第一篇：智能wifi小车毕业设计
智能小车设计
新型便携式
井下巡迹探测小车
作者：黄浩 彭江
摘要
80C51 单片机是一款八位单片机，他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。这里介绍的是如何使用8051系列单片机来实现武汉理工大学科技文化节的设计，该设计是以煤井气体探测而确定的设计类课题。该设计采用80C51单片机为控制核心，利用红外传感器检测 路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障，以及自动停车，并可以自动记录时间、里程和速度，自动寻迹和寻光功能。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。实验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及测试结果分析。
采用的技术主要包括：
(1) 通过控制主芯片来控制各模块功能的实现
(2) 红外传感技术(巡迹模块、测速模块、路程检测模块等) (3) 气体检测技术 (4) 新型显示芯片的采用
目 录
第一章 前 言 ........................................................... 1 第二章 方案设计与论证 ..............................................6 一 系统基本方案 .................................................6 二 各模块方案的选择和论证 ...............................6 三 各模块的最终方案----11 四 系统原理图-------------12 第三章 系统的硬、软件设计与实现....................------13 一 寻迹模块-----------------14 二 金属探测模块-----------15 三 障碍物检测--------------17 四 光源检测-----------------18 五 电机驱动------------------18 六 动态显示-----------------19 七 甲烷气体检测------------20 八 系统主程序流程图------20 第四章 测试数据、测试结果分析及结论 ...................21 参 考 文 献 .........................................................---.23
第一章
前言
随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题 目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的。本题目是结合社会实际情况而确定的设计类课题。设计的智能电动小车能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能、金属检测功能、准确定位停车和检测有害气体。
根据要求，确定如下方案：在现有的小车模型的基础上，加装光电、红外 线、红外传感器、金属探测器及甲烷气体检测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量和甲烷气体检测。 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。本设计采用STC系列中的80C51和80c52单片机。以其为
控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障， ，以及自动停车，并可以自动记录时间、里程和速度，自动寻迹，金属检测和寻光功能。
80C51 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。它是第
三代单片机的代表。
第三代单片机包括了 Intel 公司发展 MCS-51 系 的新一代产品，如 8xC152﹑
80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8xC451﹑8xC452,还包括了 Philips﹑Siemens﹑ADM﹑
Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑ATMEL 等公司以 80C51 为核心推出的大量各具特色﹑
与 80C51 兼容的单片机。新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩
展，以实现 Microcomputer 完善的控制功能为己任，将一些外部接口功能单元如 A/D ﹑PWM﹑PCA(可编程计数器阵 )﹑WDT(监视定时器)﹑高速 I/O 口﹑计数器的捕获/
比较逻辑等。这一代单片机中，在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的
串行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。Philips 公司还为这一代
单片机 80C51 系 8xC592 单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线
----CAN(Controller Area Network BUS).
新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了
良好的基础。
本设计就采用了比较先进的80C51为控制核心，80C51采用CHOMS工艺，功耗很
低。该设计具有 际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。尤其是
在足球机器人研究方面具有很好的发展前景;在考古方面也应用到了超声波传感器进 行检测。所以本设计与实际相结合，意义很强。
第二章
2.1 系统基本方案
方案论证与设计
2.2 各模块方案的选择和论证
2.2.1 控制器模块
作用：各传感器信号的接收和辨认，控制小车的电机动作、显示车速、运行时间以及小车停车时发出的声光信号等。
方案1：采用FPGA或CPLD作为系统的控制器。
优点：可以实现复杂逻辑功能，规模大，速度快，密度高，体积小，稳定性高，容易实现仿真、调试和功能扩展。
缺点：成本高，引脚多，PCB布线复杂。
方案2：采用CPU(51MCU)方案。
优点：算术运算功能强，软件编程灵活，自由度大，技术成熟，体积小，成本低，容易实现仿真、调试和功能扩展。
缺点：速度相对较低。
本设计拟采用此方案。
方案3：采用嵌入式处理器(ARM)方案。
优点：运算功能强大，速度较快，编程灵活，自由度大，外围器件少，成本适中，容易实现仿真、调试和功能扩展。
缺点：PCB设计及焊接技术要求高。
本设计可采也用此方案，取决于对相关技术的熟悉程度。
2.2.2 金属探测模块
作用：跑道中金属块的探测。
金属探测原理：采用电涡流式传感器，利用电涡流对L、Q、Z的影响探测金属。
测量电路：Q值测量电路，Z测量电路，L测量电路 本设计选择电感测量电路。
2.2.3 障碍物探测模块 作用：判断前进方向是否有障碍物，并确定小车与障碍物的距离。 方案1：激光测距技术
优点：方向性强、亮度高、单色性好、传输速度快、抗干扰性强、测量精度高，反映速度快等。
缺点：小车与障碍物的距离短最大不超过2m，而激光以光速传播导致检测技术上的困难。
方案2：超声波测距技术
优点：方向性较强、传输速度V=345m/s，在s≤2m时，T ≤11.6ms，远大于MCU的机器周期，便于逻辑判断。
因此采用方案2。其原理框图如下：
2.2.4 行程测量模块
作用：测量小车从启动到任意时刻所走的路程。 测量原理：S=n×C (S为行程，C为车轮周长，n为圈数) n可以用透射式或反射式光电传感器获得计数脉冲。 2.2.5 路面轨迹探测模块
作用：实现小车跟踪黑色轨道行使。
方案1：采用热探测器
优点：电路简单。 缺点：易受外界干扰。
方案2：采用红外光电探测器
优点：抗干扰能力较强。
缺点：结构较复杂，需2～3对传感器。
传感器小车状态
脱离导引线 正常行驶 轻微偏左 严重偏左 轻微偏右 严重偏右
3 0 0 0 0 1 1
2 0 1 1 0 1 0
1 0 0 1 1 0 0
二状极态 管A 二极管B 二极管C
光源与车之间
的位置
非常远 在车的右方
小车动作
1 0 0 0 2 0 0 1
- 右转(大) 3 0 1 0 4 0 1 1 5 1 0 0 6 1 1 0 7 1 1 1
在车的正前方 在车的右方 在车的左方 在车的左方 非常近
直线行驶 右转(小) 左转(大) 左转(小)
减速直线行驶
2.2.6电机驱动模块
作用：控制电机正转、反转和停止控制。 方案1：继电器法 优点：电路简单可靠 缺点：不容易实现精细控制 方案2：晶体管组成的PWM法 优点：电路较复杂 缺点：容易实现精细控制 2.2.7 显示模块
作用：显示时间和路程。 方案1：使用LCD显示屏 优点：功耗小，显示形式多样 缺点：编程难度较高，亮度较低 方案2：使用LED数码管 优点：编程难度低
缺点：功耗较大，电路连接相对较复杂 2.2.98计时模块
作用：计算小车从启动到停止的过程进行计时。 方案1：直接利用MCU的定时器实现精度为0.1s的计时。 2.2.10 状态标志模块
作用：产生声光信号。
方案：用LED产生光信号，用蜂鸣器产生声信号。
2.3 各模块的最终方案
(1)控制模块：AT89C51和AT89C2051或PIC系列MCU; (2)金属探测模块：采用电涡流式传感器; (3)障碍物探测模块：采用红外传感器;
(4)行程检测模块：采用光电传感器(透射式); (5)光源探测模块：采用光敏二极管;
(6)路面检测模块：采用光电传感器(反射式); (7)电机驱动模块：采用PWM技术控制电机转速; (8)显示模块：采用LED数码管;
(9)计时模块：采用AT89C51内部定时器/计数器; (10)状态标志模块：采用蜂鸣器和发光二极管。
2.4 系统原理图
第三章
本题是一个光、机、电一体的综合设计，在设计中运用了检测技术、自动控制技术和电子技术，系统可分为传感器检测部分和智能控制部分。
传感器检测部分：系统利用光电、电涡流、红外等传感器完成对路面、障碍物、路程、光源、金属物和甲烷的探测或检测。
智能控制电路部分：根据传感器变换输出的电信号进行逻辑判断，控制小车的电机、显示数码管、蜂鸣器以及发光二极管，完成小车的自动寻迹、探测金属、逃避障碍物、寻找光源、显示路程等各项任务。控制部分包括MCU电路、电机驱动电路和数码管动态驱动电路。
系统的硬、软件设计与实现 检测部分的单元电路设计 3.1寻迹模块电路设计
3.2金属探测电路的设计
金属探测流程图
金属块检测流程图
3.3 障碍物检测电路设计
绕障碍物程序流程图
3.4 光源检测电路设计
3.5 电机驱动电路设计
3.6 动态显示电路
3.7甲烷气体检测电路设计
3.8系统主程序流程图
第四章 测试数据、测试结果分析及结论
测试方法与仪器：
1、测试仪器
测试仪器包括秒表、数字万用表、信号发生器、示波器、51单片机开发板、直流稳 压电源等。
2、测试方法
数字万用表主要用来测试分立元件的电阻、压降、漏电流、截止/导通状态等参 数;
信号发生器与示波器用于测试各光电传感器信号的接收与传输; 51单片机开发板用于测试软件;
直流稳压电源在测试期间为各待测系统供电;
秒表用于产品测试，按照任务书的基本要求对制成的电动车进行产品测试。
测试数据及测试结果分析：
⑴ 计时精度分析 计时系统采用了新型显示芯片。理论上的误差不到 5秒/年。
⑵ 测距精度分析 测速系统采用了电机轴光电码盘检测技术。电机轴与车轮轴之间
采用了齿轮箱二级减速，变比 1/16。车轮周长 200mm,光电码盘与电机轴安装在一起，
电机轴每一转产生 2 个脉冲，车轮每转产生 32 个脉冲，理论测量精度可达
200mm/32=6.25mm ⑶ 定位精度分析 本设计采用实际测量与软件补偿技术，理论上可使定位精度提高到 误差<10mm。
(4)红外传感器里障碍物最近距离约为20mm，符合要求
参考文献
基于SPI的CAN总线控制器与MCS-51单片机的接口设计[J];《电子设计应用》;2010年01期
基于8051单片机的多功能汽车开车控制器[J];《自动化与仪器仪表》;2010年01期
存贮式井下数据采集系统的设计[A];中国地球物理学会年刊——《中国地球物理学会第十五届年会论文集》[C];1999年
用CMOS芯片取代CCD器件[N];《中国电子报》;2000年
; 基于ARM的嵌入式电火花加工图形界面系统研究[D];《东华大学》;2010年;; 基于单片机的智能型金属探测器的设计[J];内蒙古大学学报(自然科学版);2006年02期
基于AT89C51单片机的脉象信号采集系统研究[D];东北师范大学;2007年
AT89S52单片机和nRF903芯片在RFID系统中的应用[A];2006北京地区高校研究生学术交流会——通信与信息技术会议论文集(上)[C];2006年
第二篇：智能小车设计
文章来源：EDN电子设计技术网站
作者：谭永宏 张辉
【提要】本文对目标识别与跟踪技术进行了分析，在此基础上结合智能小车目标跟踪系统的开发，详细讨论了特定目标跟踪系统的具体实现方法，红外传感器在目标识别中的应用以及小车智能控制的软、硬件设计。该系统通过配置在智能小车上的红外传感器，采用红外传感技术对特定目标进行识别，在目标运动过程中，通过单片机接收计算机发出的命令控制智能小车跟踪目标，在没有人为干预的情况下，能够自主运行，稳定地跟踪目标，该设计为机器智能系统提供了一个研究平台。
本设计采用飞思卡尔的MC9S12DB128B作为智能小车核心控制器[1]，路面黑线检测采用反射式红外传感器，车速检测是通过改造结构，并使用反射式光电传感器实现的。电源供电是由电池提供的，我们在设计时将后轮电机驱动电路和前轮转向舵机驱动分开供电，采用了强电流、弱电流分开，数字、模拟独立供电。同时合理利用了单片机的PWM控制口对电动机进行转速控制，在此可靠硬件设计的同时，使用了一套独特的软件算法实现了小车根据检测黑线的结果使系统达到在高速运动中的精确控制，取得了很好的效果。
图1 智能小车实物与结构框图
根据设计要求我们对小车的硬件部分分别介绍：
1、 路面黑线检测模块[2]
关于检测模块大致可实现的方案有以下几种：
方案1：采用发光二极管+光敏电阻，该方案缺点：易受到外界光源的干扰，有时甚至检测不到黑线，主要是因为可见光的反射效果跟地表的平坦程度、地表材料的反射情况均对检测效果产生直接影响。克服此缺点的方法：采用超高亮度的发光二极管能降低一定的干扰，但这又会增加检测系统的功耗。
方案2：脉冲调制的反射式红外发射接收器。由于采用带有交流分量的调制信号，则可大幅度减少外界的干扰;此外红外发射接收管的工作电流取决于平均电流，如果采用占空比小的调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬时电流很大(50～100mA)(ST-188允许的最大输入电流为50mA)，则大大提高了信噪比。此种测试方案反应速度大约在 5us。
方案3：采用多路阵列式光敏电阻组成的光电探测器。
方案4：采用CCD传感器，此种方法虽然能对路面信息进行准确完备的反应，但它存在信息处理满，实时性差等缺点，而且此次比赛不允许用其它处理器，因此若采用CCD传感器，无疑会加重单片机的处理负担，不利于实现更好的控制策略(控制策略才是此次比赛的核心)。
根据以上分析我们采用方案2，同时能实现的反射式红外发射接收器众多，我们选择了市场比较多见的ST-168，ST-178，ST-188，ST-198，利用下面的电路对这四款对管进行测量比较，最终选择ST-178作为我们检测黑线的传感器。
图2 检测黑线电路
图3 电机驱动电路
2、 整车动力系统
小车的动力系统由车上自带的RS- 380SH电机提供，并规定不能改动，因此我们可以设计的就是电机的驱动电路。考虑到小车空载跑直线时的速度较快，若在小车进入弯道时不采取减速措施，小车极易跑飞，我们经过实验发现通过改变PWM的占空比能使电机减速，但此种方法没有我们设计小车刹车装置好。此刹车装置是由一个受单片机控制的单刀双掷继电器与电机串联构成的，当小车处于正常工作时，电池两端的电压全部正方向加载与电机两端，当小车需要减速过弯时，继电器动作，将电池两端电压反向加载于电机两端，产生瞬时反转。
3、 传感器的安装方式及机械改造
在小车寻迹行走中，为了能精确判断出地面黑线位置并确定小车行走方向，因此需要对传感器的排布及安装位置进行设计，以达到提高寻迹可靠性的目的。我们对以下几种传感器排布进行了研究：
图4 传感器排布方式
分析上图的4种传感器排布，依据设计者的算法不同，可以采用其中的任意一种，它们之间没有绝对的优略，设计者还可以根据自己的要求单独设计，根据我们下面将采用的算法，采取布局4。
由于比赛的限定，机械设计上空间有限。我们依据说明书将小车安装好后，对以下两个部分改动，一是舵机的连杆处，在未作修改前，测试发现舵机的响应时间为5ms，其动作时间偏大。此处调整目的是为了让舵机的响应时间更短，并且直接操作舵机动作一个小角度后，前轮能有更大的转向角。为了提高舵机的动作时间，还可以将传感器板向前探伸，此种为被动调整，这样做只能让小车较早知道前方道路时间以抵消舵机的动作时间。二是在后轮处贴上特意制作的带有白黑相间的标签，将反射式红外传感器对准此标签，通过检测黑线来达到测速的目的。此种方法比安装测速电机简单， 而且测速电机的齿轮是与后轮的动力齿轮咬合，会给小车带来一定的阻力，这是与设计相背离的。
4、 电源管理模块
智能车系统根据各部件正常工作的需要，对配发的标准车模用7.2V 2000mAh Ni-cd蓄电池进行电压调节。其中，单片机系统、路面黑线检测的光电传感器、车速传感器电路需要5V电压，舵机机工作电压范围采用6V，后轮驱动电机可以使用7.2V 2000mAh Ni-cd蓄电池直接供电。考虑到由驱动电机引起的电压瞬间下降的现象，因此采用低压差稳压芯片MAX603。
5、 软件控制方式
单片机系统根据接收路径识别电路的信号、车速传感器的信号，采用特定寻线算法[3]进行判断，进而控制舵机转向和后轮驱动电机的工作。下面是寻线的算法说明：
表1 传感器编码表
流程图中变量名的含义:
sensorA：存放a排传感器的取反后的值
sensorB：存放b排传感器的取反后的值
angel_1：判定|sensorA|的值
angel_2：判定| sensorA_sensorB|的值
angel_3：计算θ2中的参数之一
angel_4：计算θ中的参数之一
theta_1：theta_1 = θ
theta_2：theta_2 =θ2
delltaT：deltaT = =
deltaT_1：deltaT_1=
outangle： outangle=θ
maxangle：maxangle=45
长延时=50ms，短延时=34ms 传感器对应的编码表见表1。
图5 软件流程图
6、 结论
从本次设计大赛的汽车智能控制中体会到，要对高速行驶中的汽车实施控制并不是一个简单的自动控制问题，它涉及到了机械学、力学、光学、电子学等方面的知识，并与单片机相互配合，利用单片机的强大功能实现了路面黑线检测、带速度反馈的闭环速度控制系统、智能转向系统等功能。从最终测试结果来看，本系统具有较强的环境适应能力，很好的完成了题目的要求。
参考文献：
1、邵贝贝，单片机嵌入式应用的在线开发方法[M]，北京：清华大学出版社，2004
2、何希才，薛永毅，传感器及其应用实例[M]，北京：机械工业出版社，2004
3、宋志平，朱福海，沈基仁等.试验车运动控制系统[J]，微计算机信息，2005,21-2,36-37
经济效益：320万左右
第三篇：智能小车设计报告
魏旭峰、孔凡明、陈梦洋
(河北科技大学 电气信息学院 ) 摘
要:
AT89S52单片机是一款八位单片机，他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。该设计是结合科研项目而确定的设计类课题。本系统以设计题目的要求为目的，采用89S52单片机为控制核心，利用红外线传感器检测道路上的黑线，控制电动小汽车的自动寻路，快慢速行驶。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。实验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及测试结果分析。
采用的技术主要有：
通过编程来控制小车的速度及方向; 传感器的有效应用; 1602液晶显示的应用;
关键词: 89S52单片机、光电检测器、PWM调速、电动小车
第一章 方案设计与论证
一 供电系统
二 光电检测系统
三 单片机最小应用系统设计
四 液晶显示1602的应用
五 电机驱动
第二章 软件设计
第二章 方案设计与论证
根据要求,小车应在规定的赛道上行驶,赛道中央黑线宽为25MM,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转向和速度的智能控制. 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。
一 供电系统
本模块使用LM2940芯片输出+5V的电压,为89S52单片机光电检测电路供电,采用LM1117可控变压芯片输出+6V电压为舵机供电.而电机则由单片机来控制,当单片机输出的电压不同时,电机的转速不同,以此来达到控制小车速度的目的.电路如图:
二 光电检测系统
本模块采用七对红外线发射和接收对管,来检测小车前方黑线位置和模拟车站停车位置.发射管发射管出红外线,当对管正下方为白色跑道时,发射管发射出去的红外线会被反射回来, 接收因接收到红外线而导通,两端电压为零,当对管正下方为黑色线时,黑线将吸收红外线,接收管因接收不到红外线而无法导通,两端电压为+4V左右,将接收管端电压与一个给定电压经LM324比较后输出0和+5V两固定个值,当对管正下方为白色时输出+5V电压,当对管正下方为黑线时输出0V,输出的电压交给单片机,以此来确定黑线的位置.电路如图:
三 单片机最小应用系统设计
89S52单片机是本系统的核心所在,自动寻迹和调速都是它控制, 七对光电对管经比较器输出的电压输入单片机,单片机根据电压的高低来判断黑线位置，进而调整速度和方向，电路如下：
四 舵机的应用
舵机是一种位置(角度)伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具，如航模，包括飞机模型，潜艇模型;遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。
其工作原理是：单片机放的控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。
舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。
五 电机驱动
电机驱动电路是根据单片机的控制型号来控制电机的转动的，电路如下：
第二章 软件设计 #include sbit moto=P2^0;//舵机位定义 sbit in1=P2^1;////电机位定义 sbit in2=P2^2;////电机位定义 sbit L1=P1^7;////光电管位定义 sbit L2=P1^1; sbit L3=P1^2; sbit L4=P1^3; sbit L5=P1^4; sbit L6=P1^5; sbit L7=P1^6;
#define uchar unsigned char//宏定义 uchar duoj,dianj,time0=0,time1=0,L=0,e=30; void timer0() interrupt 1 //定时器零 控制舵机 { time0++;
if(time0==duoj) moto=0; if(time0==80) { time0=0;
moto=1; } TH0=(65536-313)/256; TL0=(65536-313)%256; } void timer1() interrupt 3 ///定时器一 控制电机 { time1++; if(time1==dianj) in1=1; if(time1==80) {
time1=0;
in1=0; } TH1=(65536-340)/256; TL1=(65536-340)%256; }
void main() /////主函数开始 { TMOD=0x11; TH0=(65536-313)/256; TL0=(65536-313)%256; TH1=(65536-340)/256; TL1=(65536-340)%256; EA=1; ET0=1;
ET1=1; in1=0; moto=1; TR0=1; TR1=1; while(1) //////检测黑线位置
{
while(1)
{
if(P1==0xff) {duoj=8;dianj=55;break;} 全白时缓进
if(L1==0) {duoj=10;dianj=37;L=1;break;} //L1
if(L7==0) {duoj=6;dianj=37;L=7;break;} //L7
if(L2==0) {duoj=10;dianj=22;L=2;break;} //L2
if(L6==0) {duoj=6;dianj=22;L=6;break;} //L6
//
if(L3==0) {duoj=9;dianj=27;L=3;break;} //L3
if(L5==0) {duoj=7;dianj=27;L=5;break;}
//L5
if(L4==0) {duoj=8;dianj=70;L=4;break;}
//l4
//else {duoj=8;dianj=17;break;}
}
while(P1==0xff) 当检测不到信号时保持最后的状态
{
switch(L)
{
case 1:duoj=10;dianj=39;break;
case 2:duoj=10;dianj=22;break;
// case 3:duoj=9;dianj=25;break;
// case 4:duoj=8;dianj=70;break;
// case 5:duoj=7;dianj=25;break;
case 6:duoj=6;dianj=22;break;
case 7:duoj=6;dianj=39;break;
}
} } }////////主函数结束
第四篇：智能小车设计文献综述
智能小车设计文献综述
摘要：随着电子工业的发展，智能技术广泛运用于各种领域，智能小车不仅在工业智能化上得到广泛的应用，而且运用于智能家居中的产品也越来越受到人们的青睐。国外智能车辆的研究历史较长。相比于国外，我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家但是也取得了一系列的成果。随着人工智能技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，智能控制将有广阔的发展空间。本设计的智能小车利用红外对管检测黑线与障碍物，并以单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。并对智能小车研究现状以及未来的应用与发展前景做一个全方面的介绍。 关键词:智能技术，自动循迹，避障
1 前言
随着电子技术、计算机技术和制造技术的飞速发展，数码相机、DVD、洗衣机、汽车等消费类产品越来越呈现光机电一体化、智能化、小型化等趋势。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。智能小车，也称轮式机器人，是一种以汽车电子为背景，涵盖控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多科学的科技创意性设计，一般主要路径识别、速度采集、角度控制及车速控制等模块组成。一般而言,智能车系统要求小车在白色的场地上,通过控制小车的转向角和车速,使小车能自动地沿着一条任意给定的黑色带状引导线行驶[1]。智能小车运用直流电机对小车进行速度和正反方向的运动控制，运用直流电机对小车进行速度和正反方向的运动控制，通过单片机来控制直流电机的工作，从而实现对整个小车系统的运动控制。
2 智能小车的发展历史、国内外研究现状
2.1 国外研究现状
国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪50年代。它的发展历程大体可以分成三个阶段[2][3][4]：
第一阶段，20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。1954年美国Barrett Electronics 公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统AGVS(Automated Guided Vehicle System)。该系统只是一个运行在固定线路上的拖车式运货平台，但它却具有了智能车辆最基本得特征即无人驾驶。早期研制AGVS的目的是为了提高仓库运输的自动化水平，应用领域仅局限于仓库内的物品运输。随着计算机的应用和传感
智能小车设计文献综述
技术的发展，智能车辆的研究不断得到新的发展。
第二阶段，从80年代中后期开始，世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目于1986年开始了在这个领域的探索。在美洲，美国于1995年成立了国家自动高速公路系统联盟(NAHSC)，其目标之一就是研究发展智能车辆的可能性，并促进智能车辆技术进入实用化。在亚洲，日本于1996年成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶研究会，主要目的是研究自动车辆导航的方法，促进日本智能车辆技术的整体进步。进入80年代中期，设计和制造智能车辆的浪潮席卷全世界，一大批世界著名的公司开始研制智能车辆平台。
第三阶段，从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模研究阶段。最为突出的是，美国卡内基.梅隆大学(Carnegie Mellon University)机器人研究所一共完成了Navlab系列的10台自主车(Navlab1—Navlab10)的研究，取得了显著的成就。
目前，智能车辆的发展正处于第三阶段。这一阶段的研究成果代表了当前国外智能车辆的主要发展方向。在世界科学界和工业设计界中，众多的研究机构研发的智能车辆具有代表性的有：
德意志联邦大学的研究，1985年，第一辆VaMoRs智能原型车辆在户外高速公路上以100km/h的速度进行了测试，它使用了机器视觉来保证横向和纵向的车辆控制。1988年，在都灵的PROMRTHEUS项目第一次委员会会议上，智能车辆维塔(VITA,7t)进行了展示，该车可以自动停车、行进，并可以向后车传送相关驾驶信息。这两种车辆都配备了UBM视觉系统。这是一个双目视觉系统，具有极高的稳定性。
荷兰鹿特丹港口的研究，智能车辆的研究主要体现在工厂货物的运输。荷兰的Combi road系统，采用无人驾驶的车辆来往返运输货物，它行驶的路面上采用了磁性导航参照物，并利用一个光阵列传感器去探测障碍。荷兰南部目前正在讨论工业上利用这种系统的问题，政府正考虑已有的高速公路新建一条专用的车道，采用这种系统将货物从鹿特丹运往各地。
日本大阪大学的研究，大阪大学的Shirai实验室所研制的智能小车，采用了航位推测系统(Dead Reckoning System)，分别利用旋转编码器和电位计来获取智能小车的转向角，从而完成了智能小车的定位。另外，斯特拉斯堡实验中心、英国国防部门的研究、美国卡内基梅隆大学、奔驰公司、美国麻省理工学院、韩国理工大学对智能车辆也有较多的研究。
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2.2 国内研究现状
相比于国外，我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，开始于20世纪80年代。而且大多数研究处在于针对某个单项技术研究的阶段。虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家，并且存在一定得技术差距，但是我们也取得了一系列的成果[5 ]，主要有：
(1)中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院与2003年研制成功我国第一辆自主驾驶轿车。该自主驾驶轿车在正常交通情况下的高速公路上，行驶的最高稳定速度为13km/h,最高峰值速度达170km/h，并且具有超车功能，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。
(2)南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了7B.8军用室外自主车，该车装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位等传感器。计算机系统采用两台Sun10完成信息融合、路径规划，两台PC486完成路边抽取识别和激光信息处理，8098单片机完成定位计算和车辆自动驾驶。其体系结构以水平式结构为主，采用传统的“感知-建模-规划-执行”算法，其直线跟踪速度达到20km/h，避障速度达到5-10km/h。
智能车辆研究也是智能交通系统ITS的关键技术。目前，国内的许多高校和科研院所都在进行智能交通系统ITS(Intelligent Transport System)关键技术、设备的研究。随着ITS研究的兴起，我国已形成一支ITS技术研究开发的技术专业队伍。并且各交通、汽车企业越来越加大了对ITS及智能车辆技术研发的投入，整个社会的关注程度在不断提高。交通部已将ITS研究列入“十五”科技发展计划和2010年长期规划。相信经过相关领域的共同努力，我国ITS及智能车辆的技术水平一定会得到很大提高。
目前学术界对智能小车的研究也很多，桂林理工大学黄建能等[2]设计的无线遥控小车，其由四部分组成：主控模块、无线通信模块、电机驱动模块和电源模块。主控模块采用STC89C52单片机作为处理器;无线通信模块采用芯片 PT2262和 PT2272实现无线收发;用内置两个H桥的 L298芯片驱动直流电机实现对小车的控制，实现前进、后退，左转、右转以及加速、减速的动作。整个无线遥控小车系统具有体积小、成本低、操作简单等优点，并具有一定的可扩展性。
于连国、李伟等[6]设计了自动往返的智能电动车，其采用 STC89C51 单片机作为小车的检测和控制核心;使用红外传感器检测跑道黑线并把反馈到的信号传给单片机，能够使小车在各区域均能按预定的速度行驶。
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葛广军,杨帆[7]设计了一种能够自动循迹的智能小车。该智能小车的控制系统以单片机MC912DG128为核心,由路径识别、车速检测、舵机控制、直流电机、电机驱动芯片LMD18200和电压转换芯片LM7525等模块组成，并详细阐述了控制系统的组成原理和软硬件设计。实验的结果表明：该控制系统具有循迹效果好、性能稳定等优点。
董涛,刘进英等[8]设计并制作了一种具有红外遥控、自动避障、智能寻径等功能的智能小车，该车以玩具小车为车体,直流电机及其控制电路为整个系统的驱动部分，STC89C52单片机为整个系统的控制核心,采用IRM-2638红外一体接收头接收控制信号实现对小车的遥控,加以多种传感器以实现小车的自动避障与智能寻径等功能，该小车还配备了两块数码显示管，以便实时观察小车状态。该小车工作稳定，还可用于各种机器人比赛。
姜宝华、齐强等[9]基于STC89C52RC单片机设计了一种遥控智能小车。小车具有自动、遥控两种模式。该小车在遥控模式下小车可在1公里范围遥控到达指定位置，并在手持设备上显示小车位置坐标;自动模式下在封闭环境输入任意坐标，小车可自动运行到该位置。
可以预计，我国飞速发展的经济实力将为智能车辆的研究提供一个更加广阔的前景。我们要结合我国国情，在某一方面或某些方面，对智能车进行深入细致的研究，为它今后的发展及实际应用打下坚实的基础。
3 智能小车设计构想
智能车辆是集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，是智能交通系统的一个重要组成部分。本次设计对智能小车的控制系统进行了研究，设计实现一个基于路径规划处理的智能小车控制系统，实现智能小车最基本的两个功能：循迹、避障。
3.1 主控系统
方案1：采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器。CPLD可以实现各种复杂的 逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合为大规模控制系统的控制核心。但本设计不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度要求也不是非常高。且从使用及经济角度考虑我放弃了此方案。
方案2：采用51单片机作为整个系统的核心[7]，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
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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。
综上所述，我采用了方案二。
3.2 电机驱动模块
方案1：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速度进行调整.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2：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，分压不仅回降低效率，而且实现很困难。
方案3：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。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。
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。
综合考虑，本设计选择了方案三。
3.3 循迹模块
方案1：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2：采用两只红外对管，分别置于小车车身前轨道的两侧，根据两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，只要合理安装好两只光电开关的位置就可以很好的实现循迹的功能。
方案3：采用三只红外对管，一只置于轨道中间，两只置于轨道外侧，当小车脱离轨道时，即当置于中间的一只光电开关脱离轨道时，等待外面任一只检测到黑
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线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线(即回到轨道)再恢复正向行驶。现场实测表明，小车在寻迹过程中有一定的左右摇摆不定，虽然可以正确的循迹但其成本与稳定性都次于第二种方案。
综合考虑，本设计选择方案二。
3.4 避障模块
方案1：采用一只红外对管置于小车中央。其安装简易，也可以检测到障碍物的存在，但难以确定小车在水平方向上是否会与障碍物相撞，也不易让小车做出精确的转向反应。
方案2：采用二只红外对管分别置于小车的前端两侧，方向与小车前进方向平行，对小车与障碍物相对距离和方位能作出较为准确的判别和及时反应。
方案3：采用一只红外对管置于小车右侧。通过测试此种方案就能很好的实现小车避开障碍物，且充分的利用资源而不浪费。
综合考虑，本设计选择方案二。
4 设计原理简述
4.1 循迹原理
这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，通常采取的方法是红外探测法。 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。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过15cm。对于发射和接收红外线的红外探头，可以自己制作或直接采用集成式红外探头。
当小车在白色地面行驶时，装在车下的红外发射管发射红外线信号，经白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信号，那么图中光敏三极管将导通，比较器输出为低电平;当小车行驶到黑色引导线时，红外线信号被黑色吸收后，光敏三极管截止，比较器输出高电平，从而实现了通过红外线检测信号的功能。将检测到的信号送到单片机I/O口，当I/O口检测到的信号为高电平时，表明红外光被地上的黑色引导线吸收了，表明小车处在黑色的引导线上;同理，当I/O口检测到的信号为低电平时，表明小车行驶在白色地面上。
循迹流程框图如图4.1所示。
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开始前进N是否检测到黑线Y左转Y判断是否是左边检测到黑线N右转
图4.1 循迹流程框图
4.2 红外避障原理
避障传感器基本原理，和循迹传感器工作原理基本相同，利用物体的反射性质。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调小车两轮工作，完成一个漂亮的躲避障碍物动作传。
跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子—空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子—空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。
红外避障流程框图如图4.2所示。
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开始前进N左转是否检测到障碍物NY左红外是否检测到障碍物N左右红外对管都检测到障碍物YY右转后退
图4.2 红外避障流程图
5 总结及展望
智能小车的研究、开发和应用涉及传感技术、电气技术、电气控制技术、智能控制等学科，智能控制技术是一门跨科学的综合性技术，当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模块在一个特定的环境里自动的运行，可运用于科学勘探等用途，无需人为的管理，便可以完成预期所要达到的或更高的目标。智能机器人正在代替人们完成这些任务，凡不宜有人直接承担的任务，均可由智能机器人代替，可以适应不同环境，不受温度、湿度等条件的影响，完成危险地段，人类无法介入等特殊情况下的任务，智能小车就是其中的一个体现。对于智能小车研究还可以从以下方向展开：在小车上装摄像头进行实时视频监控采集，通过无线传给远端的主机，主机可以发送命令给小车，执行相应的动作等等。还可以扩展其他的模块。就可以广泛的应用于科学研究、地质勘探、危险搜索、智能救援等。
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参考文献
[1] 赵海兰. 基于单片机的红外遥控智能小车的设计[J]. 无线互联科技, 2011年3期 [2] Dickmanns E D,etc.The Seeing Passenger Car “Vamors-P” Proc 1994 IEEE Symposia on Intelligent Vehicles. IEEE Press Piscataway,1994,10(5):68-73 [3] Maurer M.Vamors-p——An Advanced Platform for Visual Autonomous Road Vehicl Guidance. In:SPIEConfon Mobile Robots IX.Boston,1994,12(3):239-248 [4] Broggi A, Bertozzi M, Faseioli A et al.Automatic vehicle guidance:the experience of the ARGO autonomous vehicle.Singapore:World Scientific PubllshingCo, 1998:23-24 [5] 尹念东.智能车辆的研究及前景[J].上海汽车，2002.2 [6] 于连国,李伟,王妍玮.基于单片机的智能小车设计[J]林业机械与木工设备,2011, Vol.39,No.4:39-41. [7] 葛广军,杨帆.基于单片机的智能小车控制系统设计.[J]河南城建学院学报, 2011, Vol.20,No.3:47-50. [8] 董涛,刘进英,蒋苏.基于单片机的智能小车的设计与制作[J]计算机测量与控制, 2009, Vol.17,No.2:380-382. [9] 姜宝华,齐强.基于单片机的无线遥控智能小车的设计与制作[J]计算机测量与控制, 2013,(2):24-25. [10] 王晶.智能小车运动控制技术研究.硕士论文,武汉:武汉理工大学,2009
第五篇：智能小车的设计与实现
宜昌市葛洲坝中学高二
(五)班
詹百宁
成宜
指导老师：张国平
摘 要 本课题组设计制作了一款由遥控车改装为具有智能判断功能的小车，作品可以作为高级智能玩具，也可以作为大、中学生学习嵌入式控制的强有力的应用实例。
关键词
智能 电动车 PIC单片机 1. 引言
智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于自动化机器、科学勘探等等的用途。智能电动车就是其中的一个体现。本次设计的简易智能电动车，采用PIC16F676单片机作为小车的检测和控制核心。本文通过对智能小车的设计介绍，详细的说明了智能小车的一种实施方案。 2. 智能小车现状 2.1. 智能小车的种类
智能小车的外形样式一般都大同小异，主要不同在于电路的构造及其功能。 智能小车的传感器一般采用红外对管，金属开关，超声波测距，加速度传感器，指南针传感器，舵机，直流电机，L298N控制器等。同时采用单片机开发板作为主控电路，其他的传感器加载到其上。要实现其功能，只需编一些程序然后将程序下载到其单片机上即可。 2.2. 本项目智能小车需求
(1) 场地要求，如图1所示：
图1 场地示意图
1 (2) 任务要求
智能小车在起点启动，绕场地赛跑一周，然后停在起点上就算作任务完成。比赛以时间短者为优胜。 3. 系统组成
本文提供的智能小车的方案的硬件部分主要由鉴别电路、感应装置、动力驱动、方向驱动和控制电路组成。 3.1. 驱动装置
本文介绍的智能小车的驱动装置为某遥控小车的驱动装置，只是硬件处理上将原车的控制芯片对应的线路切断，将线路引到外面的电路板上，所以该车的动力系统较先进(内有高速马达、舵机和机械变速齿轮)。 3.2. 控制电路简介
控制电路主要部分是PIC16F676，其主要特点如下： (1) 12个具备独立方向控制功能的I/O 引脚 (2) 高拉/ 灌电流能力，可直接驱动LED (3) 模拟比较器模块：与器件输入引脚复用的可编程输入10位分辨率
- 可编程的8 通道输入外部门控输入模式
- 如果选择INTOSC方式，在LP模式中可以选择OSC1 和OSC2 作为Timer1 的振荡器
(7) 通过两个引脚可进行在线串行编程(ICSPTM)
2 3.3. 感应装置
采用红外线检测方法，利用一管发射另一管接收，通过颜色的改变所反射的不同信号来接收高低电平。外界对红外信号的干扰比较小，性价比高。当小车底部的某边红外线收发对管遇到黑带时输入电平为高电平，反之为低电平。结合中断查询方式，通过程序控制小车往哪个方向行走。电路中的可调电阻可调节灵敏度，以满足小车在不同光度的环境光中能够寻迹。由于接收对管装在车底，发射距离的远近较难控制，调节可调电阻，发现灵敏度总是不尽人意，最后采用在对管旁安装一个挡光盒，用黑色胶带屏蔽外界光的影响，灵敏度大幅提升。 3.4. 硬件原理框图
硬件原理框图如图1：
3对红外检测灯LM324运算放大器PIC16F676图1硬件原理框图
驱动装置 电路原理图(驱动装置部分略)如图2：
图2电路原理图
3 图2中R、L、F端接小车驱动的右转、左转及前进控制端。7.8V电池来自小车的6节AA电池组。 4. 软件设计 4.1. 初始化
RC
3、RC
4、RC5定为输出端。 RA0、RA
1、RA2定为输入端。 4.2. 中断控制设计
主时钟频率4 MHz，程序实际工作频率频率1 MHz(4个时钟为1个工作周期);
PSA位清零可将预分频器分配给Timer0 模块。通过设置PS2:PS0 位(OPTION_REG<2:0>)可选择预分频器的设定值。最终设定约1.2ms为一次中断。从而实现了中间的红外检测灯的定时检测，有一定的抗干扰功能。 4.3. 小车循迹的实现
该智能小车采用红外线检测的方法，当红外检测灯一检测到黑线，就做出相应的反应，其软件工作流程图如图3： 5. 调试及结论
整机焊接完毕，首先对硬件进行检查联线有无错误，再逐步对各模块进行调试。其次写入电机控制小程序，控制其正反转，停机均正常。加入避障子程序，小车运转正常，调整灵敏度达最佳效果。接着对黑带检测模块调试，发现有时小车会跑出黑带，经判断是因为红外线收发对管灵敏度不高，调整灵敏度后仍然达不到满意效果，疑是受环境光影响，通过各种方案的讨论及尝试，再经过多次的整体软硬件结合调试，不断地对系统进行优化，最后采用在对管旁安装一个挡光盒，用黑色胶带屏蔽外界光的影响，灵敏度大幅提升。最终以12秒97的成绩完成比赛。
小车外观如图4：
开始接口、数据初始化，中间采样判别值H=0;N中断入口H=1?Y左传感器采样为高?定时器0中断，采样中间传感器信号YN本次采样为高，前次采样为低?YH=H+1右转驱动左转驱动N调速控制中断返回H=2?Y停车控制结束
图3 程序流程图
图4 小车外观图
6. 应用
本智能小车系统最诱人的前景就是可用于未来的智能汽车上了。当驾驶员因疏忽或打瞌睡时这样的智能汽车的设计就能体现出它的作用。如果汽车偏离车道或距障碍物小于安全距离时，汽车就会发出报警，提醒驾驶员注意，如果驾驶员没有及时做出反应，汽车就会自动减速或停靠于路边。
这样的小车还可以用于月球探测等的无人探月车，帮助我们传达月球上更多的信息，让我们更加的了解月球，为将来登月做好充分准备。
这样的小车在科学考察探测车上也有广阔的应用前景。在科学考察中，有许多很危险且人们无法涉足的地方，这时，智能科学考察车就能够派上用场，在它上面装上摄像机，代替人们进行许多无法进行的工作。
本文介绍的软硬件设计为智能小车的应用提供了一种可行的实用技术方案。
参考文献
1. TX2/RX2五功能遥控器说明书 2. MCD-demo使用说明书 3. PIC16F676等数据手册
4. 何希才，任力颖，杨静.实用传感器接口电路实例.中国电力出版社，2007.