A. 智能控制原理
智能控制（intelligent controls）在無人干預的情況下能自主地驅動智能機器實現控制目標的自動控制技術。 控制理論發展至今已有100多年的歷史，經歷了「經典控制理論」和「現代控制理論」的發展階段，已進入「大系統理論」和「智能控制理論」階段。
智能控制的基本概念
智能控制的定義一： 智能控制是由智能機器自主地實現其目標的過程。而 智能機器則定義為，在結構化或非結構化的，熟悉的或陌生的環境中，自主地或與人交互地執行人類規定的任務的一種機器。
定義二： K.J.奧斯托羅姆則認為，把人類具有的直覺推理和試湊法等智能加以形式化或機器模擬，並用於控制系統的分析與設計中，使之在一定程度上實現控制系統的智能化，這就是智能控制。他還認為自調節控制，自適應控制就是智能控制的低級體現。
定義三： 智能控制是一類無需人的干預就能夠自主地驅動智能機器實現其目標的自動控制，也是用計算機模擬人類智能的一個重要領域。
定義四： 智能控制實際只是研究與模擬人類智能活動及其控制與信息傳遞過程的規律，研製具有仿人智能的工程式控制制與信息處理系統的一個新興分支學科。
產生及發展
自1932年奈魁斯特（H.Nyquist）的有關反饋放大器穩定性論文發表以來，控制理論的發展已走過了60多年的歷程。一般認為，前30年是 經典控制理論的發展和成熟階段，後30年是 現代控制理論的形成和發展階段。隨著研究的對象和系統越來越復雜，藉助於數學模型描述和分析的傳統控制理論已難以解決復雜系統的控制問題。智能控制是針對控制對象及其環境、目標和任務的 不確定性和復雜性而產生和發展起來的。
從20世紀60年代起，計算機技術和人工智慧技術迅速發展，為了提高控制系統的自學習能力，控制界學者開始將人工智慧技術應用於控制系統。
1965年，美籍華裔科學家傅京孫教授首先把人工智慧的啟發式推理規則用於學習控制系統，1966年，Mendel進一步在空間飛行器的學習控制系統中應用了人工智慧技術，並提出了「人工智慧控制」的概念。1967年，Leondes和Mendel首先正式使用「智能控制」一詞。
20世紀70年代初，傅京孫、Glofis0和Saridis等學者從控制論角度總結了人工智慧技術與自適應、自組織、自學習控制的關系，提出了智能控制就是人工智慧技術與控制理論的交叉的思想，並創立了人機互動式分級遞階智能控制的系統結構。
20世紀70年代中期，以模糊集合論為基礎，智能控制在規則控制研究上取得了重要進展。1974年，Mamdani提出了基於 模糊語言描述控制規則的模糊控制器，將模糊集和模糊語言邏輯用於 工業過程式控制制，之後又成功地研製出自組織模糊控制器，使得模糊控制器的智能化水平有了較大提高。模糊控制的形成和發展，以及與人工智慧的相互滲透，對智能控制理論的形成起了十分重要的推動作用。
20世紀80年代，專家系統技術的逐漸成熟及計算機技術的迅速發展，使得智能控制和決策的研究也取得了較大進展。1986年，K.J.Astrom發表的著名論文《專家控制》中，將人工智慧中的專家系統技術引入控制系統，組成了另一種類型的智能控制系統——專家控制。目前，專家控制方法已有許多成功應用的實例。
詳解
對許多復雜的系統，難以建立有效的數學模型和用常規的控制理論去進行定量計算和分析，而必須採用定量方法與定性方法相結合的控制方式。定量方法與定性方法相結合的目的是，要由機器用類似於人的智慧和經驗來引導求解過程。因此，在研究和設計智能系統時，主要注意力不放在數學公式的表達、計算和處理方面，而是放在對任務和現實模型的描述、符號和環境的識別以及知識庫和推理機的開發上，即智能控制的關鍵問題不是設計常規控制器，而是研製 智能機器的模型。此外，智能控制的核心在高層控制，即組織控制。高層控制是對實際環境或過程進行組織、決策和規劃，以實現問題求解。為了完成這些任務，需要採用符號信息處理、啟發式程序設計、知識表示、自動推理和決策等有關技術。這些問題求解過程與人腦的思維過程有一定的相似性，即具有一定程度的「智能」。
隨著人工智慧和計算機技術的發展，已經有可能把自動控制和人工智慧以及系統科學中一些有關學科分支（如系統工程、 系統學、 運籌學、 資訊理論）結合起來，建立一種適用於復雜系統的控制理論和技術。智能控制正是在這種條件下產生的。它是 自動控制技術的最新發展階段，也是用計算機模擬人類智能進行控制的研究領域。1965年，傅京孫首先提出把人工智慧的啟發式推理規則用於學習控制系統。1985年，在美國首次召開了智能控制學術討論會。1987年又在美國召開了智能控制的首屆國際學術會議，標志著智能控製作為一個新的學科分支得到承認。智能控制具有交叉學科和定量與定性相結合的分析方法和特點。
一個系統如果具有感知環境、不斷獲得信息以減小不確定性和計劃、產生以及執行控制行為的能力，即稱為 智能控制系統. 智能控制技術是在向人腦學習的過程中不斷發展起來的，人腦是一個超級智能控制系統，具有實時推理、決策、學習和記憶等功能，能適應各種復雜的控制環境.
智能控制與傳統的或常規的控制有密切的關系，不是相互排斥的. 常規控制往往包含在智能控制之中，智能控制也利用常規控制的方法來解決「低級」的控制問題，力圖擴充常規控制方法並建立一系列新的理論與方法來解決更具有挑戰性的復雜控制問題.
1. 傳統的自動控制是建立在確定的模型基礎上的，而智能控制的研究對象則存在模型嚴重的不確定性，即模型未知或知之甚少者模型的結構和參數在很大的范圍內變動，比如工業過程的病態結構問題、某些干擾的無法預測，致使無法建立其模型，這些問題對基於模型的傳統自動控制來說很難解決。
2. 傳統的自動控制系統的輸入或輸出設備與人及外界環境的信息交換很不方便，希望製造出能接受印刷體、圖形甚至手寫體和口頭命令等形式的信息輸入裝置，能夠更加深入而靈活地和系統進行信息交流，同時還要擴大輸出裝置的能力，能夠用文字、圖紙、立體形象、語言等形式輸出信息。另外，通常的自動裝置不能接受、分析和感知各種看得見、聽得著的形象、聲音的組合以及外界其它的情況。 為擴大信息通道，就必須給自動裝置安上能夠以機械方式模擬各種感覺的精確的送音器，即文字、聲音、物體識別裝置。 可喜的是，近幾年計算機及多媒體技術的迅速發展，為智能控制在這一方面的發展提供了物質上的准備,使智能控制變成了多方位「立體」的控制系統。
3. 傳統的自動控制系統對控制任務的要求要麼使輸出量為定值（調節系統），要麼使輸出量跟隨期望的運動軌跡（跟隨系統），因此具有控制任務單一性的特點，而智能控制系統的控制任務可比較復雜，例如在 智能機器人系統中，它要求系統對一個復雜的任務具有自動規劃和決策的能力，有自動躲避障礙物運動到某一預期目標位置的能力等.。對於這些具有復雜的任務要求的系統，採用智能控制的方式便可以滿足。
4. 傳統的控制理論對線性問題有較成熟的理論，而對高度非線性的控制對象雖然有一些非線性方法可以利用，但不盡人意。 而智能控制為解決這類復雜的非線性問題找到了一個出路，成為解決這類問題行之有效的途徑。 工業過程智能控制系統除具有上述幾個特點外，又有另外一些特點，如被控對象往往是動態的，而且控制系統在線運動，一般要求有較高的實時響應速度等，恰恰是這些特點又決定了它與其它智能控制系統如智能機器人系統、航空航天控制系統、交通運輸控制系統等的區別，決定了它的控制方法以及形式的獨特之處。
B. 避障小車設計，為什麼無線模塊接收程序，只能接收一次，再發射其它值接收不了，不執行，用的NRF24L01無線
智能機器人作為一個高新科技的綜合體，直接反應了一個國家信息技術的發展水平，受到了社會各界的高度重視。智能機器人涉及了信息技術的幾乎所用內容，可以讓學生接觸並看到信息技術的全景，並且智能機器人是信息技術的開放平台，學生可以充分發揮想像力去開發各種智能裝置，從而培養學生對信息技術的開發能力，在開發過程中，培養各種能力，激發學生的興趣。
本文設計的以智能小車為載體的基於TMS320LF2407A教育機器人硬體平台，包括電源模塊和電機驅動模塊電路設計，並集成了紅外和光敏感測器和無線數據傳輸模塊，通過軟體設計可實現尋跡、避障及尋跡避障相結合的功能，達到了理論課程學習與動手實踐相結合的目的，鞏固了知識並進一步提高了學習者的興趣。
1 設計思想與總體方案
1.1 教育機器人的設計思想
本教育機器人以TMS320LF2407A微控制器為核心，由紅外感測器和光電感測器等各種感測器採集的外部環境信息作為輸入信號，通過DSP進行運算處理，利用PWM技術實時輸出調整小車的速度和方向，實現小車尋跡、避障、尋跡加避障等自動控制的功能，另外在小車於尋跡過
程中遇到障礙物，當尋跡加避障演算法在尋跡的同時不能完成避障功能時，可由PC機與其相連的無線通信收發模塊和DSP相連的另一無線收發模塊實現無線短距離通信，控制小車脫離障礙區並進行正常尋跡。
1.2 總體設計方案和框圖
機器人小車系統整體框圖如圖1所示，主要有TMS320LF2407A最小系統部分、電源模塊、電機驅動模塊、感測器模塊、無線通信模塊構成，實現由車載的各種感測器將信息不斷地傳遞給車載微控制器，並將編程設計演算法下載至微控制器實現實時調整小車的運動狀態，完成一定的功能要求。
機器人
2 系統硬體模塊設計
2.1 TMS320LF2407A最小系統設計
TMS320LF2407A是2000系列中目前應用最為廣泛的產品，它在片上不僅具有一個適於進行數字信號處理的高效處理器，而且還集成了存儲器和適應控制領域應用的豐富片上外設，從而構成了一個基本的片上計算機系統。除了具有改進的哈佛結構、多匯流排結構和流水線結構等優點外，它還採用高性能靜態 CMOS技術，電壓降為3.3V，減少了功耗，指令執行速度提高到40MIPS，幾乎所有指令都可以在2 5ns的單周期內完成。TMS320LF2407A的基本結構包括中央處理器單元（CPU）、存儲器、片內外設與專用硬體電路三個組成部分。本系統硬體平台充分利用TMS320LF2407A控制器的特點採用模塊化設計，分為基本電路和擴展控制電路部分。基本電路包括電源電路、復位電路、時鍾電路、A/D 輸入通道和JTAG模擬電路等。擴展電路包括存儲器及解碼電路、串列通信SCI與RS-232介面電路、CAN介面電路、SPI功能模塊等。系統硬體原理框圖如圖2所示。
電路圖
此部分採用光電感測器對路面信息進行識別。採用RPR220型光電對管，RPR220是一種一體化反射型光電探測器，其發射器是一個砷化鎵紅外發光二極體，接收管是一個高靈敏度的硅平面光電三極體，用3個該紅外對管構成「一」字形排列在小車車頭的底部，路徑軌跡由黑線指示，根據落在黑線區域的光電三極體接收到的反射光線強度與白色區域的不同，由檢測到的黑線光電管的位置來判斷小車的位置方向看其是否偏離黑線，當紅外對管的發射二極體發出紅外線，經反射物 （白線）反射到接收管，是接收管集電極與發射極之間的電阻變小，輸入端電位變低，經比較器比較後輸出低電平，當紅外線照射到黑線上時，反射到接收管上的光亮減小，接收管的集電極與發射極間電阻增大使得輸出高電平，將輸出端信號送至2407A進行分析處理，反射式光電感測器原理如圖3所示。3個感測器中如果位於中間的感測器（中感測器）檢測到黑線，從感測器將發出「有線」信號，後輪兩電機繼續接通運轉，結果驅動車體前進。如果除中感測器之外，左、右感測器中的任一個未檢測到黑線，則該感測器輸出「無線」信號，這時脫離引導線的感測器對側的驅動電機停止運行，同側電機繼續運行，以此達到校正行進方向的目的。
電路
2.3 紅外避障模塊設計
在小車行進過程中遇到障礙物，無法正常通過時，採用紅外線檢測器檢測障礙物，並設計演算法控制小車繞開障礙物繼續尋跡前進。在小車前端兩側分別安裝1個紅外發射二極體（如東芝TLN110）進行紅外信號的發射，紅外線光源發出的信號調制到38kHz，使用2407A的PWM輸出產生精確的信號。紅外接收器由安裝在車頭中央的專用紅外接收模塊（如CRVPl738）對紅外信號進行接收。小車前進路線中障礙物的判斷原則：a.左邊紅外發射二極體發射信號，檢測中央接收端，判斷是否接收到信號；b.右邊紅外發射二極體發射信號，檢測中央接收端，判斷是否接收到信號；c.若左邊發射時，有信號接收則小車左邊有障礙物；若右邊發射時，有信號接收則小車右邊有障礙物；若左邊和右邊發射時，都有信號接收則小車正前方有障礙物。
在小車前進過程中有三種避障演算法：沿左邊行走，沿右邊行走，左右相結合行走。本設計要實現在多種環境下都能避障，所以選擇左右結合行走的演算法。在小車左、右側兩側等比例安裝若干紅外測距感測器（GP2D12），用於防止小車在避障過程中與障礙物發生碰撞，由於GP2-D12輸出為0.4~2.4V的模擬信號，對應80~10cm距離，輸出與距離成反比關系，且為非線性，可直接利用2407A集成的A/D轉換功能，進行A/D轉換得到相應參數，根據參數由 DSP進行相應處理，進行避障前進。在避障過程中，採用接近式控制策略，維持障礙物和感測器之間的距離為一固定常數，當兩者距離偏小時，機器人向遠離障礙物的方向旋轉；當兩者距離偏大時，向靠近障礙物的方向旋轉。小車沿障礙物行進過程中，在車頭底部光電感測器檢測到黑線時，小車開始調整行進姿勢，遠離障礙物，繼續尋跡。另外在小車無法成功繞過障礙物繼續尋跡時，可以通過無線通信模塊控制小車繞過障礙物使其繼續尋跡。
2.4 無線通信模塊設計
在機器人無法成功避障的情況下，可通過DSP與上位機（PC機）之間的通信協作來完成避障任務。DSP與PC機之間的通信方式分為有線和無線兩種，多數採用串列通信。在本設計中採用無線通信方式，可以克服有線通信造成的操作不便。PTR2000是基於nRF401器件的無線數據傳輸模塊，具有低頻發射、靈敏度高的特點，使其在嵌入式短程無線產品中得到廣泛的應用。要實現DSP與PC機之間的無線通信，需在DSP與小車車體分別安裝一個 PTR2000器件，其系統硬體結構框圖如圖4所示。通過2407A的RXD和TXD引腳與PTR2000的DO和DI引腳直接相連，2407A的控制引腳與PTR2000模式控制引腳相連完成PTR2000於DSP之間的連接，通過採用MAX232器件在PTR2000和計算機串口進行RS-232和 TTL電平之間的轉換後，完成PTR2000和PC機串口的連接。在DSP和PC機端軟體配合設置PTR2000的狀態（發射或接收），選擇固定的通信頻道，並讓PTR2000一直處於正常工作狀態，再通過設計軟體系統實現無線通信的功能。
結構框圖
電源模塊可由16V交流電壓充電器通過電源充電電路為6節車載鎳鎘電池（約7.2V）充電，為各模塊提供工作電壓。電源電路模塊如圖5所示。由於各模塊所需工作電壓不同，可先通過使用78（L）05穩壓器得到5V直流電壓，2407A所需3.3V電源由帶集成延時復位功能的低壓差穩壓器TPS733Q實現，同時具有復位功能。如圖5所示。
電源電路模塊
2.6 電機驅動模塊設計
本輪式機器人平台採用左、右直流電機驅動的方式，中間有一起支撐作用的萬向輪。電機驅動模塊可以實現兩電機在任何方向旋轉從而達到小車前進、倒退和轉向的目的。電機發生轉向與否是由提供給電機驅動電路的高、低電壓信號次序決定的，它們來自前端的數字邏輯門定序電路。數字邏輯定序電路的輸入信號由 2407A 產生的方向信號和PWM信號實現機器人的方向和速度的控制分為方向端和使能端，該電路同時可以避免產生電源短路對電子器件造成的損害。此小車電機驅動電路是H橋驅動電路，該電路通過控制電機電流流向達到控制轉向的目的。當Q1和04導通時，電機電流從左流向右，電機正轉；當Q2和Q3導通時，電機電流從右流向左，電機反轉。如圖7所示。
電機驅動電路
3 系統整體實現
以TMS320LF2407A為核心的教育機器人硬體系統整體功能可在軟體開發工具CCS和硬體開發工具XDS的支持下採用C語言和匯編語言混合編程進行程序模擬調試，再通過JTAG介面下載到DSP內實現，給DSP學習者帶來了極大的方便。同時，得益於2407A外部資源的豐富性，系統中未使用部分有利於學習者做進一步的功能開發和應用。
4 結語
該整體硬體系統結構簡單，具有很好的擴展性，而且通過軟體編程式控制制機器人完成一定的功能，很好地鍛煉了學生的邏輯思維能力和編程能力，有助於培養學生的實踐能.
C. 單片機 智能小車 課程設計
智能小車的設計與製作
摘要：本課題組設計製作了一款具有智能判斷功能的小車，功能強大。小車具有以下幾個功能：自動避障功能；尋跡功能（按路面的黑色軌道行駛）；趨光功能（尋找前方的點光源並行駛到位）；檢測路面所放置的鐵片的個數的功能；計算並顯示所走的路程和行走的時間，並可發聲發光。作品可以作為高級智能玩具，也可以作為大學生學習嵌入式控制的強有力的應用實例。
作品以兩電動機為主驅動，通過各類感測器件來採集各類信息，送入主控單元AT89S52單片機，處理數據後完成相應動作，以達到自身控制。電機驅動電路採用高電壓，高電流，四通道驅動集成晶元L293D。其中避障採用紅外線收發來完成；鐵片檢測部分採用電感式接近開關LJ18A3-8-Z/BX檢測；黑帶檢測採用紅外線接收二極體完成；趨光部分通過3路光敏二極體對光源信號的採集，再經過ADC0809轉化為數字信號送單片機處理判別方向。由控制單元處理數據後完成相應動作，實現了無人控制即可完成一系列動作，相當於簡易機器人。
關鍵字：智能控制 蔽障 紅外線收發 尋跡行駛 趨光行駛
1．總體方案論證與比較
方案一：採用各類數字電路來組成小車的控制系統，對外圍避障信號，黑帶檢測信號，鐵片檢測信號，各路趨光信號進行處理。本方案電路復雜，靈活性不高，效率低，不利於小車智能化的擴展，對各路信號處理比較困難。
方案二：採用ATM89S52單片機來作為整機的控制單元。紅外線探頭採用市面上通用的發射管與及接收頭，經過單片機調制後發射。鐵片檢測採用電感式接近開關LJ18A3-8-Z/BX檢測，黑帶採用光敏二極體對光源信號採集，再經過ADC0809轉化為數字信號送到單片機系統處理。此系統比較靈活，採用軟體方法來解決復雜的硬體電路部分，使系統硬體簡潔化，各類功能易於實現，能很好地滿足題目的要求。
比較以上兩種方案的優缺點，方案二簡潔、靈活、可擴展性好，能達到題目的設計要求，因此採用方案二來實現。方案二的基本原理如圖1所示。
圖1 智能車運行基本原理圖框圖
避障部分採用紅外線發射和接受原理。鐵片檢測採用電感式接近開關LJ18A3-8-Z/BX檢測，產生的高低電平信號經過處理後，完成相應的記錄數目，驅動蜂鳴器發聲。黑帶尋跡依靠安裝在車底部左右兩個光敏二極體對管來對地面反射光感應。尋光設計在小車前端安裝3路（左、中、右）光敏電阻對光源信號採集，模擬信號經過ADC0809轉化為數字信號送到MCU處理。記程通過在車輪上安裝小磁塊，再用霍爾管感應產生計數脈沖。記時由軟體實現，顯示採用普通七段LED。此系統比較靈活，採用軟體方法來解決復雜的硬體電路部分，使系統硬體簡潔化，各類功能易於實現
2．模塊電路設計與比較
1) 避障方案選擇
方案一：採用超聲波避障，超聲波受環境影響較大，電路復雜，而且地面對超聲波的反射，會影響系統對障礙物的判斷。
方案二：採用紅外線避障，利用單片機來產生38KHz信號對紅外線發射管進行調制發射，發射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管對反射回來信號進行解調，輸出TTL電平。外界對紅外信號的干擾比較小，且易於實現，價格也比較便宜，故採用方案二。
紅外線發射接受電路原理圖如圖2所示。
採用紅外線避障方法，利用一管發射另一管接收，接收管對外界紅外線的接收強弱來判斷障礙物的遠近，由於紅外線受外界可見光的影響較大，因此用250Hz的信號對38KHz的載波進行調制，這樣減少外界的一些干擾。 接收管輸出TTL電平，有利於單片機對信號的處理。採用紅外線發射與接收原理。利用單片機產生38KHz信號對紅外線發射管進行調制發射，發射距離遠近由RW調節，本設計調節為10CM左右。發射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管對反射回來信號進行解調，輸出TTL電平。利用單片機的中斷系統，在遇障礙物時控制電機並使小車轉彎。由於只採用了一組紅外線收發對管，在避障轉彎方向上，程序採用遇障礙物往左拐方式。如果要求小車正確判斷左轉還是右轉，需在小車側邊加多一組對管。外界對紅外信號的干擾比較小，性價比高。 。調試時主要是調制發射頻率為接收頭能接收的頻率，採用單片機程序解決。發射信號強弱的調節，由可調精密電阻調節。
圖2 紅外線發射接受電路原理圖
2）檢測鐵片方案選擇
方案一：採用電渦流原理自製的感測器，取才方便，但難以調試，輸出信號也不可靠，成功率比較低，難以准確輸出感測信息。
方案二：採用市面易購的電感式接近開關，本系統採用市面比較通用LJ18A3-8-Z/BX來完成鐵片檢測的任務。雖然電感式接近開關占的體積大，對本是可以接受，且輸出信號較可靠，穩定性好，受外界的干擾小，故採用方案二。
檢測鐵片電路原理圖如圖3所示。
圖3 檢測鐵片電路原理圖
3)聲音提示
方案一：採用單片機產生不同的頻率信號來完成聲音提示，此方案能完成聲音提示功能，給人以提示的可懂性比較差，但在一定程度上能滿足要求，而且易於實現，成本也不高，我們出自經費方面考慮，採用方案一。
方案二：採用DS1420可分段錄放音模塊，能夠給人以直觀的提示，但DS1420錄放音模塊價格比較高，也可以採用此方案來處理，但方案二性價比不如方案一。
4)黑帶檢測方案選擇
方案一：採用發光二極體發光，用光敏二極體接收。由於光敏二極體受可見光的影響較大，穩定性差。
方案二：利用紅外線發射管發射紅外線，紅外線二極體進行接收。採用紅外線發射，外面可見光對接收信號的影響較小，再用射極輸出器對信號進行隔離。本方案也易於實現，比較可靠，因此採用方案二。黑帶檢測電路圖如圖4所示。
輸出信號進入74LS02。穩定性能得到提升。當小車低部的某邊紅外線收發對管遇到黑帶時輸入電平為高電平，反之為低電平。結合中斷查詢方式，通過程序控制小車往哪個方向行走。電路中的可調電阻可調節靈敏度，以滿足小車在不同光度的環境光中能夠尋跡。由於接收對管裝在車底，發射距離的遠近較難控制，調節可調電阻，發現靈敏度總是不盡人意，最後採用在對管上套一塑料管，屏蔽外界光的影響，靈敏度大幅提升。再是轉彎的時間延遲短長控制。
圖4 黑帶檢測電路圖
3)計量路程方案
方案一：利用紅外線對射方式，在小車的車輪開一些透光孔來計量車輪轉過圈數，從而間接地測量路程。
方案二：利用霍爾元件來對轉過的車輪圈數來計程，在車輪子上裝小磁片，霍爾元件靠近磁片一次計程為車輪周長。此方案感測的信號強， 電路簡單，但精度不高。
如果想達到一定的計量精度，用霍爾感測元件比較難以實現，因為在車輪上裝一定量的小磁片會相互影響，而利用紅外線對射方式不會影響各自的脈沖，可達到厘米的精度，因此採用方案一來實現。計量路程示意圖見圖5。
通過計算車輪的轉數間接測量距離，利用了霍爾元件感應磁塊產生脈沖的原理，再對脈沖進行計數。另可採用紅外線原理提高記程精度，其方法為在車輪均勻打上透光小孔，當車輪轉動時，紅外光透射過去，不斷地輸出脈沖，通過單片機對脈沖計數，再經過一個數據的處理過程，這樣就可把小車走過的距離計算出來，小孔越多，計數越精密。
圖 5 計量路程示意圖
3)智能車驅動電路
方案一：採用分立元件組成的平衡式驅動電路，這種電路可以由單片機直接對其進行操作，但由於分立元件佔用的空間比較大，還要配上兩個繼電器，考慮到小車的空間問題，此方案不夠理想。
方案二：因為小車電機裝有減速齒輪組，考慮不需調速功能，採用市面易購的電機驅動晶元L293D，該晶元是利用TTL電平進行控制，對電機的操作方便，通過改變晶元控制端的輸入電平，即可以對電機進行正反轉操作，很方便單片機的操作，亦能滿足直流減速電機的要求。智能車驅動電路實現如圖6所示。
圖6 智能車驅動電路
小車電機為直流減速電機，帶有齒輪組，考慮不需調速功能，採用電機驅動晶元L293D。L293D是著名的SGS公司的產品。為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅動，設計用來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅動感性負載(比如繼電器，直流和步進馬達)，和開關電源晶體管。內部包含4通道邏輯驅動電路。其額定工作電流為1A，最大可達1.5A，Vss電壓最小4.5V，最大可達36V；Vs電壓最大值也是36V，經過實驗，Vs電壓應該比Vss電壓高，否則有時會出現失控現象。表1是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關系。
表1 引腳和輸出引腳的邏輯關系
EN A（B） IN1（IN3） IN2（IN4） 電機運行情況
H H L 正轉
H L H 反轉
H 同IN2（IN4） 同IN1（IN3） 快速停止
L X X 停止
L293D可直接的對電機進行控制，無須隔離電路。通過單片機的I/O輸入改變晶元控制端的電平，即可以對電機進行正反轉，停止的操作，非常方便，亦能滿足直流減速電機的大電流要求。調試時在依照上表，用程序輸入對應的碼值，能夠實現對應的動作，調試通過。
3) 尋找光源功能
方案一：在小車前面裝上幾個光電開關，通過不同方向射來的光使光電開關工作，從而對小車行駛方向進行控制，根據光電開關特性，只有當光達到一定強度時才能夠導通，因此帶有一定的局限性。
方案二：在小車前面裝上參數一致的光敏二極體或者光敏電阻，再通過A/D轉換電路轉換成數字量送入單片機，單片機再對讀入的幾路數據進行存儲、比較，然後發出命令對外圍進操作。對方案一、二進行比較，方案二硬體稍為復雜，但能夠對不同強度的光進行採集以及比較，操作靈活，所以採用方案二。
尋找光源電路圖如圖7所示。
圖7 尋找光源電路圖
3)顯示部分
方案一：採用LCD顯示，用單片機可實現顯示數據，但顯示亮度和字體大小在演示時不盡人意，價格也比較昂貴。
方案二：採用LED七段數碼管，採用經典電路解碼和驅動，電路結構簡單，並且可以實現單片機I/O口的並用，顯示效果直觀，明亮，調試容易。故採用LED數碼管顯示。
4)顯示電路如圖8所示。
圖8 顯示電路
3. 系統原理及理論分析
1) 單片機最小系統組成
單片機系統是整個智能系統的核心部分，它對各路感測信號的採集、處理、分析及對各部分整體調整。主要是組成是：單片機AT89S52、模數轉換晶元ADC0809、小車驅動系統晶元L293D、數碼管顯示的解碼晶元74LS47、74LS138及各路的感測器件。
2)避障原理
採用紅外線避障方法，利用一管發射另一管接收，接收管對外界紅外線的接收強弱來判斷障礙物的遠近，由於紅外線受外界可見光的影響較大，因此用250Hz的信號對38KHz的載波進行調制，這樣減少外界的一些干擾。 接收管輸出TTL電平，有利於單片機對信號的處理。
3)計程原理
通過計算車輪的轉數間接測量距離，在車輪均勻打上透光小孔，當車輪轉動時，紅外光透射過去，不斷地輸出脈沖，通過單片機對脈沖計數，再經過一個數據的處理過程，這樣就可把小車走過的距離計算出來。
4)黑帶檢測原理
利用光的反射原理，當光線照射在白紙上，反射量比較大，反之，照在黑色物體上，由於黑色對光的吸收，反射回去的量比較少，這樣就可以判斷黑帶軌道的走向。由於各路感測器會對單片機產生一定的干擾，使信號發生錯誤。因此，採用一級射極輸出方式對信號進行隔離，這樣系統對信號的判斷就比較准確。
4. 系統程序設計
用單片機定時器T0產生38KHz的方波，再用定時器T1產生250Hz的方波對38KHz方波進行調制。為了提高小車反應靈敏度，對紅外線接收信號及黑帶檢測信號都採用中斷法來處理。用定時方法對鐵片檢測、計量路程、倒車、拐彎及數碼管動態掃描進行處理。
主程序流程圖見圖9，各子程序圖見圖10、圖11、圖12。
圖9 主程序流程圖
圖 10 外部中斷0服務子程序
圖 11 外部中斷1服務子程序
圖12 定時器1中斷子程序
6．調試及性能分析
整機焊接完畢，首先對硬體進行檢查聯線有無錯誤，再逐步對各模塊進行調試。首先寫入電機控制小程序，控制其正反轉，停機均正常。加入避障子程序，小車運轉正常，調整靈敏度達最佳效果。加入顯示時間子程序，顯示正常。鐵片檢測依靠接近開關，對檢測信號進行處理並實時顯示和發出聲光信息，無異常狀況。路程顯示部分是對霍爾管脈沖進行計數，為了盡量達到精確，車輪加裝小磁片。接著對黑帶檢測模塊調試，發現有時小車會跑出黑帶，經判斷是因為紅外線收發對管靈敏度不高，調整靈敏度後仍然達不到滿意效果，疑是受環境光影響，利用塑料套包圍紅外線收發後問題解決。趨光電路主要由三個光敏電阻構成，調整三個光敏電阻的角度同時測試軟體，以最佳效果完成趨光功能。
整機綜合調試，上電後對系統進行初始化，接著控制電機使小車向前行駛，突然發現系統即刻進入外部中斷1，重復多次測試，結果都是自動進入該中斷。推斷是由剛上電時電機起動所引起，為了避免上電瞬間的影響，在啟動小車後延時幾毫秒，再開外部中斷，結果問題解決。允許的話應採用雙電源供電，即電機和電路應分開供電，L293D與單片機之間採用隔離信號控制。這樣就不會出現小車啟動時程序出錯和數碼管顯示閃動的問題。在計程精度上，可用紅外線原理獲得較高精度。
7．結論
通過各種方案的討論及嘗試，再經過多次的整體軟硬體結合調試，不斷地對系統進行優化，智能小車能夠完成各項功能到達車庫。
8．參考文獻
《單片機應用技術》
《周立功單片機》
《單片機原理與應用》
《8051單片機程序設計與實例》
《MCS-51單片機實驗指導》