电气专业=遥控机器人设计毕业论文-范本.doc

武汉东湖学院
本科生毕业论文（设计）

论 文 题 目： 遥控机器人设计
姓 名： 柏冠群
院 系： 工学院
专 业：电气工程及其自动化
班 级： （一）班
指 导 教 师： 蔡丽

摘 要
智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。本设计主要体现多功能小车的智能模式，设计中的理论方案、分析方法及特色与创新点等可以为自动运输机器人、采矿勘探机器人、家用自动清洁机器人等自动半自动机器人的设计与普及有一定的参考意义。同时小车可以作为玩具的发展对象，为中国玩具市场技术含量的缺乏进行一定的弥补，实现经济收益，形成商业价值。
整个小车平台主要以51单片机为控制核心，通过无线遥控实现前进后退和转向行驶；通过红外线传感器,实现小车的自适应巡航、避障等功能。
设计采用对比选择，模块独立，综合处理的研究方法。通过翻阅大量的相关文献资料，分析整理出有关信息，在此基础上列出不同的解决方案，结合实际情况对比方案优劣选出最优方案进行设计。
从电机车体，最小系统到无线遥控，红外线对管的自动寻迹再到红外线自动避障和语音控制，完成各模块设计。通过调试检测各模块，得到正确的信号输出，实现其应有的功能。最后将各个调试成功的模块结合到小车的车体上，结合程序，通过单片机的控制，将各模块有效整合在一起，达到所预期的目标，完成最终设计与制作，能使小车在一定的环境中智能化运转。

Abstract
As a new product of modern society, intelligence is the trend in future development. It can work in some specific environment according to the mode which sets in advance. Dispensing with behavior adjustment management,but it can achieve the expected， even higher goal. The design mainly reflected a smart-car model,The theoretical scheme, analysis method, uniqueness and innovation etc. that pointed in this paper, I think they are will be certain reference value in design and popularity of automatic or semi-automatic robot such as automatic transportation robot, prospecting robot, cleaning household robot etc.. This car can be used as a model of development of toy, to make up the deficiency of technical content in the chinese toy market,to realize economic profit and to form commercial value.
The design takes micro-controller 51 as control center, use wireless control to make car go forward, go backward or turn around; use infrared sensor to achieve the function of adaptive cruise and avoiding barriers.
Using methods of contrast selection, module independence, integrated treatment; consulting a large number of related literature and data; and listing differnet solution; according to practical situation and choose the best scheme to design.
The motor car body, the minimum system and wireless control, the auto-guiding of infrared diode or auto-avioding barriers and voice-control, step by step, the design is forming gradually. And then, debugging and checking every single module, getting the correct signal output. Finally, combining program, conforming every module efficiently to make it work.

Key Words: intelligence, infrared sensor, auto-guiding, voice- control, combined processing

目 录
1 引言 1
2 总体设计 2
2.1 各模块分析选择 2
2.1.1 主控单元方案 2
2.1.2 避障单元方案 3
2.1.3 寻迹单元方案 3
2.1.4 遥控单元方案 3
2.1.5 语音控制单元方案 4
2.2 总体设计框图 4
3 硬件设计 6
3.1 单片机控制模块 6
3.2 无线遥控模块 8
3.3 红外对管寻迹模块 11
3.4 红外避障模块 14
3.5 电机驱动模块 15
3.6 语音控制模块 16
4 软件设计 18
4.1 模糊控制算法 18
4.1.1 模糊理论的发展 18
4.1.2 模糊控制算法原理 18
4.1.3 智能小车中的模糊控制算法 19
4.2 软件设计框图 19
4.3 软件程序设计部分源程序 20
5 制作和调试 24
5.1 使用的仪器仪表及软件 24
5.2 系统制作 24
5.3系统调试 24
5.3.1硬件调试 25
5.3.2 软件调试 27
5.3.3 联合调试 27
6 结论与展望 28
致 谢 29
参考文献 30
附录 毕业设计作品说明书 33

1 引言
智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。
中国自1978年把“智能模拟”作为国家科学技术发展规划的主要研究课题，开始着力研究智能化。从概念的引进到实验室研究的实现，再到现在高端领域（航天航空、军事、勘探等）的应用，这一过程为智能化的全面发展奠定基石。智能化全面的发展是实现其对资源的合理充分利用，以尽可能少的投入得到最大的收益，大大提高工业生产的效率，实现现有工业生产水平从自动化向智能化升级，实现当今智能化发展由高端向大众普及。从先前的模拟电路设计，到数字电路设计，再到现在的集成芯片的应用，各种能实现同样功能的元件越来越小为智能化产物的生成奠定了良好的物质基础。
本设计以智能化全面发展的普及与应用为目的，整体开发过程简单易懂，所选择的平台与各电子元件恰当合理，无需花费过多的人力财力便可达到预期所要求各功能的实现，也符合课题研究的意义。设计的理论方案、分析方法及特色与创新点等可以为国内自动运输机器人、采矿勘探机器人、家用自动清洁机器人等自动半自动机器人的设计与普及有一定的参考意义。小车也可以作为玩具的发展对象，为中国玩具市场技术含量的缺乏进行一定的弥补，实现经济收益，形成商业价值。同时作为高校毕业设计研究课题，对学生的思维、动手能力以及总结论述等综合能力得到充分锻炼，有利于以后独立及全面的发展。
设计主要以简易智能机器人为开发平台，选择通用、价廉的51单片机为控制平台，选择常见的电机模型车为机械平台，通过细化设计要求，结合传感器技术、电机控制技术、无线通信技术等相关知识实现小车的各种功能。设计完成以由无线电遥控、红外线对管的自动寻迹、红外线自动避障以及语音控制组成的硬件模块结合软件设计组成多功能智能小车，共同实现小车的前进倒退、转向行驶，自动根据地面黑线寻迹导航，检测障碍物后停止和语音信号的控制等功能，实现智能控制，达到设计目标。

2 总体设计
本课题设计主要是制作一款能进行智能判断并能做出正确反应的小车。小车具有以下几个功能：自动避障功能；寻迹功能（按路面的黑色轨道行驶）；无线遥控功能和语音控制。作品既可以对高端智能化进行剖析，也可以作为高级智能玩具发展对象，同时可成为大学生学习嵌入式控制系统的应用实例。
作品以两直流电动机为主驱动，通过各类传感器件来采集各类信息，送入主控单元51单片机，处理数据后完成相应动作，以达到自身控制。电机驱动电路采用高电压，高电流，四通道驱动集成芯片；避障采用红外线收发来完成，自动寻迹采用红外线接收二极管完成；无线遥控则是由接收模块和发送模块完成以及附加功能的语音模块是以柱极式话筒脉冲波经过处理后完成。最后由控制单元处理数据后通过汇编程序有序合理的将各模块信号整合在一起并完成相应动作，实现了智能控制，相当于简易机器人。
2.1 各模块方案

2.1.1 主控单元方案
采用51单片机来作为整机的控制单元。红外线探头采用市面上通用的发射管与及接收头，经过比较芯片调制处理后由控制系统接收。路线寻找采用红外线管对路面信号采集，送到单片机系统处理，同样包括无线遥控信号和语音控制信号。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。

2.1.2 避障单元方案

采用红外线避障，利用单片机来产生信号对红外线发射管进行调制发射，发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出比较电平。外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现，价格也比较便宜。
红外线避障方法，利用一管发射另一管接收，接收管对外界红外线的接收强弱来判断障碍物的远近，由于红外线受外界可见光的影响较大，因此通过调制信号产生的载波来减少外界的一些干扰。只要障碍物在限定范围内就会产生相对的电平供单片机控制，实现避障功能。
2.1.3 寻迹单元方案

利用集成型红外对管作为寻迹单元的传感器，其中红外线发射管发射红外线，红外线二极管进行接收。采用红外线发射，外面可见光对接收信号的影响较小，再用射极输出器对信号进行隔离。
当小车底部的某边红外线收发对管遇到黑带时，可以检测到输入电平为高电平，反之为低电平。结合单片机查询方式，通过程序控制小车哪边轮胎转动来改变方向。这样不断循环检测，方向控制，使小车按黑线行走。
2.1.4 遥控单元方案
无线电遥控也由发射和接收两大部分组成，由于无线电遥控模块在市场上非常普及，加上无线电遥控有传输距离远、抗干扰能力强、无方向性等优点，对于小车的控制是一个不错的选择。
2.1.5 语音控制单元方案
采用柱极式话筒产生不同的频率信号来完成声音提示，经放大整形后产生一个脉冲电平输入给单片机完成声音提示功能。方案给人以提示的可懂性比较差，但在一定程度上能满足要求，而且易于实现，成本也不高。
柱极式话筒接收声波信号，通过三极管放大信号，使信号通过整流的二极管得到一个脉冲信号，并经过取反后供单片机控制，实现语音控制。
2.2 总体设计框图
此系统是以单片机为控制核心，处理执行各个外部传感器检测得到的电平信号，其中外部信号有四部分得到：寻迹模块，避障模块，遥控模块和语音模块。最后把处理结果传递给小车电机，使得到相应效果。如图2-1总体设计框图

单片机核心控制
语音控制
自动寻迹
避障模块
无线遥控
电机转动

3 硬件设计
本系统硬件主要有六大模块组成：单片机控制模块、无线遥控模块、红外对管寻迹模块、红外线避障模块、电机控制模块和语音控制模块。
3.1 单片机控制模块
本模块采用51系列单片机作为核心处理器。单片机控制系统基本由最小系统和外围信号I/O口组成，其中最小系统包括电源，CPU时序电路，复位电路。有了以上三块，单片机就能够正常工作。

3.1.1 时钟电路
单片机的时钟产生有两种方法：内部时钟方式和外部时钟方式。系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。
3.1.2 复位电路
复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个触发器与复位电路相连，触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期中由复位电路采样一次。
复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。所谓上电复位，是指计算机加电瞬间，要在RST引脚出现大于10MS的正脉冲，使单片机进入复位状态。按钮复位是指用户按下“复位”按钮，使单片机进入复位状态。

3.2 无线遥控模块
此模块实现了无线电远距离控制小车的停启、方向行驶的功能，在整个小车系统中起到不可忽视的作用。
3.2.1 无线遥控工作原理
图3-4是无线电遥控设备方框图，由发射机、接收机及执行机构三部分组成。发射机主要包括编码电路和发射电路。编码电路由操纵器(操纵开关或电位器等)控制，操纵者通过操纵器；使编码电路产生所需要的控制指令。这些控制指令是具有某些特征的、相互间易于区分的电信号，例如：用频率为270Hz的正弦信号作为控制左舵的指令，用频率为350Hz的正弦信号作为控制右舵的指令，即不同频率的正弦信号代表不同的控制指令。除了可利用频率特征外，还可用正弦信号的幅度及相位特征、脉冲信号的幅度、宽度及相位特征以及码组特征等表示各种指令。

图3-4 无线电遥控设备方框图
编码电路产生的指令信号都是频率较低的电信号，无法直接传送到遥控目标上去，还要将指令信号送到发射电路，使它载在高频信号(载波)上，才能由发射天线发送出去。我们把指令信号载到载波上去的过程叫调制，调制作用由发射电路的调制器完成。发射电路的主要作用是产生载波，并由调制器将指令信号调制在载波上，经天线将已调载波发送出去。接收机由接收电路及译码电路组成。接收电路又包括高频部分及解调器部分。由接收天线送来的微弱信号经接收机高频部分的选择和放大后，送到解调器。由于“卸”下来的各种指令信号是混杂在一起的、还要送到译码电路译码。译码电路的工作就象把卸下来的货物鉴别分类，再分别送到使用场地一样，它对各种指令信号进行签别，送到相应的执行放大电路。执行放大电路把指令信号放大到具有一定的功率，用以驱动执行机构。执行机构将电能转变为机械动作，例如电机的转动、电磁铁的吸动等，带动被控的调节机构，从而实现对被控目标的控制。

3.3 红外对管寻迹模块
寻迹是指小车在白色地板上循黑线行走，本系统采取的方法是红外探测法，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。由此过程来改变接收管的输出电压，单片机以电压的变化为依据来执行小车电机确定行走路线。

图3-8为红外线寻迹安装图：

图 3-8 红外线寻迹安装图

3.4 红外避障模块
红外避障模块主要实现小车的避障处理，当小车检测到前面有障碍物时，由单片机发出指令实现小车停止功能。其实现原理与红外线对管寻迹模块基本一致，只是为了实现更好的避障效果（主要是距离问题），所以采用了自制红外接发电路。

3.5 电机驱动模块
小车电机为直流减速电机，带有齿轮组，考虑不需调速功能，所以采用电机驱动芯片L293D。L293D是著名的SGS公司的产品。为单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，设计用来接收DTL或者TTL逻辑电平，驱动感性负载(比如继电器，直流和步进马达)，和开关电源晶体管。内部包含4通道逻辑驱动电路。L293D可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，非常方便，用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作，有效控制电机运动，如图3-13 电机驱动原理图。J16和J17控制左边电机，J18和J19控制右边电机。取左边电机为例，当J16输入数字电平“1”， J17输入数字电平“0”时实现正转；当J16输入数字电平“0”， J17输入数字电平“1”时实现反转；当J16输入数字电平“0（1）”， J17输入数字电平“0（1）”时实现停止；最后结合左右电机通过单片机共同实现小车的前后左右四个方向行驶。

图 3-13 电机驱动原理图
3.6 语音控制模块
本模块为小车的附加功能模块，主要采用柱极式话筒接收声波信号，通过三极管放大电路放大信号，使信号经过电容和整流的二极管得到一个电压峰值为一伏的脉冲信号，并经过74HC04取反后供单片机控制，实现语音控制。如图3-14 语音控制模块原理图。

图3-14 语音控制模块原理图
其中图中P15为连接柱极式话筒的接口，P16为电源接口，R23的作用是调节话筒的灵敏度，C7则是用来滤除波形中的直流部分。中间电路为典型的三极管共e极放大电路，其放大倍数可以根据R24和R25来确定。但由于9013管的自身特性，使的其最大的放大电压为1伏，经过电容的整形形成直流电压输入二极管。当话筒没有接受到一定强度的声波时，由于二极管的管压降，使电压不能经过其到非门芯片而让芯片输出电平为数字“1”，但当话筒接收到的声波信号经放大后超过二极管的管压降，非门的输入端上有一个正电压，而使输出端为低电平“0”，实现跳变触发的产生，进而让单片机的中断口进行判断，作出响应，实现语音控制。

4 软件设计
软件设计是实现小车智能运转的关键所在，相当于人类大脑思维活动，通过软件设计可将各个变化信号数据有效的结合处理，产生相应的动作反应。在小车运行的控制过程中，我们采用模糊控制算法实现对小车样本训练。
4.1 模糊控制算法
4.1.1 模糊理论的发展
20世纪60年代，美国加利福尼亚大学著名教授扎德发表了一篇关于模糊集合的论文，由此提出了模糊理论。四十多年来，在模糊理论算法、模糊推理、工业控制应用，以及稳定性理论研究方面，都有不少研究论文发表。
80年代后，自动控制系统随着被控对象的复杂化，它不仅表现在控制系统具有多输入、多输出的强偶合性、参数时变性和严重的非线性等特性，更突出的是从系统对象所能获取的知识信息量相对的减少，以及与此相反的对控制性能的要求却日益高度化。
如今，对模糊控制系统的结构、模糊推理算法，以及模糊控制稳定性等问题的研究成果已进入实用化时期，其成果应用主要集中于工业窑炉方面，如退火炉，电弧冶炼炉，水泥炉及造纸机的控制等。
目前，模糊控制技术有了更大的发展，过去将大型机械设备和生产过程作为控制对象，而现在模糊控制技术已经开始大量应用在家用电器、交通工具等方面。
4.1.2 模糊控制算法原理
模糊控制的关键和核心是模糊控制规则，即用人的自然语言对操作者的手动控制策略加以描述，得到一些不精确的、定性的、判定的规则，这些规则就是模糊控制技术中的模糊控制规则。这些模糊控制规则的来源是根据操作者对被控制对象的动态性的认识、表达和对被控对象的控制经验，从这些抽出输入和输出关系，加以描述，实质上就是被控对象的数学模型。在实际应用中，特别是人工操作控制，并不需要建立被控对象的数学模型。为了模拟人工控制过程，对人工控制操纵的经验和策略进行归纳、总结，建立一系列的模糊控制规则，将这些规则进行一定的处理便产生相应的模糊控制算法，利用计算机来实现这些模糊语句，此时就构成了一个模糊控制器，而其中的模糊控制算法则描述了控制器的行为特征。
对于模糊控制规则的建立方法很多，主要有：以专家知识、经验为依据建立模糊控制规则；以熟练操作者的手动操作策略、经验和测试数据来建立模糊控制规则，根据被控对象的模糊模型建立模糊控制规则以及根据学习算法建立模糊控制规则等。
模糊控制的控制过程，如果由人来实现，都是按照这样的一个顺序进行的：感觉器官的观测（获取信息）-----人脑的思维、判断（存储和处理信息）-----手动的调整（信息的实施）。
4.1.3 智能小车中的模糊控制算法
本设计的模糊控制规则的建立方法是：智能小车通过经验和测试数据来建立模糊控制规则。其主要控制过程为：寻迹与避障的红外发射装置发送信息，由收装置接收，接收装置相当于人的感觉器官获取信息传给单片机，单片机相当于人的大脑，可以存储和处理信息，通过训练样本库，测试出小车寻迹最佳偏转角度，最佳避障距离等，包括其他的遥控信号、语音信号等，从而命令智能小车执行相应的操作，完成智能行驶。
4.2 软件设计框图
本系统中通过遥控启动后，小车一直处于自动寻迹和寻找障碍信号的状态中，当避障信号和遥控信号任一信号给单片机收集到后都转入相应的状态停止和遥控方向行驶。另外中断控制程序语音控制则是实现当外部有一定强度的信号进入控制核心就对整个小车实现状态停止等待功能，其主程序流程如图4-1所示。

开始
初始化各端口
查询按键
向前D按下？
N
Y
寻迹行驶

遥控控制？
方向行驶

避障控制？
避障控制？
停止

结束
Y
Y
Y
N
N
N
中断
保护现场
语音控制
行驶停止
中断返回
恢复现场

图4-1 程序流程图
4.3 软件程序设计部分源程序
本程序以汇编的形式编辑，结合硬件实现小车整个系统功能。小车以自动寻迹为主体，不断测试避障信号，实现随时避障，并通过遥控控制小车的方向行驶。此程序主要以查询方式实现，同时也结合了语音控制的中断方式，主体程序如下：
ORG 0000H
LJMP START
ORG 03H
LJMP INT0 ;跳入中断程序，进行语音控制
START: MOV IE,#81H
SETB IT0 ;开放中断[11]
JB P0.1,hou
JB P0.0,qian ;查询判断按键，当有遥控按键按下出
JB P0.3,zuo ;现高电平就跳转到相应子程序，运行
JB P0.2,you ;小车
JMP START
INT0: SETB P3.5 ;中断语音控制子程序
SETB P3.4
SETB P3.6
SETB P3.7
CALL anjian ;中断停止后可由遥控重新启动
CALL Delay1S
JMP INT0
RETI
qian: CLR P3.4 ;前行子程序
CLR P3.7
LOOP1: SETB P3.5 ;左轮
SETB P3.6 ;右轮
CALL Delay1S
CLR P3.5
CLR P3.6 ;通过延时减慢电机转速
CALL Delay1S
JNB P2.6,Bting ;实现避障功能
CALL anjian ;实现遥控按键控制，并不断执行寻迹
JMP LOOP1
hou: CLR P3.5 ;后退子程序
CLR P3.6
LOOP: SETB P3.4
SETB P3.7
CALL Delay1S
CLR P3.4
CLR P3.7
CALL Delay1S
CALL anjian
JMP LOOP
zuo: CLR P3.4 ;左转子程序
CLR P3.7
LOOP2:
CLR P3.5
SETB P3.6
CALL Delay1S
CLR P3.5
CLR P3.6
CALL Delay1S
JNB P2.6,Bting
CALL anjian
JMP LOOP2
you: CLR P3.4 ;右转子程序
CLR P3.7
LOOP3:
SETB P3.5
CLR P3.6
CALL Delay1S
CLR P3.5
CLR P3.6
CALL Delay1S
JNB P2.6,Bting
CALL anjian
JMP LOOP3
Bting: SETB P3.5 ;停止子程序，电机两端都置高电平实现
SETB P3.4
SETB P3.6
SETB P3.7
CALL Delay1S
CALL anjian
JMP Bting
anjian: JB P0.1,hou ;按键子程序，包括遥控，寻迹
JB P0.0,qian
JB P0.3,zuo
JB P0.2,you
JB P2.4,zuo
JB P2.5,you
RET
Delay1S:MOV R1,#10H ;延时子程序
del0: MOV R2,#10H
del1: MOV R3,#100H
kk : DJNZ R3,kk
DJNZ R2,del1
DJNZ R1,del0
RET
END

5 制作和调试
5.1 使用的仪器仪表及软件
数字万用表
单片机仿真器
烧写器
直流稳压稳流电源
示波器
画图制板软件
编译软件
电烙铁
5.2 系统制作
根据系统设计方案，本系统的制作主要是硬件制作，包括三个部分：面包板上的调试，电路板的制作，各元器件的焊接和模块的连接。面包板上的调试是保证系统功能稳定实现的基础，在各个模块都能产生相应的信号后可以根据电路图制作集成PCB电路板，使系统电路美观而且更能保证稳定性，最后通过焊接元器件，实现有效功能后连接到小车平台上，形成完美整体。
其中制作集成电路板过程最为复杂，在面包板上的调试过程完成后根据已有的电路，将其通过电路画图软件得到原理图并进一步转化生成PCB图。在得到PCB电路图后，通过1：1比例打印到热转印纸，热转印纸转印到已经截好的铜板上，放进三氯化铁溶液中腐蚀得到成型电路板，最后根据板上的焊盘进行钻孔，完成PCB电路板制作。
5.3系统调试
本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试：单片机控制模块的调试、无线遥控模块的调试、红外对管寻迹模块的调试、红外线避障模块的调试以及电机控制模块和语音控制模块的调试，最后将各模块组合后结合软件进行整体测试。
5.3.1硬件调试
对各个模块的功能进行调试，主要调试各模块能否实现指定的功能。
1 电机控制
此模块调试实现的功能是结合软件共同实现，当连接单片机与电机控制芯片的I/0加上一定的电平可以实现电机左右转向，前后转向以及停止等功能，同时通过程序延时降低电机转速。如表5-1为电机测试记录。
表5-1 电机测试记录
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
小车行驶状态
0
1
1
0
小车向前行驶
1
0
0
1
小车向后行驶
0
1
0（1）
0（1）
小车向前右转
0（1）
0（1）
1
0
小车向前左转
1
0
0（1）
0（1）
小车向左后退
0（1）
0（1）
0
1
小车向右后退
0（1）
0（1）
0（1）
0（1）
小车停止行驶
2 无线遥控
此功能实现四个按键控制四路方向，按下“D”，小车向前行驶，“B”对应向后，“C”对应向左，“A”则实现向右行驶功能。经过多次的测试与数据记录，得出相应的结果，如表5-2。
表5-2 遥控测试记录分析
次数
第1次
第2次
第3次
第4次
第5次
第6次
第7次
按键
D
A
C
B
C
D
A
驶向
前
右
左
后
左
停
停
距离
1M
0.9M
1M
0.5M
1.5M
3M
2.5M
次数
第8次
第9次
第10次
第11次
第12次
第13次
第14次
按键
B
D
C
A
B
C
D
驶向
后
前
停
右
后
左
前
距离
0.5M
2M
2M
1M
0.5M
1.5M
0.3M
续表5-2
最佳距
1.5M以内
成功率
11/14=89.6%
3 红外对管寻迹
寻迹对管有两个组成，所以分别调试其两路有效信号。当两对管都放置黑线之外的白色地板上时，单片机对应I/O口收到的电平都为低，输入电压为0.3V左右，当左边的红外线管进入黑线范围，对应电平变高，为4.2V左右，同时指示等红灯亮，说明要控制小车右转；当在右边时同左边情况对应，需控制左转。其中选取八次硬件测试记录如下表5-3：
表5-3 寻迹硬件测试记录
测试次数
第1次
第2次
第3次
第4次
第5次
第6次
第7次
第8次
放置位置
双管黑线上
左管黑线上
右管黑线上
左管黑线上
双管黑线上
双管黑线外
左管黑线上
右管黑线上
放置距离
3CM
2CM
2CM
3CM
5CM
2CM
7CM
4CM
P2.4电压
4.31V
4.12V
0.32V
4.15V
4.21V
0.21V
0.12V
0.21V
P2.5电压
4.18V
0.25V
4.25V
0.30V
4.30V
0.18V
0.21V
4.23V
由上表可以看出小车的寻迹红外线管只要放置在离地面4CM之内一般都可以实现信号的输出，而实际车头离地面的距离也只有2-4CM，可以实现有效控制。
4 红外线避障
此模块的检测与红外线寻迹模块基本一致，相当于一路寻迹信号，在没有障碍物时输入电压为0.9V左右，属于低电平，碰到障碍物电压跳变为4.7V左右，以此来得到单片机控制。避障数据测试记录情况如下表5-4：
表5-4 避障数据测试记录情况
测试次数
第1次
第2次
第3次
第4次
第5次
放置距离
30CM
20CM
25CM
50CM
35CM
P2.7电压
0.89V
4.62V
4.62V
0.87V
0.86V
测试次数
第1次
第2次
第3次
第4次
第5次
放置距离
15CM
25CM
20CM
30CM
40CM
P2.7电压
4.70V
4.66V
4.65V
0.89V
0.87V
由上表可以得到，在调节确定滑变电阻后测试数据可以得到，小车的避障有效范围可以达到30CM左右，同时也可以再通过调节滑变电阻增加和减小有效距离。
5 语音控制
主要是得到一个触发跳变信号，经过此电路的连接，连接与单片机的74HC04的2脚在没有一定声波输入是属于高电平，电压为5V，当接收到一定声波后电压马上变为0.1V，产生了触发跳变，供单片中断口实现功能。但由于硬件的限制，此信号得到需要一个相当强的声音才可实现效果。
5.3.2 软件调试
软件调试采用单片机仿真器WAVE6000及微机，将编好的程序进行调试，主要是检查语法错误并确认硬件完整无误。由于本系统是分模块进行程序设计的，所以调试时先分模块进行调试。如小车红外线寻迹程序，在调试时将它放在一个子程序里单独测试，看其是否能够完成预定的功能，如能，测试通过，否则，修改并反复测试直到通过。
虽然在软件的调试过程中，综合利用了设定断点、单步、跟踪等调试手段，使得调试工作更易进行。但是也出现了一定的问题，如语音程序只能实现第一次调用，电机延时没起到效果等等。通过了多次分离合并，修改测试语句以及单片机外加LED灯观察现象等方法得以解决，达到综合效果。
5.3.3 联合调试
各模块都调试通过之后，将各个模块连接起来与硬件结合进行联合调试。在进行联合调试时，经过反复的实验，不断的来修改参数来完善结果。使程序按照要求设计的要求进行。

6 结论与展望
本设计方案按照任务书的要求，以51单片机为控制核心，结合无线遥控模块、红外对管寻迹模块、红外线避障模块、电机控制模块和语音控制模块实现小车的自动寻迹功能（按路面的黑色轨道行驶），自动避障功能，无线遥控和语音控制功能。基本完成各项指标，实现小车的智能化行驶。
系统是通过软硬结合的方式，得到硬件检测信号后输入单片机各个对应的I/O接口，通过汇编程序控制过程，小车由遥控启动后，自动寻迹，并不断检测遥控、避障和语音信号，只要得到其中任何一种信号都将转入它们对应的功能模块，实现有效控制。
由于时间不足以及客观多方面的困难，整个小车相比任务书中的要求已经简化的比较多，伴随着也出现多个地方的不足：遥控只能达到前进后退左右转向，不能控制停止；电机转速过快使寻迹灵敏度不高；语音控制的麦克风接收的击掌声需非常响才有效果等等。不过，这些一定的不足有利于激发