1、I基于 STC12C5A60S2 单片机智能小车目 录摘 要 1Abstract2引言 31、课题背景及意义 32、国内外研究及现状 31 绪论 51.1 智能小车概述 51.2 设计任务和功能要求 71.2.1 基本要求 71.2.2 发挥部分 72 硬件电路设计 82.1 主控芯片选型 82.1.1 单片机 STC12C5A60S 性能介绍 82.1.2 最小系统 122.2 循迹探测模块 122.3 电机驱动模块 152.4 超声波测速模块 162.5 无线通信模块 172.6 系统模块的最终方案 182.7 最终 PCB 板图 183、系统调试 193.1 循迹探测模块调试 193.2
2、 蓝牙通信模块调试 193.3 超声波测距模块 204、软件设计 214.1 程序设计说明及流程图 214.1.1 系统软件设计说明 214.1.2 程序流程图 21II4.2 程序设计 234.2.1 驱动程序设计 234.2.2 寻迹子程序设计 255、测试数据、测试结果分析及结论 295.1 测试方法与仪器 295.1.1 测试仪器 295.1.2 测试方法 295.2 测试数据及测试结果分析 295.3 心得体会 29致谢 31参考文献 321摘 要智能小车的研究、开发和应用涉及传感技术、电气技术、单片机控制、通信技术等学科，是一门综合技术，当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。智能作
3、为现代社会的新产物，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模块在一个特定的环境里自动的运行，可运用于科学勘探等用途，无需人为的管理，便可以完成预期所要达到的或更高的目标，智能小车就是其中的一种。智能小车的发展主要在自动化领域，很多高校都鼓励学生去从事这方面的学习与研究。智能小车在以后必将有其广阔的应用前景。本设计是以简易的三轮小车（一个万向轮，两个普通的直流电机）为车体，硬件是基于 STC12C5A60S2 单片机为主控芯片，配合直流电动机、红外传感器、超声波传感器、蓝牙无线传感器，L298N 驱动芯片等器件构成。通过相应的软件代码控制小车循迹、加减速等动作；完成小车在起跑线同时启动，在超车区
4、实现超车；之后两车交替超车领跑的各个功能。经过多次实验表明，两小车较好地实现了循迹超车并交替领跑的功能。关键字智能小车；电气技术；单片机控制；通信技术；单片机 STC12C5A60S；2AbstractIntelligence is an important direction for the future development as a new product of modern society. It can operate automatically in a specific environment according to the predetermined pattern and
5、 will be able to complete the intended target without users management. This excogitation mainly reflects multi-function car intelligent mode, the design of theory scheme and analytical method, features and innovations etc. which have some reference value on the design and popularity of semiautomati
6、c robot automatically such as intelligent robots, intelligent household appliances.This dissertation discusses mainly on the design of the intelligent car in single-chip processor as the control core. To realize the car moving around and transform. the mode of the small car function, it uses wireles
7、s remote control; to realize the small car obstacle-avoidance function and comprehensively car tracing function, it uses the infrared sensor. This excogitation adopts the research methods of contrast selected, independent modules, comprehensive treatment method. After the comparison between Pros and
8、 cons, the best program design will be elected combining with the actual situation. It is complete in accordance with the rigorous scientific attitude from the smallest systems to the wireless remote control, infrared tracking and ultrasonic obstacle avoidance. The right signal outputs can be gotten
9、 to achieve its function by the debugging detection module. Finally on the commissioning of the module into the bodywork of the car, with procedure and by single-chip processor control, it will be effectively integrated with the module, achieve the intended objectives, final design and production th
10、at can make cars intelligently operate in a certain circumstances.KeywordsIntelligent toy car; Obstacle avoidance; tracking; Intelligent3引言1、课题背景及意义机器人学是一门与机器人设计、制造和应用相关的科学 1。机器人学又称为机器人技术或机器人工程学，主要研究机器人的控制与被处理物体之间的相互关系。机器人学涉及的专业领域很多，主要内容有运动学和动力学、系统结构、传感技术、控制技术、行动规划和应用工程等。智能车是机器人学中的一类，是具有自主性、适应性和交互性等
11、于一体的综合系统，它融合了自动控制、人工智能、机械工程、信息融合、传感器技术、图像处理技术以及计算机等多门学科的最新研究成果，对智能车的研究不仅具有理论意义而且具有实际价值 2。智能车在我们的现实生活中的应用意义极大。人类的研究活动已摆脱了地球生物圈的束缚而广泛地进入外层空间和海洋深处。对月球和太阳系其他行星的探测，对太阳系以外的宇宙进行考察，对数千米以下的海底的研究，都是目前单靠人力所不能及的。智能机器人正在代替人们完成这些任务。在战场上的军事活动中，在恶劣环境条件下的生产劳动中，凡不宜由人直接承担的任务，均可由智能机器人代替，如智能小车可以适应不同环境，不受温度、湿度等条件的影响，完成危险
12、地段、人类无法介入等特殊情况下的任务。本设计是智能小车的运动轨迹的研究，是智能小车研究领域的重要组成部分，初步实现了多学科领域的综合研究。2、国内外研究及现状从 20 世纪 70 年代，欧美等发达国家开始进行无人驾驶车的研究，大致可以分为三个阶段：军事用途、高速公路和城市环境 3。在军事用途方面，早在 80 年代初期，美国国防部就资助自主陆地车辆 ALV（AutonomousLandVehicle）的研究。进入 21 世纪，美国国防部连续举办大挑战（Grand Challenge）比赛 活动，对促进智能车辆技术交流与创新起到很大激励作用。随着现实需要，智能车辆的研究逐渐转向民用领域，最早实现在
13、高速公路应用领域。高速公路无人驾驶研究的典型代表有美国 CMU 大学的NavLab-5 系统，意大利帕尔玛大学的 ARGO 系统和德国联邦国防大学的 VAMP 系统。4在城市交通方面，欧洲 Yamaba 公司推出了旅游接待智能车辆 CyberCab4 。在2005 年日本爱知世博会上，丰田公司成功演示了 ITMS 无人驾驶公交系统。美国在城市环境智能车辆研发方面起步较晚，目前与欧洲和日本存在一些差距。由于起步较晚，国内智能车研究水平总体上与发达国家相比存在不小的距离。但经过各高校和研究单位的不懈努力，仍取得了阶段行的成果。国内清华大学、国防科技大学、上海交通大学、西安交通大学、吉林大学、同济大
14、学和南京理工大学等都有过智能车的研究项目。我国的智能车发展也主要运用在军事用途、高速公路和城市交通三个领域 5。“八五”、“九五”期间由国内六所重点大学联合研制成功了我国第一辆智能车ALVLAB1 和第二代智能车 ALVLAB2。目前，我国正在组织研究第三代的陆地自主车ALVLAB36。 THMR-V(TsingHua Mobile Robot V)清华 V 型智能车是一个比较成功的范例 7。它由清华大学计算机系智能技术与系统国家重点实验室在中国科学院院士张钹主持下研制的新一代智能移动机器人，兼有面向高速公路和一般道路的功能 8。除了清华大学，越来越多的研究机构、学者也加入到这一新兴学科中来。
15、比如上海交通大学设计的自动驾驶汽车，能根据道路弯曲程度的变化，实时计算出车辆的转向盘角度输入，控制车辆按预设道路行驶 9。51 绪论智能车辆是集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，是智能交通系统的一个重要组成部分。它在军事、民用、太空开发等领域有着广泛的应用前景。本次设计对智能小车的控制系统进行了研究，设计实现一个基于路径规划处理的智能小车控制系统。 无容置疑，机电一体化人才的培养不论是在国外还是国内，都开始重视起来，主要表现在大学生的各种大型的创新比赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛（ABU ROBCON）、全国大学生“飞思卡尔” 杯智能汽车竞赛等众多重要竞赛
16、都能很好的培养大学生对于机电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。但很现实的状况是，国内不论是在机械还是电气领域，与国外的差距还是很明显的，所以作为机电一体化学生，必须加倍努力，为逐步赶上国外先进水平并超过之而努力 10。 为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展要求，提出简易智能小车的构想，目的在于：通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。所以立“智能循迹小车”一题作为尝试。1.1 智能小车概述根据题目的要求，确定如下设计方案：甲车车头紧靠起点标志线，乙车车尾紧靠边界，甲、乙两辆小车同时起动，先后通过起点标志线，
17、在行车道同向而行，实现两车交替超车领跑功能。跑道如图 1-1 所示。通过对题目的分析，我们把智能小车分解成这几个模块，即单片机主控模块、电源模块、电机驱动模块、红外传感模块、蓝牙通信模块等几个部分。模块框架图如图1-2 所示。6图 1-1 跑道示意图图 1-2 模块框架图控制模块循迹探测模块测距模块无线通信模块电源模块电机模块电机驱动模块71.2 设计任务和功能要求1.2.1 基本要求（1）甲车和乙车分别从起点标志线开始，在行车道各正常行驶一圈。（2）甲、乙两车按图 1-1 所示位置同时起动，乙车通过超车标志线在超车区内实现超车功能，并先于甲车到达终点标志线，即第一圈实现乙车超过甲车。（3）甲
18、、乙两车在完成（2）时的行驶时间要尽可能短。1.2.2 发挥部分（1）在完成基本要求（2）后，甲、乙两车继续行驶第二圈，要求甲车通过超车标志线后要实现超车功能，并先于乙车到达终点标志线，即第二圈完成甲车超过乙车，实现交替领跑。甲、乙两车在第二圈行驶的时间要尽可能的短。（2）甲、乙两车继续行驶第三圈和第四圈，并交替领跑；两车行驶的时间要尽可能的短。（3）在完成上述功能后，重新设定甲车起始位置（在离起点标志线前进方向40cm 范围内任意设定），实现甲、乙两车四圈交替领跑功能，行驶时间要尽可能的短。82 硬件电路设计2.1 主控芯片选型在众多的 51 系列单片机中，要算国内 STC 公司的 1T 增
19、强系列更具有竞争力，因他不但和 8051 指令、管脚完全兼容，而且其片内的具有大容量程序存储器且是FLASH 工艺的，如 STC12C5A60S2 单片机内部就自带高达 60K FLASH ROM,这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。而且 STC 系列单片机支持串口程序烧写。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。重要的一点STC12C5A60S2 目前的售价与传统 51 差不多，市场供应也很充足。是一款高性价比的单片机 11。2.1.1 单片机 STC12C5A60S 性能介绍STC12C5A
20、60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 8-12 倍。内部集成 MAX810 专用复位电路 ,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合 12。1.增强型 8051 CPU，1T，单时钟 /机器周期，指令代码完全兼容传统 8051；2.工作电压：STC12C5A60S2 系列工作电压：5.5V-3.3V（5V 单片机）STC12LE5A60S2 系列工作电压： 3.6V-2.2V（3V 单片机）；3.工作频
21、率范围：0 - 35MHz，相当于普通 8051 的 0420MHz ；4.用户应用程序空间 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节；5.片上集成 1280 字节 RAM；6.通用 I/O 口（36/40/44 个），复位后为：准双向口/ 弱上拉（普通 8051 传统 I/O口），可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽 /强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个 I/O 口驱动能力均可达到 20mA，但整个芯片最大不要超过 55Ma；7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器 可通过串口（P3.0/P3.1 ）直接下载用户程序，数秒即可完成一片；8.有 EEPROM 功能(STC12C5A62S2/AD/PWM 无内部 EEPROM)；9.看门狗；
