西京学院  自动化1002班

概要

本寻迹小车是以万能板为车架，STC12C5A60S2单片机为控制核心，将各传感器的信号传至单片机分析处理，从而控制 L293D电机驱动，控制小车，速度由单片机提供的PWM波控制。 利用红外传感器检测黑线，红外对管来实现循迹功能，利用超声波传感器进行检测避障。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。根据小车各部分功能，模块化硬件电路，并调试电路。将调试成功的各个模块逐个地 “融合” 成整体，再进行软件编程调试，直到完成。

关键词：STC12C5A60S2  直流电机  红外对管传感器  寻迹小车  L293D电机驱动

一、循迹小车的系统的要求和总体方案设计

1.1设计要求

1.1.1 基本要求

    利用单片机实验板，并制作一定的外围电路，编写程序设计制作一个智能循迹壁障的小车，具体要求如下：

（1）具有启动、停止功能；

（2）能够完成前进、后退、左转、右转单独动作和复合动作；

（3）能按照规定路线循迹行驶；

1.1.2 发挥要求

   利用超声波或红外等方式实现避障功能

1.2智能循迹小车的工作原理

我们知道小车的循迹原理是根据实现电位的高低来实现对前进方向的控制的。在这里我们设定了白色和黑色的通道界面来行驶，而根据我们所学的知识通常采取的方法是红外探测法。

红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。通过查资料我们知道红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过3cm。

1.2.1恒压恒流桥式驱动芯片L293D驱动电机原理

本 L293D 驱动模块，采用 ST 公司原装全新的 L293D 芯片，采用SMT工艺稳定性高，采用高质量铝电解电容，使电路稳定工作。可以直接驱动4路3-16V直流电机，并提供了5V输出接口（输入最低只要6V），可以给5V单片机电路系统供电（低纹波系数）,支持3.3V MCUARM控制，可以方便的控制直流电机速度和方向，也可以控制2相步进电机，5线4相步进电机，是智能小车必备利器。本模块可以 51，AVR，PIC，ARM 等控制器连接，下图 MCU_GNDMCU_+5V 是指可以用驱动输出+5V的电源给控制系统供电。当然，也可以不用，当不用的时候悬空。但它们一定要共地。即MCU_GND要与驱动模块GND 相连（这点至关重要）。IO 是指MCU 的普通的输入输出接口。这里特别指出的是 EN1 EN2 这里我们已经用跳线帽直接插到5V了，直接使能，如果有 PWM 调速可以去掉跳线帽直接从这里输入PWM 信号，调节电机速度。

从左至右接口定义为：

+5 GND IN1 IN2 IN3 IN4 EN1 EN2 EN1 EN2为电机1 电机2使能端

+5 GND IN5 IN6 IN7 IN8 EN1 EN2 EN1 EN2为电机3 电机4使能端

如下图1、图2所示：

图1 L293D驱动电路实物图    

以下举例：控制紧逻辑。这里一路其它的，其它三路类推

图2 电机驱动使能端子

1. 3模块方案比较与论证

根据设计要求，本系统主要由主控模块、电源模块、寻迹传感器模块、直流电机及其驱动模块、电压比较模块等模块构成。

为较好的实现各模块的功能，我们分别设计了几种方案并分别进行了论证。

1.3.1 主控制器模块

方案一：

采用凌阳公司的16位单片机，它是16位控制器，具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点。处理速度高，尤其适用于语音处理和识别等领域。但是当凌阳单片机应用语音处理和辨识时，由于其占用的CPU资源较多而使得凌阳单片机同时处理其它任务的速度和能力降低。

本系统主要是进行寻迹运行的检测以及电机的控制。如果单纯的使用凌阳单片机，在语音播报的同时小车的控制容易出现不稳定的情况。从系统的稳定性和编程的简洁性考虑，我们放弃了单纯使用凌阳单片机而考虑其它的方案。

方案二：

采用宏晶科技生产的STC12C5A60S2单片机作为主控制器。STC12C5A60S2是单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。

由于STC12C5A60S2单片机的资源已经可以满足设计需要，且此单片机价格上有优势。从方便实用不浪费资源的角度考虑，我们选择了方案二。

1.3.2 寻迹传感器模块

方案一：

采用简易光电传感器结合外围电路探测，但实际效果并不理想，对行驶过程中的稳定性要求很高，且误测几率较大，易受光线环境和路面介质影响。在使用过程极易出现问题，而且容易因为该部件造成整个系统的不稳定。故最终未采用该方案。

   方案二：

采用两只st188红外对管，分别置于小车车身前轨道的两侧，根据两只光电开关接受到白线与黑线的情况来控制小车转向来调整车向，测试表明，只要合理安装好两只光电开关的位置就可以很好的实现循迹的功能。

方案三：

采用五只st188红外对管，一只置于轨道中间，其他四只置于轨道外侧，当小车脱离轨道时，即当置于中间的一只光电开关脱离轨道时，等待外面任一只检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线（即回到轨道）再恢复正向行驶。现场实测表明，小车在寻迹过程中有一定的左右摇摆不定，但是不影响小车的整体行驶效果。

通过比较，我们选取第三种方案来实现循迹。

1.3.3电机驱动模块

方案一：

采用专用芯片L293D作为电机驱动芯片。L293D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L293D可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。

方案二：

对于直流电机用分立元件构成驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。

因此，我们选用了方案一 。

1.4 小车总体设计的最终方案

经过反复论证，我们最终确定了如下方案：

（1）车体用原有的小车

（2）采用STC12C5A60S2单片机作为主控制器。

（3）采用12V直流电池为直流电机供电。

（4）用st188型光电对管进行寻迹。

（5）L293D作为直流电机的驱动芯片。

系统的结构框图如图3所示：

 

 

 

图3 系统结构框

二、小车硬件实现及模块电路的设计

2.1、主控制器模块的设计

采用宏晶科技生产的STC12C5A60S2单片机作为主控制器，不用烧写器而只用USB串口下载线就可以往单片机中下载程序。

我们在开发过程中使用开发版，方便程序的调试和整机的测试，待系统调试完成后，将单片机从开发板安装在小车底座板上方便及时调试。

图4  单片机最小系统图

单片机最小系统的应用

（1） 时钟电路

    系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。AT89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22μF。更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。

（2）复位电路

复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此电路系统采用的是上电与按钮复位电路，如图所示。当时钟频率选用6MHz时，C取22μF，Rs约为200Ω，Rk约为1K。

2.2寻迹传感器模块

传感用 st188 型光电对管， st188是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管 当发光二极管发出的光反射回来时，三极管导通输出低电平，电路如图 2[1]可调电阻 RS1/2可以调节比较器的门限电压，经示波器观察，输出波形相当规则，可以直接给单片机查询使用。

图5  光电对管检测电路1

图5 光电对管检测电路2

而且经试验验证给此电路供电的电池的压降较小。因此我们选择此电路作为我们的传感器检测与调节电路。

2.3、寻光模块

采用光敏二极管作为光源探测模块的传感器，由于光敏二极管感光后，内阻有较大的变化，通过一定的电路转化为电压的变化。采用 LM358 比较器对 5 个二极管的输出电压进行比较，光敏

二极管引起的电压变化送到比较器的反相端与基准信号进行比较，将结果输入到单片机执行判断。基于 LM358的寻光电压比较电路： LM358的二号管脚为基准电压输入端，将需要进行比较的电压输入到三号管脚，如果比基电压的值大，则一号管脚输出为高电平，反之为低电平。

2.4、电机驱动模块 

2.4.1 电机驱动电路的设计

驱动模块采用专用芯片 L293D作为电机驱动芯片， L293D是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，其响应频率高，一片 L293D可以分别控制两个直流电机，驱动电路的设计如图

L293D的 5 7 10 12 四个引脚接到单片机上，通过对单片机的编程就可实现两个直流电机的PWM调速以及正反转控制。

图6  L298驱动原理图

三、小车软件设计与实现

3.1主程序流程图

    小车进入寻迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片机I/O口，一旦检测到某个 I/O口有信号变化，就执行相应的判断程序，把相应的信号发送给电动机从而纠正小车的状态。

四、小车系统功能测试和调试

见实物

五、结束语

    基于STC型单片机的自动循迹小车控制系统运行平稳可靠，抗干扰能力强，我们的寻迹小车在完成设计要求的前提下，充分考虑到了外观、成本等问题，在性能和价格之间作了比较好的平衡。由于设计要求并不复杂，我们没有在电路中增加冗余的功能，但是我们保留了各种硬件接口和软件子程序接口，方便以后的扩展和进一步的开发。

六、设计心得

通过这几天的项目设计，我们对一些专业知识和单片机应用系统设计有了更深的了解，同时也尝试着去应用自己的所掌握的知识。本次电子大赛主要是对已学习的单片机应用技术，单片机程序流程图的综合应用，同时加上电路等知识，设计完成了利用软件的检测程序运行调试。经过几天的奋战,我们感受很深.

我们三个人分工合作，设计过程中深感自己在培养动手能力这方面欠缺很大。同时，这次我们积极的通过上网查资料，查阅单片机方面书籍等资源。在我们共同努力下，我们圆满完成了从项目设计，电路焊接，单片机程序设计等环节。这个项目设计作为一次锻炼，培养了我们或多或少善于动手，乐于动手的习惯。

 单片机应用课程设计不仅给我们提供了一个很好的展现自己所学知识的平台,又是对自己所学知识的一次考核、检验。 我们运用各自在各方面的优势，化腐朽为神奇，形成了一个团队。通过团队合作的力量,使设计得以顺利完成。可以说,我们三个人是一个不可或缺的整体,少了任何一个人都是无法把任务完美的完成。

在设计的过程中我们也不可避免的遇到了很多的问题。尤其是在调试过程中,会因为某些原因出不来结果。通过这次的课程设计，我们也发现了不少自己不会的知识，通过查询各方面资料，我们也进步了很多，有学会了很多上课时没掌握的东西， 最后在调试结果出来后,我们更是无比的兴奋,无比的自豪。总之,通过这次单片机应用项目设计,我们不仅对自己的知识有了更深的掌握和应用,更了解到团队精神的力量.在以后的学习和生活中受用终身。

 

七、参考文献

[1]王静霞 单片机应用技术（C语言本）深圳 电子工业出版社 2009

何立 51系列单片机应用系统设计   航空航天大学出版社 2008

第二篇：智能循迹避障小车实践报告

电气工程与自动化学院

   

    课程设计报告

（嵌入式技术实践一）

题    目：****

专业班级：****

学    号：20

学生姓名：****

指导老师：****

20##年  7   月   31  日

摘  要

   本课题是基于P89C51单片机的智能小车的设计与实现，小车完成的主要功能是能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶,能够检测周围的障碍物寻找最佳路以免小车在行驶的过程中遭到损坏。小车系统以P89C51单片机为系统控制处理器；

采用红外传感获取赛道的信息，利用超声波测距模块判断障碍物，来对小车的方向和速度进行控制。此外，对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的融合，实现小车的预期功能。

关键词：智能循迹避障小车、嵌入式系统。  

目  录

第一章  绪论. 4

1.1课题背景. 4

1.2  智能汽车的发展现状. 5

1.2.1  国内发展情况. 5

1.2.2  国外的发展情况. 5

1.2.3  智能车竞赛现状. 6

1.3  实践的目的和意义. 7

第二章  系统方案设计. 8

2.1  系统设计目标. 8

2.2  系统设计思想. 8

2.3  系统的总体结构. 8

2.4  系统硬件设计. 9

2.4.1  小车设计. 9

2.4.2  电源模块设计. 9

2.4.3  驱动模块设计. 10

2.4.4  红外传感模块设计. 10

2.4.5  测距模块设计. 10

2.5  系统软件设计. 11

2.5.1  编程环境的介绍. 11

2.5.2  电机控制程序设计. 12

2.5.3  循迹程序设计. 12

2.5.4  避障程序设计. 12

第三章  系统的调试与分析. 15

3.1系统硬件调试. 15

3.2系统软件调试. 15

附录. 16

 

第一章  绪论

1.1课题背景

当今世界，传感器技术和自动控制技术正在飞速发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能”这个词也已经成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达到了很高的水平，特别是日本，比如日本本田制作的机器人，其仿人双足行走已经做得十分逼真，而且具有一定的学习能力，还据说其智商已达到6岁儿童的水平。

作为机械行业的代表产品—汽车，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，呈现出两个明显的特点：一是电子装置占汽车整车（特别是轿车）的价值量比例逐步提高，汽车将由以机械产品为主向高级的机电一体化方向发展，汽车电子产业也很有可能成为依托整车制造业和用车提升配置而快速成为新的增长点；二是汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。

为了适应嵌入式自动化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：通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，从实践中深入了解自动控制理论，获得项目整体设计的能力，并且掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。

1.2  智能汽车的发展现状

1.2.1  国内发展情况

我国从上世纪80年代开始着手无人驾驶智能汽车的研制开发，虽与国外相比还有一些距离，但目前也取得了阶段性成果。国内清华大学、国防科技大学、上海交通大学、西安交通大学、吉林大学、同济大学等都有过无人驾驶汽车的研究项目。

1992年，国防科技大学研制成功了我国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车。由计算机及其配套的检测传感器和液压控制系统组成的汽车计算机自动驾驶系统，被安装在一辆国产的中型面包车上，使该车既保持了原有的人工驾驶性能，又能够用计算机控制进行自动驾驶行车。20##年6月，国防科技大学研制的第4代无人驾驶汽车试验成功，最高时速达76km，创下国内最高纪录。20##年7月，国防科技大学和中国一汽联合研发的红旗无人驾驶轿车高速公路试验成功，自主驾驶最高稳定时速13Okm，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。

1.2.2  国外的发展情况

从20世纪70年代，美欧等发达国家开始进行无人驾驶汽车的研究，大致可以分为二个阶段:军事用途、高速公路环境和城市环境。在军事用途方面，早在80年代初期，美国国防部就大规模资助自主陆地车辆ALV （Autonomous LandVehicle)的研究。

进入21世纪，为促进无人驾驶车辆的研发，从20##年起，美国国防部高级研究项目局(DARPA)开始举办机器车挑战大赛(Grand Challenge)。该大赛对促进智能车辆技术交流与创新起到很大激励作用。

在20##年的第二届比赛中，主办方只在赛前2小时提供一张光盘，上面提供了比赛路线上2935个“路点”的方位与海拔等详细资料。整个赛道有急转弯、隧道、路口还有山路，比赛要求参赛车辆能够自主完成全部路程。最终斯坦福大学的“斯坦利”，获得了第1名。具有6个奔腾M处理器的电脑完成“斯坦利”的所有程序的处理。车辆移动时，4个激光传感器、一个雷达系统、一组立体摄像头和一个单眼视觉系统感知周围的环境。

1.2.3  智能车竞赛现状

“飞思卡尔”智能车竞赛是由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办，飞思卡尔半导体公司协办的全国性的比赛。智能车竞赛所使用的车模是一款带有差速器的后轮驱动模型赛车，它由大赛组委会统一提供。比赛要求参赛队伍研究并设计一款能够自主辨识路线并能够自主行驶的智能车，在专门设计的封闭跑道上行驶，跑完整个赛程用时越短的参赛队伍成绩越好。智能车的设计要求参赛队伍首先对汽车动力学有一定的研究和了解，从而设计合理的机械结构。同时要求参赛队伍自行设计控制器系统电路、图像采集模块电路、电机驱动电路、电源模块电路等多个部分的电路。在硬件平台搭建完成后，参赛队伍要对智能车系统的路线辨识以及控制算法进行开发和调试，为了后期的调试方便，很多队伍还开发了用于调试的上位机监控程序。

智能车大赛以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技创新比赛。随着赛事的逐年开展，不仅使参赛学生自主创新能力的提高，对于高校相关学科领域的学术水平的提升也有一定的帮助。目前，此项赛事己经成为各高校展示科研成果和学生实践能力的重要途径，同时也为社会选拔优秀的创新人才提供了重要平台。

“飞思卡尔”杯智能车竞赛于20##年在韩国首次举办，我国于20##年8月举办第一届“飞思卡尔”杯全国智能车竞赛，当时吸引了来自全国50所高校的112支代表队的参与。在20##年的第二届智能车竞赛中，来自全国26个省(自治区)、直辖市的130余所院校的242支队伍分为5个赛区进行角逐，比赛场面空前激烈。

1.3  实践的目的和意义

通过设计进一步掌握５１单片机的应用，特别是在嵌入式系统中的应用。进一步学习５１单片机在系统中的控制功能，能够合理设计单片机的外围电路，并使之与单片机构成整个系统。

第二章  系统方案设计

2.1  系统设计目标

  制作一辆简易智能小车，智能车采用红外传感器对赛道进行道路检测，超声波测距模块采集周围20cm以内的的障碍物信息，单片机根据采集到的信号的不同状态判断小车当前状态并发出控制命令，通过电机驱动模块控制电机的工作状态以实现对小车姿态的控制。

2.2  系统设计思想

本设计属于嵌入式应用系统。确定整个控制系统的总体方案，是进行系统设计最关键、最重要的一步。总体方案的好坏，直接或间接影响整个控制系统的性能和实施细则。系统总体方案的设计主要是根据被控对象的任务和功能要求而确定的。

2.3  系统的总体结构

  根据设计思想可知，智能循迹避障小车是主要是由一个系统主机和3个系统从机组成。系统主机就是也就是主控制器，是智能小车的大脑。从机由电机驱动模块，红外传感模块，测距模块三部分组成，其中电机驱动模块是输出设备，红外传感模块和测距模块是输入设备。

  本次设计是我们学习的实践和总结，所以采用NXP公司的P89C51VB2单片机芯片，该芯片具有较大的Flash存储区，具有两个16位定时器，编程简单，功耗低等优点。从机通过接收模块接收指令，并按照指令要求驱动形影的外围设备。这种结构以主机作为中心，形成树形的管理平台，结构简单，易于管理和控制。

附系统结构框图（如下）：

2.4  系统硬件设计

2.4.1  小车设计

  小车由两个主动轮、一个万向轮、底板、控制系统、电路板及外围设备等组成，主动轮由电机驱动，整个系统由主机控制。

2.4.2  电源模块设计

根据材料我们有选用两节3.6V锂电池串联作为输入电源，由于51单片机要求输入电压为5V，所以采用7805稳压后供电。

附电源模块原理图（如图2-1）：

电路中的大小电容分别滤去电路中的高频和低频杂波，7805能够把电压稳定在5V为单片机和红外传感模块供电。

2.4.3  驱动模块设计

  驱动模块使用两个继电器和四个三极管为主要部件，构成驱动电路。可以分别控制两个电机的正传、反转和停转。

附驱动模块原理图（如图2-2）：

  电容器达到

  PWM端输入1即高电平时，三极管导通为继电器电源输入端供电，反之不供电，DIR端输入1/0对应继电器吸合和分离，输入1时继电器电磁铁吸合，输入0时电磁铁分离。

2.4.4  红外传感模块设计

  红外传感模块主要有四个红外对管，电阻，发光二极管组成。

附红外传感模块原理图（如图2-3）：

红外对管由发射管和接收三级管组成，当遇到黑线没有反射时接受三极管不到通，相应输出端输出高电平，其他时刻接受三极管导通，输出端被下拉为低电平。

2.4.5  测距模块设计

测距模块要求更高的精确度和灵敏性，所以我们采用工业成品US100（附成品图2-4）。

图2-4

US-100超声波测距模块可实现2cm~4.5m的非接触测距功能，拥有2.4~5.5V的宽电压输入范围，静态功耗低于2mA，自带温度传感器对测距结果进行校正，同时具有GPIO，串口等多种通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠。（其他主要参数见附表）

2.5  系统软件设计

2.5.1  编程环境的介绍

本次系统的程序设计是在TKStudio V4.5.1平台上进行开发的。TKStudio集成开发环境是广州致远电子股份有限公司开发的一个嵌入式芯片级、系统级软件开发平台，是一款内置强大编辑器的多内核编译调试环境，支持Keil C51、SDCC、GCC ARM、ADS、IAR ARM、MDK、RVDS、GCC AVR、WindRiver CCORE、CCoreGcc、RemoteGcc等编译工具链，支持8051、ARM7/ARM9/ARM11、CortexM3/CortexM0、XScale、AVR、CCORE等内核调试，支持Linux bootloader、Linux内核、Linux内核模块、Linux应用程序等的调试。可以完成从工程建立和管理，编译，链接，目标代码的生成，到软件仿真，硬件仿真(挂接TKS系列仿真器的硬件)等完整的开发流程。

TKStudio V4.5.1加入了Liunx调试的支持，包括bootloader调试、Linux内核调试、Linux内核模块调试和Linux应用程序调试，直接通过TKScope系列仿真器进行调试，摒弃了传统的通过KDB、KGBD等补丁进行调试的方式，支持从现有的调试文件直接进行调试，自动创建源代码树，编辑、编译、下载、调试一体化。其操作界面如图2-5

图2-5  TKStudio编程环境

本次系统设计采用C语言开发，它是一种计算机程序设计语言。它既有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它可以作为系统设计语言，编写工作系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。因此，它的应用范围广泛。

2.5.2  电机控制程序设计

直流电机驱动比较简单，不像步进电机那样需要给高低电平脉冲，直流电机只要给高低电平就可以转，只要PWM=1即高电平，电机就可以转动，DIR=0/1则控制电机的正反转。

2.5.3  循迹程序设计

循迹其实是对模块输出端口高低点评的读取，只需要提供四个IO口既可以实现所有循迹的读取。当读到1时，表示相应未知的红外对管在黑线上。

2.5.4  避障程序设计

  避障部分主要由舵机控制和超声测距模块的读取。每当舵机转动一定的角度，就启动一次距离的读取。

A．舵机工作原理如下：

图2-6舵机实物图

1.舵机有三根线，一般依次是地，电源（5V左右），信号（信号的幅值>=3.3V)。

2.其工作原理是：

控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。

3.舵机的控制：

舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的：

0.5ms--------------0度；

1.0ms------------45度；

1.5ms------------90度；

2.0ms-----------135度；

2.5ms-----------180度；

用定时器定时周期20ms，改变PWM值就可以改变舵机转动的角度。

B．测距原理如下：

图2-7：US-100测距时序图

图2-7表明：只需要在Trig/TX管脚输入一个10US以上的高电平，系统便可发出8个40KHZ的超声波脉冲，然后检测回波信号。当检测到回波信号后，模块还要进行温度值的测量，然后根据当前温度对测距结果进行校正，将校正后的结果通过Echo/RX管脚输出。

第三章  系统的调试与分析

3.1系统硬件调试

  由于本次设计的硬件电路均比较简单，考虑到原材料和成本的因素，我决定采用万能板焊接，这样既可以练习焊接技术，也达到了节约原材料降低成本的目的，可为低碳之选。

系统硬件是否符合要求将直接决定着整套系统的正常运行，是软件调试的基本条件，在本次系统的硬件调试是分模块进行的。先调试5V稳压电源，电压为4.98~5.01V，在正常范围；驱动模块的调试，选择5V和GND作为高低电平的1/0，接一个电机在输出端PWM和DIR，观察电机转动情况符合条件；循迹和测距的调试选择外挂发光二极管，观察其对黑线或障碍物的灵敏度。

3.2系统软件调试

系统的软件是使用模块化编程的，首先完成单元功能模块的调试，然后进行多个模块整合进行系统的调试。

联机调试是最重要的一部分，同时也是本系统成功的关键。有前面的硬件调试和软件的分开调试，系统的联合调试也就显得迎刃而解。

附录