论文总字数：12650字

摘 要

本文介绍的是基于单片机STC89C52控制的循迹电动小车的设计。小车使用红外循迹模块，利用红外线对不同颜色的物体表面具有不同的反射能力的特点，在小车行驶过程中循迹模块不断地向地面发射红外光以检测道路情况，当红外光遇到白色路面时发生反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑色路面则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。单片机根据接收管的接收情况来确定黑线的位置并使电机做出相应的动作以实现自动循迹的功能。整个系统的电路结构简单，可靠性高，可以使小车很好地实现自动循迹的功能。

关键词:STC89C52单片机；电动小车；红外循迹

Abstract

This paper introduces the design of a tracking electric trolley based on the single-chip STC89C52 control. The car uses the infrared tracking module, which uses infrared rays to have different reflection capabilities on the surface of different colors of objects. During the driving process of the car, the tracking module continuously emits infrared light to the ground to detect the road condition, when the infrared light encounters the white road surface. Reflection occurs, and the reflected light is received by the receiving tube mounted on the trolley; if a black road surface is encountered, the infrared light is absorbed, and the receiving tube on the trolley receives no infrared light. The MCU determines the position of the black line according to the receiving condition of the receiving tube and causes the motor to perform corresponding actions to realize the function of automatic tracking. The circuit structure of the whole system is simple and the reliability is high, which can make the car realize the function of automatic tracking well.

Keywords: STC89C52 microcontroller;Electric car;Infrared tracking

目录

第一章 绪论 1

1.1智能小车的背景 1

1.2智能小车的研究前景及功能 1

1.3国内外的研究情况 1

1.3.1智能小车国外研究现状 2

1.3.2智能小车国内研究现状 2

第二章 方案的设计与论证 3

2.1主控系统 3

2.2电机模块 3

2.3电机驱动模块设计 3

2.4循迹模块 4

2.5本章小结 4

第三章 硬件设计 5

3.1总体设计 5

3.1.1总体方案的设计思路 5

3.1.2总体方案设计 5

3.2主控电路 5

3.3电机驱动电路 6

3.4循迹电路 8

3.4.1循迹光电传感器 8

3.4.2双电压比较器 10

3.5本章小结 10

第四章 软件设计 11

4.1软件设计开发平台 11

4.2小车运动状态分析 11

4.3软件总体设计流程图 12

4.4循迹模块流程图 13

4.5电机驱动模块流程图 14

4.6本章小结 14

第五章 系统测试 15

5.1直线行驶 15

5.2钝角弯道行驶 15

5.3直角弯道行驶 15

5.4锐角弯道行驶 15

5.5“8”字形行驶 16

5.6本章小结 16

第六章 总结 17

致 谢 18

参考文献 19

第一章 绪论

1.1智能小车的背景

近年来，随着中国成为世界第二大经济体，全国人均收入不断提高，人们对汽车的需求呈现疯狂上升的趋势，从而导致汽车制造业的蓬勃发展，这也逐渐引起了人们对于汽车的关注与研究。汽车的发展与进步促使大学生对汽车产生更加浓厚的兴趣，在各种类型的电子竞赛题目中，关于智能小车方面的试题的出场率也是相当之高，自然而然地也会引起各大高校的重视与关注。由此可见，对于智能小车的研究对于今后汽车行业的发展起着重要作用。本设计就是在这样的背景与前提下产生的的。本所要介绍的小车具有自动循迹的功能，并且后期可根据实际需要增加避障、寻光、红外遥控、WIFI控制等更加复杂的功能。近几十年来，移动机器人从无到有，数量不断增多，智能小车作为移动机器人的一个重要分支在机器人研究领域的地位也在逐渐上升。

1.2智能小车的研究前景及功能

智能车辆的“智能”体现在它所搭配的智能系统能够自动地识别出道路信息和位置信息，并且对识别到的各种信息进行分析处理，为驾驶员提供建议与帮助，提高了驾驶的安全性与便捷性。目前市场上搭载有智能系统的汽车一般具有自动巡航、自动刹车、设定车速等功能。智能车辆的主要特点是在上下班高峰期等路况不好的情况下，能够准确地阅读道路情况并使得汽车自动躲避障碍物、沿着预定的路线继续前进。

目前，智能车辆经过不断的发展与改进，在原有的传统车辆配置基础上，一些高科技的新配置开始进入汽车市场。计算机网络系统、摄像头与各类传感器都已经成为家用汽车的“标配”^[1] 。

可以利用各种传感器来监测车辆的速度、位置以及路况信息，并在适当的时候发出建议或者提醒的指示。车速检测系统可以在车速过快时，提醒驾驶员降低速度。防碰撞报警系统可以给出前方路况、十字路口路况、换道与并道时路况、后方路况、人行横道等状态的实时监控，并适时发出警报。这些智能系统都为人们的出行提供了安全保障。

1.3国内外的研究情况

智能小车技术的发展情况已经成为衡量国家科技水平的一个重要因素，它涉及到众多学科，需要将各方面的知识相结合。而智能小车比赛就是机器人技术的一个重要研究方向，目前许多国家己经开始把移动机器人比赛作为创新教育的一个战略性手段。近年来，有越来越多的关于移动机器人的比赛被举办，参赛的选手可以在激烈的对决之中获得新的灵感，同时也推动了人们对于移动机器人的关注与研究，并致力于让机器人更加“智能”，它集高科技、娱乐和比赛于一体，引起了各国的广泛关注和极大兴趣，从而推动了移动机器人的研究^[1]……据统计部门的数据，至2018年6月底，中国私家汽车保有量已达1.8亿辆，并且还在以更快的速度增加。汽车制造业的蓬勃发展也为汽车装饰产业等其他行业的发展提供了有利条件。而搭载有车载WIFI的车载智能系统已经成为进口汽车市场的另一个具有竞争力的配置。车载WIFI的出现可能将汽车产业的发展带入了一个信息化的新纪元，让每辆汽车都构建成一个具有可娱乐的设备，这使得我们在长途驾驶过程中可以通过音乐来缓解疲劳，乘客甚至可以看电影、电视剧来消遣漫长的旅途。而车载智能导航与路线规划系统，可以让你在陌生道路上也可以驾驶自如、避免各种违章与事故。智能小车，就是在研究基础理论模型之后，将信息、数据通信以及计算机处理等先进技术融入汽车交通体系，从而可以发挥其实时与高效的技术特点，成为非常便利的交通工具。它可以利用无线通讯的专网低频段并以其低成本实现了智能小车的实时控制、快速传输，并自行开发研制出了无线通讯系统的车载智能终端设备及控制系统，使智能小车能够完全利用无线通讯系统来采集和传输路面状况数据，并进行小车速度和方向的控制，具有载人和自动控制的双重功能。小车信息响应速度快、全自动方向控制自动化、信息发布智能化、设备自维护智能化的特点。

1.3.1智能小车国外研究现状

国外对于智能车的研究开始时间要比国内早很多，最早在上个世纪的五十年代就已开始，其发展历程大致可以分为三个阶段。第一阶段：20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段，美国研发出的第一台自主引导车系统的出现已经显示出了智能车辆的雏形。第二阶段：开始于80年代中后期，西方发达国家对智能车辆的研究逐渐取得成果。美国国家自动高速公路系统联盟正式成立，致力于智能车辆未来发展前景的研究，并希望智能车辆能够真正地进入普通人民的生活之中，为人们生活质量的提高提供实实在在的帮助。第三个阶段：从90年代开始，全世界对于智能车辆研究的规模急剧扩大，研究水平也在不断提高。其中成果最为丰硕的是美国对于Navlab系列的自主车的研究，取得了举世瞩目的成果。目前无人驾驶技术也在趋于成熟化，谷歌推出的无人驾驶汽车内部的智能计算机系统的“智能”程度已经达到了可以完全替代人类的地步。目前，像谷歌和福特等都正在积极的进行无人驾驶汽车的测试，而特斯拉甚至已经开始为旗下车型更新了一些辅助驾驶设备^[2]。相信不久的将来，无人驾驶技术将会被大量地运用到我们的日常生活中，使得我们的出行更加方便快捷。

1.3.2智能小车国内研究现状

我国对于智能车辆的研究相对于西方发达国家要晚一些，上世纪80年代末，当时由国家制定的863计划中，包含了对于遥控汽车的研究相关的项目。几乎同一时间国家也开始在规划“八五”研究项目中的地面智能机器人技术进行研究，并宣布了我国第一辆样车ATB-1(Autonmous Test Bed-1)的面世。该车的研发成功，是国内各大高校一起努力的结果，在1996年的测试中，该车自主行驶的最高时速可达74.5km/h。当前，国内进行这方面研究的主要是一些大学院校与研究所。最近几年，国防科技大学研制的新一代地面无人驾驶车辆CITAVT-IV、清华大学研制的THMR-V型智能车辆、吉林大学的Cybercar智能车辆以及重庆大学的CQAC-I型智能车辆等都是各高校较为突出的成果^[2]。

方案的设计与论证

2.1主控系统

根据设计要求并将所学习过的内容进行分析，初步拟定了以下两种方案并进行进一步的比较论证，具体如下：

方案一：采用FPGA（现场可编程门阵列）作为整个项目的主控。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，其芯片较大的规模和较高的密度使得它具有强大的功能以及较强的运算能力。但本设计的运算相对简单，对与运算的速度要求也不是很高，所以若采用FPGA则显得有些资源上的浪费，并且由于其集成度高，价格也比较高。同时，其芯片引脚较多，实物硬件电路板布线也较为复杂，若采用此方案则对后面电路的设计和焊接工作也是个不小的挑战。

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