H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y
课程设计说明书（论文）
课程名称：单片机课程设计
设计题目：智能循迹小车
院系：测控技术与仪器系
班级：1001104
设计者：陈哲
学号：1100100534
指导教师：周庆东
设计时间：2013/9/2—2013/9/13
哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学课程设计任务书
开题报告
（一）立项背景
本次的课程设计的主要任务是设计一个能够通过红外对管识别黑线、通过PWM电路模块进行调速跟踪黑色条纹带以及通过LCD液晶模块进行脉冲、速度、PWM的占空比三个参数的显示的智能小车。

控制板的设计以16位的MC9S128单片机为控制核心，MC9S12XS128是一款功能强大的16位微控制器，具有非常丰富的片上资源，如：10位精度的ADC，节省了片外AD；强大的定时器，方便对电机进行控制，可以进行浮点型运算。

另外还有精密的比较器，大容量的RAM和ROM，可存储大容量的程序。

驱动板则以L289N 驱动芯片为核心，应用红外对管和LCD液晶模块，成功的实现小车的循迹、测速、调速和显示功能这四大功能。

课题完成了红外对管、单片机、控制板、驱动板选择，采购接口电路的设计和连接以传感器和电路的安装位置和方式的安排，并完成了整个硬件的安装工作。

除此之外，还对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成了软件和硬件的融合，基本实现了智能小车要求实现的预期的功能。

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。

所以选择“基于单片机的智能小车循迹设计”一题作为尝试。

本次设计主要解决问题是如何实现所要求的四大功能，最后完成硬件实物的组装，并编制相关程序，使其实现功能的融合，做出具有预先要求功能的实物。

（二）课题目的
在我们基本掌握了51单片机的基本使用方法的基础之上，本学期开学初，单片机课程设计给了我们更大的挑战，课题的目的有以下几点。

（1）进一步熟练其他更加高级的单片机的使用方法、提高程序的编写能力
（2）掌握单片机系统外扩器件的连接与使用
（3）学会选择合适的传感器来完成任务
（4）掌握软件和硬件调试的基本技巧与方法
（三）设计思路
本次设计的硬件框图如1-1图所示
图1 硬件框图
本次智能仪表综合训练课题是基于单片机的智能小车测速循迹系统，这次设计所使用的循迹模块为红外对管，通过红外对管的返回值得出小车相对于黑线的位置。

测速传感器为光电码盘，在单位时间内计算脉冲的次数，然后通过计算转换处理即得到所测量的速度。

通过软件更改高电平时间调速，通过oLed液晶屏显示速度。

通过codewarrior 进行软件编程、编译、链接、调试，编出能够满足要求的程序。

最后用此种单片机专门的BDM把生成的hex文件下载到单片机即可。

（四）主要模块的基本原理
4.1直流电机控制模块
小车的动作由电机控制。

电机与驱动模块连接。

单片机引脚输出用来给出驱动模块的控制信号，从而控制电机的转向和转速，通过左右轮的速差实现小车的左右转弯。

如图2所示：
图2 左、右电机连接图
控制电机运动转速的是高电平持续的时间，通过单片机给出两个电机控制信号的PWM 实现小车的速度控制。

如下图3所示：
图3 电机顺、逆时针旋转控制脉冲图
综上可知，若令左、右车轮电机高电平持续时间为1.5ms时，小车将处于静止状态。

若令左车轮电机高电平持续时间为1.7ms，右车轮电机高电平持续时间为1.3ms时，则左车轮电机逆时针，右车轮电机顺时针，小车将会以最快的速度前进。

此时，若想改变小车的前进速度，则逐渐减小左电机的高电平时间，逐渐增加右电机的高电平时间，则可以减小车速。

同理可知，若令左车轮电机高电平持续时间为1.3ms，右车轮电机高电平持续时间为1.7ms时，则左车轮电机顺时针，右车轮电机逆时针，小车将会以最快的速度后退。

当需要转弯时，通过分析和测试我们可以知道，当小车想左转时，需令左右两轮均顺时针旋转，而当小车想右转时，需令左右两轮均逆时针旋转。

4.2 oLED显示模块
系统采用oLED液晶显示，它为的点阵屏，可以显示4行*8个汉字，同时只用5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oLED显示。

oLED液晶屏如4图所示。

图4 oLED显示屏
如上图所示，板子管脚依次为G（地），3.3V电源，DO (CLK时钟)，D1 (MISO数据)，RES(复位)，DC(数据/命令)，CS（片选己接地，不用接)。

4.3红外对管黑线识别模块
如图5为循迹模块，即红外对管模块
图5 红外对管模块
1.应用场合:
（1）科研运用，实现寻找线迹的功能，采用优质的TCRT5000红外发接收一体头，可以有效的检测线迹，检测速度极快。

（2）实现测速功能，配合光栅轮实现转速计数。

2应用原理
当小车在白色地面行驶时，装在车下的红外发射管发射红外线信号，经白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信号，输出端将输出低电平；当小车行驶到黑线时，红外线信号被黑色吸收后，将输出高电平，从而实现了通过红线检测信号的功能。

将检测到的信号送到单片机的I/O口，当I/O口检测到的信号为高电平时，表明小车处在黑色的引线上；同理，当I/O口检测到的信号为低电平时，表明小车行驶在白色地面上。

4.4主程序的设计
主程序的流程图如下图6所示
图6 程序流程图
（五）总结
本设计最终定案是以XS128为主核心板的智能循迹测速小车，它利用集成好的光电对管对地面黑白颜色进行辨识，用光电码盘实现对循迹车的实时测速，并用oLED显示速度。

具有速度快，界面友好等特点，完全满足本次课程设计的要求。