的影响，比较器的输出将从这个等级转换到这个等级。如果使用这种出口电压控制继电器或电器，就能控制长时间开启关闭或者反复的动作，这是不好的也是我们所不允许发生的情况。选择的回滞比较器就使得这些问题得到了解决。当输入的信号受到外界的干扰时，其两个阈值之间的差值大于变量，出口的电压不会反复变化。所以比较仪器的抗干扰阻力强。但是，这种比较器最终仍然是无法解决温度移动到模块上的问题。解决方案3:施密特触发器。我们考虑到各种系统的功能，决定使用施密特触发器。这种装置具有2种稳定的状态，通过电平触发激活。当额外的触发信号的最大值明显增大时，会出现其他的稳定状态。这种装置具有比比较强更加强大的抗干扰能力。3硬件设计方案根据对不同模块在方案上的不同选择，本设计的硬件如下：1)前向通道部分——由放大电路和传感器电路构成。2)电源部分，由电池将电源与后续的电压线路进行连接，由电池独立的向各模块供电。3)后向通道部分，通过c语言对单片机进行编辑，驱动L298N芯片来使直流电机工作。单片机的最小系统——控制模块，其用处是为了让单片机能够稳定、正常的完成工作。3.1控制系统总体设计自动巡线智能车控制系统主要有电机、驱动、单片机控制核心、轨道检测等部分组成,系统的主要结构框图如图1所示。图3-1控制系统检测轨迹系统即小车的导航眼睛，以C语言为基础的单片控制系统就是智能小车的脑部控制中枢，电机系统可以比作小车的脚。利用这些轨迹感知的系统对黑线实际的位置进行检测，输出检查到的信息，并把信息进行相关程序的处理后传送到控制的系统当中。系统参考所得的信息做出相应的判断和指挥电机，按照上级的指示，电机推动智能车行进。3.2单片机的控制本设计采用的单片机是一种8位的耗能低、性能好、使用便捷、价格实惠的机器。编程的难度相对较低，对于系统的控制是十分适用的。最小的系统是由AT89C51组成的，稳定性高，构造简单。其可以为用户提供更多的I/O端使用，但是内部存储的容量确实不大，在系统开发上面的应用十分的特殊。1）时钟电路如果使用AT89C51做这种电路，需要在外面另外加一条电路。本设计采用AT89C51振动电路、外围定时装置和XTAL2、XTAL1，制作内部的振动电路。此次设计的是内部电路，选用30pF的电容，振荡晶体11.0592MHZ，二者构成并联的谐振回路。通过外部回路进行AT89C51复位。采用的按钮式的复位电路，分为电平、脉冲2种。图3-280C51复位电路2)程序存储器MCS-51中程序的存储器空间有大约64KB，通常都是用来存放程序。3.3L298N驱动L298N是ST生产的高压对电流驱动芯片。芯片用15针密封。其主要的特点是工作电压高,最高工作电压的46v可达,电流大,瞬间最高收视率的3a出口可达前类,连续作业的2a可以达到的。而且，使用两个H驱动器的高压对电流传导，还可以驱动直流电、脚步马达、继电器线圈等感性的负载。使用标准逻辑信号控制可控制的两种方法，一是允许进行控制，二是装置不启动，二是不影响输入信号。它有一个逻辑电源输入端子，使其在内部逻辑电路部分低电压下工作。也可以在外部感知到阻力，从而将反馈转换成控制电路。该芯片可使用L298N驱动马达驱动2台水上发电机或1台4相马达，出口电压可通过电源直接调节。它包含了四号逻辑驱动电路。2台直流电动机脚踏，2台工作电动机脚踏，比较方便。出口电压达到50伏，可通过电源直接调节出口电压。单芯片电脑的输入输出端口用于提供信号，电路简单易用。L298N可接受标准TL下光信号VSS,VSS可承受4.5-7v的电压。4英尺vihvs电源电压,电压范围是+2。5、46v前类,达到2a输出驱动感性的属下。1脚和脚15发射的戏剧,应当分别提取电流采样电阻连接到电流感应,形成新号。L298能够驱动2台电机，OUT1、OUT2、OUT3、OUT4分别与电机连接。输入PWM信号改变脉宽可调速调速端A正转M1反转停止正转M2反转停止100//0010//08电机旋转方式控制端IN1控制端IN2控制端IN3///10/控制端IN4///01/调速端B///111111///机部利用4个直流电机，提供动力，使之产生大的动力。还能驾驶较大的斜度。同时，汽车四轮底盘设计使汽车直线性能更强，不会出现偏离方向的现象。同时转动方向时，方向感更好。汽车线路部分用柱子和螺丝固定在底板上，使之具有良好的稳定性。另外，在连接时，每个模块都用机线连接，并使用主题板焊接MCU插座。这些为汽车的重新开发提供了充裕的空间。考虑到成本和效率，利用45个船位，用串行供电。电表是在6V年直接供应电力，自动汽车向前行驶。4,5个V供电51单芯片微机控制汽车运行。采样电压有两种选择。4,5个对比试验后使用6v电源，进一步稳定小汽车采集信号。直流电和减速器的生产比较麻烦，本地更是要通过网络购买这种工具。座椅用钻头模块固定。两个驱动轮放在小汽车后面，前端外轮辅助转动，提高了稳定性。考试结束时，我们还在网球拍上防滑，增加轮胎摩擦。3.4距离计算模块使用27GB-1525Y型直流减速器，发动机内部有两线霍尔编码器，4倍频率的减速箱，轮子一圈有几百个脉冲。编码在马达中的作用和工作原理:编码通常用于收集普通马达轴下若干个旋转角度的反馈，由于伺服器和工作人员有自身的信号反馈，不需要印码。精确度是通过编码从内部远距离用t-line输出多少脉冲信号，精确度是对编码的分辨率和角度记录越高越正确，AB输出是BAAA输出。这两条信号线连接到PLC高速计数端口时，按键一般都是PLC输入的。几点前，程序控制就是用数位高速计数器来接受信号，计算电动机的旋转周期数，实现机器直线或旋转角度的正确定位。通过这些编码，我们把脉动信号直接发送给单芯片机，读到读出处后计算车轮的周长计算出距离。3.5八路红外传感器模块红外线的反射特性是不同颜色的表面反射不同，因此我们可以探测红外线和障碍物。该模块有两个LM324放大器和两个7hc14d。收信软管接收不同颜色物体的红外线时，会产生不同宽度的电压，通过模块的LM324芯片放大信号后，输入74hc14d进行等级变换。小型汽车内的红外线管道在行驶过程中不断地向外发射红外线。光线多被吸收，信管不受信号。此时模块输出级别更高，遇到白纸会发生乱反射，反射光线容易通过模块接收，模块会低水平输出。单芯片微机用程序控制连续测定模块输出高度等级，实现信号检测。汽车的墙的原理类似。红色外线连续发射红外线，汽车前部6厘米处落下无障碍物时，红外线不会反射。此时，收信管无法接收反光，模块可输出低电压。在现有6厘米面有障碍物的时候，红外线管把它反射回去。接受反光处理，模块输出高度等级。3.5.1、LM324简介LM324有两个计算放大器，它独立受益大，内部频率补偿等。特别是适合于双电工作模式，电源电压范围宽的短电工作模式也很适合。在特定的工作环境中，电源电压与电源电流无关。它有广泛的，广泛的实际应用，如直流模块，传感器放大器以及其他可使用的单位运算放大器。3.5.2、74HC14D简介74HC14D是6路施密特触发器件，内含6个独立的出发倒相器，在正逻辑中它们执行波形整形和倒相功能；它也是5V电源供电且不需要外围元件。3.6前向通道设计。单芯片微机总是要与测量对象有联接的，这样才能用测定控制系统传送。因此，设计面向前方的通道，与测试对象的特征、情况、周边环境有着密切的关系。1）前向通道设计此次设计采用S188红外线传感器作为探测智能汽车前进方向的零件。传感器利用反射接收原理，设定1个红外线传感器1个红外线接收器和1个红外线接收器及其上的电阻。应用电路等于图的3.3。红外线发报机受电后，一定强度的红外线物体就会不断地发射出去。红外线修身机在一定强度的红外线照射下产生了穿透。红外线两极接受信号判断接收器是否已经通了。连接时输出的信号为0。否则就是1。在不同颜色的物体上，红外线的反射程度不同。黑色物体吸收了大量红外线，反射很少，不通，出口信号为1。由于白色物体吸收红外线的数量较少，反射的数量较多，在连接红外线接收器时，出口信号还为0。所以这次设计用红外线传感器模块和有黑线的路面组合使用。图3-3红外线传感器的应用电路红外传感器ST188简介ST188包含反射与接收模块，根据发射红外信号后接收到的信号的变换来检测和判断物体状态上的变化。K、A与E、C之间分别接发光二极管和光敏三极管（均应正接并且串联一定大小的电阻），其特点如下：①检测距离：413mm。②由发射功率很高的高灵敏度的光电晶体管与红外光电二极管构成。3）传感器的安装为能够更加准确测定黑线的位置和纠正巡线小车前进方向，在底盘需要同一时刻装上4个红外线发射器，通过红外线来确认和调整小车的前进方向，提高巡线的效率与可靠性。各个红外发射器探头的位置如图3.6.2所示:图3-4传感器安装图由图中可以看到：所有循迹传感器呈直线排列。Y1与X1（Y2和X2）是第一（二）级方向的控制传感器，智能小车一边的传感器之间宽度要大于黑线的宽度。小车行驶的过程中，每时每刻保持在X1和Y1两个第一级传感器中间，每当小车的行驶方向偏离黑线的时候，第一级的传感器就可以第一时间探测到黑线，并把探测的到的信号立即发送往控制处理系统，之后控制系统便会作出反应使小车修正到正确的轨道上。若是4个探测器都没测到黑线则证明小车回到了轨道上，将继续前进；若小车因为惯性仍然离开正确的前进路线，超出了第一级测器的探测范围，第二级开始探测器运作，改正小车的前进轨迹回到正确的道路上。第二级方向探测器是第一级的后续保护，提升了智能循迹小车的可靠性[8]。这次设计中用滞回比较器解决简单的电压比较器抗干扰能力差的问题，当滞回比较器输入信号由于受到大干扰的时候，两个阈值之差大于变化量，其输出电压就不会往复变化。图3-5迟滞比较器而若是处理图（a）所示的输入信号Vin则可以利用迟滞比较器看出，每当Vin上升并且超过上参考电压VREF(H)时，迟滞比较器便会进行一次跳变（A点）：而当Vin下降并且小于下参考电压VREF(L)时，迟滞比较器则会再一次进行跳变（C点）。由此可以得出，对迟滞而言输入信号的上升段和下降段会导致比较器的跳变时间不一样：输入信号上升的时候，迟滞比较器在超过VREF(H)之后就会发生跳变；输入信号下降的时候，小于VREF(L)之后迟滞比较器会发生跳变。据实际+V=+5V并且光电传感器会有最大0.4V的输出压降，故VREF(L)范围可以是+4.0V～+4.6V，这样R1、R2、R3的阻值约为：R1=1kΩ、R2=10kΩ、R3=6.6kΩ放大器LM324用来确定在检测黑线的电路中对红外接收信号的电平的高低，以此来判定黑线的位置以及是否是黑线。它的一个输入端需要接电阻箱，通过电阻箱来获得合适的电压。图3-6前向通道电路结构图3.7后向通道设计1）后向通道简介计算机对其控制运算的处理之后，计算机对控制的对象的输出通道接口是后向通道。后向通道应该解决的问题：数/模转换：用D/A变换器来输出二进制数字量；可以用PWM变换器输出频率量。功率驱动。要想匹配伺服驱动的功率要求，必须将51单片机的输出信号来进行功率放大。2）后轮电机驱动模块设计由于单片机的驱动能力不足以驱动一些大功率的器件，所以外加L298N驱动器来作为电机驱动的芯片，因为其设计简单、驱动效率高。下图为L298N的引脚图和输入输出关系表。图3-7L298N外部引脚图3-8L298N输入输出关系单片机P2口控制的电机驱动电路如图所示。图3-9电机驱动电路图驱动电路中，控制电机转速主要利用单片机P2.5和P2.4端口输出PWM波形。控制电机转向利用的是P2.0～P2.3输出的状态值。4软件设计这次毕业设计的软件设计重要是来利用程序实现，就是包含读取传感器信号与PWM波的产生。4.1系统流程图图4-1系统程序流程图4.2PWM调速简介及实现PWM————脉冲宽度调制，就是占空比可以变化的脉冲波形[21]。此部分在智能巡线小车的设计中所占比重很大，较为关键，首先通过给一定占空比的方波来实现转向控制，之后后轮电机的调速亦通过不同占空比的方波来实现。如图4.2产生PWM波，D为预设占空比，T为定时周期。在定时器的设置上应该注意以下两点：①外部器件的规格决定了计数上限和PWM波频率②合理的选择进入中断时间和计数上限。图4-2PWM时序图4.3程序的模块化设计在对控制系统进行设计的时候，除了对系统的硬件方面进行设计，就是如何根据不同生产对象的实际要求更改程序。为了完成本次设计，在进行软件上的设计的时候，一般会将其分为不同部分进行分别设计，而每个部分就叫做1个模块。而这一个个模块，就是相对独立而能够完成一定任务的程序段。由这些程序段构成了这个整体的软件思路。而将程序进行模块化的设计的优点是：首先每个模块相对于一个完整的程序更加的易于调试和编写；其次每个模块都可以共存，且每个模块程序中，设计者都可以使用已有的程序或是分割程序。小车循迹原理流程图如下：图4-3循迹原理流程图5系统调试与实验结果单芯片微计算机应用系统的调试包括硬盘调试和软件调试。可以说，这两个国家是完全不能分离的，甚至不能秘密建立的统一。简单地进行硬件设备调试或软件调试，将难以取得以上有效效果。软硬件的结合将有助于我们更好地发现错误。修复明显的硬件和软件错误是合理的解决方案。软件调试是程序设计是否合理，解决无法考虑的问题。检查语法和逻辑上是否有错误。另外，安装调试跑系统的硬件，例如去除因焊接而产生的短路和电路阻断等。并且继续完善设计，纠正设计不足之处。而且，还进行了软件硬盘跑步。共同调试的目的是实现软硬件的完美组合，解决软硬件间的不平衡问题。在这个过程中修正了设计系统的误差，使整个设计达到最佳工作状态。5.1软件调试随着单芯片微计算机开发环境的发展，单芯片微计算机开发软件也在不断地开发中。已显示了5.1金基日软件的接口。Keil是开发51系列单芯片微型计算机的流行软件。该软件提供了C语言编程、宏汇编、链连接、库管理、强大的仿真调试器等在内的完整的开发计划、通过集成开发环境、C语言源代码、链接文件、汇编模块连接目标文件、创建HEX文件、程序、调试。软件设计主要针对仿真电路的各个模块进行专题介绍，实现各个模块的功能。从全体毕业设计工作来看，软件专业人士格明和电子商务占据了很大的比例。由于软件程序庞大，整个软件程序可以分成若干功能模块进行编程测试。软件调试跑要用主要程序，包括温度或心率测量苹果，子程序的软体文件来完成各部分的程序。测试语法错误，测试逻辑测试程序的可行性。启动调试跑时，程序出现了许多语法错误。举例来说，变数和函数的大小写错了。词句后面有许多区分号。经过反复修改，最终程序通过编译，没有语法上的错误。5.2Proteus调试在系统设计过程中研究硬件方案后进行实际焊接，模拟的方式是方案确定的条件之一，对软件设计也很有帮助。为了方便调试，本系统先在PROTEUS执行了某项记录。某一记录过程中出了很多问题，但都是小问题。例如零件，曲柄错误，设备，就像电