物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信 号进行调制，输出比较电平。外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现，价格 也比较便宜综合比较采用方案二 电机驱动模块 方案 采用继电器对电动机的开和关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行 调整。这个方案的优点是电路较为简单，实现容易缺点是继电器的响应速度慢 机械结构易损坏寿命较短。 方案二 采用芯片，配以电机控制所需要的外围功能电路，通过数控电压源调节 电机运行速度，实现控制物体的运动轨迹。该方案优点是体积小结构紧凑使 用便捷可靠性提高。但系统软硬件复杂成本高。 方案三 采用专用芯片。是个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它 相应频率高，且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性 好，性能优良。 基于上述理论分析和实际情况，拟定选择方案三 总体设计框图 此系统是以单片机为控制核心，处理执行各个外部传感器检测得到的电平信 号，最后把处理结果传递给小车电机，使其得到相应效果。 循迹红外对管 时钟电路 复位电路 报警电路 电机驱动 避障红外 对管 图总体设计框图 第三章硬件设计 单片机控制模块 本模块采用系列单片机作为核心处理器。单片机控制系统基本由最小系 统和外围信号口组成，其中最小系统包括电源，时序般使用 或者和电容组成，复位电路。有了以上三块，单片机就能够正常工作 了。 是种带字节闪烁可编程可檫除只读存储器 的低电压，高性能的 微处理器，俗称单片机。该器件采用搞密度非易失存储器制造技术制造， 与工业标准的指令集和输出管脚相兼容。 主要性能 与单片机产品兼容字节在系统可编程存储器 次擦写周期全静态操作。掉电保护方式下，内容被保存，振荡器被冻 结，单片机切工作停止，直到下个中断或硬件复位为止。位微控制器 字节在系统可编程。 口口是个位漏极开路的双向口。作为输出口，每位能驱动 个逻辑电平。对端口写时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序 和数据存储器时，口也被作为低位地址数据复用。在这种模式下，具 有内部上拉电阻。 在编程时，口也用来接收指令字节在程序校验时，输出指令字节。 程序校验时，需要外部上拉电阻。 口口是个具有内部上拉电阻的位双向口，输出缓冲器 能驱动个逻辑电平。对端口写时，内部上拉电阻把端口拉高， 此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的 原因，将输出电流。 此外，和分别作定时器计数器的外部计数输入和 时器计数器的触发输入，具体如下表所示。在编程和 校验时，口接收低位地址字节。 引脚号第二功能 定时器计数器的外部计数输入，时钟输出 定时器计数器的捕捉重载触发信号和方向控制 在线系统编程用 在线系统编程用 在线系统编程用 口口是个具有内部上拉电阻的位双向口，输出缓冲器 能驱动个逻辑电平。对端口写时，内部上拉电阻把端口拉高， 此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的 原因，将输出电流。 在访问外部程序存储器或用位地址读取外部数据存储器例如执行 时，口送出高八位地址。在这种应用中，口使用很强的内部上拉 发送。在使用位地址如访问外部数据存储器时，口输出 锁存器的内容。在编程和校验时，口也接收高位地址字节和些控制信号。 口口是个具有内部上拉电阻的位双向口，输出缓冲器 能驱动个逻辑电平。对端口写时，内部上拉电阻把端口拉高， 此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的 原因，将输出电流。口亦作为特殊功能第二功能使用， 如下表所示。在编程和校验时，口也接收些控制信号。 图单片机最小系统 具体介绍如下 主电源引脚根 电源输入，接电源 接地线 外接晶振引脚根 片内振荡电路的输入端 片内振荡电路的输出端 控制引脚根 复位引脚，引脚上出现个机器周期的高电平将使单片机复 位。 地址锁存允许信号 外部存储器读选通信号 程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指 令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。 可编程输入输出引脚根单片机有组位的可编程口，分别位口，每 个口有位根引脚，共根。 口位双向口线，名称为 口位准双向口线，名称为 口位准双向口线，名称为 口位准双向口线，名称为 主要功能如表所示。 表主要功能 主要功能特性 兼容指令系统可反复擦写 个双向口内部 个位可编程定时计数器中断时钟频率 个串行中断可编程串行通道 个外部中断源共个中断源 个读写中断口线级加密位 低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能 时序电路 内部有个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚和 分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。 内部方式的时钟电路如图所示，在和引脚上外接定时元件，内 部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回 路。晶体振荡频率可以在之间选择，电容值在之间选择， 电容值的大小可对频率起微调的作用。 外部方式的时钟电路如图所示，接地，接外部振荡器。对 外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，般采用频率低于的方 波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生个两相时钟和，供单 片机使用。 接地，接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉 冲宽度，般采用频率低于的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分 频，产生个两相时钟和，供单片机使用。 内部方式时钟电路外部方式时钟电路 图时钟电路 复位及复位电路 复位操作 复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把初始化为，使单片 机从单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运 行出错或操作使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。 除之外，复位操作还对其他些寄存器有影响，它们的复位状态如表 所示。 表些寄存器的复位状态 寄存器复位状态寄存器复位状态 不定 复位信号及其产生 引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续 个振荡周期即二个机器周期以上。若使用颇率为的晶振，则复位信号 持续时间应超过才能完成复位操作。整个复位电路包括芯片内外两部分。外部电路产生的复位信号送至 施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的时刻对施密特触发器 的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。 复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。这佯，只要电源 的上升时间不超过，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统 的复位初始化。目录 第章绪论, 智能小车的意义和作用, 智能小车的现状, 第二章方案设计与论证, 主控系统, 循迹模块, 避障模块, 电机驱动模块, 总体设计框图, 第三章硬件设计, 单片机控制模块, 时序电路, 复位及复位电路, 烧写接口电路, 寻迹模块, 避障模块, 电机驱动模块, 显示模块, 电源模块, 蜂鸣报警电路, 第四章控制算法, 第五章软件设计, 主程序流程图, 电机驱动程序, 红外循迹程序流程图, 第六章硬件调试, 单元模块的测试, 软件调试, 第七章结论, 致谢, 参考文献, 第章绪论 智能小车的意义和作用 自第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 劳动的机器直是人类的梦想。 随着科学技术的发展，机器人的感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，目前的已能做到自动聚焦。但传 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个视觉功能。避障控制系统是基于自动导引小车 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般有两种方 案第，勿需占用单片机资源，直接选择有功能的单片机，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。 使用单片机，配合软件编程实现。 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