智能循迹小车论文.docx

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智能循迹小车论文

2015年湖北省职业技能大赛

智能循迹壁障小车

2015年11月21日

摘要：

随着现代化的不断发展，自动化越来越普及，对传感器的应用越来越多，要求精度越来越搞高，本设计面向机械自动化发展，采用了STC12C5A60S2单片机作为控制核心，利用红外对管传感器检测黑线达到循迹，超声波检测障碍物避开障碍物的目的，以及自动停车，自动寻迹，整体系统的电路结构简单，可靠性能高。

采用技术主要有：

（1）STC12C5A60S2单片机应用；

（2）L298电机驱动及PWN电机调速；

（3）传感器的有效应用；

（4）程序算法的应用；

关键字：

STC12C5A60S2红外对管循迹L298NPWM调速18B20

1、系统方案的选择

1.1智能循迹小车的主控芯片的选择

方案一：

采用ST公司的STC12C5A60S2单片机作为智能小车的主控芯片，STC12C5A60S2是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，工作电压为5V，32个I/O口，具有8K在系统可编程Flash存储器。

该芯片价格便宜，应用广泛，操作简单，硬件与软件设计相对简单。

大学生广泛用于单片机学习与创作。

资源足够用于智能小车的设计。

因此，本设计选择了此芯片。

方案二：

采用德州仪器公司生产的F系列单片机MSP430F1611作为智能小车的主控芯片，MSP430F1611是一款超低功耗单片机，工作电压范围为1.8V-3.6V,48位I/O口线，16-BitRISC架构，但相应硬件复杂，软件编写相对难度大，而且价格昂贵，用于智能小车资源过剩，造成浪费。

经过讨论，我们放弃了此方案。

1.2智能循迹小车电源模块的选择

方案一：

直接用直流电源供电。

采用LM7812和LM7805稳压后产生12V和5V的直流电压，供给系统各个模块用。

虽然直接用直流电源供电，功率大，但由于有电源供电线的限制，这样就会对小车的行动造成诸多不便，为了能使小车能够简便地行驶，只能放弃这一方案。

方案二:

采用容量为9000mA的充电电池供电，充电电池质量轻，容量大，能为小车较长时间地供电，更重要的是它体积小安装方便，因此，本设计选择了这一方案。

1.3智能循迹小车电机驱动电路的选择

方案一：

采用分立元件制作而成的H桥驱动电路作为电机的驱动电路。

由分立元件制作的H桥驱动电路虽然可以驱动电机，成本也低廉，但是由于各个元件的参数不一样，稳定性难以保证，因此本设计放弃了这一方案。

方案二：

采用专门的电机驱动芯片L298N驱动电机，性能稳定，经过不断试验，L298N能够很稳定地驱动电机的转动，也易于控制，所以，本设计采用了这一方案。

1.4智能小车循迹模块的选择

方案一：

采用红外对管进行黑线检测。

红外对管的工作原理是：

由红外发射管发出红外线，红外线遇到黑线后反射回来，再被红外接收管接收，再经过电压比较器输出高低电平给单片机识别。

该方案受外界影响小，使用简单。

方案二：

采用交流调制红外避障电路。

其工作原理是，使音频锁相环芯片LM567发出调制脉冲驱动红外发射管发射红外线，然后再给红外接收管接收信号，再经过信号放大，输入到音频锁相环芯片LM567，如果LM567接收到的信号的频率和它本身产生的频率相同，则LM567输出一个低电平，否则，输出高电平。

然后再给单片机识别。

但是，示波器检测一直有低电平跳变，电路在受到外界红外线的干扰。

因此，这一方案不可靠。

综上考虑，根据小车的需要，本设计选择了红外对管进行黑线检测。

1.5温度测量模块

该方案采用温度传感器DH11AS18B20测量温度，DS18B20是Dallas公司生产的数字温度传感器，具有体积小、可靠性强，适用电压宽、经济灵活的特点。

本设计选择了18B20进行测量温度。

1.6超声波测距模块

该方案采用超声波传感器HC-SR04测量距离，该传感器具有体积小、可靠性强，适用电压宽、经济灵活的特点。

最终方案的选择:

经过反复的比较论证，本设计最终确定了以下方案：

（1）采用AT89S52作为主控芯片。

（2）采用L298N作为电机驱动模块的主芯片。

（3）采用红外对管制作黑线检测模块。

（4）采用容量为9000mA的充电电池作为小车的供电电源。

（5）采用温度传感器DH11AS18B2测量温度

（6）采用超声波模块HC-SR04测障碍物

2硬件的设计与实现

2.1主控芯片AT89S52单片机最小系统板电路

2.2电机驱动模块电路

电机驱动模块采用专用驱动芯片L298N作为电机的驱动芯片。

L298N是一种具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它的响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流减速电机，而且还带有控制使能端，用它作为驱动芯片，操作方便，稳定，性能优良。

L298N的5、7引脚为一个电机的控制信号输入端，10、12引脚为另一个电机的控制信号输入端，2、3引脚为一个电机的控制信号输出端，13、14引脚为另一个电机的控制信号输出端，通过单片机对L298N的输入端进行指令控制，就能实现直流减速电机的正转和反转，从而控制小车前进和后退。

电机驱动电路原理图表1。

电机驱动电路原理图

2.3红外对管制作黑线检测模块电路

采用红外对管制作循迹电路，当检测到黑线时，红外接受管导通，否则红外对管截止，通过比较器LM393电压比较，把电平状态送给单片机进而单片机处理。

原理图附表1。

红外对管电路

2.4温度传感模块设计

DS18B20是Dallas公司生产的数字温度传感器，具有体积小、适用电压宽、经济灵活的特点。

它内部使用了onboard专利技术，全部传感元件及转换电路集成在一个形如三极管的集成电路内。

DS18B20有电源线、地线及数据线3根引脚线，工作电压范围为3～5.5V，支持单总线接口。

　　准确的温度测量是很多嵌入式系统中重要的一点。

在Linux操作系统下使用数字温度传感器DS18B20，不仅可以得到高精度的温度测量值，而且硬件简单可靠。

DS18B20的外部结构如图1所示。

其中，VDD为电源输入端，DQ为数字信号输入／输出端，GND为电源地。

2.5超声波模块HC-SR04

本模块性能稳定，测度距离精确，模块高精度，盲区小。

产品应用领域：

  机器人避障  物体测距 液位检测 公共安防 停车场检测 。

2.5整体实物图