智能小车的研究背景及意义

第一篇：智能小车的研究背景及意义

1.1本课题的研究的背景以及现实意义

目前，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，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。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Nils Nilssen和charles Rosen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，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。智能车辆也叫无人车辆，是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能。智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路(轨迹)行进。智能车辆在原有车辆系统的基础上增加了一些智能化技术设备:(1)计算机处理系统，主要完成对来自摄像机所获取的图像的预处理、增强、分析、识别等工作;(2)摄像机，用来获得道路图像信息;(3)传感器设备，车速传感器用来获得当前车速，障碍物传感器用来获得前方、侧方、后方障碍物等信息。

智能车辆技术按功能可分为三层，即智能感知/预警系统、车辆驾驶系统和全自动操作系统团。上一层技术是下一层技术的基础。三个层次具体如下:(1)智能感知系统，利用各种传感器来获得车辆自身、车辆行驶的周围环境及 驾驶员本身的状态信息，必要时发出预警信息。主要包括碰撞预警系统和驾驶员状态监控系统。碰撞预警系统可以给出前方碰撞警告、盲点警告、车道偏离警告、换道/并道警告、十字路口警告、行人检测与警告、后方碰撞警告等.驾驶员状态监控系统

包括驾驶员打吨警告系统、驾驶员位置占有状态监测系统等。

(2)辅助驾驶系统，利用智能感知系统的信息进行决策规划，给驾驶员提出驾驶建议或部分地代替驾驶员进行车辆控制操作。主要包括:巡航控制、车辆跟踪系统、准确泊车系统及精确机动系统。

(3)车辆自动驾驶系统，这是智能车辆技术的最高层次，它由车载计算机全部自动地实现车辆操作功能。目前，主要发展用于拥挤交通时低速自动驾驶系统、近距离车辆排队驾驶系统等。

这种智能小车的主要应用领域包括以下几个方面:(1)军事侦察与环境探测 现代战争对军事侦察提出了更高的要求，世界各国普遍重视对军事侦察的建设，采取各种有效措施预防敌方的突然袭击，并广泛应用先进科学技术，不断研制多用途的侦察器材和探测设备，在车上装备摄像机、安全激光测距仪、夜视装置和卫星全球定位仪等设备，通过光缆操纵，完成侦察和监视敌情、情报收集、目标搜索和自主巡逻等任务，进一步扩大侦察的范围，提高侦察的时效性和准确性。(2)探测危险与排除险情

在战场上或工程中，常常会遇到各种各样的意外。这时，智能化探测小车就会发挥很好的作用。战场上，可以使用智能车辆扫除路边炸弹、寻找和销毁地雷。民用方面，可以探测化学泄漏物质，可以进行地铁灭火，以及在强烈地震发生后到废墟中寻找被埋人员等。(3)安全检测受损评估

在工程建设领域，可对高速公路自动巡迹，进行道路质量检测和破坏分析检测;对水库堤坝、海岸护岸堤、江河大坝进行质量和安全性检测。在制造领域，可用于工业管道中机械损伤，裂纹等缺陷的探寻，对输油和输气管线的泄漏和破损点的查找和定位等。(4)智能家居

在家庭中，可以用智能小车进行家具、远程控制家中的家用电器，控制室温等等。对这种小车的研究，将为未来环境探测术上的有力支持。1.2课题研究的目的和意义

目前，国内外的许多大学及研究机构都在积极投入人力、财力研制开发针对特殊 1.3.2 本设计的意义

随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的，本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。本设计就采用了比较先进的C51为控制核心，C51采用CHOMS工艺，功耗很低。该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景；在考古方面也应用到了超声波传感器进行检测。所以本设计与实际相结合，现实意义很强。智能小车国内外研究现状:

世界各国在智能微型车领域进行了很多研究，己经应用于各个领域，在探测和军事领域使用特别多。近年来，我国也开展了很多研究工作，以满足不同用途的需要。世界各国开发、研制星球探测车系统己经有了多年的历史。美国和前苏联是从20世纪60年代末期开始进行月球表面探测任务的。美国曾在1966^-1968年间，向月球成功发射了两次无人巡游探测器。1997年，由美国JPL(全称JetPropulsion Laboratory，美国太空总署喷气推进实验室)研制的Sojourner号探测车登上了火星。它验证了小型火星车的性能，并完成了一系列技术试验。2004年1月，美国的“勇气号”和“机遇号”火星探测车再度登陆火星。前苏联在1959^-1976年间，总共成功发射了两个月球探测车。

单片机的应用领域越来越广泛，无论是在生活，生产上，单片机无处不在。ATMEL公司的AT89S51单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。AT89S51可以说是单片机领域的主流产品，其应用如此广泛，所以有必要去学习和应用该单片机，以满足实际产品开发的需要，也是适应社会智能化、自动化的趋势。

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、驱动和显示等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹。灵活应用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，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。

条件下的安全监测系统。其中包括研究使用远程、无人的方法来进行实现，如机器人、远程监控等。无线传输的发展使得测量变得相对简单而且使得处理数据的速度变得很快甚至可以达到实时处理”。

该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。

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、驱动和显示等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹。灵活应用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，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。

（一）智能小车的作用和意义

自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。随着科学技术的发展，机器人的感系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航一种实用有效的方法。机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。避障控制系统是基于自动导引小车（AVG—auto-guide vehicle）系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动避开障碍，选择正确的行进路线。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作。该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、CPU、执行部分。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。基于上述要求，传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有PWM功能的单片机，这样可以实现精确调速；第二，可以由软件模拟PWM输出调制，需要占用单片机资源，难以精确调速，但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情况，本文选择第二种方案。CPU使用STC89C52单片机，配合软件编程实现。

（二）智能小车的现状

现智能小车发展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。其基本可实现循迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等基本功能，这几节的电子设计大赛智能小车又在向声控系统发展。比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列。我此次的设计主要实现循迹避障这两个功能。

二、方案设计与论证

根据要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装光电检测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。

第二篇：智能小车的研究背景（定稿）

课题背景 目前 在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下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。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 Nils Nilssen 和 charles Rosen 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。智能车辆也叫无人车辆是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能。智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路轨迹行进。智能车辆在原有车辆系统的基础上增加了一些智能化技术设备: 1计算机处理系统主要完成对来自摄像机所获取的图像的预处理、增强、分析、识别等工作 2摄像机用来获得道路图像信息 3传感器设备车速传感器用来获得当前车速障碍物传感器用来获得前方、侧方、后方障碍物等信息。智能车辆技术按功能可分为三层即智能感知/预警系统、车辆驾驶系统和全自动操作系统团。上一层技术是下一层技术的基础。三个层次具体如下: 1智能感知系统利用各种传感器来获得车辆自身、车辆行驶的周围环境及驾驶员本身的状态信息必要时发出预警信息。主要包括碰撞预警系统和驾驶员状态监控系统。碰撞预警系统可以给出前方碰撞警告、盲点警告、车道偏离警告、换道/并道警告、十字路口警告、行人检测与警告、后方碰撞警告等.驾驶员状态监控系统包括驾驶员打吨警告系统、驾驶员位置占有状态监测系统等。2辅助驾驶系统利用智能感知系统的信息进行决策规划给驾驶员提出驾驶建议或部分地代替驾驶员进行车辆控制操作。主要包括:巡航控制、车辆跟踪系统、准确泊车系统及精确机动系统。3车辆自动驾驶系统这是智能车辆技术的最高层次它由车载计算机全部自动地实现车辆操作功能。目前主要发展用于拥挤交通时低速自动驾驶系统、近距离车辆排队驾驶系统等。这种智能小车的主要应用领域包括以下几个方面: 1军事侦察与环境探测 现代战争对军事侦察提出了更高的要求世界各国普遍重视对军事侦察的建设采取各种有效措施预防敌方的突然袭击并广泛应用先进科学技术不断研制多用途的侦察器材和探测设备在车上装备摄像机、安全激光测距仪、夜视装置和卫星全球定位仪等设备通过光缆操纵完成侦察和监视敌情、情报收集、目标搜索和自主巡逻等任务进一步扩大侦察的范围提高 2侦察的时效性和准确性。2探测危险与排除险情 在战场上或工程中常常会遇到各种各样的意外。这时智能化探测小车就会发挥很好的作用。战场上可以使用智能车辆扫除路边炸弹、寻找和销毁地雷。民用方面可以探测化学泄漏物质可以进行地铁灭火以及在强烈地震发生后到废墟中寻找被埋人员等。3安全检测受损评估 在工程建设领域可对高速公路自动巡迹进行道路质量检测和破坏分析检测对水库堤坝、海岸护岸堤、江河大坝进行质量和安全性检测。在制造领域可用于工业管道中机械损伤裂纹等缺陷的探寻对输油和输气管线的泄漏和破损点的查找和定位等。4智能家居 在家庭中可以用智能小车进行家具、远程控制家中的家用电器控制室温等等。对这种小车的研究将为未来环境探测术上的有力支持。

第三篇：课题研究背景及研究意义

一、课题研究背景及研究意义

现代心理学研究认为，在幼儿早期学习中，阅读兴趣、习惯和能力的培养对幼儿学习能力的提高、智力的开发及终身的发展有着重要的作用。早期阅读对幼儿早期的语词、概念、能力的形成也具有积极的作用。

近年来，随着幼儿教育的改革与发展，早期阅读备受幼教界的关注。许多幼教工作者对早期阅读进行了不同角度的研究，如：阅读环境的创设研究、阅读材料选择研究、指导策略的实践研究、以及家园互动培养幼儿阅读兴趣的实践研究等，在不同方面都总结出了一定的教育经验。我园过去也曾对早期阅读进行了一些尝试性研究，发现幼儿对早期阅读颇有兴趣，但在实践中存在着一些问题：有些教师在指导幼儿阅读时有灌输的现象，忽视为幼儿创造良好的阅读教育环境；重知识轻能力，把早期阅读等同于识字教育；重结果轻过程，忽视情感体验和创造性思维训练；重集体教学，忽视日常培养；重幼儿园教育忽视家庭社区等教育资源的作用。为此，从2009年7月起我园将对幼儿早期阅读的培养进行更深入、更细致的研究和探讨。并有针对性的从2——3岁幼儿早期阅读指导为切入点，在分析2——3岁幼儿阅读特点的基础上，以图画读物为主，以看、听、说有机结合为主要手段，通过家园同步开展早期阅读指导策略的研究，实现家园教育资源的共享；提高教师、家长指导幼儿阅读的水平的能力，激发幼儿的阅读兴趣，培养幼儿养成良好的阅读习惯，提高幼儿阅读理解能力，并在阅读过程中，引起幼儿阅读识字的愿望，获得有关书面语言的知识，发展想象、思维、表达能力。

二、研究的主要思路

1.研究目的：了解教师与家长在2—3岁早期阅读指导过程中的困惑，总结出一套有效解决2—3岁早期阅读指导的方法和策略。

2.研究方法：调查研究法、观察法、案例收集法、追踪记录法、个案研究法、行动研究法

3.研究途径：

① 通过调查分析了解教师及家长对早期阅读指导的困惑；

② 通过文献的搜集与整理，获得理论上的经验积累；

③ 通过具体方案的实施，不断观察幼儿的阅读特点，进行案例的总结，个案分析；

④ 积累2—3岁早期阅读指导的策略，并总结出适宜的指导方法；

二、研究价值

本研究在理论和实践两方面都有很大的研究价值：一方面，可以丰富和提高本幼儿园上在早期阅读的材料、指导方法等方面的认识，另一方面，可以细致探讨一下针对2—3岁幼儿的、教师与家长在早期阅读指导中的策略，同时让好的图书在幼儿2—3岁这个年龄段发挥更好的作用，并在研究过程中实现辐射家庭的目的。

三、研究基础

在以前的工作中，进行过有关早期阅读材料和指导的初步研究，取得了一些成果，这是这次研究的基础和前提。如2007年6月，梅建宁的教案—

—《小鸟的家》收录在《幼儿园发展课程——教师用书》中，2008年2月，倪雪春的文章《开展家园互动促进幼儿良好行为习惯的养成》全国创建和谐校园教育科研成果二等奖、2008年9月，倪雪春图文《虫虫爬》在《现代教育报》启蒙专刊刊登等。

我们在日常的工作中，对适合2－3岁幼儿的阅读材料已经有了一些感性的认识，并搜集了大量的图书（比如……），同时也认识到有些方法能帮助幼儿更好地养成阅读的习惯（比如……）。但要更好地发挥图书的作用，就需要进行进一步的实验研究和探讨。因为图书只是阅读过程的第一步，它还需要具体指导策略、阅读环境和氛围的营造以及家庭参与等方面的因素。因此，在前面获得大量经验的基础上，我们将通过实验研究的方法对如何更好地发挥图书的作用、如果更好地指导和干预幼儿的阅读过程，帮助他们享受阅读的兴趣，并不断获得阅读能力的提升和发展。

第四篇：智能小车设计

2016—2017学年第二学期期末考试

《单片机原理及应用*》实践考核

项目设计说明书

专

业：学

号：

电子科学与技术 20160060156

姓

名： 张一鸣

2017年 6 月14日

考核项目及要求

项目一：电机驱动模块的设计与制作

1．考核要点

(1)掌握驱动电路的工作原理；(2)掌握电机驱动的制作方法；(3)掌握焊接技术； 2．作品要求

学生自行运用工具进行作品的设计制作，作品达到电路连接正确、布局合理、美观整洁。

项目二：单片机最小系统板的设计制作

1．考核要点

(1)掌握单片机在实际操作中的基本知识；

(2)实验板包括单片机最小系统、蓝牙遥控模块、温度检测模块、液晶模块、报警模块电路等的设计；

(3)使用Proteus仿真软件绘制实验板所包含的所有模块电路；(4)熟练使用keil编程软件编写各模块电路的演示程序。2．作品要求

学生自行运用工具进行作品的设计、仿真及演示，达到正确实现、布局合理、美观整洁。

项目三：智能小车底盘设计

1．考核要点

(1)理解电机的工作原理；(2)了解部分机械机构的设计方法；(3)掌握智能小车的整体安装方法。2．作品要求

学生独立设计安装，车身结构美观，布局合理，功能实现。

目录

1.功能说明............................................................................................1 1-1.蓝牙无线遥控................................................................................1 1-2.实时温度显示................................................................................1 2.硬件设计............................................................................................2 2-1.元器件选择...................................................................................2 2-2.硬件设计原理说明..........................................................................4 3.软件设计............................................................................................5 3-1.程序总体设计................................................................................5 3-2.程序详细设计................................................................................5 4.测试与总结.........................................................................................6 4-1驱动电路板测试..............................................................................6 4-2控制电路板测试..............................................................................6 4-3最终整体效果.................................................................................7 4-4总结............................................................................................7 1.功能说明

无线蓝牙遥控小车，可以在各领域中发挥独特的作用。本次设计是选择基于蓝牙遥控的多功能智能小车为对象。控制系统为STM89C51为主控芯片，采用L298N为电机驱动芯片、HC-06蓝牙无线模块、1602液晶显示模块、DS18B20温度传感器、蜂鸣器等构成外围扩展电路。本次实验调试实现了小车的蓝牙无线遥控、温度显示、危险报警、重力感应等功能。

1-1.蓝牙无线遥控

在手机上安装ZK-Remote软件，点击右上角搜索下车蓝牙并连接（初始连接密码为1234），连接好之后可进行对小车操作，前进、后退、左转、右转和停止，还以进行重力遥控。如图1-1.1所示：

图1-1-1.1手机软件界面

1-2实时温度显示

小车控制电路板上设计了温度采集电路，采用DS18B20实时采集当前温度，并通过1602液晶显示模块显示，显示效果如图1-2.1所示：

图1-2.1 1602液晶显示 2．硬件设计

2-1元器件选择

(1)所用元件好

STC89C52、L298N、L7805CV、HC-06蓝牙模块、DS18B20、电阻、电容、电解电容、103、1602液晶显示模块、蜂鸣器、7.2V可充电电池、三极管、二极管、发光二极管、电机、11.0592MHz、自锁开关、电压显示器、排针、单片机底座（2）元件说明

STC89C52: STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 系统可编程Flash存储器、512字节数据存储空间、内带2K字节EEPROM存储空间、可直接使用串口下载、有两个中断IO口、两个定时器,、工作电压5.5V～3.3V（5V 单片机）、工作频率0～40MHz。实物如图2-1.1所示，原理图如2-1.2所示：

图2-1.1单片机实物图

图2-1.2单片机原理图 L298N：

L298N实物图如图2-1.3所示，L298N各引脚原理如图2-1.4所示：

图2-1.3 L298N实物图 图2-1.4 L298N引脚原理图

（1）L298N控制电机转动原理：

L298可驱动2个电机，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。

（2）使用时应注意，由于电机在正常工作时对电源的干扰很大，只用一组电源时会影响单片机的正常工作。所以选用 双电源供电。一组5V电源给单片机和控制电路供电，另外一组5V、9V电源给L298N的+VSS、+VS供电。在控制部分和电机驱动部分之间用光耦隔开，以免影响控制部分电源的品质。（3）L298N具有以下特点：

1接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。

○2 1脚和 15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号。○电压转换芯片L7805CV：

L7805CV是输出电压为4.75-5.25V，静态电流为4.2-8mA的正电压稳压器。

L7805CV实物和原理图如图2-1.5所示：

图2-1.5 L7805CV原理图

图2-1.5 L7805CV实物图

HC-06蓝牙从机模块

HC-06蓝牙从机模块是一款兼容3.3V和5V电压的低成本、低功耗模块，通过串口方式通信，工作电压3.3V-5.5V，支持蓝牙2.0协议，但不支持蓝牙4.0协议、支持Android蓝牙手机，不支持IOS系统蓝牙、波特率4800-115200 其实物如图2-1.6所示：

图2-1.6 HC-06蓝牙模块实物图

2-2硬件设计原理说明

2-2.1电机驱动的设计原理

图2-2.1 L298N电机驱动原理图

2-2.2单片机控制电路设计原理

图2-2.2 单片机控制原理图

3.软件设计

3-1程序总体设计

分析：程序开始，对各输入输出口进行初始化配置，让后进行对串口是否连接进行检测，如果未连接等待30秒，在进行检测直到检测到连接，进行串口接收数据的判断选择对相应的IO口进行操作，控制电机驱动，实现小车的运动。而在大循环中始终检测温度并实时显示到1602上。3-2程序详细设计

//**LCD1602液晶显示函数部分**/ //**写指令子函数**// void writeComm(uchar comm){

delayms(1);}

//**写数据子函数**// void writeData(uchar dat){ RS = 0;P2 = comm;EN = 1;delayus();EN = 0;delayus();EN = 0;4.测试与总结

4-1驱动电路板测试

测试结果：电路连接正常，电机正常转动6

RS = 1;P2 = dat;EN = 1;delayms(1);}

4-2控制电路板测试

测试结果：蜂鸣器正常，液晶正常显示温度，蓝牙正常工作，驱动正常输出信号。

4-3最终整体效果

4-4总结

通过这次小车的设计与制作，我收获很多，深刻体会到理论与实践是有差别的。在实践中学到了很多以前没有学到的知识，这也考察我们的资料查找能力，会学习也是一种能力。比如，在使用了HC-06芯片后，对串口通信方面了解比较深刻。当然小车还有不足之处，比如，车体比较大，模块性能有待提高，选用性能更强、更稳定的芯片等，功能比较少。当然没有任何事物都是完美无缺的，我相信只要我们不断去完善，做出的作品也将会更加出色。

第五篇：智能小车设计

新型便携式

井下巡迹探测小车

作者：黄浩 彭江

摘要

80C51 单片机是一款八位单片机，他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。这里介绍的是如何使用8051系列单片机来实现武汉理工大学科技文化节的设计，该设计是以煤井气体探测而确定的设计类课题。该设计采用80C51单片机为控制核心，利用红外传感器检测 路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障，以及自动停车，并可以自动记录时间、里程和速度，自动寻迹和寻光功能。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。实验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及测试结果分析。

采用的技术主要包括：

（1）通过控制主芯片来控制各模块功能的实现

（2）红外传感技术（巡迹模块、测速模块、路程检测模块等）（3）气体检测技术（4）新型显示芯片的采用

目 录

第一章 前 言...........................................................1 第二章 方案设计与论证..............................................6 一 系统基本方案.................................................6 二 各模块方案的选择和论证...............................6 三 各模块的最终方案----11 四 系统原理图-------------12 第三章 系统的硬、软件设计与实现....................------13 一 寻迹模块-----------------14 二 金属探测模块-----------15 三 障碍物检测--------------17 四 光源检测-----------------18 五 电机驱动------------------18 六 动态显示-----------------19 七 甲烷气体检测------------20 八 系统主程序流程图------20 第四章 测试数据、测试结果分析及结论...................21 参 考 文 献.........................................................---.23

第一章

前言

随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题 目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的。本题目是结合社会实际情况而确定的设计类课题。设计的智能电动小车能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能、金属检测功能、准确定位停车和检测有害气体。

根据要求，确定如下方案：在现有的小车模型的基础上，加装光电、红外 线、红外传感器、金属探测器及甲烷气体检测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量和甲烷气体检测。并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电 动车的智能控制。

这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。本设计采用STC系列中的80C51和80c52单片机。以其为

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，以及自动停车，并可以自动记录时间、里程和速度，自动寻迹，金属检测和寻光功能。

80C51 是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。它是第三代单片机的代表。

第三代单片机包括了 Intel 公司发展 MCS-51 系 的新一代产品，如 8ｘC152﹑

80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452,还包括了 Philips﹑Siemens﹑ADM﹑

Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑ATMEL 等公司以 80C51 为核心推出的大量各具特色﹑

与 80C51 兼容的单片机。新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩

展，以实现 Microcomputer 完善的控制功能为己任，将一些外部接口功能单元如 A/D ﹑PWM﹑PCA(可编程计数器阵)﹑WDT(监视定时器)﹑高速 I/O 口﹑计数器的捕获/

比较逻辑等。这一代单片机中，在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。Philips 公司还为这一代

单片机 80C51 系 8ｘC592 单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线

----CAN(Controller Area Network BUS).新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了

良好的基础。

本设计就采用了比较先进的80C51为控制核心，80C51采用CHOMS工艺，功耗很

低。该设计具有 际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。尤其是

在足球机器人研究方面具有很好的发展前景；在考古方面也应用到了超声波传感器进 行检测。所以本设计与实际相结合，意义很强。

第二章

2.1 系统基本方案

方案论证与设计

2.2 各模块方案的选择和论证

2.2.1 控制器模块

作用：各传感器信号的接收和辨认，控制小车的电机动作、显示车速、运行时间以及小车停车时发出的声光信号等。

方案1：采用FPGA或CPLD作为系统的控制器。

优点：可以实现复杂逻辑功能，规模大，速度快，密度高，体积小，稳定性高，容易实现仿真、调试和功能扩展。

缺点：成本高，引脚多，PCB布线复杂。

方案2：采用CPU（51MCU)方案。

优点：算术运算功能强，软件编程灵活，自由度大，技术成熟，体积小，成本低，容易实现仿真、调试和功能扩展。

缺点：速度相对较低。

本设计拟采用此方案。

方案3：采用嵌入式处理器（ARM)方案。

优点：运算功能强大，速度较快，编程灵活，自由度大，外围器件少，成本适中，容易实现仿真、调试和功能扩展。

缺点：PCB设计及焊接技术要求高。

本设计可采也用此方案，取决于对相关技术的熟悉程度。

2.2.2 金属探测模块

作用：跑道中金属块的探测。

金属探测原理：采用电涡流式传感器，利用电涡流对L、Q、Z的影响探测金属。

测量电路：Q值测量电路，Z测量电路，L测量电路 本设计选择电感测量电路。

2.2.3 障碍物探测模块 作用：判断前进方向是否有障碍物，并确定小车与障碍物的距离。方案1：激光测距技术

优点：方向性强、亮度高、单色性好、传输速度快、抗干扰性强、测量精度高，反映速度快等。

缺点：小车与障碍物的距离短最大不超过2m，而激光以光速传播导致检测技术上的困难。

方案2：超声波测距技术

优点：方向性较强、传输速度V=345m/s，在s≤2m时，T ≤11.6ms，远大于MCU的机器周期，便于逻辑判断。

因此采用方案2。其原理框图如下：

2.2.4 行程测量模块

作用：测量小车从启动到任意时刻所走的路程。测量原理：S=n×C（S为行程，C为车轮周长，n为圈数）n可以用透射式或反射式光电传感器获得计数脉冲。2.2.5 路面轨迹探测模块

作用：实现小车跟踪黑色轨道行使。

方案1：采用热探测器

优点：电路简单。缺点：易受外界干扰。

方案2：采用红外光电探测器

优点：抗干扰能力较强。

缺点：结构较复杂，需2～3对传感器。

传感器小车状态

脱离导引线 正常行驶 轻微偏左 严重偏左 轻微偏右 严重偏右 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0

二状极态 管A 二极管B 二极管C

光源与车之间的位置

非常远 在车的右方

小车动作 0 0 0 2 0 0 1

－ 右转（大）3 0 1 0 4 0 1 1 5 1 0 0 6 1 1 0 7 1 1 1

在车的正前方 在车的右方 在车的左方 在车的左方 非常近

直线行驶 右转（小）左转（大）左转（小）

减速直线行驶

2.2.6电机驱动模块

作用：控制电机正转、反转和停止控制。方案1：继电器法 优点：电路简单可靠 缺点：不容易实现精细控制 方案2：晶体管组成的PWM法 优点：电路较复杂 缺点：容易实现精细控制 2.2.7 显示模块

作用：显示时间和路程。方案1：使用LCD显示屏 优点：功耗小，显示形式多样 缺点：编程难度较高，亮度较低 方案2：使用LED数码管 优点：编程难度低

缺点：功耗较大，电路连接相对较复杂 2.2.98计时模块

作用：计算小车从启动到停止的过程进行计时。方案1：直接利用MCU的定时器实现精度为0.1s的计时。2.2.10 状态标志模块

作用：产生声光信号。

方案：用LED产生光信号，用蜂鸣器产生声信号。

2.3 各模块的最终方案

（1）控制模块：AT89C51和AT89C2051或PIC系列MCU；（2）金属探测模块：采用电涡流式传感器；（3）障碍物探测模块：采用红外传感器；

（4）行程检测模块：采用光电传感器（透射式）；（5）光源探测模块：采用光敏二极管；

（6）路面检测模块：采用光电传感器（反射式）；（7）电机驱动模块：采用PWM技术控制电机转速；（8）显示模块：采用LED数码管；

（9）计时模块：采用AT89C51内部定时器/计数器；（10）状态标志模块：采用蜂鸣器和发光二极管。

2.4 系统原理图

第三章

本题是一个光、机、电一体的综合设计，在设计中运用了检测技术、自动控制技术和电子技术，系统可分为传感器检测部分和智能控制部分。

传感器检测部分：系统利用光电、电涡流、红外等传感器完成对路面、障碍物、路程、光源、金属物和甲烷的探测或检测。

智能控制电路部分：根据传感器变换输出的电信号进行逻辑判断，控制小车的电机、显示数码管、蜂鸣器以及发光二极管，完成小车的自动寻迹、探测金属、逃避障碍物、寻找光源、显示路程等各项任务。控制部分包括MCU电路、电机驱动电路和数码管动态驱动电路。

系统的硬、软件设计与实现 检测部分的单元电路设计 3.1寻迹模块电路设计

3.2金属探测电路的设计

金属探测流程图

金属块检测流程图

3.3 障碍物检测电路设计

绕障碍物程序流程图

3.4 光源检测电路设计

3.5 电机驱动电路设计

3.6 动态显示电路

3.7甲烷气体检测电路设计

3.8系统主程序流程图

第四章 测试数据、测试结果分析及结论

测试方法与仪器：

1、测试仪器

测试仪器包括秒表、数字万用表、信号发生器、示波器、51单片机开发板、直流稳 压电源等。

2、测试方法

数字万用表主要用来测试分立元件的电阻、压降、漏电流、截止/导通状态等参 数；

信号发生器与示波器用于测试各光电传感器信号的接收与传输； 51单片机开发板用于测试软件；

直流稳压电源在测试期间为各待测系统供电；

秒表用于产品测试，按照任务书的基本要求对制成的电动车进行产品测试。

测试数据及测试结果分析：

⑴ 计时精度分析 计时系统采用了新型显示芯片。理论上的误差不到 5秒/年。

⑵ 测距精度分析 测速系统采用了电机轴光电码盘检测技术。电机轴与车轮轴之间

采用了齿轮箱二级减速，变比 1/16。车轮周长 200mm,光电码盘与电机轴安装在一起，电机轴每一转产生 2 个脉冲，车轮每转产生 32 个脉冲，理论测量精度可达

200mm/32=6.25mm ⑶ 定位精度分析 本设计采用实际测量与软件补偿技术，理论上可使定位精度提高到 误差<10mm。

（4）红外传感器里障碍物最近距离约为20mm，符合要求

参考文献

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