届 别 ．． 学 号
毕业设计
基于单片机智能循迹壁障小车
姓 名 系 别、 专 业 导 师 姓 名、职 称 完 成 时 间
摘 要
智能循迹壁障小车是移动式机器人的重要组成部分，本设计通过不断检测各个模块的传感器的输入信号。循迹模块实时检测5路循迹模块在黑线跑道上的状态，当小车跑出所设置的范围时，智能小车自主调整小车的方向位置。并且具有循迹的跑道上检测前方的距离，当前方距离小于25厘米时，小车避开障碍物往回继续循迹。小车把前方障碍物的距离显示在LCD1602液晶上，小车的驱动是采用L298驱动芯片驱动循迹壁障小的行走。
关键词：循迹壁障小车；STC89C52单片机；驱动芯片（L298）
Abstract
Intelligent tracking walls car is an important part of the mobile robot, this design through continuous testing each module of the input signal of the transducer.Tracking module 5 road tracking real-time detection module in the state of the black line on the runway, when the range of the car ran out of the set, the direction of the intelligent car independently adjust the car position.And a tracking on the runway detection distance ahead, the current party distance less than 25 cm, the car back to avoid obstacles continue to tracking.The car distance obstacles in front of the display on the LCD1602 LCD, the car driver is driven by L298 drive chip tracking small walls of walking.
Key words:Tracking walls car;STC89C52 single-chip microcomputer;Drive chip (L298)
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1 绪论
1.1国内外研究动态
智能小车方面：智能小车，也称轮式机器人，是一种以汽车电子为背景，涵盖控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多学科的科技创意性设计。智能汽车作为一种智能化的交通工具，体现了车辆工程、人工智能、自动控制、计算机等多个学科领域理论技术的交叉和综合，是未来汽车发展的趋势。
机器人技术方面：目前已经开发出了多种类型机器人机构，其结构有串联、并联及垂直关节和平面关节多种。目前研究重点是机器人新的结构、功能及可实现性，其目的是使机器功能更强、柔性更大、满足不同目的的需求。同时机器人机构向着模块化、可重构方向发展。机器人控制技术现已实现了机器人的全数字化控制，基于传感器的控制技术已取得了重大进展。目前重点研究开放式、模块化控制系统，人机界面更加友好，具有良好的语言及图形编辑界面。同时机器人的控制器的标准化和网络化以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。机器人已经实现了全数字交流伺服驱动控制，绝对位置反馈。目前正研究利用计算机技术，探索高效的控制驱动算法，提高系统的响应速度和控制精度；同时利用现场总线技术，实现的分布式控制。
单片机方面：单片机的应用在后PC时代得到了前所未有的发展，但对处理器的综合性能要求也越来越高。综观单片机的发展，以应用需求为目标，市场越来越细化，充分突出以“单片”解决问题。单片机系统作为嵌入式系统的一部分，主要集中在中、低端应用领域。
1.2 课题的目的和意义
在国外机器人的发展有如下趋势。一方面机器人在制造业应用的范围越来越广阔，其标准化、模块化、网络化和智能化的程度越来越高，功能也越来越强，并向着技术和装备成套化的方向发展；另一方面，机器人向着非制造业应用以及微小型方向发展，如表演型机器人，服务机型器人，机器人玩具等。国外研究机构正试图将机器人应用于人类活动的各个领域。
在我国机器人主要应用于工业制造领域，我国工业机器人现在的总装机量约为120000台，其中国产机器人占有量约为 1/3，即40000多台。与世界机器人总装机台数7500万台相比，中国总装机量仅占万分之十六[1]。对中国这样一个拥有13亿人口的大国来说，仅在机器人数量上就和发达国家有着很明显的差距。因此大力发展我国的机器人事业刻不容缓。
智能循迹避障小车可以理解为机器人的一种特例，它是一种能够通过编程手段完成特定任务的小型化机器人。与普遍意义上的机器人相比智能小车制作成本低廉，电路结
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构简单，程序调试方便，具有很强的趣味性，为此其深受广大机器人爱好者以及高校学生的喜爱。全国大学生电子设计竞赛每年都设有智能小车类的题目，由此可见国家对高校机器人研究工作的重视程度。
2、循迹壁障小车总体方案设计
本设计采用由STC89C52单片机最小系统、电机驱动电路模块、超声波壁障模块、5路循迹模块、液晶显示模块和电源模块块组成。单片机实时检测5路循迹模块在黑线跑道上的状态，并自主调整小车的方向。在循迹的跑道上检测前方的距离，当前方距离小于20厘米时，小车避开障碍物往回继续循迹。小车把前方障碍物的距离显示在LCD1602液晶上，小车的驱动是采用L298驱动芯片驱动循迹壁障小的行走。系统总体框图如图3-1所示：
3-1总体结构框图
5路循迹模块 超声波壁障 单片机 STC89C52 L298驱动 减速电机 电源部分 液晶显示 3、系统方案比较、设计与论证
该系统主要由单片机主控模块、循迹模块、壁障模块电路，液晶显示模块、电机驱动模块和电源模块电路组成，下面介绍实现此系统功能的方案。
3.1主控制器模块选择
方案1：
采用可编程逻辑器件CPLD 作为控制器。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案。 方案2：
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采用STC89C52单片机作为整个系统的核心，用其控制水温测量控制系统，以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现水温的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。STC89C52单片机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，程序空间多达8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是STC89C52单片机价格非常低廉。
3.2循迹壁障小车车体的选择
方案1：
购买玩具电动车。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电
路。但是一般的说来，玩具电动车具有如下缺点：首先，这种玩具电动车由于装配紧凑，使得各种所需传感器的安装十分不方便。其次，这种电动车一般都是前轮转向后轮驱动，不能方便迅速的实现原地保持坐标转90度甚至180度的弯角。再次，玩具电动车的电机多为玩具直流电机，力矩小，空载转速快，负载性能差，不易调速。而且这种电动车一般都价格不扉。因此我们放弃了此方案。 方案2：
买现成的车模。经过反复考虑论证，我们制定了买左右两轮分别驱动，后万向轮转向的车模方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流减速电机进行驱动，后装一个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的90度和180度的转弯。
综上考虑，我们选择了方案2。
3.3电机驱动芯片的选择
方案1：
采用SM6135W电机遥控驱动模块控制直流电机，SW6135W是专为遥控车设计的大规模集成电路，能实现前进、后退、向右、向左、加速五个功能，但是其采用的是编码输入控制，而不是电平控制，这样在程序中实现比较麻烦，而且该电机模块价格比较高。 方案2：
采用电阻网络或数字电位器调节电动机的分压，从而达到分压的目的。但电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般的电动机电阻很小，但电流很大，分压不仅会降低效率，而且实现很困难。 方案3：
采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的 H型桥式电路(如图2)。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机转速。这种电路由于工作
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