基于STC12C5A60S2单片机智能小车.docx

1、基于STC12C5A60S2单片机智能小车基于STC12C5A60S2单片机智能小车基于STC12C5A60S2单片机智能小车摘 要 1Abstract 2引言 31、课题背景及意义 32、国内外研究及现状 31 绪论 51.1智能小车概述 51.2设计任务和功能要求 71.2.1 基本要求 71.2.2 发挥部分 72 硬件电路设计 82.1主控芯片选型 82.1.1 单片机 STC12C5A60S 性能介绍 82.1.2 最小系统 122.2循迹探测模块 122.3电机驱动模块 152.4超声波测速模块 162.5 无线通信模块 172.6系统模块的最终方案 182.7 最终PCB板图 1

2、83、系统调试 193.1 循迹探测模块调试 193.2 蓝牙通信模块调试 193.3 超声波测距模块 204、软件设计 214.1 程序设计说明及流程图 214.1.1系统软件设计说明 214.1.2程序流程图 214.2程序设计 234.2.1驱动程序设计 234.2.2寻迹子程序设计 255、测试数据、测试结果分析及结论 295.1测试方法与仪器 295.1.1测试仪器 295.1.2测试方法 295.2测试数据及测试结果分析 295.3心得体会 29致谢 31参考文献 32摘 要智能小车的研究、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

3、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

4、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。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 an 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

5、pattern and will be able to complete the intended target without users management. This excogitation mainly reflects multi-function 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 s

6、emiautomatic robot automatically such as intelligent robots, intelligent household appliances.This dissertation discusses 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 u

7、ses wireless remote control; to realize the small car obstacle-avoidance function and comprehensively car tracing function, it uses the infrared sensor. This excogitation adopts the research methods of contrast selected, independent modules, comprehensive treatment method. After the comparison betwe

8、en Pros and cons, the best program design will be elected combining with the actual situation. It is complete in accordance with the rigorous scientific attitude from the smallest systems to the wireless remote control, infrared tracking and ultrasonic obstacle avoidance. The right signal outputs ca

9、n be gotten to achieve its function by the debugging detection module. Finally on the commissioning of the module into 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 pr

10、oduction that can make cars intelligently operate in a certain circumstances.KeywordsIntelligent toy car; Obstacle avoidance; tracking; Intelligent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。智能车是机器人学中的一类，是具有自主性

11、、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，对智能车的研究不仅具有理论意义而且具有实际价值2。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

12、的影响，完成危险地段、人类无法介入等特殊情况下的任务。本设计是智能小车的运动轨迹的研究，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

13、速公路应用领域。高速公路无人驾驶研究的典型代表有美国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。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。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、同济大学和南京理工大学等都有过智能车

14、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。“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ALVLAB36。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。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

15、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。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。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，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

16、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。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”一题作为尝试。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。通过对题目的分析，我们把智能小车分解成这几个模块，即