引言
第1章 引言
1.1 研究背景和发展现状
随着电子技术、计算机技术、智能控制技术的飞速发展，产品的智能化和小型化越来越成为人们关注的热点。各种智能小车在智能化玩具中占了很大的比例。近年来，传统玩具的市场逐步缩水，高科技智能化的电子类玩具则逐步成为市场的主流。因此，自动智能化小车的研究是非常有意义的，具有很大潜在市场价值。
智能小车，也被称之为轮式机器人。我们知道，机器人技术的发展是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要标志和体现。机器人由于具有高度的灵活性、可以帮助人们提高生产率、改进产品质量和改善劳动条件等优点，在世界各地的生产生活领域得到了广泛的应用。智能小车正是模仿机器人的一种尝试。它是一种以汽车电子为背景，涵盖控制，模式识别，电子、电气、单片机、机械等多学科的科技创新性设计，一般主要由路径识别、速度采集、角度控制以及车速控制等组成。这种智能小车能够自动搜寻前进路线和判别路口，体现出智能化和人性化的一面。
1.2 研究目的和意义
随着人们物质文化生活水平的不断提高，智能化的电子玩具深受人们的喜爱，尤其是各种智能小车，由于这类玩具具有较好的交互性，可控性，能够给人们带来很好的娱乐以及参与其中的体验，高科技智能化的电子类玩具逐渐成为市场的主流。与此同时，智能小车可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面，尤其在足球机器人研究方面具有很好的发展前景。因此，智能化小车的研究不仅具有很大的现实意义，还具有极为广阔的应用前景和市场价值。
通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动等外围电路，实现小车的智能循迹。灵活应用应电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计
1
黎明职业大学别设计文档
的具体实现方法，达到理论与实践的统一。在此过程中，加深对控制理论的理解和认识。
1.3 研究内容
本设计的智能电动小车具有自动寻迹功能，可用过PWM编码控制行驶速度。整体设计可以分为如下几个模块，控制核心STC89C52单片机芯片，循迹是通过红外光电对管采集信号实现的，利用红外光电对管检测跑道上的黑色轨迹，时刻调整车体位置使车不离开轨道。整个系统具有自动寻迹和路口判别功能。直流电机启动通过L298N驱动芯片来驱动，同时利用单片机对PWM方式进行直流电机的调速控制。软件中主要用到红外光电管对黑色轨迹采集到信号来进行判别。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。
第2章 系统设计要求及设计方案
2.1 智能小车的设计要求
2.1.2任务内容
图2.1 小车结构示意图
2
系统设计要求及设计方案
图2.2 场地示意图
（1） 设计并制作一个智能小车。两轮驱动、一轮为万向轮，如图2.1。 （2） 基于51单片机C程序来设计智能小车，在设计中采用Keil软件来完成
小车的单道寻迹、Y口寻迹、X口寻迹和单双循环寻迹的程序设计。其中场地示意图如图2.2。 2.1.2功能要求
（1）万向轮在前，可沿引导线逆时针方向运行一周，全程时间不超过3分钟； （2）万向轮在前，可沿引导线逆时针方向运行两周，并且每周E到F必须经过不同的S形路径；
(3) 万向轮在前，小车每一圈行驶的S形路线要与上一圈行驶的路线不同。
2.2 系统设计整体思路
红外 光电 对管 单片直电机驱动模 块 流电机
检测模块 机模块 电源模块
图2.3 系统总体设计
本系统由十对红外光电对管（TCRT5000）检测模块、单片机STC89C52、直流电机驱动电路模块、电源模块和直流电机等部分组成（如图2.3）。利用红外光电对管对黑线进行检测，再利用单片机对红外光电管所反馈的信号进行处理及判断是否接收到黑线轨迹，从而识别当前的路线情况。经由单片机对路线进行判断后，再利用单片机产生PWM信号对电机驱动电路进行控制，使得两路直流电动机可独立实现正转、快慢转、停转，从而使小车能够实现直走、左拐、右拐功能。
3
黎明职业大学别设计文档
第3章 主要电路模块的实现方案比较和选择
3.1 循迹模块
3.1.1 采用简易光电传感器
采用简易光电传感器结合外围电路探测，实际效果并不理想，小车对行驶过程中的稳定性要求很高，且误测几率较大、易受光线环境和路面介质影响。在使用过程极易出现问题，而且容易因为该部件造成整个系统的不稳定。故最终未采用该方案。
3.1.2采用10对红外光电对管
采用10对红外光电对管（如图3.1），4对红外光电对管作寻路置于小车万向轮后面（2只夹线），6对红外光电对管作判断置于小车万向轮前，根据10对光电对管接受到白线与黑线的情况来控制小车转向来调整车向，测试表明，只要合理安装好10对光电对管的位置就可以很好的实现循迹的功能。
图3.1 红外电对管
3.1.3采用7对红外对管
采用7对红外对管（如图3.2），3对红外对管作寻路置于小车万向轮后（1只在线中间）， 4对红外对管作判断置于小车万向轮前。当小车脱离轨道时，即当置于中间的一只光对管脱离轨道时，等待外面任一只检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线（即回到轨道）再恢复正向行驶。现场实测表明，小车在寻迹过程中有一定的左右摇摆不定，虽然可以正确的循迹但其稳定性都次于第二种方案。
4