1、摘 要随着时代的发展，科技的进步，人们对生活质量的要求越来越高。智能化已经成为越来越多产品的发展方向，首先是智能手机的发展，使消费者体会到了智能化所带来的生活体验，接着智能电器等一大批电子产品都在努力向智能化的方向发展。无人驾驶汽车由于传感器、人工智能和大数据的发展，最近几年正在蓬勃发展。智能小车作为轮式机器人的一种，它的发展涉及到了很多方面的知识和技术，首先其从外界获取信息需要使用到各式各样的传感器，然后将信号传送到单片机对其进行分析，下达执行命令。对智能小车的研究水平从一定程度上反映了其在集成电路方面的发展水平。本次智能小车设计主要是实现小车的蓝牙通信、LCD显示、运动控制、红外循迹和超声
2、波避障功能，主控芯片是STC的IAP15W4K58S4单片机，它内置有增强型PWM发生电路，只需要对寄存器进行设置，就可以输出一定占空比的PWM波形，进而实现对电机转速的控制，单片机与手机之间的通信采用主从一体的HC-05蓝牙模块对小车进行控制。使用LCD1602对小车的运动状态进行显示，通过HC-SR04超声波传感器测距，当距离小于设定值时，小车通过相应的动作避开障碍物，完成小车的避障功能。小车的循迹使用三路红外光电传感器HJ-IR1根据黑色和白色对红外光的反射不同来判断黑线的位置完成循迹。关键词：LCD1602；蓝牙通信；PWM;循迹；避障- - Design of Intelligent
3、 Car Based on IAP15W4K58S4 Abstract With the development of the times and the progress of science, peoples quality of life requirements are getting higher and higher. Intelligent has become more and more product development direction. First of all, the development of smart phones，so that consumers u
4、nderstand the intelligent life experience。Then, a large number of electronic products, such as smart appliances, are trying to develop in an intelligent way. Unmanned vehicles are booming in recent years due to the development of sensors, artificial intelligence and large data.Intelligent car as a k
5、ind of wheeled robots, its development involves a lot of knowledge and technology. First, it needs to use a variety of sensors to get information from the outside world. And then send the signal to the microcontroller to analyze it, and finally issued a command. The level of research on smart cars r
6、eflects development of the integrated circuit.The intelligent car design is mainly to achieve the cars Bluetooth communication, LCD display, motion control, infrared tracking and ultrasonic obstacle avoidance function. Master chip is STC IAP15W4K58S4 microcontroller, which built-in enhanced PWM gene
7、rator circuit. Through the register settings, a certain duty cycle PWM waveform can be output, and then to achieve the control of the motor speed. The communication between the microcontroller and the mobile phone uses the master-slave HC-05 Bluetooth module to control the car. Display car movement
8、state by LCD1602. Measure the distance by HC-SR04. When the distance is less than the setting value, the car avoids the obstacle through the corresponding action, and completes the obstacle avoidance function of the car. The cars tracing uses a three-way infrared photoelectric sensor HJ-IR1 to deter
9、mine the position of the black line based on the black and white reflections of the infrared light.Key Words：LCD1602 ; Bluetooth communication; PWM; tracking; obstacle avoidance- III -目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 课题来源及研究目的和意义11.2 国内外智能小车的历史和现状21.2.1 国外研究现状21.2.2 国内研究现状31.3 本文内容及结构41.3.1 主要设计内容41.3.2 本文
10、结构41.4本章小结52 智能小车设计原理52.1 智能小车自动循迹原理52.1.1 小车循迹原理的比较与选择52.1.2 红外对管原理介绍62.2 智能小车自动避障原理62.2.1 超声波传感器工作原理62.2.2 超声波传感器分类72.2.3 超声波传感器测距原理72.3 电机驱动部分原理82.3.1 两路直流电机驱动原理82.4 蓝牙技术原理92.4.1 蓝牙协议92.4.2 蓝牙发射和接收技术102.5 本章小结113 本设计开发环境及单片机介绍123.1 Keil Vision4集成开发环境介绍123.1.1 编程前准备工作123.1.2 应用Keil新建项目和编辑程序133.2 智
11、能小车主控芯片IAP15W4K58S4的介绍153.2.1 引脚功能介绍153.2.2 IAP15W4K58S4功能寄存器介绍174 智能小车的硬件电路设计194.2 智能小车电源模块设计194.2.1 LM7805稳压芯片194.2.2 稳压电路设计194.3 智能小车驱动电路设计204.3.1 智能小车的电机驱动芯片选择204.3.2 智能小车的电机驱动电路的设计204.4 智能小车红外循迹电路设计204.4.1 循迹传感器的选择204.4.2 循迹电路图的设计214.5 智能小车自动避障电路设计224.5.1 超声波传感器的选择与介绍224.5.2 避障电路的设计234.6 LCD显示模
12、块电路设计244.7 蓝牙通信模块连接与调试244.8 本章小结255 智能小车控制系统的软件设计265.1 主程序设计265.2 电机驱动程序设计275.3 自动避障程序设计275.4 LCD显示模块程序设计285.5 循迹模块程序设计295.6 蓝牙通信程序设计315.7 本章小结316 设计结果与展望326.1 设计结果326.1 工作展望33结 论35参 考 文 献36致 谢381 绪论1.1 课题来源及研究目的和意义随着当今社会的快速向前发展，智能化已经成为了当下科技发展的一种必然趋势，例如，智能手机、智能家居、智能汽车等等。在智能汽车领域中，无人驾驶汽车在最近几年得到了快速发展1，
13、受到了社会各界的广泛关注，并且取得了令人满意的进步 ，智能小车作为智能机器人的一个分支，其研究不仅对汽车智能化有着非常大的帮助，而且对于工业自动化有着尤为深远的意义。智能小车作为智能机器人的一种，其在各个领域都有着较为广泛的应用，首先其在航天领域有着不可替代的作用，例如中国的“嫦娥”系列月球探测器和美国的“好奇”号火星探测车为了完成对月球以及火星的探测以及对环境的分析工作2，首先应该可以与地面进行通讯，以便随时对各种情况进行分析以及下达各种指令，其次探测车所配备的图像识别设备也越来越成为智能小车研究的方向之一。图1.1 嫦娥三号探月车智能小车在搜救和军事领域也同样作用巨大，在各种自然灾难的面前
14、有时候由于各种原因，人们无法得到具体的内部情况，而对内部情况的判断又对救援有着非常重要的影响。例如，地震发生后，对于倒塌建筑物内部情况的探测就是一个非常重要救援线索，由于建筑物内的路况复杂，普通的小车无法满足这样的需求，这时候智能小车的作用就显得尤为重要了3，他可以自动避开路障，并且可以将各种传感器探测到的数据传回到电脑端，为救援工作提供技术支持。无人驾驶汽车的快速发展为智能小车提供了更大的发展空间，智能小车的自动避障和循迹模块可以看作是无人驾驶汽车的原始模型4。作为未来汽车发展的主要方向之一，智能小车系统还可以用于未来的智能汽车上了，现在由于驾驶员疲劳驾驶导致的交通事故的比例比较大，如够能够
15、将有关智能小车自动避障的功能应用到汽车上，当驾驶员没有注意到前方障碍物或者行驶车辆时，汽车上的避障设备会及时的提醒驾驶员保持车距，或者强制靠边停车，这样就会大大的降低交通事故的发生5，可以说有光智能小车应用的前景一片光明。1.2 国内外智能小车的历史和现状1.2.1 国外研究现状国外移动机器人的研究起步比较早，开始于20世纪60年代末6，从斯坦福研究院的Nils Nilssen 和 Charles Rosen等科学家设计实现了第一个可以自主移动的轮式机器人标志着智能小车正式诞生。20世纪70年代美国和苏联两个国家展开的太空竞赛以及月球表面探测任务为智能小车的发展与研究提供了强大的推动力和大量的资金支持；月球表面探测工作的开展使其所涉及到的有关方面的知识都得到了飞速的发展，为智能小车的发展奠定了基础。各种新兴技术通常象应用于军事和航天领域，1997年登上火星的探测器正是当时智能小车领域的最高研究水平，它使用激光测距探测周围环境，一共装有五台激光仪，通过对周围环境数据的反馈，及时的对