1. 研究目的与意义

当今机器人技术的发展日新月异，其应用于考古、探测、国防等众多领域。无人飞船、外星探测、智能化生产等无不得益于机器人技术的发展。一些发达国家已经把机器人设计制作竞赛作为创新教育的战略手段。从某种意义上来说，机器人技术反映的是一个国家综合技术实力的高低，而智能小车是机器人的雏形，它的控制系统的研究与制作将有助于推动智能机器人控制系统的发展。全国电子竞赛与各省电子竞赛几乎每次都有智能小车方面的题目，全国各大高校也都重视该项目的研究，可见智能小车具有较大的研究意义。

通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹。灵活应用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。在此过程中，加深对控制理论的理解和认识。

2. 课题关键问题和重难点

课题关键点

（1） 自动沿预设轨迹行驶，即在行驶过程中能够自动检测黑线并沿黑线行走，实现直走和转弯的功能，若有偏离，能够自动纠正并返回到黑线轨迹上来。

（2） 当小车探测到行进前方有障碍物时，可自动躲避障碍物，从无障碍物区通过。

3. 国内外研究现状（文献综述）

随着人类社会的不断进步，科技的发展让很多从事危险行业的人逃离了危险的边缘。主要工种有消防救援、地形勘测、后勤运输等，大大减少了工人数量。工作难度有效提高了现场工作效率，成功保护了人们的生活和工作安全，使人们远离危险，降低了遭遇危险的可能性。对于无人车来说，通常采用的原理是电机驱动，利用各种传感器辅助完成事后设定的任务。让我们仔细看看跑车的基本内容，其核心控制器是51单片机，这种芯片可以接收和发送信息，并有效地处理信息。为了收集外部信息，这里使用了超声波测距模块。与激光测距模块同时工作，可以更有效、更准确地收集附近的信息。本设计仅为避障小车的探索性设计，有不足之处请指出。^[1］

国外研究现状

4. 研究方案

设计方案

驱动模块

方案一：采用数控电位器 X9313 集合 NE555 多谐振荡器输出 PWM 信号。通过单片机控制数控电位器来调整NE555 多谐振荡器的输出方波的占空比，达到对电机速度的控制。这个方案的优点是控制比较方便、软件资源消耗少。

方案二：L298N 内部包含 4 通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含两个 H 桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准 TTL 逻辑点评信号，可驱动 46V、2A 以下的电机。

路面探测模块

方案一：使用发光二极管和光敏二极管。此方案缺点在于环境的其他光源对光敏二极管的工作产生很大的干扰，一旦外界光强改变，很可能造成误判和漏判，计时采用超高亮发光管可以降低一定的干扰，但这又增加额外的功耗。

方案二：采用红外传感器。此方案可以降低可见光的干扰，灵敏度高，同时其尺寸小。质量轻。价格也低廉。外围电路简单，安装起来方便，电源要求不高，用它作为近距离传感器是最理想的。

方案三：利用激光。此方案虽然抗干扰性强、可靠性高，但其缺点在于体积大、功耗大、价格高。一般用在要求非常高的场合，本系统采用方案二已经能够胜任，无须采用此方案。

避障模块

方案一：用超声波传感器进行避障。超声波传感器的原理是：超声波由传感器发出后，遇到障碍物便反射回来，再被超声波传感器接收。然后将这个信号放大后送入单片机。超声波传感器在避障的设计中被广泛应用。

方案二：用红外光电开关进行避障。光电开关的工作原理是根据投光器发出的光束， 被物体阻断或部分反射，受光器最终据此做出判断反应，是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均能检测。

平衡模块

用陀螺仪进行两轮小车的平衡。原理是陀螺仪器不仅可以作为指示仪表，而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件，即可作为信号传感器。根据需要，陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行，而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中，则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。

研制方案：

本课题采用STM32F103C8T6作为主控芯片，采用RPR循迹模块用于反射性光电探测器，HC-SR04超声波模块将检测到搭的信息输入到STM32F103C8T6微控制器中进行AD转化得到电压值进行智能判断。将小车红外传感器循迹模块和超声波结合起来，通过软件编程，可使智能小车实现以下功能：当超声波检测到障碍物时，小车停止行进；当超声波没有检测到障碍物时，小车按照红外传感器循迹模块检测到的轨迹行进。

研究方案：

智能小车采用STM32F103C8T6单片机集中控制和分散模块化设计。智能小车硬件有STM32F103C8T6单片机、红外传感器循迹模块、轨迹检测模块。智能小车的机械结构设计：为了保证小车能够进行循迹，同时避免外界的光对他产生的干扰，将道路检测电路板放在小车地盘，红外传感器循迹模块放在小车左前端，超声波避障模块放在右前端，单片机控制板放在小车正上方，从而保持小车的平衡性，直流电机、电源模块放在车中间，尽量在一条竖线上使小车电源方便控制，以及小车转弯时惯量减小，增强其稳定性。

5. 工作计划

在下学期开始的1—4周中，对硬件进行学习，查阅相关资料，研究硬件电路的应用以及对各个模块进行系统的认识。在之后的5-6周中研究了解stm32以及相关代码的学习。在7—8周进行代码仿真、测试、在开发板上实现相应功能，同时毕业设计论文撰写提纲交给老师审阅。在9-12周完成整体系统的测试和毕业论文初稿，并在后续进行修改提交最终的论文检测报告和毕业设计资料。在13-14周筹备毕业答辩的课题，并提交全部文档和成果材料。