1方案设计与论证 ....................................................................... 1

1.1 主控系统 .............................................................................................................................................. 1 1.2 电机驱动模块 ...................................................................................................................................... 1 1.3 循迹模块 .............................................................................................................................................. 2 1.4 机械系统 .............................................................................................................................................. 3 2 主要器件介绍 ......................................................................... 3 2.1 STC89C52的介绍 .................................................................... 3

2.2 L298N的介绍 ....................................................................................................................................... 6

2.2.1 L298的引脚功能 ..................................................................................................................... 6 2.2.2 L298的运行参数 ..................................................................................................................... 7 2.2.3 L298的逻辑控制 ..................................................................................................................... 8 2.3 TCRT5000的介绍 ................................................................................................................................. 8 2.4 LM324的介绍 ....................................................................................................................................... 9 3 硬件设计 ............................................................................ 10

3.1总体设计 ............................................................................................................................................. 10 3.2TCRT5000黑色轨迹识别电路 ............................................................................................................. 11 3.3LM324电压比较电路 ........................................................................................................................... 12 3.4 STC89C52单片机控制电路 ............................................................................................................... 12

3.4.1 时钟电路 ................................................................................................................................ 13 3.4.2 复位电路 ................................................................................................................................ 13 3.4.3 EA/VPP（31 脚）的功能和接法........................................................................................... 14 3.4.4 P0 口外接上拉电阻 .............................................................................................................. 14 3.5 L298N马达驱动电路 ......................................................................................................................... 15 4程序设计 ............................................................................ 16 参考文献 .............................................................................. 20

摘 要

本设计是一种基于单片机控制的简易自动寻迹小车系统.设计旨在设计出一款可以自主按照人们预设的轨迹行走（或者完全自主行走）并完成指定任务的小车.从设计的功能要求出发，设计包括小车机械构成设计和控制系统的软硬件设计.为了适应复杂的地形我采用稳定性比较高的三轮构架式，用后轮驱动万向轮换向的控制模式.控制系统以STC89C52为控制核心, 用单片机产生PWM波，控制小车速度.利用红外光电传感器对路面黑色轨迹进行检测,并确定小车当前的位置状态，再将路面检测信号反馈给单片机.单片机对采集到的信号予以分析判断,及时控制驱动电机以调整小车转向,从而使小车能够沿着黑色轨迹自动行驶,实现小车自动寻迹的目的.

关键词 ： 循迹小车，单片机，红外传感器

电子系统设计

1方案设计与论证

根据要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装光电检测器，实现对电动车的位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制.这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求.

1.1 主控系统

根据设计要求，我认为此设计属于多输入量的复杂程序控制问题.据此，拟定了以下两种方案并进行了综合的比较论证，具体如下： 方案一：

选用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能.CPLD具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用VHDL语言进行编写开发.但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势.同时，CPLD的处理速度非常快，而小车的行进速度不可能太高，那么对系统处理信息的要求也就不会太高，在这一点上，MCU就已经可以胜任了.若采用该方案，必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题.为此，我们不采用该种方案，进而提出了第二种设想. 方案二：

采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标.充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷.这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点.因此，这种方案是一种较为理想的方案.

针对本设计特点——多开关量输入的复杂程序控制系统，需要擅长处理多开关量的标准单片机，而不能用精简I/O口和程序存储器的小体积单片机，D/A、A/D功能也不必选用.根据这些分析,我选定了STC89C52RA单片机作为本设计的主控装置，51单片机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，程序空间多达8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是51单片机价格非常低廉.

在综合考虑了传感器、两部电机的驱动等诸多因素后，我们决定采用一片单片机，充分利用STC89C52单片机的资源.

1.2 电机驱动模块

方案一：

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电子系统设计

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方向进行调整.此方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢,易损坏,寿命较短,可靠性不高. 方案二：

采用电阻网络或数字电位器调节电动机的分压，从而达到分压的目的.但电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵.更主要的问题在于一般的电动机电阻很小，但电流很大，分压不仅会降低效率，而且实现很困难. 方案三：

采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机.线性型驱动的电路结构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的 H型桥式电路(如图3.1).用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机转速.这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高，H型桥式电路保证了简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的 PWM调速技术.现市面上有很多此种芯片，我选用了L298N.

这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点.因此决定采用使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机.

图1 H桥式电路

1.3 循迹模块

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

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电子系统设计

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：

采用三只红外对管，平均置于小车车头前端，根据三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，只要合理安装好三只光电开关的位置就可以很好的实现循迹的功能.(参考文献[3]) 通过比较，我选取第二种方案来实现循迹.

1.4 机械系统

本题目要求小车的机械系统稳定、灵活、简单，可选用三轮和四轮式，本计采用三轮式. 驱动部分：采用玩具小车原有的驱动电机，由L298N双通道马达驱动模块驱动前后两个马达，其力矩完全可以达到模拟效果.

电池的安装：将电池放置在车体的下面，降低车体重心，提高稳定性，同时可增加驱动轮的抓地力，减小轮子空转所引起的误差.

电源模块：采用6支1.5V电池给电机供电，再用稳压芯片对电池电压进行降压给单片机.采用一套电源可减少小车的负重.电压转换电路如图2所示.整体组装效果如图3所示.

图2 5V稳压电路

2 主要器件介绍

2.1 STC89C52的介绍

该单片机是宏晶公司生产的STC89C52，其片内带有8K字节闪速可编程、可擦除寿命1000次程序存储器.该产品与工业标准8051中单片机完全兼容，并且还可支持两种软件可

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