智能小车设计报告书

专       业：    电子信息工程技术      

学 生 姓 名： 史响林 周博超 朱雄 王昌  

指 导 教 师：       **               

完成日期：2014  年 5 月 24 日

附录3 程序清单.........................................................................................................17

1 论绪

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。 本智能小车系统最诱人的前景就是可用于未来的智能汽车上了，当驾驶员 因疏忽或打瞌睡时这样的智能汽车的设计就能体现出它的作用。如果汽车偏离 车道或距障碍物小于安全距离时，汽车就会发出警报，提醒驾驶员注意，如果 驾驶员没有及时作出反应，汽车就会自动减速或停靠于路边。 这样的小车还可以用于月球探测等的无人探月车，帮助我们传达月球上更 多的信息，让我们更加的了解月球，为将来登月做好充分准备。 这样的小车在科学考察探测车上也有广阔的应用前景，在科学考察中，有 很多危险且人们无法涉足的地方，这时，智能科学考察车就能够派上用场，在 它上面装上摄像机，代替人们进行许多无法进行的工作。                           

设计采用对比选择，模块，综合处理的研究方法。采用ATS52单片机模块作为小车的检测和控制核心；通过翻阅大量的相关文献资料，分析整理出有关信息，在此基础上列出不同的解决方案，结合实际情况对比方案优劣选出最优方案进行设计。本次试验利用单片机模块上的按键来控制小车的速度，方向，及在车体上面装有超声波测距模块利用LCD1602显示屏来显示测出来具体距离。本设计结构简单，较容易实现，但具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能。

    通过调试检测各模块，得到正确的信号输出，实现其应有的功能。最后将各个调试成功的模块结合到小车的车体上，结合程序，通过单片机的控制，将各模块有效整合在一起，达到所预期的目标，完成最终设计与制作，能使小车在一定的环境中智能化运转。

2 设计任务

2.1设计任务

   根据题目目的要求，确定如下方案：首先先购买小车的基本模型以及传动方案，并根据小车要实现的功能在小车上面按装功能模块，直流电机PWM控制系统的主要功能包括：实现对直流电机的加速、减速，并且以调整电机的转速，能够很方便的实现电机的智能控制。主体电路：即直流电机 PWM 控制模块。这部分电路主要由 ATS52 单片机 的 I/O 端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流电机的加速、减速以及转弯，并且可以调整电机的转速，能够很方便的实现电机的智能控制。 其间是通过 ATS52 单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到 L298 驱动芯片来 控制直流电机工作的。该直流电机 PWM 控制系统由以下电路模块组成：设计控制部分： 主要由 ATS52 单片机的外部中断扩展电路组成。直流电机PWM控制实现部分主要由电机和 L298 直流电机驱动模块组成。设计测速部分：装一个传感器测速模块设计显示部分：LCD 数码显示部分，实现对超声波测的距离的实时显示。

3设计方案

3.1任务分析

智能小车是通过在车体上面装一些功能模块来实现其功能的，其驱动轮的驱动电机就显的特别重要，我们选用的是直流电机L298N，另外还在车体上装有超神波测距模块和液晶显示LCD1602，就是让其测出的具体的数值显示液晶显示屏上，测速传感器模块来实现速度的测试，主要就是实现这样一些功能。

3.2方案框架

4 系统硬件设计

4.1核心芯片模块ATC52

（1）ATC52实物图

图4.1.1

（2）ATC52的主要性能参数

    ①、与Mcs-51产品指令和引脚完全兼容。

②、8字节可重擦写FLASH 闪速存储器。

③、1000 次擦写周期

④、全静态操作：0HZ-24MHZ

⑤、三级加密程序存储器

⑥、256X8字节内部RAM

⑦、32个可编程I/0口线

⑧、3个16 位定时／计数器

⑨、8个中断源

⑩、可编程串行UART通道，低功耗空闲和掉电模式

4.2电机驱动电路设计

（1）L298N电机驱动PCB板图

                   图4.2.1

（2）L298N电机驱动原理图

图4.2.2电机驱动原理图

（3）L298N电机驱动原理

①、主要芯片：L298N、光电耦合器

②、工作电压：控制信号直流4.5~5.5V;驱动电机电压5~30V

③、可驱动直流（5~30V之间的电压的电机）

④、最大输出电流2A （瞬间峰值电流3A）

⑤、最大输出功率25W

⑥、特点：1、具有信号指示

          2、转速可调

3、抗干扰能力强

4、具有续流保护

5、可单独控制两台直流电机

6、可单独控制一台步进电机

7、PWM脉宽平滑调速（可使用PWM信号对直流电机调速）

8、可实现正反转

9、采用光电隔离

⑦、L298N逻辑功能表：

（1）超声波测距模块实物图

                   图4.3.1

（2）超声波测距原理图

图4.3.2超声波原理图

（2）超声波测距原理

谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。利用超声波的这种性能就可制成超声传感器，或称为超声换能器，它是一种既可以把电能转化为机械能、又可以把机械能转化为电能的器件或装置。换能器在电脉冲激励下可将电能转换为机械能，向外发送超声波；反之，当换能器处在接收状态时，它可将声能(机械能)转换为电能。 

最常用的超声测距的方法是回声探测法，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时计数器开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来，超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物面的距离s，即：s=340t/2。     

由于超声波也是一种声波，其声速V与温度有关。在使用时，如果传播介质温度变化不大，则可近似认为超声波速度在传播的过程中是基本不变的。如果对测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法对测量结果加以数值校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的基本原理。

4.4 传感器测速的设计

（1）测速距模块实物图

图4.4.1

（2）测速距模块说明

①、使用进口槽型光耦传感器

②、槽宽度5mm。

③、有输出状态指示灯，输出高电平灯灭，输出低电平灯亮。

④、 有遮挡，输出高电平；无遮挡，输出低电平。

⑤、比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA。

⑥、工作电压3.3V-5V

⑦、输出形式 ：数字开关量输出（0和1）

⑧、设有固定螺栓孔，方便安装

⑨、小板PCB尺寸：3.2cm x 1.4cm

⑩、使用宽电压LM393比较器 

使用说明：

1.模块槽中无遮挡时，接收管导通，模块DO输出低电平，遮挡时，DO输出高电平； 

2.模块DO可与继电器相连，组成限位开关等功能，也可以与有源蜂鸣器模块相连，组成报警器。

（3）测速距模块电路图

图4.4.2

4.5  LCD1602显示模块

系统采用1602液晶显示，它可以显示2*16个字符，同时只用11个I/O端口，它不仅节省了单片机的资源，相比较数码管液晶显示更加直观、节能，同时在硬件上面液晶的驱动电路比数码管简单的多，故采用LCD显示。

     LCD1602液晶屏如图所示。

      LCD1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门来显示字母、数字、

符号等的点阵型液晶模块。它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位能成，每个点阵字符都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此，所以它不能显示图形。

      目前市场上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上在部分的字符型液晶。

      LCD1602液晶屏的特性

                   1.+5V电压，对比度可调。 

2.内含复位电路。 

3.提供各种控制命令。如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能 。 

4.内建有160个5*7点阵的字符型的字符发生器CGROM。

5.有8个由用户定义的5*7的字符发生器CGRAM。

      接口信号说明：

编号1：VSS，电源地。

编号2：VDD，电源正极。

编号3：VL，液晶显示偏压信号。

编号4：RS，数据/命令选择（H/L）。

编号5：R/W，读/写选择端（H/L）。

编号6：E，使能信号。

编号7：D0，Data  I/O。

编号8：D1，Data  I/O。

编号9：D2，Data  I/O。

编号10：D3，Data  I/O。

编号11：D4，Data  I/O。

编号12：D5，Data  I/O。

编号13：D6，Data  I/O。

编号14：D7，Data  I/O。

编号15：BLA，背光源正极。

编号16：BLK，背光源负极。

基本操作时序如下图所示

LCD1602液晶显示与单片机接口连接图。

3.5 按键控制电路设计

5 系统软件设计

5.1程序设计流程图

1.超神波测距软件设计流程图

4.2   关键程序设计

3.1602的初始化程序的设计： 

void ini_lcd1602() { 

  write_lcd1602(0x38,0);   delay(1);   

  write_lcd1602(0x0c,0);   delay(1);  

  write_lcd1602(0x06,0);   delay(1); 

  write_lcd1602(0x01,0);   delay(1);   }

4.1602的写程序的设计：

void write_lcd1602(uchar cmd,uchar i)

{ 

lcd_mang();  

rs=i;  rw=0;  

e=0;  

_nop_();  

_nop_();   

e=1;   

_nop_();  

_nop_();  

P0=cmd;   

_nop_();  

_nop_();  

_nop_();  

_nop_();  

e=0; 

}

5.1602的判忙程序的设计： 

void lcd_mang() 

{    

rs=0;

rw=1;    

e=1;    

_nop_(); 

_nop_(); 

_nop_();

 _nop_();    

while(P0&0x80);    

e=0; 

}

6仿真与性能分析

5.1仿真结果图

5.2 仿真结果

7心得体会

本学期电子设计制作与创新提高课程的学习任务，是让我们制作智能小车，过程非常有趣，在动手操作的同时又学习了模拟电子的相关知识，让我们的课程学习也非常方便。

通过此次的设计制作，使我们更加认识到了动手能力和理论知识的重要性，而理论与实践的结合更是重中之重。当然，我们也深刻地认识到我们的不足，由于自身理论知识的欠缺和动手能力的不佳在工作中频频受阻，走了好多弯路，虽然在制作过程中不可避免地遇到很多问题，但是最后还是在老师以及同学的帮助下解决了这些问题，实现了整个系统设计与最后调试，相关指标达到预期的要求，很好地完成了本次设计任务。

编程是智能小车的工作的核心，是设计的重点，通过对小车设计条件的理解和推敲，编写出来了相应的程序，通过多次调试最终在仿真软件仿真出了，相关的部份功能。

经过多次的修改和调试测量，本设计基本符合设计要求，由于受人为因素和软硬件的，系统难免不了带来一些误差，但通过调节和精确计算可以减小误差，并且在不断的摸索前进中我们学到了很多东西。特别是，在老师的帮助下，我们获得的不只是知识和成果，还有比之更重要的学习方法和解决问题的能力，这将是我们一生的财富，就像我们在老师的帮助下不断的寻找着打开各个知识宝库的金钥匙。

通过这次创新设计，我了解并掌握了传感器的基本理论知识，更深入的掌握单片机的开发应用和编程控制。为以后从事单片机软硬件产品的设计开发、打下了良好的基础，树立从事产品研发的信心，并在这种能力上得到了比较充分的锻炼。且我深刻的认识到团队的协作真的很重要，周围人的帮助也很重要，而这两个方面，我都拥有了，很感谢，这几周大家一起的努力，老师追求的是结果，但我们追求的是过程。

附录1 系统原理图

附录2 系统PCB图

附录3 程序清单