河南农业大学理学院本科毕业论文
1. 引言
当今世界，随科学技术的进步，智能化和自动化技术越来越普及，也广泛应用于机器人玩具制造领域，使智能机器人越来越多样化。智能机器人是一个多种高新技术的集成体，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术。
传感器技术和自动控制技术正在飞速发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能”这个词也已经成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达到了很高的水平，特别是日本，比如日本本田制作的机器人，其仿人双足行走已经做得十分逼真，而且具有一定的学习能力，还据说其智商已达到6岁儿童的水平。
作为机械行业的代表产品—汽车，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，呈现出两个明显的特点：一是电子装置占汽车整车（特别是轿车）的价值量比例逐步提高，汽车将由以机械产品为主向高级的机电一体化方向发展，汽车电子产业也很有可能成为依托整车制造业和用车提升配置而快速成为新的增长点；二是汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。面对诸多恶劣的工作环境如灭火、救援等，为了有效的避免人员伤亡，就需要采用智能小车去现场来完成相应的任务。因此研究和开发智能小车引导控制系统具有十分重要的意义。
本设计采用STC89C52单片机。以STC89C52为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障，快慢速行驶。并可以通过红外光电对管TCRT5000实现自动寻迹。本文基于STC89C52单片机根据实际设计制作智能小车，实现智能控制，达到设计目标。
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2. 整体方案设计
2.1 整体方案设计的思路
利用红外检测模块和超声波模块控制检测到的信号来控制单片机，从而让小车进行前进、后退、左转和右转几个动作，进而实现小车的循迹避障功能，并用温度传感器DS18B20检测的温度，另外单片机控制LCD1602显示温度与小车行进方向。
2.2 总体设计框图
电源模块 按键 循迹模块 避障模块 STC89C52 单片机 电机驱动模块 显示模块
测温模块 图2.1整体方案的方框图
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3方案论证
3.1 单片机选择
采用STC89C52单片机，该单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K
在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口 。其完全可以满足本设计对小车功能的要求，并且价格便宜；所以本设计最终选用AT89C52单片机作为其控制芯片。
3.2 电机的选择
方案一：步进电机驱动
步进电机具有快速启动能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就 能使电机立即启动或反转。另外步进电机转换精度高，且正反转控制灵活。 方案二：直流电机驱动
直流电机调速范围广，且易于平滑调节。过载、启动、制动转矩大。易于控制，可 靠性高。调速时的能量损耗较小。过载能力强能承受频繁的冲击负载，可实现频繁地无极快速启动、制动和反转。
由于普通电机更易于购买，价格便宜，且电路相对简单，所以采用直流电机驱动。
3.3 检测黑线模块
方案一：采用光敏传感器
地面的黑色和白色反射程度不同，由此判断传感器是否在黑线上方。但由于其他光源影响（特别是白天），效果不会很好 方案二：采用红外一体式发射接收器
红外一体式发射接收器由于感应的是红外光，常见光对它的干扰较小，是在小车、机器
人等制作中广泛采用的一种方式。红外一体式发射接收器检测黑线的原理为，由于黑色吸光，当红外发射管发出的光照射在上面后反射的部分就较小，接收管接收到的红外线也就较少，表现为电阻比较大，通过外接的电路就可以读出检测的状态，同理当照射在白色表面时发射的红外线就比较多，表现为接收管的电阻就比较小。
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相比之下方案二检测时要更准确可靠，所以本设计采用红外一体式发射接收器。
3.4 障碍物检测模块
采用超声波探测，因为超声波频率高、波长短、定向性好，而且振幅小能量集中，能适应在不同的被测介质界面上，大部分能量反射，因而，超声波特别适合与测量距离。对于本设计而言，采用超声波测出障碍物的位置，通过适当的调整很容易使小车绕过障碍物。超声波车辆检测器是根据声波的传播和反射原理，通过对发射波和反射波的时差测量实现位移测量的设备。超声波车辆检测器的工作原理是：由超声波发生器（探头）发射一束超声波，然后接收从车辆或墙壁的反射波，根据反射波返回时间的差别，来判断有无车辆通过。由于探头与地面的距离是一定的，所以探头发出超声波并接收反射波的时间也是固定的。当有车辆通过时，由于车辆本身的高度，使探头接收到反射波的时间缩短，就表明有车辆通过或存在。如图2所示：
图3.1
若超声波探头距地面高度为H，车辆高度为h，声速为v，发自探头超声波脉冲的反射波从路面和车辆返回时间分别为t和t'，则：
t=2H/v (3.1) t'=2(H-h)/v (3.2)
可见时间t'与车辆高度h存在函数关系。根据这个特点，超声波车辆检测器即可以检测车辆的存在和通过。
3.5 显示模块
本设计主要显示环境温度与小车行进方向，LCD1602足以满足要求。
3.6 温度测量
方案1：采用热敏电阻
用热敏电阻等测温元件测出电压，再转换成对应的温度。需要比较多的外部元件（A/D
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转换）支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高。 方案2：用DS18B20 直接测温。
DS18B20 温度传感器是美国DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传
感器，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12 位的数字值读数方式。而且其应用电路非常简单。
经比较，我们选择方案2。
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