1、开封大学机电工程学院应用电子专业毕业论文 - 1 -蓝牙控制&自动避障小车的设计毕业论文目 录摘要2一、绪论3（一）避障小车的作用和意义3（二）避障小车的的现状4二、方案设计与论证4（一）避障模块4（二）主控系统5（三）电机驱动模块7（四）机械系统8（五）电源系统8三、硬件设计9（一）信号检测模块9（二）主控电路9（三）驱动电路10（四）总体设计11四、软件设计13（一）总体结构框图13（二）总体程序流程图14（三）总程序15五、安装和调试23结束语25致谢25参考文献25开封大学机电工程学院应用电子专业毕业论文 - 2 -论 文 摘 要利用红外光对管检测黑线，并以 STC89C52 单片机为
2、控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹的功能。其中小车驱动由 L298N 驱动电路完成，速度由单片机输出的 PWM 波控制。关键词：智能小车 STC89C52单片机 L298N 红外光对管开封大学机电工程学院应用电子专业毕业论文 - 3 -蓝牙控制&自动避障小车的设计基于STC89C52单片机王聪（开封大学 机电工程学院应用电子专业）一、绪论（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
3、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。机器人要实现避障功能就必须要感知障碍物，避障控制系统是基于自动导引小车（AVGauto-guid
4、e vehicle）系统，基于它的智能小车实现自动避开障碍，选择正确的行进路线。使用传感器感知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。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，勿需占用单开封大学机电工程学院应用电子专业毕业论文 - 4 -片机资源，直接选择有 PWM 功能的单片机，这
5、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
6、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。（一）避障模块小车避障原理是小车上电直走，当发现前方有障碍物的时候转弯继续前进，如此往复。在该模块中利用了简单、应用也比较普遍的检测方法红外探测法。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物理表面具有不同的反射性质的特点。在小车行驶过程中不断地向前方发射红外光，当红外距离传感器没有遇到障碍物时为关断状态；如果遇到障碍物则闭合。（电路图如图 1）。图 1 红外距离传感器原理图VCOUT2GND3L_SWKR距
7、 离 传 感 器P.开封大学机电工程学院应用电子专业毕业论文 - 5 -市面上有很多红外传感器，在这里我选用常用的 280cm 可调距离传感器（如图2） 。图 2 红外距离传感器（二）主控系统根据设计要求，我认为此设计属于多输入量的复杂程序控制问题。据此，拟定了以下两种方案并进行了综合的比较论证，具体有如下两种方案：1.采用 PLC 作为主控系统，PLC 虽然性能稳定但是价格昂贵，为此，我们不采用该种方案，进而提出了第二种设想。2.采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势
8、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。因此，这种方案是一种较为理想的方案。针对本设计特点多开关量输入的复杂程序控制系统，需要擅长处理多开关量的标准单片机，而不能用精简 I/O 口和程序存储器的小体积单片机，D/A、A/D 功能也不必选用。根据这些分析,我选定了 STC89C52 单片机(如图 3)作为本设计的主控装置，51 系列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。开封大学机电工程学院应用电子专业毕业论文
9、 - 6 -在综合考虑了传感器、两部电机的驱动等诸多因素后，我们决定采用一片单片机，充分利用 STC89C52 单片机的资源。图3 STC89C52引脚图（三）电机驱动模块电机驱动模块拟用两种解决方案，分别如下：1.采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整.此方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢,易损坏,寿命较短,可靠性不高。2.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4）。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。这种电路开封大
10、学机电工程学院应用电子专业毕业论文 - 7 -由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高，H型桥式电路保证了简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的 PWM调速技术。图4 H桥式电路实际使用的时候，用分立元件制作H桥是很麻烦的，好在现在市面上有很多封装好的H桥集成电路，接上电源、电机和控制信号就可以使用了，在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。现市面上有很多此种芯片，我选用了L298N(如图5)。开封大学机电工程学院应用电子专业毕业论文 - 8 -图5 L298N（四）机械系统本题目要
11、求小车的机械系统稳定、灵活、简单，而三轮运动系统具备以上特点。小车上装有电池、电机、电子器件等，使得电机负担较重。为使小车能够顺利启动，且运动平稳，在直流电机和轮车轴之间加装了三级减速齿轮。将电池放置在车体的电机前后位置，降低车体重心，提高稳定性，同时可增加驱动轮的抓地力，减小轮子空转所引起的误差。经过实测发现发现三轮容易在走直线的时候出现跑偏的现象。为了尽可能的降低这种误差因而加装为四轮(五)电源系统采用 4 节普通 1.5V 干电池单电源供电，但 6V 的电压太小不能同时给单片机与与电机供电。电机在运行过程中产生的反向电动势可能会影响单片机的正常工作。所以决定独立供电，即单片机控制系统和光
12、对管与电机分开供电。由于单片机为低功耗元件而可采用普通 1.5v 电池（共 4 节）供电，电机为大功耗器件因而单独采用锂电（900mAh）供电（如图 6） 。图 6 锂电池开封大学机电工程学院应用电子专业毕业论文 - 9 -三、硬件设计（一）信号检测模块信号检测模块采用红外距离传感器，红外距离传感器采用距离可调传感器（可调范围280cm） ，可以精确的调整避障距离范围。蓝牙转串口模块可以轻松实现串口数据无线透传。 （如图7） UART_XD12CS34PMLK5O6INY80E.VGB+HWuetohar距 离 传 感 器图7 距离传感器、蓝牙转串口电路（二）主控电路本模块主要是对采集信号进行分析，同时控制电机起停、正反转。 （原理图如图8）开封大学机电工程学院应用电子专业毕业论文 - 10 -P4.2/INT310EX56789RSDWALGVCUMHzYBpFK+OuJ电 源 电 路 口 排 针最 小 系 统串 口 通 信 电 平 转 换图8 主控电路图（三）驱动电路本模块主要是对单片机传送过来的高低电平信号进行处理，控制电机起停、正反转。 （原理图如图9）
