成都工业学院专科毕业设计（论文）
第1章 绪论
1.1
课题的背景和意义
智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。本设计主要体现多功能小车的智能模式，设计中的理论方案、分析方法及特色与创新点等可以为自动运输机器人、采矿勘探机器人、家用自动清洁机器人等自动半自动机器人的设计与普及有一定的参考意义。同时小车可以作为玩具的发展对象，为中国玩具市场技术含量的缺乏进行一定的弥补，实现经济收益，形成商业价值。超声波作为智能车避障的一种重要手段，以其避障实现方便，计算简单，易于做到实时控制，测量精度也能达到实用的要求，在未来汽车智能化进程中必将得到广泛应用。我国作为一个世界大国，在高科技领域也必须占据一席之地，未来汽车的智能化是汽车产业发展必然的，在这种情况下研究超声波在智能车避障上的应用具有深远意义，这将对我国未来智能汽车的研究在世界高科技领域占据领先地位具有重要作用。
1.2 课题的研究现状及发展趋势
智能小车的研究、开发和应用涉及传感技术、电气技术、电气控制技术、智能控制等学科，智能控制技术是一门跨科学的综合性技术，当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域[1]。众所周知机器人技术的发展是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要标志和体现。因此目前世界各国都在开展对机器人技术的研究。机器人由于有很高的灵活性、可以帮助人们提高生产率、改进产品质量等优点，在世界各地的生产生活领域得到了广泛的应用[2]。智能小车正是模仿机器人的一种尝试。它是一种以汽车电子为背景，涵盖多学科的科技创新性设计，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，这几届的电子设计大赛智能小车又在向声控系统发展。
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第2章 方案设计与论证
2.1 主控系统
本设计采用STC89C52单片机为主控芯片，通过电机驱动电路和超声波发射接收及液晶实时显示小车与障碍物的距离红外遥控设计而成，采用模块化的设计方案。并且运用红外遥控器控制小车的前进，后退，左右转和停止的功能。
2.2 电源模块
本次设计采用了7805芯片，因为7805电源芯片的电路简单，实用，并且能够完全满足智能避障小车和单片机控制系统和L298N（直流电机驱动）芯片的供电。7805芯片的实物有3个引脚，分别为输入IN端、输出OUT端和接地GND端，一般情况下可以提供1.5A的电流，如果在散热足够的情况下可以提供51单片机主控模块和直流电机驱动等模块的电压。根据7805电源芯片的情况再结合电机的工作电压，故选取了12V电源作为7805的输入电源。
2.3 电机驱动模块
2.3.1 电机模块选择与论证
方案一：使用步进电机作为智能小车系统的驱动电机，因为步进电机的转动角度可以精确的定位，这样就可以比较精确的定位小车的前进距离和位置。但是由于步进电机的输出力矩偏低，并且会随着电机转速的升高而下降，在达到较高的转速时其输出的力矩会急剧下降，因此不适于小车等对速度有着一定要求的系统。经过综合分析比较决定放弃此方案。
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方案二：使用直流减速电机作为智能小车系统的驱动电机。直流减速电机的转动力矩比较大，而且体积较小，重量也很轻，使用方便。另外小车电机内部还装有减速齿轮组，所以并不需要去考虑调速的功能，可以很方便的通过单片机来控制直流减速电机的正传、反转、停止操作。
综合以上考虑选择方案二的直流减速电机作为整个智能小车的驱动电机。
图2.1 直流减速电机
2.3.2 电机驱动模块选择与论证
方案一：采用继电器对电动机进行控制,通过切换电动机的开关来调整小车的速度。这个方案的优点是电路相对比较简单,但是它的缺点也比较多，如：继电器的响应时间偏慢, 寿命较短,容易损坏,可靠性也不是很高。故决定放弃此方案。
方案二：采用专用的电机驱动芯片L298N来控制直流减速电机， L298N芯片（如图2-2）是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，一片L298N芯片可以分别的控制两个直流减速电机，在6~46V的电压下，可以提供2A的额定电流，额定功率25W，并且具有过热自动关断和电流反馈检测功能，安全可靠。该芯片是利用TTL电平进行控制的。通过单片机的IO口输出高低电平来改变芯片控制端的输入电平，即可以实现对电机进行正转、反转和停止操作。另外为了保证L298N的正常工作，我还安装了8个续流二极管1N4007。用该芯片作为电机驱动，驱动能力大、操作方便、稳定性好、性能优良。
综合以上分析与论证我们选择方案二的驱动芯片L298N作为整个智能小车系统的电机驱动电路。
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图2.2 L298N
2.4 遥控模块
本设计采用红外遥控来控制信号的传送。选择红外遥控装置作为小车的遥控控制器。红外遥控是通过遥控发射器内的编码芯片将按键信息调制成一串0和1的二进制代码，然后通过红外线发出，最后被红外接收装置接收进行解码，再运用单片机对解码后的码信息进行识别，然后再根据不同的码信息进行不同的控制操作[9]。
图2.3 VS1838封装
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2.5 显示模块
方案一：采用LED数码管显示。数码管使用简单，价格低廉，但一个数码管只能显示一个数字，要显示多位数据时要使用多个数码管，这就增加了硬件电路的复杂度和额外功耗，而且LED数码管也无法显示字符。由于我们计划要显示小车运行的速度和路程，LED数码管没办法显示这么多的内容，因此考虑其它的方案。
方案二：采用LCD1602液晶（如图2.4）显示。LCD1602液晶具有功耗低，显示内容丰富清晰，显示信息量大，显示速度较快，界面友好，使用简单等特点而得到了广泛的应用。并且外围电路也比较简单，因此我们选择此方案。
通过以上方案论述我们选择方案二，显示小车与障碍物距离的任务。
图2.4 LCD1602液晶显示器
2.6 避障模块
方案一：用漫反射式光电开关进行避障。光电开关的工作原理是根据光线发射头发出的光束，被物体反射，其接收电路据此做出判断反应，物体对红外光由同步回路选通而检测物体的有无。当有光线反射回来时，输出低电平。当没有光线反射回来时，输出高电平。操作简单但是测量的距离不远。
方案二：用超声波传感器进行测距避障。超声波传感器的原理是：超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后，遇到障碍物便反射回来，然后再被超声波传感器接收。超声波传感器在避障的设计中被广泛应用。为了使用方便，便于操作和调试，采用集成超声波测距模块HC-SR04。
综合考虑本系统只需要检测障碍物，没有十分复杂的环境。为了使用的方便，便于操作和调试，最终选择了方案二。
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