《基于紅外線探測技術(shù)的智能尋跡小車控制設(shè)計》10000字（論文）

基于紅外線探測技術(shù)的智能尋跡小車控制設(shè)計摘要紅外技術(shù)是古老而又年輕的技術(shù)，說它古老是因為它很早就出現(xiàn)了，年輕是因為它在不斷的改進(jìn)中。多年來，圍繞紅外應(yīng)用的各種組件和材料，還有的是這幾年來來半導(dǎo)體技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，極大地促進(jìn)了紅外技術(shù)的應(yīng)用。紅外技術(shù)在軍事上的應(yīng)用已從簡單的紅外檢測轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N紅外熱成像儀，從航空航天到海軍，陸軍和空軍。紅外傳感器就是就是它的發(fā)射管一直向外發(fā)射紅外光，他可以把紅外輻射的能量轉(zhuǎn)換成電能的光敏傳感器。它的技術(shù)以及被運(yùn)用到了許多領(lǐng)域，工業(yè)上、醫(yī)學(xué)上、軍事上等等。我們這次的設(shè)計是一個簡單的沿著我們自己設(shè)定的線路自動尋跡小車，我們需要用到的部件有：單片機(jī)、穩(wěn)壓器、紅外傳感器、顯示器、驅(qū)動芯片。我們選擇由讓單片機(jī)來控制，主要依靠紅外線對道路進(jìn)行采集黑線與白線的高電平與低電平來進(jìn)行判斷，通過單片機(jī)把電平反饋給L298N芯片，通過芯片控制、驅(qū)動電機(jī)，然后以最短的時間完成尋跡。本次設(shè)計采用5路紅外傳感器，一字型排列在車子前方，把正中間的紅外傳感器放在黑線上，我們便通過檢測五個傳感器檢測黑白線的結(jié)果來判斷小車的位置方向，進(jìn)而控制小車的方向行走。本次設(shè)計的基本要求就是使我們設(shè)計的智能小車能按照我們的意愿在白色地板上設(shè)計的黑色路線行走。在整個系統(tǒng)上，我們分成黑線檢測模塊，單片機(jī)處理模塊和電機(jī)控制模塊，一共三個模塊。關(guān)鍵字：紅外傳感器；智能循跡；l298n驅(qū)動芯片；STC89C52單片機(jī)目錄TOC\o"1-3"\h\u25508摘要 第一章緒論第一節(jié)研究的目的和意義一、研究的目的全世界承認(rèn)的第一輛汽車誕生于一八八六年，它是由德國人卡爾.佛里特立奇.奔馳所發(fā)明，這是人類邁向代步機(jī)械的重大一步，如今的汽車技術(shù)也十分成熟，幾乎家家戶戶都能買得起汽車，但是這些汽車都是有人操控的汽車并沒有一輛汽車能夠?qū)崿F(xiàn)無人駕駛技術(shù)。想要進(jìn)步就得不斷打破傳統(tǒng)，創(chuàng)新才是唯一出路。就在二零一二年的五月八日，世界上第一輛無人駕駛汽車被研發(fā)出來了，它是由谷歌公司研發(fā)成功的，并在美國內(nèi)華達(dá)州首次申請測試申請成功，這是人類邁向汽車革命的一部新篇章。而在國內(nèi)，也有一批不干平凡的優(yōu)秀國企在努力研發(fā)屬于我國的無人駕駛汽車。寶駿品牌就是五菱汽車為打造高端智能駕駛汽車的一個高端品牌，二零二零年五月八日，五菱寶駿汽車頂著嚴(yán)峻的疫情，寶駿汽車跟上海汽車一起研發(fā)的新能源的無人駕駛的汽車在寶駿基地建立了十六條沒有人駕駛的物流線路，真正實現(xiàn)無人駕駛汽車智能自主化物流運(yùn)輸。寶駿新能源無人駕駛汽車搭載有L4級別無人駕駛技術(shù)，厘米級別高精度定位系統(tǒng)以及云端遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程分析等技術(shù)，使無人駕駛汽車更智能更安全。

不光是在寶駿基地的廠區(qū)內(nèi)，在寶駿基地的每一個車間內(nèi)，還有另一種小型智能循跡運(yùn)輸小車在勤勤懇懇不間斷的勞作著，這類小型智能循跡小車名叫AGC小車，這類小車在車間里用于運(yùn)輸體積較小，重量較輕的貨物，大大的節(jié)省了人力物力和時間，為寶駿基地的產(chǎn)能做出了巨大的貢獻(xiàn)。二、研究的意義現(xiàn)如今智能化已逐漸遍布我們的生活，讓人又愛又恨的手機(jī)、智能家電、智能機(jī)器人以及智能汽車。智能已經(jīng)融入人類社會，而社會也因智能變得更加完美。智能汽車則是當(dāng)今社會難度最大，技術(shù)最高的一項智能產(chǎn)品，既要自動尋路，也要辨識障礙以及危險，又要載人、載物，還要安全送達(dá)目的地，這無疑是對智能汽車的巨大考驗，對人來的制造技術(shù)也是一項巨大的考驗。所以這次設(shè)計的智能小車會運(yùn)用到自行控制、模擬識別、傳感采集、電子電氣、計算機(jī)以及機(jī)械和汽車等技術(shù)。而智能汽車最大的問題就是如何尋跡，我們用紅外傳感的方式對路徑軌跡的一個回饋，將信息通過單片機(jī)把電平反饋給L298N芯片，再由芯片將處理好的信息傳給驅(qū)動電機(jī)，以此來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向、停止與前進(jìn)，以最快的時間來尋找所需的行駛軌跡。再通過LCD1602顯示屏的方式來對人類進(jìn)行一個信息交流，以此來實現(xiàn)人機(jī)交互，讓我們能夠?qū)崟r掌握智能小車的一舉一動，提升智能小車的安全系數(shù)，這項設(shè)計也為將來智能無人駕駛汽車的行駛安全，具有實質(zhì)性的幫助。第二節(jié)國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r當(dāng)今社會，智能化早已浸透人類社會，也給人類帶來了相當(dāng)大的幫助，智能化給人類帶來許多便利的同時，也省去了很多麻煩和不必要的危險，還間接性的救了許多人的生命，因此說智能化是人類的得力助手也不為過。一九五九年世界上首臺機(jī)器人問世，六十年后的今天，智能機(jī)器人早已遍布全球，甚至各個行業(yè)都有智能機(jī)器人的影子，如：快遞有快遞機(jī)器人，省去了很多人力物力，也免去了面對風(fēng)吹雨淋還要東奔西跑，長途跋涉的快遞小哥，且速度更快，時間更短。消防部隊有滅火機(jī)器人，面對熊熊大火，消防戰(zhàn)士也不必冒著生命危險英勇奮戰(zhàn)，與大火拼個你死我活等等。像這樣的例子在全世界數(shù)不勝數(shù)。別看智能化有如此高的實用性，但是放眼國內(nèi)外又有多少家車企真正敢把智能化汽車推向市場，就連現(xiàn)如今汽車市場風(fēng)頭正盛，技術(shù)如此強(qiáng)大的新能源汽車：特斯拉的智能化無人駕駛汽車都頻頻出事，可見想要造好智能化汽車難如登天。雖然造好無人駕駛智能汽車難如登天，但是我們依舊沒有放棄。在韓國就有這樣的智能汽車比賽，這是由飛思卡爾半導(dǎo)體有限公司贊助的韓國漢陽大學(xué)汽車控制實驗室，以HCS12系列單片機(jī)為核心產(chǎn)品，開辦的大學(xué)生課外科技競賽，名為“飛思卡爾”杯智能汽車大賽。賽組委會提供：汽車模型框架、直流馬達(dá)以及充電電池。參賽組需要用上賽組委提供的這些道具進(jìn)行設(shè)計、制作一個可自主識別道路的智能小車，在事先鋪設(shè)好的跑道上，以速度最快、用時最短、出軌最少、最先到達(dá)終點且失誤最少、平分最高的智能小車為勝。這項比賽考驗產(chǎn)賽隊伍的電氣、模擬識別、機(jī)械、計算機(jī)、能源、汽車電子、控制、傳感技術(shù)、等多個技術(shù)知識。此項目對大學(xué)生的綜合學(xué)識運(yùn)用，動手實踐能力的培養(yǎng)，具有非常好的能力提升效果。此賽事得到了我國教育部的大力支持和推廣，被教育部批準(zhǔn)為全國教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革項目科技人文競賽項目之一。至此智能汽車在我國高等學(xué)院得到大力發(fā)展，并且培育出無數(shù)優(yōu)秀人才，此項賽事距今已有十三個年頭，每年我國都會選拔出此等方面最為優(yōu)秀的大學(xué)生派遣至韓國，參與此項比賽，與世界各國派遣的優(yōu)秀人才決一勝負(fù)，既能交流此方面的技術(shù)提升自身水平，還能增進(jìn)國與國之間的友好關(guān)系。第三節(jié)本文主要研究的內(nèi)容智能小車主要研究循跡檢測模塊，單片機(jī)處理模塊和電機(jī)控制模塊這三個大的模塊：以及解釋各大部分在智能車中扮演的角色。智能小車要如何實現(xiàn)循跡識別路線的原理，該設(shè)計主要通過紅外傳感器對路面黑白線的識別，硬件上系統(tǒng)的選型，例舉他們的優(yōu)缺點，選出適合我們的硬件。對主要原理講解和設(shè)計，軟件設(shè)計和程序的編寫來進(jìn)行分析。第四節(jié)智能小車循跡的原理小車循跡的原理：在白色的地板上設(shè)置我們所需要的黑色路線，然后智能小車上的紅外傳感器的發(fā)射管一直掃射地面，當(dāng)掃到白色地板時，會發(fā)生反射，然后被接收管接收，產(chǎn)生一個高電平；當(dāng)掃射到黑色路線時，紅外線將會被吸收，不會經(jīng)過接收管，就會產(chǎn)生一個低電平。通過單片機(jī)的程序設(shè)定，讓小車沿著低電平一直前行，從而達(dá)到我們所需要的循跡。如下圖（圖1-1）所示，小車的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1-1小車結(jié)構(gòu)示意圖

第二章系統(tǒng)總體方案分析想要智能車在我們的意愿下在路徑上行駛，就必須要有一個合理而完整的智能車系統(tǒng)。因此，通過網(wǎng)絡(luò)和去圖書館查閱大量的文獻(xiàn)，篩選出了許多可行的方案，然后通過比較，最后確定了這次智能車的總體方案設(shè)計。第一節(jié)行走方式的分析選擇智能汽車有兩種行走方式可以選擇：第一種是要求智能車在直立的狀態(tài)下保持兩輪著地沿著路徑行駛。第二種是要求智能車保持四輪著地的狀態(tài)沿著路徑行駛。在“恩智浦”杯第七屆智能汽車競賽中，就是要求用第一種方式行駛。相對于第一種方式來說，第二種方式更為簡單，第一種方式需要更高的技術(shù)，弊端也比較多，例如：在轉(zhuǎn)向這方面比較容易側(cè)翻，在上下坡時速度控制不夠好，也容易發(fā)生側(cè)翻，這些是因為兩輪著地的重心比較高，穩(wěn)定性不太好。第二種四輪著地的方式，重心比較低，穩(wěn)定性也比較好，能快速的行駛不產(chǎn)生側(cè)翻。這次的設(shè)計，我用的是第二種方式，例如下圖，是“飛思卡爾”智能汽車競賽的車模。如圖2-1所示。圖2-1車模第二節(jié)循跡單元傳感器的分析選擇本次設(shè)計智能循跡小車行駛的路面狀況是由白色的KT板和黑色的膠帶所構(gòu)成，我們要求小車能沿著黑色的膠帶路線行走，對于這種路面狀況，智能小車的循跡方式有很多種。智能小車能自動循跡依靠的就是循跡系統(tǒng)，他相當(dāng)于人類的眼睛，尋找一個合適的循跡方式更為重要。我在篩選之后，選擇了以下兩種方案進(jìn)行比較：方案一:采用光敏電阻構(gòu)成光敏探測器。他會跟著周圍光線的強(qiáng)或弱，進(jìn)而產(chǎn)生不同的電阻值，當(dāng)遇到的光線越強(qiáng)時，而他的阻值越小，當(dāng)遇到的光線越弱時，而他的阻值越大。探測到白線時，他的發(fā)光強(qiáng)度比較大，就會出現(xiàn)低電阻；探測到黑線時，黑線會吸收光源，所以產(chǎn)生的光線強(qiáng)度比較小，會出現(xiàn)一個高電阻，他在黑線與白線上的阻值發(fā)生著明顯的變化，從而進(jìn)行循跡。但是他受周圍光線的影響比較大，有著比較大的局限性，我們決定不采用這個方案。

方案二:采用封裝好的紅外對管作為循跡傳感器。紅外對管上面有兩個管，一個是紅外發(fā)射管，另一個是接收管。當(dāng)紅外發(fā)射管一直向地面發(fā)射出紅外光線，如果發(fā)射到白色地面，則反射回來被接收管接收，產(chǎn)生一個高電平；發(fā)射到黑色地面，則被黑線吸收，產(chǎn)生一個低電平。與方案一比較，他沒有多大的局限性，也符合我們這次設(shè)計所需要的，而且他的價格也比較低，于是我選擇了此方案。循跡小車通常有二路、三路、五路的方式供我們選擇，就是需要兩個紅外對管，還是三個、五個。此次的設(shè)計，我選擇了整體的五路紅外循跡，一字型的安裝在小車的前頭底盤下方，讓他們對路面不斷的進(jìn)行掃射。相對于其他兩路來說，五路的精確度比較可靠，能更好的實行循跡。如下圖2-2所示，五路紅外循跡傳感器的圖片。圖2-2五路紅外循跡傳感器第三節(jié)控制器的分析選擇幫助循跡小車找到了一個好的循跡單元，就相當(dāng)于人類擁有一雙健康的眼睛，這個時候，大腦就相當(dāng)重要了，控制器就是相當(dāng)于人類的大腦，看到事物你要快速準(zhǔn)確的做出相應(yīng)的反應(yīng)，要有時效性，通過篩選，選擇了以下兩種方案進(jìn)行比較：方案一：ARM控制器：它擁有32位處理器，它在算術(shù)能力上具有靈活性，在執(zhí)行程序上速度快，有很高的效率，而且它耐電能力很強(qiáng)，他的系統(tǒng)處理速度快速高效。因為他比較適合大型的實時控制器上，而且他的價格也比較貴，因此，我們不采用此控制器。方案二：STC89C52單片機(jī)：它有比較強(qiáng)的抗干擾能力，他是在8051的基礎(chǔ)上，是一個增強(qiáng)型的8051單片機(jī)，能完全兼容傳統(tǒng)8051的指令代碼，用單片機(jī)來控制我們的智能小車循跡，達(dá)到我們所要求的指定線路，全面分析我們的系統(tǒng)，把紅外對管所反饋回來的信號處理好，這時的52單片機(jī)就顯示出了他的優(yōu)勢，其簡單、方便，快速的控制優(yōu)勢。單片機(jī)可以充分發(fā)揮其豐富的資源，強(qiáng)大的控制功能和可位尋址操作功能。而且這個單片機(jī)的價格十分便宜，考慮到我們用的是四輪驅(qū)動與其他因素，我決定采用一片C52單片機(jī)作為本次設(shè)計的的控制器。充分利用C52的資源、優(yōu)點。綜上所述兩種方案，我們選擇方案二。第四節(jié)電機(jī)驅(qū)動模塊的分析選擇方案一：用LM293電機(jī)驅(qū)動芯片與直流電機(jī)使用，這個驅(qū)動芯片用在類似于轉(zhuǎn)速相等的錄音機(jī)、錄像機(jī)、唱機(jī)、激光唱機(jī)中，因為我們額外給它施加直流電壓時，他們的轉(zhuǎn)速幾乎相等。就是它會因為受到來自外界的干擾影響穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩輸出，而且是比較容易受到影響，所以我們不采取它。方案二：使用L298N作為電機(jī)驅(qū)動芯片與直流減速電機(jī)一起使用。他的體積小、重量輕，他是在原始的普通直流電機(jī)上加上配套的直流減速箱，因為他內(nèi)部有高速的電動機(jī)提供原始動力，在正常工作電壓范圍內(nèi)，電壓占空比越大，直流減速電動機(jī)的轉(zhuǎn)速越高。他可以提供較低的轉(zhuǎn)速，獲得較大的力矩，他的裝配比較簡單，使用方便。我們用一片的L298N控制四個直流減速電機(jī)，他的端子可以跟我們的外部硬件連接，也可以跟我們使用的單片機(jī)連接，它起到了一個連接橋的作用，然后通過單片機(jī)軟件發(fā)出的指令進(jìn)行控制電機(jī)的驅(qū)動，這樣子可以滿足很復(fù)雜的電路要求。L298N是一個全橋驅(qū)動芯片，具有高電流，高電壓和高響應(yīng)頻率的功能有操作方便。它有非常強(qiáng)的驅(qū)動能力，而且它的穩(wěn)定性也很好。綜上，我選擇了此方案，這次設(shè)計是四輪驅(qū)動的，所以我們需要四個直流減速電機(jī)，一個L298N電機(jī)驅(qū)動芯片，形成一個H橋的工作原理。綜上所述兩種方案，我們選擇方案二。第五節(jié)電源模塊的分析選擇方案一：用USB串口線連接電腦的USB串口來進(jìn)行供電，因為我們的外部硬件需要的是5V電壓，而它能直接提供穩(wěn)定的直流電壓，不需要穩(wěn)壓器，而且這個串口線已經(jīng)被人類日常使用，我們很容易獲取它。因為小車會跑動，需要很長的這個線，所以這個線會給我們的小車行駛帶來很多的不便，會限制小車的靈活性，這樣子的話，小車就不能在外面工作了。所以我們不考慮它。方案二：我們用兩節(jié)3.6V的鋰電池構(gòu)成7.2V的電源來對我們的小車供電，他的重量是非常輕的，將會減輕我們小車需要的承載重力，而且它很環(huán)保，等我們使用報廢后不會產(chǎn)生有害重金屬的元素，最重要的是他的壽命長，不會輕易報廢，而且它體積小且易于安裝。因此，我們決定選擇了這種方案。第六節(jié)穩(wěn)壓器的分析本次的設(shè)計我使用L7805穩(wěn)壓器來進(jìn)行穩(wěn)壓，因為在此設(shè)計中，我們需要使用更多的是5V電，而它不需要經(jīng)過調(diào)試就可以直接給我們的硬件輸送5V穩(wěn)定電壓，而且我們的電源是7.2V，輸入給它的電壓比它輸出的高了2V，保證了它的穩(wěn)定輸出。而且它在內(nèi)部能進(jìn)行限流，能預(yù)防使用的硬件太多而超負(fù)荷使用造成短路，燒毀我們的硬件，也能防止溫度過高燒毀硬件，從而保護(hù)電路。這非常的可靠，而且價格便宜。因此我們使用L7805來穩(wěn)定電壓。第七節(jié)系統(tǒng)總體方案的設(shè)計對于這次設(shè)計的循跡小車，我們使用紅外傳感器探頭采集信息，用AT89C52單片機(jī)為核心控制電路，利用紅外傳感器對黑線與白線反射系數(shù)產(chǎn)生的不同高低電平，來控制智能小車的方向。紅外探測的元件有紅外發(fā)射管與接收管，單片機(jī)不斷地掃描I/O端口，一但I(xiàn)/O端口的電平產(chǎn)生了變化，單片機(jī)就能快速的做出反應(yīng)，判斷小車現(xiàn)在行駛的方向和位置，通過單片機(jī)把信息反饋給L298N芯片，然后通過芯片產(chǎn)生一個高低電平，通過芯片控制、驅(qū)動電機(jī)，然后以最短的時間完成循跡。第八節(jié)本章小結(jié)本章對我們這次設(shè)計的總體方案選型，通過比較和分析，讓我們知道了我們所需各個零部件優(yōu)點與缺點，然后選擇了適合我們所需要的型號，也提供了一些理論上的基礎(chǔ)，讓我們在接下來的設(shè)計中，也使我們免于做過多的無用工作就可以達(dá)到實際的效果，大大提高了我們的效率。

第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計本次的設(shè)計我們主要以STC89C52單片機(jī)來控制和檢測，我們采用7.2V的鋰電池，然后經(jīng)過L7805穩(wěn)壓器供5V的電壓給52單片機(jī)與L298N芯片驅(qū)動。紅外探測的元件有紅外發(fā)射管與接收管，利用紅外傳感器對地面的黑線與白線進(jìn)行不斷地掃射，然后反饋給單片機(jī)，單片機(jī)不斷地掃描I/O端口，一但I(xiàn)/O端口的電壓產(chǎn)生了變化，單片機(jī)就能快速的做出反應(yīng)，判斷小車現(xiàn)在行駛的方向和位置，通過單片機(jī)把電壓反饋給L298N芯片，然后通過芯片產(chǎn)生一個高低電平，通過芯片控制、驅(qū)動電機(jī)，然后來控制智能小車的方向。以最短的時間完成循跡。如下3-3所示，整體結(jié)構(gòu)框圖。LCD1602顯示屏LCD1602顯示屏STC89C52單片機(jī)直流減速電機(jī)L298N芯片驅(qū)動模塊STC89C52單片機(jī)直流減速電機(jī)L298N芯片驅(qū)動模塊L7805穩(wěn)壓器L7805穩(wěn)壓器紅外傳感器紅外傳感器7.2鋰電池電源7.2鋰電池電源圖3-1整體結(jié)構(gòu)框圖第一節(jié)單片機(jī)功能特性這次的設(shè)計的主要控制芯片是STC89C52。具有8K的系統(tǒng)可編程Flash存儲器使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，并且與89C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)中可編程，并且也適合于常規(guī)編程器。STC89C52在單芯片上具有智能8位CPU和在線系統(tǒng)可編程Flash，可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高度靈活和有效的解決方案。這個單片機(jī)它一共有32個端口，它可以根據(jù)電路的布置可以設(shè)置作為輸入端還是輸出端，有很大的靈活性。它采用的是穩(wěn)壓器穩(wěn)壓出來的+5v直流電源給它進(jìn)行供電。一、復(fù)位電路復(fù)位電路就相當(dāng)于我們手機(jī)的重啟鍵，按下它，就會處于剛啟動的狀態(tài)。當(dāng)我們設(shè)計的小車處于卡死狀態(tài)、或者我們的單片機(jī)發(fā)錯了錯誤的指令、我們的車輪產(chǎn)生錯誤的操作，這時候我們就可以按下復(fù)位電路，也是為了預(yù)防上述所說的情況。當(dāng)RST針腳持續(xù)兩個機(jī)器周期以上的高電平，就能實現(xiàn)復(fù)位。有兩種復(fù)位方法，上電復(fù)位和手動復(fù)位（按下我們設(shè)計的開關(guān)），就是說，小車一開始啟動程序，就會給RST持續(xù)一段高電平，就會自己初始化（上電復(fù)位）。如果運(yùn)行到一半，程序卡頓，我們就可以按下復(fù)位按鈕，RST也會以有一段時間的高電平，從而進(jìn)行復(fù)位（手動復(fù)位）。我們這次的設(shè)計22uF的電容，4.7K的電阻。二、晶振電路晶振是為了系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。為了能使獲得1uf的機(jī)器周期，我們用的是外部方式產(chǎn)生。這次我們采用22uF電容（兩個），可以并聯(lián)諧振，如果沒有它，震蕩電路不會形成一個回路，不能正常工作，而產(chǎn)生停振；11MHz無源晶振（1個）。它們構(gòu)成了振蕩器的高增益反相放大器，處于單片機(jī)內(nèi)部，XTAL1是它的輸入端，XTAL2是它的輸出端。如下圖所示，（圖3-2）。這次的設(shè)計對外部時鐘信號的占空比沒有要求，因為我們這次的外部方式晶振是為了系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。電路圖如下所示：其中包括了復(fù)位模塊、晶振電路和單片機(jī)控制模塊。如下圖3-2所示。圖3-2STC89C52單片機(jī)第二節(jié)電源模塊的應(yīng)用在當(dāng)今的科技時代，電源是至關(guān)重要的，要找到一個好的電源，需要耗費(fèi)很大的精力，現(xiàn)在的新能源車子，都還在為一個好的電池發(fā)愁。電源模塊大體分為供電模塊，還有穩(wěn)壓模塊。供電模塊，我們還要考慮電壓范圍和電流容量這些參數(shù)，還有他的靈活性，不能影響車子的運(yùn)行。因為車子的各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的電壓都是不一樣的，所以我們必須要用一個穩(wěn)壓模塊，為各個執(zhí)行器提供所需要的電壓和穩(wěn)定的電壓。讓它們能正常的工作。我們這次的設(shè)計，采用7.2V的鋰電池作為供電，這次設(shè)計的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電機(jī)驅(qū)動、復(fù)位電路LED顯示屏等）需要的都是5V電源，所以我們選取三端穩(wěn)壓的L7805穩(wěn)壓器穩(wěn)壓出5V的電源供給各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如下圖3-3所示，是我們的電源模塊。圖3-3電源模塊第三節(jié)電機(jī)驅(qū)動控制單元我們這次采用的電機(jī)驅(qū)動模塊電路的芯片是L298N，它是全橋的驅(qū)動芯片，具備著高電壓、大電流，能很快的反應(yīng)單片機(jī)對它的輸入信號，也能很快的輸出對電機(jī)的信號，而且用一個就能對兩個電機(jī)進(jìn)行控制，它的性能優(yōu)良、而且穩(wěn)定。在這次的設(shè)計中，我們是左側(cè)兩個電機(jī)并聯(lián)，右側(cè)兩個電機(jī)并聯(lián)，形成一個H型驅(qū)動橋。在這，左側(cè)電機(jī)的輸入端為5號端口、7號端口，輸出端為2號端口、3號端口，右側(cè)電機(jī)的輸入端為10號端口、12號端口，輸出端為13號端口、14號端口。通過單片機(jī)對它的輸入信號，與它輸出的信號，就能控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制小車的運(yùn)行狀態(tài)。如下圖3-4所示，是我們的驅(qū)動模塊。圖3-4驅(qū)動模塊第四節(jié)紅外傳感器的應(yīng)用在白色的地面上用黑色膠布鋪上我們的軌道，讓智能小車在我們設(shè)定好的黑色的軌道上行走，偏離后可以盡快的做出調(diào)整，能自動實行循跡功能。這次設(shè)計我們采用的是TRCT5000五路循跡紅外傳感器，他利用的就是紅外光對這個所有顏色的反射率的不同，他對白色會反射光源，它的反射率比較大，黑色會吸收光源，它的反射率較小。接收管的電阻值將會發(fā)生變化，在電路上一般都不會用電阻表現(xiàn)出來的，只會用電壓表現(xiàn)出來，然后經(jīng)過一個比較器對電壓進(jìn)行比較，比較成電平。然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸出端口為1；當(dāng)紅外發(fā)射管發(fā)射到黑色地面時，黑色折射率比較弱，黑色的將會把紅外線給吸收，則紅外接收管的阻值將沒有變化，他的輸出端口為0。如下圖3-5所示，是我們的傳感器原理圖。圖3-5傳感器原理圖第四章系統(tǒng)的軟件設(shè)計第一節(jié)軟件設(shè)計思路52單片機(jī)系列的編程語言有匯編語言和C語言兩種，這次的設(shè)計我們采用C語言，因為C語言是模塊化程序的思想，為了能使我們能快速、準(zhǔn)確的完成我們的任務(wù)，我們會把我們的程序分成若干個部分，C語言就可以把它們分成的部分相互獨(dú)立而又存在著聯(lián)系，這大大的提高了我們的工作效率，而且它比較容易編寫，比較能通俗易懂。匯編語言的話，它的程序開發(fā)周期比較長，浮點運(yùn)算比較復(fù)雜，比較適合對程序空間和時間要求很高的場合，所以我們決定不采取它。我們使用C語言來編程，那么用Keil這個軟件是最合適不過了，因為它是目前最流行開發(fā)單片機(jī)的軟件了，被許多人在使用。我們學(xué)會這個軟件對我們使用的單片機(jī)來說是十分重要的，我們在這個軟件上編好我們需要的代碼，然后植入單片機(jī)，與單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試，就能讓我們完成對外部硬件的控制。第二節(jié)紅外傳感器模塊設(shè)計思路紅外傳感器還有另一個名稱，我們一般把稱為檢測循跡函數(shù)。他是把它探測白色地面與黑色路線時產(chǎn)生到的不同的電壓信號，然后它通過一個比較芯片LM393比較后，就會輸出相應(yīng)的電平，輸送給單片機(jī)，然后使單片機(jī)把高低電平傳給L298N驅(qū)動芯片，進(jìn)而驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)向，控制小車按照我們設(shè)置好的路線進(jìn)行前進(jìn)。小車直行的情況只有一種情況：當(dāng)3號探測器的輸出端為0，其他探測器輸出端為1時，小車直行左側(cè)右側(cè)電機(jī)均正轉(zhuǎn)。小左轉(zhuǎn)有四種情況：一：2號探測器輸出端為0，其他探測器輸出端為1；二：2號與3號探測器輸出端為0，其他探測器輸出端為1；三：1號與2號探測器輸出端為0，其他探測器輸出端為1；四：1號探測器輸出端為0，其他探測器輸出端為1。小車左轉(zhuǎn)時，左側(cè)電機(jī)反轉(zhuǎn)，右側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)。小車右轉(zhuǎn)也有四種情況：一：4號探測器輸出端為0，其他探測器輸出端為1；二：3號與4號探測器輸出端為0，其他探測器輸出端為1；三：4號與5號探測器輸出端為0，其他探測器輸出端為1；四：5號探測器輸出端為0，其他探測器輸出端為1。小車右轉(zhuǎn)時，右側(cè)電機(jī)反轉(zhuǎn)，左側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)。小車停止運(yùn)行時有一種情況：所有的探測信號輸出端均為1。如下表所示（表4-1）1號探測器2號探測器3號探測器4號探測器5號探測器左側(cè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)右側(cè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)小車運(yùn)行狀態(tài)11011正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)前進(jìn)10111反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)10011反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)00111反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)01111反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)11101正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)11001正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)11100正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)11110正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)11111停止停止停止表4-1紅外循跡模塊程序邏輯控制表第三節(jié)驅(qū)動模塊設(shè)計思路我們所設(shè)計的L298N驅(qū)動模塊是控制我們電機(jī)驅(qū)動的主干，通過c52單片機(jī)發(fā)送高電平與低電平的不一樣來控制我們電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，我們用一個L298N芯片控制四個電機(jī)，實行左側(cè)兩電機(jī)并聯(lián)，右側(cè)兩電機(jī)并聯(lián)，形成一個H橋似的工作形式，一個電機(jī)由兩條線控制。當(dāng)單片機(jī)輸出電平給L298N，IN1輸入為1,OUT1輸出為1，IN2輸入為0，OUT2輸出為0時，左側(cè)兩電機(jī)正轉(zhuǎn)，IN3輸入為1,OUT3輸出為1，IN4輸入為0，OUT4輸出為0時，右側(cè)兩電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車前行。當(dāng)IN1為0，OUT1為0，IN2輸入為1，OUT2輸出為1時，左電機(jī)反轉(zhuǎn)，IN3輸入為1,OUT3輸出為1，IN4輸入為0，OUT4輸出為0時，右電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車左轉(zhuǎn)。反之，當(dāng)IN1為1，OUT1為1，IN2輸入為0，OUT2輸出為0時，左電機(jī)正轉(zhuǎn)，IN3輸入為0,OUT3輸出為0，IN4輸入為1，OUT4輸出為1時，右電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車右轉(zhuǎn)。如下表所示（表4-2）IN1IN2IN3IN4OUT1OUT2OUT3OUT4左電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)右電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)小車運(yùn)行狀態(tài)10101010正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)前行01100110反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)10011001正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)前行表4-2驅(qū)動模塊程序邏輯控制表第四節(jié)系統(tǒng)整體流程當(dāng)我們開始啟動小車的時候，單片機(jī)最小系統(tǒng)將會把程序給初始化了，然后它會接收紅外傳感器給它輸入的電平高低對檢測到的路線進(jìn)行判斷，判斷是否檢測到黑線。如果沒有檢測到黑線，傳感器輸出的信號沒有一個為0，全是