C 智能小车设计报告
摘要
本设计为实现两车交替超车领跑的功能，采用STC89C52单片机为控制核心，通过L298驱动电机转动完成小车，通过红外传感器ST188来检测路面黑线，完成小车在行车道上的各种正常行驶，通过光电开关避免两车相撞，从而实现两小车交替超车领跑的功能，并通过按键设置控制小车行驶状态，其中红外传感器和光电开关在小车上的放置情况，保证了小车的寻黑线和避障碍的完成。
关键词：STC89C52、L298、红外传感器ST188、光电开关
1 方案设计与论证
1.1设计要求
本系统要求两辆小车分别在行车道正常行驶一圈；甲乙两车按题目要求的所示位置同时起动，乙车通过超车标志线后在超车区实现超车功能，并先
于甲车到达终点，则两车前后位置交替，继续做下一圈的超车领跑。
1.2各部分方案论述
1.2.1 控制模块
采用STC89C52RC单片机，实现小车的智能控制，其中工作电压5V，8K 字节ROM,512字节RAM,通用I/O 口32个，3个定时器/计数器。
1.2.2电源模块
采用9V锂电池，经稳压电路到工作电压5V.
1.2.3 直流电机驱动模块
方案一：采用分立元件组成的平衡式驱动电路，这种电路可以由单片机直接对其进行操作，但由于分立元件占用的空间比较大，还要配上两个继电器，考虑到小车的空间问题，此方案不够理想。
方案二：采用L298N驱动直流电机，基于L298N芯片的PWM控制系统模块，让电机具有调速的功能，小车便可以完成调速速、转向功能。
则需按此方案较好。
1.2.4 调速模块方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压来调速。
但电阻
网络只能实现有级调速，而且数字电阻的元器件价格比较昂贵。
尤其是所使
用的电动机电阻很小，但电流很大，分压不仅会降低效率，实现也很困难。
方案二：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节。
此方案电路较简单，但继电器的响应时间有限，机械结构易损坏，寿命不长，可靠性也不太好。
方案三：采用脉冲宽度调制电路。
用单片机控制信号的高低电平时间完成调速，用对两个信号的不同控制完成电机的转向和起停的控制。
这种电路由于工作在管子的饱和截止状态下，效率非常高，经实验发现，此方法调速简单可行，方便可靠。
基于上述理论分析，拟选择方案三。
1.2.5避障模块
方案一：采用超声波测距。
超声波传感器测距时有足够的精度，可以达到1cm的近距离，对远距离也有较快的响应信号。
但是，本题目的要求是绕过障碍物，这就要求小车在较远距离时即做出绕障的反应，因此没有必要采用精确近距的超声波传感器。
方案二：采用光电开关e18d8Onk。
本设计采用的光电开关有效距离为可达到45cm, 所有能反射光线的物体均可被检测，所以小车前方只要有障碍，马上就可以检测到，且没有电路简单，便于操作，所以拟采用此方案。
1.2.6 黑带检测模块
方案一：采用发光二级管，用光敏二极管接受。
由于光敏二极管受可见光的影响较大，稳定性差。
方案二：采用反射式红外光电传感器（ST188>,利用红外线发射管发射红外线，红外线二极管进行接收，采用红外线发射，外面可见光对接收信号的影响较小，再用电压比较器对信号进行调整。
本方案也易于实现，较可靠，因此采用。
2 理论分析与计算
2.1黑带检测原理
利用光的反射原理，当光线照射在白纸上，反射量比较大，反之照在黑线上对光吸收，反射回去的量比较少，这样就可以利用红外发光二极管与接收端来判断黑线的位置，当遇到黑线时候，经过LM339比较器输出高电平，反之遇到白线为低电平。
2.2 超车原理利用光电开关判断两车之间的相对位置，也可以认为是一辆车是另一辆车的
“障碍物”，即当一辆小车在在另一辆小车光电开光的检测范围内时候，让小车
离开，避免两车相撞，从而判断在超车的时候两辆小车之间是否完成超车与被超车的功
能。
2.2两车之间的通信方法
利用两辆小车上的光电开关，判断两车的位置关系。
2.3光电开关
利用被测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物
体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。
2.4节能方面
第一，小车的模块不多，在功耗方面也相对少。
第二，小车的所有模块中，传感器
模块数量的都比较多，且单个某种传感器模块的功耗也相对比较少，所以总体的功耗相对
比较少。
第三基于L298芯片的PWM系统，方便了电机的控制，一定程度上减少小车行驶
路程，挺高电机使用效率，从而功耗也相对减少。
3单元电路设计与计算
3.2硬件设计
系统的组成大致有以下几部分:
3.1模块电路图
图3.1-红外传感器电路i
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图3.2-L298电机驱动电
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4程序设计
4.1小车交替超车领跑设计流程如下:
4.2小车在行车道内正常行驶一圈设计流程如下:
4.3巡线设计流程如下：
其中图4.1的S1, S2, S3为红外传感器在小车上的位置,流程图中遇黑线为1，反
之白线为0。
4.34超车设计流程如下:
其中图4.1的S4, S5为光电开关在小车上的位置,流程图中遇到障碍物为0，反之
没有障碍物为1。
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图4.1 — ST188在车上位置
5系统测试
5.1测试设备
跑道、秒表。
5.2基本要求
题目要求1:小车从七点出发沿熏这黑线在行车道内行驶一圈至终点。
实际测量结果：小车可以准确无误的到达终点。
题目要求2、3:甲、乙两车按题目要求位置同时起动，乙车通过超车标志线后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并记录行驶时间。
数据如下表1
表1小车完成超车的时间
最后平均时间t=
5.4测试结果分析
由上述测量结果可以看出智能小车系统很好的完成了题目要求的基本要求和发挥部分内容。
全程时间的测试具有较低的误差，在寻迹的过程中基本上达到了不脱离引车道的良好效果，成功超车，进行准确的停车。
6结论
本系统利用多个红外传感器，保证小车能够稳定的在行车道内行驶，利用L298作为电机的驱动，达到了小车行驶过程调节速度，转向的要求，利用光电开关，解决了小车在超车区超车的问题。
整体电路设计合理，采用了模拟仿真技术绘图，高精度仪器制作，功能电路实现良好，系统性能优良、稳定，较好的达到了题目要求的各项基本要求，较好的完成了智能小车系统。
7 参考文献
[1] 万福君,潘松峰, 刘芳等MCS-51 单片机原理、系统设计与应用[M] 北京：清华大学出版社，2008 年
[3] 薛小玲，刘志群，贾俊荣单片机借口模块应用与开发实力详解[M] 北京：北京航空航天大学出版社2018 年
[2] 徐伟,沈建良单片机快速入门[M] 北京：北京航空航天大学出版社，2008 年。