单片机的红外循迹小车设计
目 录
一、 引言 1
（一） 智能循迹小车的发展背景 1
（二） 智能循迹小车的国内外发展现状 1
（三） 本文主要内容及预期成果 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控核心的选择与对比 3
（二） AT89C51单片机概述 3
（三） 红外对管模块介绍 5
（四） 直流电机概述 5
（五） LCD1602型显示器介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 红外循迹小车控制系统方案设计 9
（二） 单片机最小系统电路设计 10
（三） 红外对管模块电路设计 11
（四） 直流电机及其驱动电路设计 12
（五） LCD1602显示器电路设计 13
四、 软件系统设计 14
（一） 软件系统流程图设计 14
（二） 红外对管模块工作流程图设计 15
（三） 直流电机速度控制流程 15
（四） LCD1602显示器工作流程设计 16
总结 18
致谢 19
参考文献 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 元件列表 23
附录四 程序 24
引言
智能循迹小车的发展背景
所谓智能循迹小车就是值能够通过自身具备的导引功能而按照路线自动前进的智能小车，智能循迹小车的出现是自动化技术和智能技术的一个典型反映，它是在自动化技术成熟之后依托于高性能的微处理器而实现的，目前智能循迹小车大多数通过电磁或者光学现象而完成自动导引，由于智能循迹小车能够自动根据路线行驶，无需配置专门的驾驶员?，因此在一些高温或者有毒的恶劣环境中具有广泛的应用，它能够载着货物按照预定路线到达目的地。目前智能循迹小车主要表现为以下四个典型特点，一是高度的自动化，当车间的某一位置需要货物时，控制人员只需要通过计算机对智能循迹小车发出相关指令，小车会自动行驶到特定位置取货物，然后按照预定路线行驶到预定位置；二是智能循迹小车能够自动完成充电动作，其控制系统
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智能循迹小车能够自动根据路线行驶，无需配置专门的驾驶员?，因此在一些高温或者有毒的恶劣环境中具有广泛的应用，它能够载着货物按照预定路线到达目的地。目前智能循迹小车主要表现为以下四个典型特点，一是高度的自动化，当车间的某一位置需要货物时，控制人员只需要通过计算机对智能循迹小车发出相关指令，小车会自动行驶到特定位置取货物，然后按照预定路线行驶到预定位置；二是智能循迹小车能够自动完成充电动作，其控制系统内部配置了一个专门的电量检测电路，实现对其电源电池的剩余电量测量，当电量低于设定阀值时，智能循迹自动行驶到充电位置进行充电；三是欣赏价值高，其简约的外表下能够完成一系列智能导引动作，使得它具有很大的魅力；四是它的体积往往很小，能够自由灵活的穿梭于车间过道中，提高车间的生产效率。由此高性能的智能循迹小车无论实在车间还是其他作业部门，都能以其独特的功能为提高生产效率贡献出巨大的力量，因此本文以基于单片机的智能循迹小车为课题，选用高性能低成本的单片机作为微处理器，红外对管作为路线识别模块，锂电池组作为智能循迹小车的供电电源，并通过内阻检测法检测锂电池组的剩余电量，以此设计了一个高性能的AHGV智能小车。通常情况下以红外对管模块识别路线的智能小车称为红外循迹小车，红外对管主要是一个红外线发射管和一个红外线接收管，当给红外发射管上电后，内部的发光部件向外发出人眼看不见的红外光线，当红外光线遇到障碍物后会被反射，这样红外接收管就能够将反射回来的红外线接收住，并以输出直流电压的形式反应接收到的红外线强度，红外线强度越大，则输出的直流电压越大，需要着重说明的是，不同颜色对红外线的吸收程度不同，黑色吸收的最为厉害，因此红外循迹小车的导引路线都是黑色的，当红外对管发射的红外线射到导引路线或者非路线（颜色浅）时，红外接收管接收到的红外线强度不同，即只有沿黑色的导引路线行驶时，红外对管输出的直流电压值才最小，因此红外循迹智能循迹小车就是以这种原理自动导引的。由于红外对管的成本极低，因此往往基于红外循迹的智能循迹小车不但总体成本低，而且能表现出优异的性能。
智能循迹小车的国内外发展现状
目前国内外对于智能循迹小车的研究，最为成熟的是电磁以及光学引导，在控制人员的电脑控制下，智能循迹能够在车间自动完成路线导引，并自动完成取货和送货的动作，全程无需专门的驾驶员，另外智能循迹往往是电动的，当其剩余电量低于阀值时，智能循迹能够自动行驶至充电处完成充电动作。目前国内外面临的技术难题是，如何在保证正常工作的情况下提高智能循迹的速度，另外现在锂电池技术日益发展，单位畜电量能力大大增加，因此技术人员要将过去的锂电池淘汰掉，更换新电池。
本文主要内容及预期成果
本文以“基于单片机的红外循迹小车”为课题，选用了美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机作为主控芯片，片外配合复位电路、时钟电路、红外对管检测模块、比较器模块、直流电机、液晶屏以及按键等器件，设计一款能够自动沿着黑色轨迹路线行驶的智能小车，并实现以下功能：
小车沿着黑色轨迹自动前进；
具有显示功能，对小车的运行状态进行显示；
方案选择及元器件介绍
主控核心的选择与对比
方案一：选择学生群体使用最多的C51单片机作为本系统的主控核心，由于在大学期间对于C51单片机具有较为系统的学习，其内功的结构原理、模块组成以及程序编写，以及掌握了一套较为熟悉的流程，因此能够为本设计的顺利完成奠定夯实的基础。另外C51单片机内部已经集成了一个容量为4K的加密型FLASH和一个大小为128字节的RAM，足以够本系统的使用，再者C51单片机内部的两个8位定时器在经过简单的寄存器配置后，能够灵活的在本系统中提供精准的定时，为一些需要精准时基的地方提供帮助。根据C51单片机的资料显示，其P3.2和P3.3两个管脚带有中断功能，如果按键接在这两个管脚上，经过中断服务程序，能够方便的配置程序代码的运行。虽然目前市面上C51单片机的生产厂家众多，目前使用最多的是美国ATMEL公司生产的AT89C51和中国宏晶公司生产的STC89C51单片机，这两款单片机目前已经占据了C51单片机市场的主要份额，虽然生产厂家不同，然而这些C51单片机都可以相互替代，在使用上几乎没有任何区别，这也是使用C51单片机作为系统核心的另一个优点。
方案二：选择美国德州仪器（TI）公司研发的MSP430系列单片机作为主控核心，这种单片机进入市场的最大优势是其低功耗性能，该公司曾用一个新鲜柠檬的汁液进行处理来给430单片机供电，以此来展示其低功耗的优势。430单片机采用了RISC精简指令系统，另外430是一种16位单片机，该系列单片机的高端型号的主频能够达到40M，处理速度相对于经典的8位单片机来说非常快。430单片机中大多数芯片具有JTAG口，这使得用户能够通过专用的仿真器来设置断点来分析程序的运行现象，方便查看相关的寄存器值，给程序调试带来了极大的方便，为项目的成功
一、 引言 1
（一） 智能循迹小车的发展背景 1
（二） 智能循迹小车的国内外发展现状 1
（三） 本文主要内容及预期成果 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控核心的选择与对比 3
（二） AT89C51单片机概述 3
（三） 红外对管模块介绍 5
（四） 直流电机概述 5
（五） LCD1602型显示器介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 红外循迹小车控制系统方案设计 9
（二） 单片机最小系统电路设计 10
（三） 红外对管模块电路设计 11
（四） 直流电机及其驱动电路设计 12
（五） LCD1602显示器电路设计 13
四、 软件系统设计 14
（一） 软件系统流程图设计 14
（二） 红外对管模块工作流程图设计 15
（三） 直流电机速度控制流程 15
（四） LCD1602显示器工作流程设计 16
总结 18
致谢 19
参考文献 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 元件列表 23
附录四 程序 24
引言
智能循迹小车的发展背景
所谓智能循迹小车就是值能够通过自身具备的导引功能而按照路线自动前进的智能小车，智能循迹小车的出现是自动化技术和智能技术的一个典型反映，它是在自动化技术成熟之后依托于高性能的微处理器而实现的，目前智能循迹小车大多数通过电磁或者光学现象而完成自动导引，由于智能循迹小车能够自动根据路线行驶，无需配置专门的驾驶员?，因此在一些高温或者有毒的恶劣环境中具有广泛的应用，它能够载着货物按照预定路线到达目的地。目前智能循迹小车主要表现为以下四个典型特点，一是高度的自动化，当车间的某一位置需要货物时，控制人员只需要通过计算机对智能循迹小车发出相关指令，小车会自动行驶到特定位置取货物，然后按照预定路线行驶到预定位置；二是智能循迹小车能够自动完成充电动作，其控制系统
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
智能循迹小车能够自动根据路线行驶，无需配置专门的驾驶员?，因此在一些高温或者有毒的恶劣环境中具有广泛的应用，它能够载着货物按照预定路线到达目的地。目前智能循迹小车主要表现为以下四个典型特点，一是高度的自动化，当车间的某一位置需要货物时，控制人员只需要通过计算机对智能循迹小车发出相关指令，小车会自动行驶到特定位置取货物，然后按照预定路线行驶到预定位置；二是智能循迹小车能够自动完成充电动作，其控制系统内部配置了一个专门的电量检测电路，实现对其电源电池的剩余电量测量，当电量低于设定阀值时，智能循迹自动行驶到充电位置进行充电；三是欣赏价值高，其简约的外表下能够完成一系列智能导引动作，使得它具有很大的魅力；四是它的体积往往很小，能够自由灵活的穿梭于车间过道中，提高车间的生产效率。由此高性能的智能循迹小车无论实在车间还是其他作业部门，都能以其独特的功能为提高生产效率贡献出巨大的力量，因此本文以基于单片机的智能循迹小车为课题，选用高性能低成本的单片机作为微处理器，红外对管作为路线识别模块，锂电池组作为智能循迹小车的供电电源，并通过内阻检测法检测锂电池组的剩余电量，以此设计了一个高性能的AHGV智能小车。通常情况下以红外对管模块识别路线的智能小车称为红外循迹小车，红外对管主要是一个红外线发射管和一个红外线接收管，当给红外发射管上电后，内部的发光部件向外发出人眼看不见的红外光线，当红外光线遇到障碍物后会被反射，这样红外接收管就能够将反射回来的红外线接收住，并以输出直流电压的形式反应接收到的红外线强度，红外线强度越大，则输出的直流电压越大，需要着重说明的是，不同颜色对红外线的吸收程度不同，黑色吸收的最为厉害，因此红外循迹小车的导引路线都是黑色的，当红外对管发射的红外线射到导引路线或者非路线（颜色浅）时，红外接收管接收到的红外线强度不同，即只有沿黑色的导引路线行驶时，红外对管输出的直流电压值才最小，因此红外循迹智能循迹小车就是以这种原理自动导引的。由于红外对管的成本极低，因此往往基于红外循迹的智能循迹小车不但总体成本低，而且能表现出优异的性能。
智能循迹小车的国内外发展现状
目前国内外对于智能循迹小车的研究，最为成熟的是电磁以及光学引导，在控制人员的电脑控制下，智能循迹能够在车间自动完成路线导引，并自动完成取货和送货的动作，全程无需专门的驾驶员，另外智能循迹往往是电动的，当其剩余电量低于阀值时，智能循迹能够自动行驶至充电处完成充电动作。目前国内外面临的技术难题是，如何在保证正常工作的情况下提高智能循迹的速度，另外现在锂电池技术日益发展，单位畜电量能力大大增加，因此技术人员要将过去的锂电池淘汰掉，更换新电池。
本文主要内容及预期成果
本文以“基于单片机的红外循迹小车”为课题，选用了美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机作为主控芯片，片外配合复位电路、时钟电路、红外对管检测模块、比较器模块、直流电机、液晶屏以及按键等器件，设计一款能够自动沿着黑色轨迹路线行驶的智能小车，并实现以下功能：
小车沿着黑色轨迹自动前进；
具有显示功能，对小车的运行状态进行显示；
方案选择及元器件介绍
主控核心的选择与对比
方案一：选择学生群体使用最多的C51单片机作为本系统的主控核心，由于在大学期间对于C51单片机具有较为系统的学习，其内功的结构原理、模块组成以及程序编写，以及掌握了一套较为熟悉的流程，因此能够为本设计的顺利完成奠定夯实的基础。另外C51单片机内部已经集成了一个容量为4K的加密型FLASH和一个大小为128字节的RAM，足以够本系统的使用，再者C51单片机内部的两个8位定时器在经过简单的寄存器配置后，能够灵活的在本系统中提供精准的定时，为一些需要精准时基的地方提供帮助。根据C51单片机的资料显示，其P3.2和P3.3两个管脚带有中断功能，如果按键接在这两个管脚上，经过中断服务程序，能够方便的配置程序代码的运行。虽然目前市面上C51单片机的生产厂家众多，目前使用最多的是美国ATMEL公司生产的AT89C51和中国宏晶公司生产的STC89C51单片机，这两款单片机目前已经占据了C51单片机市场的主要份额，虽然生产厂家不同，然而这些C51单片机都可以相互替代，在使用上几乎没有任何区别，这也是使用C51单片机作为系统核心的另一个优点。
方案二：选择美国德州仪器（TI）公司研发的MSP430系列单片机作为主控核心，这种单片机进入市场的最大优势是其低功耗性能，该公司曾用一个新鲜柠檬的汁液进行处理来给430单片机供电，以此来展示其低功耗的优势。430单片机采用了RISC精简指令系统，另外430是一种16位单片机，该系列单片机的高端型号的主频能够达到40M，处理速度相对于经典的8位单片机来说非常快。430单片机中大多数芯片具有JTAG口，这使得用户能够通过专用的仿真器来设置断点来分析程序的运行现象，方便查看相关的寄存器值，给程序调试带来了极大的方便，为项目的成功
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