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：电气学院测控系
班级：光电五班
设计者：谢鹏、于鸿杰
学号：1110100426、
指导教师：胡瑞强
设计时间：2014.9.10
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
1 绪论
1.1课题目的
《单片机原理及应用》是一门应用设计类课程，也是一门工程实践性很强的课。做到理论与实践相结合，灵活运用、融会贯通，提高实际动手能力，是我们学习这门课的最终目的。在这次的单片机课程设计中，我们的主要目的是：
（1）设计一辆电动小车，使它能够从起始端出发，自动地沿着黑线行驶。
（2）在此基础上适当地进行功能扩展，扩展目标初步定为：增加红外遥控功能。
进一步学习单片机原理及其应用，了解红外探测器的工作原理。
1.2 课题意义
电动智能小车的研究、开发和应用涉及传感技术、电气控制工程、智能控制等学科。智能控制技术是一门跨学科的综合性技术，当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。本课题所设计的智能电动小车能沿着黑线自动行驶，既具有操作机(机械本体)、控制器、直流电机驱动器和检测传感装置，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成灵活运动的自动化电子生产设备。
随着工业电子自动化的不断发展,工业机器人被广泛应用于工业生产的各个部门,如采掘、喷涂、焊接、医疗等各大领域。由于工业机器人的出现,它不断替代了人们的繁重劳动,大大提高了劳动生产率,减轻了人们的劳动强度,此外,它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作,日益体现出它的优越性。
电动智能控制小车模拟机器人的运作，可以通过自己的动手排除故障，更加可以给学生一个实践操作的空间，加强学生的动手能力和思维能力。在制作的产品中，发现一些比较符合实际应用的电动小车玩具，而且成本低廉，能够运用于实际生产并且有一定的新颖度，在社会有一定的需求。在制作中提高自身对社会需求方向的灵敏度，发现商机，为自己以后实现创业这个宏伟的目标中打下一个坚实的基础。
1.3 设计要求
（1）自动循迹小车从安全区域启动。
（2）小车按指定路线运行，自动区分直线轨道和弯道轨道，在指定弯路处拐弯，实现灵活前进、转弯等功能。
（3）小车完成指定运行任务。
（4）小车完成扩展部分功能：红外遥控。
2 课题设计
2.1设计原理
（一）、
这里的循迹是指小车在黑色地板上循白线行走，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。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过3cm。
（二）、模块方案比较及论证
根据设计要求，本系统主要由控制器模块、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。
方案1：购买玩具电动车。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路。但是一般的说来，玩具电动车具有如下缺点：首先，这种玩具电动车由于装配紧凑，使得各种所需传感器的安装十分不方便。其次，这种电动车一般都是前轮转向后轮驱动，不能适应该题目的方格地图，不能方便迅速的实现原地保持坐标转90度甚至180度的弯角。再次，玩具电动车的电机多为玩具直流电机，力矩小，空载转速快，负载性能差，不易调速。而且这种电动车一般都价格不菲。因此我们放弃了此方案。
方案2：自己制作电动车。经过反复考虑论证，我们制定了左右两轮分别驱
动，、前万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直
流电机进行驱动，车体前部装一个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时
转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的
90度和180度的转弯。在安装时我们保证两个驱动电机同轴。当小车前进时，左右两驱动轮与前万向轮形成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现前轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移，前万向轮起支撑作用。综上考虑，我们选择了方案2。
2.2设计内容
（一）、小车总体结构图
本系统为智能电动车，对于电动车来说，其驱动轮的驱动电机的选择就显得十分重要。由于本实验要实现对路径的准确定位和精确测量，我们综合考虑了一下两种方案。
方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，到是由于我们考虑到简单性，所以放弃了使用步进电机。
方案2：采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生较大扭力。能够较好的满足系统的要求，因此我们选择了此方案。
电机驱动模块
方案1：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具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。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。
方案2：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1。
