基于51单单片机的自动循迹小车.doc

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目录

摘要 1

ABSTRACT 2

1绪论 3

1.1研究背景 3

1.2自动循迹小车的国内外研究现状 3

1.3本课题设计的主要工作及结构安排 4

2自动循迹小车系统方案设计 5

2.1自动循迹小车基本原理 5

2.2总体方案设计 5

2.2.1系统总体方案的设计 5

2.2.2方案选择与论证 5

3系统硬件设计 8

3.1自动循迹小车硬件设计 8

3.2单片机控制器模块设计 8

3.3稳压电路模块 10

3.4电动机驱动模块 12

3.5循迹电路设计 13

4系统软件设计 15

4.1系统软件流程图 15

4.2程序设计 16

4.2.1计时程序设计 16

4.2.2主程序设计 16

5系统扩展 18

5.1避障功能扩展 18

5.2遥控功能扩展 19

6系统调试 21

结束语 23

参考文献 24

附录A总电路图 25

附录B仿真电路图 26

附录C小车实物图 27

附录D循迹避障遥控源程序 28

摘要

本设计是基于单片机控制的简易自动循迹小车，小车能够沿着宽约3CM的黑色轨迹行驶，能够非常流畅的转大于90°小于180°的弯道。

本设计包括电源模块、微处理器控制模块、循迹模块和电机驱动模块。

其中控制器模块以STC89C52单片机为控制核心，STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系统可编程Flash存储器，以有机玻璃作为小车的车架，循迹模块是用RPR220光电传感器来检测小车的运动轨迹，电机驱动模块使用的是L298电机驱动芯片驱动2个直流减速电机。

利用放置在小车前方的4个RPR220光电对管将检测到的信号送到STC89C52单片机，单片机对检测到的信号进行分析判断，利用单片机生成的PWM波来及时控制2个电动机各自的运行状态，从而使小车沿着黑色轨迹自动行驶，实现小车自动循迹的目的。

本小车采用的技术主要有传感器的有效应用和STC89C52芯片的使用。

有很多功能可以继续扩展，如小车避障和遥控等，值得进一步学习和研究。

本设计不仅给出了硬件设计流程，而且还给出了完整的硬件电路图和控制程序。

关键词：

单片机；光电传感器；直流电机

ABSTRACT

Thedesignisbasedonthesinglechipmicrocomputercontrolautomatictrackingcar,thecartoawidthofabout3CMalongblacktrackrunning,canbeverysmoothtogreaterthan90degreesandlessthan180degreecorners.Thedesignincludespowermodule,themicroprocessorcontrolmodule,thetrackingmoduleandmotordrivemodule.ThecontrollermodulewithSTC89C52MCUasthecontrolcore,STC89C52isalowpower,highperformanceCMOS8microcontroller,with8KinsystemprogrammableFlashmemory,organicglassasatrolleyframe,trackingmoduleistheRPR220photoelectricsensortodetectthemovementofthetrolleytrack,amotordrivingmoduleusingL298motordrivethechiptodrive2DCgearmotor.Usingplacedinthecarinfrontofthe4RPR220photoelectrictubewilldetectsignaltotheSTC89C52MCU,MCUdetectsthesignalanalysis,usingsinglechipcomputergeneratedPWMwavetocontrol2motorsoftherespectiveoperatingstate,sothatthecaralongtheblackpathautomaticdriving,realizeautomatictrackingpurposes.

ThecarusingthetechnologyaretheeffectiveapplicationofthesensorandtheSTC89C52chiptouse.Therearemanyfunctioncancontinuetoexpand,suchascarobstacleavoidanceandremotecontrol,worthyofstudyandResearchononestep.Thisdesignnotonlygivesthehardwaredesignprocess,butalsogivesacompletecircuitofthehardwareandcontrolprogram.

Keywords:

MCU；Photoelectricsensor；DCmotor

1绪论

1.1研究背景

目前，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备，当生产现场环境恶劣时，人工不能完成的任务如物料运输和装卸等，可采用智能循迹小车完成相应的任务。

世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。

移动机器人是机器人学中的一个重要分支，出现于20世纪06年代。

当时斯坦福研究院（SRI）的NilsNilssen和charlesRosen等人，在1966年至1972年中研制出了取名shakey的自主式移动机器人，目的是将人工智能技术应用在复杂环境下，完成机器人系统的自主推理、规划和控制。

从此，移动机器人从无到有，数量不断增多，智能车辆作为移动机器人的一个重要分支也得到越来越多的关注。

智能小车，以轮子作为移动机构、能够实现自主行驶的机器人，我们称之为智能小车，又称轮式机器人，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航及白动控制等技术，是典型的高新技术综合体。

在工业生产中，可以代替人类完成恶劣环境下的货物搬运、设备检测等任务；在军事上，可以在危险地带代替人类完成侦查、排雷等任务；在民用上，可以作为导盲车为盲人提供帮助；在科学研究方面，可以代替人类完成外星球勘探或者矿藏勘探等。

因此对智能小车的研究具有非常大的意义。

1.2自动循迹小车的国内外研究现状

国外智能小车始于上世纪50年代，它的发展历程大致可以分为以下三个阶段：

第一阶段：

1954年美国BarrettElectronic公司研究开发出了世界上第一台自主引导车系统，该系统只是一个运行在固定路线上的拖车式运货平台，但它却具有了智能车辆最基本的特征无人驾驶。

第二阶段：

从80年代中后期，在欧洲，普罗米修斯项目于1986年开始了在这个领域的探索，在美洲，美国于1995年成立了国家自动高速公路系统联盟，其目标之一就是研究发展智能车辆的可行性，并促进智能车辆技术进入实用化，在亚洲，日本于1996年成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶演剧协会，主要目的是研制自动车辆导航的方法，促进日本智能车辆的整体进步。

进入80年代中期，设计和制造智能车辆的浪潮席卷了全世界，一大批世界著名的公司开始研制智能车辆平台。

第三阶段：

从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模的研究阶段。

最为突出的是，美国卡内基-梅陇大学机器人研究所完成了Navlab系列的自主车的研究，取得了显著的成就。

相比于国外，我国开展智能车辆技术方面的研究开始于20世纪80年代，而且大多数研究尚处于针对某个单项技术研究的阶段。

虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家，但是我国也取得了一系列的成果，主要有：

中国第一汽车集团公司和国防科技大学于2003年研制成功了我国第一辆自主驾驶轿车；上海交通大学应用现代控制理论设计出了一种自动驾驶汽车模型，该模型在汽车系统的动力学建模的基础之上，设计了自动驾驶的专项系统，它能根据弯道的弯曲变化程度实时的计算出车辆的转向盘角度，控制车辆按照预设道路行驶；清华大学计算机系智能技术与系统国家重点实验室自1988年开始研制的THMR系列移动机器人取得了很大的成功。

它兼有面向高速公路和一般道路的功能，目前已经能够在校园的非结构化道路环境下，进行道路跟踪和避障自主行驶；哈尔滨工业大学于1996年研制成功的导游机器人等。

1.3本课题设计的主要工作及结构安排

本设计的循迹小车具有自动循迹功能，另外扩展了避障和遥控功能，整体设计可以分为如下几个模块，控制核心采用STC89C52单片机，循迹避障是通过传感器实现的，利用RPR220型光电对管对轨迹信息进行检测，利用红外避障传感器检测道路上的障碍，用PT2272、PT2262组成无线遥控模块。

整个系统具有自动循迹避障和遥控避障等功能。

整个系统的电路结构较简单，可靠性能高，实验测试结果满足要求。

本论文分为以下几个方面进行阐述所设计的自动循迹小车系统：

第1章绪论。

主要概述自动循迹小车的研究背景和意义；

第2章系统总体方案设计。

主要叙述了自动循迹小车的基本原理和总体设计方案；

第3章系统硬件设计。

对系统的硬件电路进行分块设计；

第4章系统软件设计。

对系统的软件进行了设计与分析；

第5章系统扩展。

对系统的扩展电路进行了软硬件设计分析；

第6章系统调试。

主要概述了系统部分模块的调试方法。

2自动循迹小车系统方案设计

2.1自动循迹小车基本原理

循迹就是能够沿着给定的轨迹运行，一般给定的轨迹为在白色地面上黑色轨迹。

为了实现这一目的，就需要轨迹检测模块，这相当于小车的眼睛，需要将路面信息返回到大脑中，这大脑就需要有信息处理功能的微处理器来构成，处理的信息需要执行机构来执行，这就需要电机驱动模块，来实现小车的行走功能，而一个完整的系统，还需要有电源模块来提供能量。

简言之，系统的基本原理就是：

循迹模块将检测到的路面信息传送给微处理器来处理，然后将处理结果送到电机驱动模块执行，达到循迹的目的。

2.2总体方案设计

2.2.1系统总体方案的设计

根据论文的要求，系统设计方案如下：

本自动循迹小车以STC89C52单片机作为微控制器，采用RPR220型红外对管组成循迹模块，采用L298电机驱动芯片和两个直流减速电机构成电机驱动模块，以7805稳压管构成电源电路。

自动循迹小车系统结构框图如图2.1所示。

STC89C52

单片机

2个电动机

电机驱动模块L298

7805稳压电源模块

轨迹探测模块

图2.1自动循迹小车系统结构框图

2.2.2方案选择与论证

（1）控制器的选