第1页 / 共15页
第2页 / 共15页
第3页 / 共15页
第4页 / 共15页
第5页 / 共15页
第6页 / 共15页
第7页 / 共15页
第8页 / 共15页
红外遥控循迹避障小车报告.doc
六、项目研究结题报告
1、课题研究目的
2、课题背景
3、课题研究主要内容
3.1 项目总体方案
3.2 车体框架
3.3 主控模块
3.4 电源及稳压模块
3.5 电机驱动模块
3.6 循迹模块
3.7 避障模块
3.8 红外遥控模块
3.9 程序流程图
4、结论（成果介绍）
5、经费使用情况
6、问题、体会与收获
7、建议
8、结束语与致谢
9、参考文献
七、附件（专利、发表论文及其它成果支撑材料）
1、小车实物图
2、附C代码
EX0=1;
EX1=1;
PX0=1;
TR0=1;
ENA=1;
ENB=1;
IN1=1;
IN2=0;
IN3=1;
IN4=0;
IN1=0;
IN2=1;
IN3=0;
IN4=1;
PWM_L = 10;
PWM_R = 60;
PWM_L = 60;
PWM_R = 10;
EX1=0;
EX1=1;
EX1=0;
EX1=1;
六、项目研究结题报告
1、课题研究目的
智能车是行动模式最简单的机器人之一，在军事、救援、生产、生活中都有广泛的应
用。本课题采用 L298N 芯片驱动电机，利用红外对管检测黑线和障碍物，由单片机
STC89C52 控制小车实现循迹避障的功能。对于循迹功能，小车自动沿预设轨道行驶小车
在行驶过程中，能够自动检测预先设好的轨道，实现直道和弧形轨道的前进，若有偏离，
能够自动纠正，返回到预设轨道上来；当小车探测到前进前方的障碍物时，可以调整，躲
避障碍物，从无障碍区通过，小车通过障碍区后，能够自动循迹；另外，小车具有无线遥
控功能，可由按键控制小车的前、后、左、右、加速、减速等功能运作。
本系统小车将实现三大功能：远程控制、循迹、避障功能， 这对于提高实际工程的
操作性与安全行具有重要的意义，特别是远程控制的实现，将现代通讯手段与硬件结合，
是本项目的特色所在。相信随着科技的发展，人类对未知区域的探测会愈发频繁，这将为
远程控制小车提供广阔的应用空间。与此同时，轨迹跟踪系统在机器人设计领域具有重要
的地位，是衡量机器智能化程度的重要指标，此项目将尽可能提高小车的智能化程度，并
在此基础上实现小车的避障功能，最终的成果将集遥控、循迹与避障功能与一体，具有广
阔的应用空间。
2、课题背景
机器人学是一门与机器人设计、制造和应用相关的科学。机器人学又称为机器人技术
或机器人工程学，主要研究机器人的控制与被处理物体之间的相互关系。机器人学涉及的
专业领域很多，主要内容有运动学和动力学、系统结构、传感技术、控制技术、行动规划
和应用工程等。
智能车是机器人学中的一类，是具有自主性、适应性和交互性等于一体的综合系统，
它融合了自动控制、人工智能、机械工程、信息融合、传感器技术、图像处理技术以及计
算机等多门学科的最新研究成果，对智能车的研究不仅具有理论意义而且具有实际价值。
智能小车的研究、开发和应用涉及传感技术、电气技术、电气控制技术、智能控制等
学科，智能控制技术是一门跨科学的综合性技术，当代研究十分活跃，应用日益广泛的领
域。智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模块在一个
特定的环境里自动的运行，可运用于科学勘探等用途，无需人为的管理，便可以完成预期
所要达到的或更高的目标。智能机器人正在代替人们完成这些任务，凡不宜有人直接承担
的任务，均可由智能机器人代替，可以适应不同环境，不受温度、湿度等条件的影响，完
成危险地段，人类无法介入等特殊情况下的任务，智能小车就是其中的一个体现。智能车
辆又称为轮式移动机器人，是移动机器人的一种，是一个集环境感知、规划决策、自动驾
驶等多种功能于一体的综合体统。如果将以上技术引用到现实生活中，可以使我们的未来
生活变得更加智能。除了潜在的军用价值外，还可以应用于科学研究、地质勘探、危险搜
索、智能救援等，其在交通运输中的应用前景也受到西方国家的普遍关注。
智能车的发展历程较长，始于上世纪 50 年代，其发展历程大致可分为三个阶段：
第一阶段：上世纪 50 年代智能车研究研究处于起步阶段，智能车的运用也仅仅局限于
仓储、运输方面，随着计算机及感应技术相继取得突破，智能车逐渐有了新的发展。
第二阶段：在上世纪 80 年代后期，随着美国、日本等发达国家相继将智能车研究纳入
国家重点项目，智能车在发达国家逐渐实现了产业化生产，智能车的实用性也在逐步提高，
与此同时，发达国家试图建立关于智能车的统一标准。
第三阶段：上世纪 90 年代后期以及在本世纪的最初十年内，智能车进入深入、系统、
大规模研究阶段，并服务于人类在外太空的探测活动。
由于我国的智能车研究起步比较晚，始于上世纪 80 年代，尽管已经取得了较大的成果，
但与发达国家在智能车开发方面还有较大的差距，大力发展智能车技术，一方面能缩小与
发达国家的差距，减轻我国在技术上对外国的依赖，同时也能有力地保证我国外太空探测
特别是探月工程的顺利进行。
3、课题研究主要内容
3.1 项目总体方案
本设计采用 AT89S52 单片机作为主控芯片，采用 L298N 芯片驱动电机，用红外传感
器作为循迹、避障的传感器，检测小车前进路线上的黑线和障碍物，用红外遥控模块来遥
控小车，实现小车的智能遥控，如下图 3.1 所示。
3.2 车体框架
图 3.1 总体设计框图
我们选择购买现有车模，如下图 3.2，现有的车模拥有良好的机械传动装置，缩短了
开发周期。车模配 1 只 1 寸万向轮，万向轮的越障高度比球头轮高，支撑点不固定，但是
适合平滑的路面使用，因为当其中一个万向轮被支撑起来，会造成驱动轮也离地，形成空
转。
图 3.2 小车底盘
小车底盘配了两个减速电机，减速比为 48:1，可获得更大的扭矩。在对该电机进行实测后，
得知 8V 时电机的堵转电流为 0.8A 左右，空载时（带轮子）的电流为 120mA。
3.3 主控模块
STC89C52 是低功耗、高性能的 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存
储器。这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠，用 STC89C52 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，如图 3.3 所示。其主要性能：
（1）32 个可编程 I/O 口线；
（2）三个 16 位定时/计数器；
（3）八个中断源；
（4）全双工 UART 串行通道；
3.4 电源及稳压模块
图 3.3 单片机最小系统原理图
电源我们使用了一块 2000mA·h 的镍镉充电电池，正常输出电压在 7.5~8.4V 之间，电
池曲线比较稳定，为小车提供了强劲可靠地动力。
因为小车的电池电压一般在 7.5~8.4V 之间，还要考虑在电池损耗的情况下电压的降
低，因此常用的 78 系列稳压芯片不再能够满足要求，因此必须采用低压差的稳压芯片，
我们选用了 LM2940-5.0V，LM2940 的最大输出电流 1A，输出电流 1A 时，最小输入输出
电压差小于 0.8V，最大输入电压 26V，适合在本设计中使用。
单片机必须与大电流器件分开供电，避免大电流器件对单片机造成干扰，影响单片机
的稳定运行，最后的稳压电路如下图 3.4 所示。
图 3.4 电源稳压模块
P
1
.
0
1
P
1
.
1
2
P
1
.
2
3
P
1
.
3
4
P
1
.
4
5
P
1
.
5
6
P
1
.
6
7
P
1
.
7
8
R
S
T
9
P
3
.
0
/
R
X
D
1
0
P
3
.
1
/
T
X
D
1
1
P
3
.
2
/
I
N
T
0
1
2
P
3
.
3
/
I
N
T
1
1
3
P
3
.
4
/
T
0
1
4
P
3
.
5
/
T
1
1
5
P
3
.
6
/
W
R
1
6
P
3
.
7
/
R
D
1
7
X
2
1
8
X
1
1
9
G
N
D
2
0
P
2
.
0
2
1
P
2
.
1
2
2
P
2
.
2
2
3
P
2
.
3
2
4
P
2
.
4
2
5
P
2
.
5
2
6
P
2
.
6
2
7
P
2
.
7
2
8
P
S
E
N
2
9
A
L
E
3
0
E
A
3
1
P
0
.
7
3
2
P
0
.
6
3
3
P
0
.
5
3
4
P
0
.
4
3
5
P
0
.
3
3
6
P
0
.
2
3
7
P
0
.
1
3
8
P
0
.
0
3
9
V
C
C
4
0
S
T
C
8
9
C
5
2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
P
A
I
Z
U
-
1
0
K
V
C
C
Y
1
1
1
.
0
5
9
2
M
C
6
3
0
P
C
7
3
0
P
D
0
P
3
0
P
3
1
V
C
C
V
C
C
1
2
5
V
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
1
1
0
R
S
2
3
2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
1
1
1
2
1
3
1
4
1
5
1
6
U
2
M
A
X
2
3
2
P
3
1
P
3
0
V
C
C
T
1
O
U
T
R
1
I
N
T
1
O
U
T
R
1
I
N
1
0
4
C
5
D
1
D
2
D
3
D
4
D
5
D
6
D
7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
2
0
1
9
1
8
1
7
1
6
1
5
1
4
1
3
1
2
1
1
P
4
D
A
C
0
8
3
2
V
C
C
C
S
D
A
W
R
D
0
V
C
C
7
5
6
2
4
1
1
L
M
3
2
4
9
1
0
8
3
4
1
1
L
M
3
2
4
1
2
V
1
0
K
R
2
5
K
R
1
1
2
V
-
1
2
V
-
1
2
V
C
S
D
A
W
R
1
0
4
C
1
1
0
4
C
2
1
0
4
C
3
1
0
4
C
4
1
0
0
R
3
1
0
4
C
6
D
1
D
2
D
3
D
4
D
5
D
6
D
7
S
1
S
2
1
2
V
O
U
T
1
1
2
V
O
U
T
2
S
3
I
N
G
N
D
O
U
T
U
1
L
M
2
9
4
0
1
2
B
a
t
t
e
r
y
I
N
G
N
D
O
U
T
U
2
L
M
2
9
4
0
C
3
1
0
4
C
4
1
0
4
C
1
4
7
u
F
C
2
2
2
u
F
C
7
1
0
4
C
5
4
7
u
F
C
8
1
0
4
C
6
2
2
u
F
G
N
D
B
a
t
t
e
r
y
+
1
2
3
4
5
6
7
8
J
1
1
2
3
4
5
6
7
8
J
3
V
C
C
_
P
o
w
e
r
V
C
C
_
I
C
G
N
D
G
N
D
3.5 电机驱动模块
在电机驱动上，我们选用了 L298N 芯片构成电机驱动电路。
L298N 是 SGS 公司的产品，内部包含四通道逻辑驱动电路，是一种二相和四相电机的
专用驱动器，即内含二个 H 桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准的 TTL 逻辑电
平信号，可驱动 46V、2A 以下的电机，对于应付我们的堵转电流仅为 800mA 的电机，绰
绰有余。其应用电路如下图所示。
OUT1、OUT2 和 OUT3、OUT4 之间分别接一个电机，IN1、IN2、IN3、IN4 引脚从单
片机接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA、ENB 接控制使能端，控制电机的停转。
LN298 的逻辑功能表如下表 1 所示：
图 3.5 电机驱动电路
表 1. LN298 的控制逻辑功能表
左电机
右电机
IN1
1
1
1
0
1
0
IN2
0
0
0
1
1
1
IN3
1
0
1
1
1
0
IN4
0
1
1
0
0
1
左电机
右电机
正转
正转
正转
反转
停转
反转
正转
反转
停转
正转
正转
反转
对于电机的调速，我们采用 PWM 调速的方法。其原理开关管在一个周期内的导通时
间为 t，周期为Ｔ，则电机两端的平均电压Ｕ＝Vcc*(t/T)=a*Vcc。其中，a 为占空比，Vcc
为电源电压。电机的转速与电机两端的电压成比例，而电机两端的电压与控制波形的占空
比成正比，因此电机的速度和占空比成比例，占空比越大，电机转的越快。
PWM 配合桥式驱动电路 L298N，实现直流电机调速，非常简单，而且调速范围大。
另外，我们在直流电机电枢的两端并联了一个 0.1uF 的瓷片电容，用于消火花和滤波。
实际应用中，效果也显著（未并联前两电机的转速相差非常大，而并联以后得到了很好的
改善）。
S
E
N
A
1
S
E
N
B
1
5
O
U
T
1
2
O
U
T
2
3
O
U
T
3
1
3
O
U
T
4
1
4
V
S
4
V
S
S
9
E
N
A
6
E
N
B
1
1
I
N
1
5
I
N
2
7
I
N
3
1
0
I
N
4
1
2
G
N
D
8
L
2
9
8
N
D
1
D
2
D
3
D
4
D
5
D
6
D
7
D
8
+
5
V
B
a
t
t
e
r
y
+
G
N
D
G
N
D
P
W
M
A
P
W
M
B
P
1
0
P
1
1
P
1
2
P
1
3
C
3
1
0
4
C
4
1
0
4
C
1
1
0
0
u
F
C
2
1
0
0
u
F
G
N
D
+
|
M
1
+
|
M
2
C
?
1
0
4
C
?
1
0
4
3.6 循迹模块
在本设计中我们采用红外对管，红外对管判断颜色的原理:小车在白色地板上行走判断
黑线，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而
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并结合程序控制小车转弯。红外探测器探测距离有限，一
般最大不应超过 3cm。
本设计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
而可见光对接收信号的影响较小，再用反相器对信号进行放大调整，稳定性能得到提升。
红外对管如下图 3.6 所示。
3.7 避障模块
图 3.6 循迹模块原理图
采用光电式传感器 E18-D80NK 来实现小车避障功能，此光电传感器属于 NPN 常开光
电式传感器，这是一种集发射与接收十一体的光电传感器检测距离可以根据要求进行调
节。该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，
可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。
前方无障碍输出高电平，有障碍输出口(黄色)电平会从高电平变成低电平，背面图有
一个电位器可以调节障碍的检测距离，一旦调节好电位器(如调节好的最大距离 60cm)则在
有效距离内(如 40cm 处有障碍物、10cm 处有障碍物)，则输出低电平。
采用红外传感器对障碍物进行辨别，将传感器发送的信号交单片机进行处理。根据单
片机中设定的程序，对障碍物的情况进行判定，然后引导小车完成前进、左拐或者右拐，
做出相应的动作。如下图 3.7 为光电式传感器实物图。
3.8 红外遥控模块
图 3.7 光电式传感器 E18-D80NK 实物图
采用了 5 伏高频超再生四路解码接收模块来实现遥控的功能。红外遥控的原理如下图
1
2
3
4
U
2
T
C
R
T
5
0
0
0
L
D
1
R
3
1
k
C
1
1
0
4
R
1
1
k
R
2
2
0
k
1
2
3
J
1
H
e
a
d
e
r
3
V
C
C
G
N
D
R
4
1
k
D
2
U
1
3.8 所示，红外线的光谱位于红色光之外，波长是 0.76～1.5µm，比红光的波长还长。红外
遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制方式，红外遥控具有抗干扰，电路简单，容易
编码和解码，功耗小，成本低的优点。通过调制我们可以使红外光以特定的频率闪烁。红
外接收器会适配这个频率，其它的噪音信号都将被忽略。发射机通常是一个带电池的手持
装置。它设计成尽可能减少功耗，以及发射的信号尽可能强以致发射的距离更远。红外信
号由接收器的检波二极管接收，信号通过放大和限幅 2 个环节处理，经解调输出信号。
超再生接收模块采用 LC 振荡电路，内含放大整形，输出的数据信号为解码后的高电
平信号，使用方便。
3.9 程序流程图
主程序流程图如下图 3.9.1 所示。
图 3.8 红外遥控原理示意图
其中，四路光电循迹传感器检测信号对应的逻辑如下表 2 所示(白线为高，黑线为低)。
图 3.9.1 主程序流程图
S0
1
1
0
1
1
0
S1
1
0
1
1
1
0
表 2. 循迹信号逻辑表
S2
S3
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
0
描述
黑线居中
偏右
极偏右
偏左
极偏左
过十字
0x0f
0x0d
0x0e
0x0b
0x07
0x00
由 T0 中断子程序模拟产生所需的 PWM 波，如下图 3.9.2 所示。
图 3.9.2 T0 中断模拟产生 PWM 波
外部中断 1 子程序处理避障信号，外部中断 0 子程序处理遥控信号，如下图 3.9.3 所示。
4、结论（成果介绍）
图 3.9.3 外部中断 0、1 子程序
经过一年的研究和实践，我们完成了小车的电路的设计和制作，并实现了小车的循迹、
避障和红外遥控功能。
5、经费使用情况
名称
51 单片机开发板
精密色环电阻包
瓷片电容包
导线 10 米
万用板
30cm 杜邦线
小车底盘
红外遥控模块
L298N 芯片
单价（元）
数量
300 1 块
20 1 包
10 1 包
10 2 根
7 5 块
10 4 排
50 1 个
30 1 个
10 5 个
金额（元）
300
20
10
20
35
40
50
30
50
相关推荐
2023年江西萍乡中考道德与法治真题及答案.doc
2012年重庆南川中考生物真题及答案.doc
2013年江西师范大学地理学综合及文艺理论基础考研真题.doc
2020年四川甘孜小升初语文真题及答案I卷.doc
2020年注册岩土工程师专业基础考试真题及答案.doc
2023-2024学年福建省厦门市九年级上学期数学月考试题及答案.doc
2021-2022学年辽宁省沈阳市大东区九年级上学期语文期末试题及答案.doc
2022-2023学年北京东城区初三第一学期物理期末试卷及答案.doc
2018上半年江西教师资格初中地理学科知识与教学能力真题及答案.doc
2012年河北国家公务员申论考试真题及答案-省级.doc
2020-2021学年江苏省扬州市江都区邵樊片九年级上学期数学第一次质量检测试题及答案.doc
2022下半年黑龙江教师资格证中学综合素质真题及答案.doc
