评语：指导教师：年月日遥控智能小车设计09级2012年7 月5 日目录1. 设计任务 (1)1.1 任务描述 (1)1.2 技术指标 (1)1.3 难点分析 (1)2 方案比较与论证 (2)2.1 总体方案比较与论证 (2)2.2 电源模块选择方案 (2)2.3 电机驱动模块的选择方案 (2)2.4 避障模块的选择方案 (3)2.5 循迹模块的选择方案 (3)2.6 无线遥控模块的选择方案 (3)2.7 小结 (3)3. 系统硬件设计 (4)3.1 总体设计 (4)3.2 主控制模块电路分析 (5)3.3 电源电路模块电路分析 (6)3.4 电机驱动模块电路分析 (7)3.5 循迹检测模块电路分析 (8)3.6 红外避障模块电路分析 (8)3.7 无线遥控模块RNF24L01电路分析 (9)3.8 小结 (10)4. 系统仿真与软件设计 (11)4.1 小车遥控板块仿真与分析 (11)4.2 小车控制板块仿真与分析 (11)4.3 无线部分软件设计 (12)4.4 循迹部分软件设计 (14)4.5 显示部分软件设计 (15)4.4 小结 (15)5. 系统调试与组装 (16)5.1 电路板 (16)5.2 样机功能 (17)5.3 小结 (17)6. 结论 (18)7. 参考文献 (19)8. 附录：部分程序 (20)8.1 遥控发送部分主函数 (20)8.2 小车控制接收部分主函数 (21)1. 设计任务1.1 任务描述本设计以A T89C52单片机最小系统作为控制与检测的核心，用L298N为主控芯片组成的驱动模块作为直流电机驱动，用主控芯片为ST188组成的反射式红外传感器进行寻黑线，进而实现智能小车的循迹功能。

用红外避障进行避障，并用一个液晶进行小车运行状态显示，无线遥控实现对小车的无线控制。

此设计是集循迹、避障、测距、遥控于一体的智能小车。

（1）自制遥控器控制选择小车的运动方式（模式）。

（2）遥控器可以方便灵活的控制小车的前进、转弯、加速等。

（3）小车应具有自动寻迹功能。

（4）壁障功能。

（5）用LCD显示相关信息。

（6）其他功能。

1.2 技术指标（1）通过编程来控制小车的速度。

（2）传感器的有效应用。

（3）新型显示芯片的采用。

1.3 难点分析（1）在高速的行驶的过程中保证小车队寻迹稳定，不冲出黑线跑道。

在红外对管检测黑线过程中，检测要灵敏，不能出现多检、少检、误检情况。

（2）RNF24L01的使用中效果很难达到稳定，保证遥控的有效性。

（3）在红外壁障的过程中，对前方的障碍实现合理的时机检测到，以便在合理的情况下避障。

（4）在电机使用中，必须采用减速电机，以免过大的惯性影响，对小车的控制。

（5）52单片机使用中，编程要简单有效的控制各项功能，并且由于功能众多，端口的使用比较紧张。

2 方案比较与论证2.1 总体方案比较与论证方案一：用一片STC89C52单片机作为核心，控制整个小车，并在红外循迹，红外寻光，红外避障等模块。

方案二：用两片STC89C52单片机作为主控芯片，其中一片控制红外循迹，红外寻光，红外避障等模块检测，另一片用于控制小车的无线遥控模块，通过按键给低电平给单片机，然后由RNF24L01传输给接收端。

能使两片单片机分别工作，避免了一片单片机工作程序太大而容量不足的缺点。

综上所述，选择第二种方案。

2.2 电源模块选择方案方案一：采用电池作为电源直接输入直流后，用多个稳压器稳压得到理想的不同幅值直流电源。

这种方法获取电源方便，且电源输出电流能力大。

缺点是：直流电流放电受到自身影响大，放电时间受限不能长时间工作，而且价格昂贵，不符合节能的实际电路特征要求。

方案二：采用变压器将220V电压变压后，经整流桥整流滤波，再经三端稳压器稳压后等到直流电源。

这种电路实现简单灵活，且能输出多种直流电源，满足了电路的要求。

综上所述，本设计选择第二种方案。

2.3 电机驱动模块的选择方案方案一：使用L298N芯片驱动电机。

L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口连接来进行控制，而且带有使能端，方便PWM调速。

L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机。

此方案电路简单，性能稳定，使用比较方便。

方案二：采用SM6135W电机遥控驱动模块。

SM6135W是专为遥控车设计的大规模集成电路。

能实现前进、后退、向左、向右、加速五个功能，但是其采用的是编码输入控制，这样在程序中实现比较麻烦，而且该电机模块价格比较高。

综上所述，我们选择第一种方案。

2.4 避障模块的选择方案方案一：采用红外避障：红外传感器可以实现小车的避障，并且价格便宜。

红外传感器可通过调整硬件来改变灵敏度，判断障碍物效果可靠。

方案二：采用超声波避障：利用超声波传感器，根据时间差可以精确的测量前方障碍物的距离，精度高。

但是超声波检测装置有两部分组成，电路比较复杂，安装比较麻烦。

综上所述，方案一简便易行，检测效果可靠，故选择第一种方案。

2.5 循迹模块的选择方案方案一：采用发光二极管和光敏电阻检测黑线，但这种方案易受到外界光源的干扰，有时可能检测不到黑线。

这种方案性能不稳定，所以不采用。

方案二：采用反射式红外发射接收管ST188。

由于采用带有交流分量的调制信号，则可大幅度减少外界的干扰；此外红外发射接收管的工作电流取决于平均电流，如果采用占空比小的调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬时电流很大（50～100mA），则大大提高了信噪比。

此种测试方案反应速度大约在5us，反应快，符合我们设计要求。

综上所述，我们选择第二种方案。

2.6 无线遥控模块的选择方案方案一：红外遥控器是用红外线来传送控制信号的，它的特点是有方向性，不能有阻挡；方案二：无线遥控器是用无线电波来传送控制的信号的，它的特点是无方向性，可以不面对面控制，距离远（可达数十米，甚至数公里），工作性能稳定。

综上所述，我们选择第二种方案。

2.7 小结综上所述，本设计采用89C52单片机作为主控芯片，用红外对管和红外避障作为主要的传感模块，检测小车的黑线和障碍物。

以RNF24L01无线模块来遥控小车，实现小车的智能遥控。

电机驱动我们选择了稳定的L298N芯片驱动。

在众多的功能中每种功能的选择方案比较多。

我们组经过综合实用性效果以及性价比讨论出几种比较适宜的方案。

每种方案虽然各有优势，但是我们只能尽量的选择取舍一些。

介于经济上的原因我们主要的是选择成本比较低的方案。

3. 系统硬件设计3.1 总体设计STC89C52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，3个16位可编程定时计数器，1个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

此外，STC89C52单片机可通过软件设置省电模式。

空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口、外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

智能小车控制系统由稳压电源模块、主控芯片模块、电机驱动模块和无线控制模块等部分组成，控制系统结构图如图3.1：图3.1总体设计系统结构图表3.1 各个模块的功能硬件模块分类硬件模块功能电源模块该模块为单片机等芯片提供+5V电压，为电机驱动提供+9V电压。

电机驱动模块通过单片机提供信号，给电机提供驱动电压，驱动电机运转。

避障模块红外避障通过检查前方的避障物，选择小车的左右转弯避开障碍物。

循迹模块循迹模块检测小车偏离黑线情况，及时让小车回到轨道上。

无线遥控模块无线遥控模块实现遥控器和小车控制部分的无线通信。

3.2 主控制模块电路分析89C52是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。

用89C52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如下图89C52单片机最小系统所示。

由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。

其应用特点：（1）有可供用户使用的大量I/O口线。

（2）内部存储器容量有限。

（3）应用系统开发具有特殊性。

表3.2 89C52单片机特点89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用A TMEL公司可靠的CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。

它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于89C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。

89C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。

此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。

在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。

掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。

89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。

图3.2 89C52单片机最小系统3.3 电源电路模块电路分析在本设计中，单片机等各个芯片需要+5V的电源，电机驱动部分需要+9V的电源。

所以需要对电源的提供必须稳定可靠。

我们采用双电源，为了确保单片机控制部分和电机驱动部分的电压不会相互影响。

把单片机的供电和驱动电路分开来。

即用直流电+9V供给电机，用+5V供给单片机。

这样有利于消除电机干扰，提高系统的稳定性。

如图3.3所示，220V 交流电压源经过变压器变压、桥式整流、滤波、三端稳压后，输出+12V，-12V，和+5V，-5V 稳压供给系统电路。

电源模块基本功能：1．输出电压值能够在额定输出电压值以下任意设定和正常工作。

2．输出电流的稳流值能在额定输出电流值以下任意设定和正常工作。

3．直流稳压电源的稳压与稳流状态能够自动转换并有相应的状态指示。

4．对于输出的电压值和电流值要求精确的显示和识别。

5．对于输出电压值和电流值有精准要求的直流稳压电源，一般要用多圈电位器和电压电流微调电位器，或者直接数字输入。

6．要有完善的保护电路。

直流稳压电源在输出端发生短路及异常工作状态时不应损坏，在异常情况消除后能立即正常工作。

图3.3 电源电路3.4 电机驱动模块电路分析采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。

L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。