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2011年全国电子设计大赛小车设计论文.doc

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电子设计竞赛

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中国电子设计竞赛，大学生，获奖论文，资料分享，历届，方案参考

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2011 年全国大学生电子设计竞赛

设计报告

智能小车（本科 C 题）

广西赛区【94 组】

摘要

本系统是以AT89S52单片机为控制核心的智能小车的设计，采用L298构成电

机驱动电路，，利用红外对管检测黑线，同时还用超声波传感器实现两车距离的

测量，完成超车功能，其中速度由单片机输出的PWM波控制。AT80S52单片机是一

款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。由于超声波指

向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的

测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往

比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量度方面能达到工业

实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。

一、系统设计

1.1设计要求

甲车车头紧靠起点标志线,乙车车尾紧靠边界,甲、乙两辆小车同时起动，先

后通过起点标志线，在行车道同向而行，实现两车交替超车领跑功能。跑道如图

1所示。

- 2 -

1.1.1 基本要求

（1）甲车和乙车分别从起点标志线开始，在行车道各正常行驶一圈。

（2）甲、乙两车按图1 所示位置同时起动，乙车通过超车标志线后在超车区内

实现超车功能，并先于甲车到达终点标志线，即第一圈实现乙车超过甲车。

（3）甲、乙两车在完成(2)时的行驶时间要尽可能的短。

1.1.2 发挥部分

（1）在完成基本要求(2)后,甲、乙两车继续行驶第二圈，要求甲车通过超车标

志线后要实现超车功能，并先于乙车到达终点标志线，即第二圈完成甲车超过乙

车，实现了交替领跑。甲、乙两车在第二圈行驶的时间要尽可能的短。

（2）甲、乙两车继续行驶第三圈和第四圈，并交替领跑；两车行驶的时要尽可

能的短。

（3）在完成上述功能后，重新设定甲车起始位置（在离起点标志线前进方向

40cm 范围内任意设定），实现甲、乙两车四圈交替领跑功能，行驶时间要尽可

能的短。

1.2 总体方案设计

1.2.1 总体方案设计与比较

方案一：采用各种类数字电路来组成小车的控制系统，对外围黑线检测信号，

超声波测距，电机驱动，电源模块进行处理。本方案电路复杂，灵活性不高，效

- 3 -

率低，不利于小车智能化的扩展，对各路信号处理比较困难。

方案二：采用AT89S51单片机作为整机的控制单元，红外线探头采用市面通用

的发射管怀及接收头，经过单片机调制后发射，并用于检测边界线与标志线，控

制小车前进及拐弯。利用超声波检测与前面车辆的距离，从而实现超车。此方案

灵活，采用软件方法解决复杂的硬件电路部分，使系统更加简洁化，各类功能易

于实现，能很好地满足题目的要求。

比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，能达到题目

的设计要求，因此采用方案二来实现。

1.2.2 系统组成

本系统主要由单片机系统、红外发射与接收电路、超声波发射电路和超声波

检测接收电路、电源电路分别组成。

系统总框架图如图所示：

二、理论分析与计算

2.1 信号检测与控制

超声波测距适用于高精度的中长距离测量。本超声波测距采用AT89S52单片

机,晶振:12M,单片机用P3.4 口输出超声波换能器74ALS04转化为所需的40K 方波

AT89S52

单片机

电机驱动电路

红外线发射电

路

红外线接收电

路

超声波发射电路

超声波接收电路

电源电路

- 4 -

信号,利用外部中断0 口监测超声波接收电路输出的返回信号。通过超声波测距

来检测两车的距离，从而判断小车超车的情况。

2.2 两车之间的通信方法

进入超车区后，通过让乙车判断两车的距离，实现超车，并让甲车停止行驶。

然后甲车检测乙车是否完成超车，若完成任务继续行驶。

三、电路与程序设计

3.1 主要单元电路设计

3.1.1信号产生及单片机系统设计

信号产生设计：单片机通过P3.4引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单

片机不停的检测INT1引脚，当INT1引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声

波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到

传感器与障碍物之间的距离，单片机立即发出令绕过障碍物，实现超车。

单片机系统设计：单片机采用AT89S52。采用12MHz 高精度的晶振，以获得较

稳定的时钟频率，减小测量误差。单片机用P3.4端口输出超声波并经74ALS04转

化为所需的40KHz方波信号，利用外中断1 口检测超声波接受电路输出的返回信

号。并由单片机指挥避障，实现超车。

单片机系统及电路图如下图所示：

3.1.2 各模块电路

超声波发射原理及电路图：超声波的发送是有单片机控制，单片机用P3.4

端口输出40KHz超声波并经74ALS04转化为所需的方波信号发送出去。发射电路图

- 5 -

如图6所示。

图6 超声波发射电路

超声波接收电路:采用AT89S52 来实现对CX20106A 红外接收芯片和TCT40-10

系列超声波转换模块的控制。使用CX20106A 集成电路对接收探头接收到的信号

进行放大、滤波。其总放大增益80db。当CX20106A 红外接收芯片接收到发出后

返回的信号时，就立即向外部中断1发出信号，提示以有一个信号返回，单片机

内部马上进行计算此时所在距离，然后进行绕开障碍物，实现超车。接收电路如

图7所示：

图7 超声波接收电路

红外线发射与接收电路：红外收发对管是一种利用红外线的开关管，接受管

在接受和不接受红外线时电阻了发生明显变化，利用外围电路可以使输出产生明

显的高低电平的变化，高低电平的变化输入单位片机就可使之识别，从而实现智

能控制。电路图如下：

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