蔽障循跡智能小車畢業(yè)論文.doc

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1、 2013年 7 月12日一、緒論.4 1.1智能小車的作用和意義.4 二、方案設(shè)計(jì)與論證 . 4 2.1 總體方案設(shè)計(jì) .4 2.2主控系統(tǒng) .52.3傳感器選擇方案 .6 2.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇方案.6 2.5電機(jī)方案選擇.62.6電源方案選擇.7 三、主要器件介紹 .73.1 STC89C52的介紹 .7 3.2 L298N的介紹 .83.2.1 L298N的引腳功能 . 9 3.2.2 L298N的運(yùn)行參數(shù) .103.2.3 L298N的邏輯控制 . 10 3.3 TCRT5000的介紹 . 113.4LM339的介紹 .123.5 L7805CV和L7806CV的介紹.12四、硬件設(shè)

2、計(jì) . 14 4.1 主控芯片STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)板電路 . 14 4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路.154.3紅外對(duì)黑線檢測(cè)模塊電路.16 4.4穩(wěn)壓電源電路.18五、程序設(shè)計(jì) . 19 5.1主程序 .19六、調(diào)試. 28 6.1硬件調(diào)試 .286.1.1元件的固定 . 286.1.2TCRT5000探頭 . 29 6.1.3 L298N馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊 . 29 6.2軟件調(diào)試 . 29 6.2.1調(diào)試平臺(tái)介紹 . 296.2.2程序調(diào)試.296.3 測(cè)試結(jié)果與分析 . 30七、心得體會(huì). 30附件 元件清單 參考文獻(xiàn)一、緒論1.1智能小車的作用和意義 自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來，機(jī)器人的

3、發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國(guó)防等領(lǐng)域。近年來機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們?cè)诓粩嗵接?、改造、認(rèn)識(shí)自然的過程中，制造能替代人勞動(dòng)的機(jī)器一直是人類的夢(mèng)想。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的感系統(tǒng)，對(duì)于視覺的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后，機(jī)器視覺需要通過大量的運(yùn)算也只能識(shí)別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡(jiǎn)單的目標(biāo)。視覺傳感器的核心器件是攝像管或CCD，目前的CCD已能做到自動(dòng)聚焦。但CCD傳感器的價(jià)格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢(shì)，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺的系統(tǒng)中考慮使用接近覺傳感器是覺傳感器種類越來越多，其中視覺傳感器成為自動(dòng)行

4、走和駕駛的重要部件。視覺的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航一種實(shí)用有效的方法。 機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線和障礙物，感知導(dǎo)引線相當(dāng)給機(jī)器人一個(gè)視覺功能。避障控制系統(tǒng)是基于自動(dòng)導(dǎo)引小車（AVGauto-guide vehicle）系統(tǒng)，基于它的智能小車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別路線，判斷并自動(dòng)避開障礙，選擇正確的行進(jìn)路線。使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。 該智能小車可以作為機(jī)器人的典型代表。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測(cè)部分、CPU、執(zhí)行部分。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能，還可以擴(kuò)展循跡等功能，感知導(dǎo)引線和障礙物。可以實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并檢測(cè)到

5、障礙物自動(dòng)躲避。基于上述要求，傳感檢測(cè)部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可。智能小車的執(zhí)行部分，是由直流電機(jī)來充當(dāng)?shù)模饕刂菩≤嚨男羞M(jìn)方向和速度。 二、方案設(shè)計(jì)與論證2.1 總體方案設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)基于AT89C52單片機(jī)的小車尋跡系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用兩組高靈敏度的紅外反射式光電傳感器，對(duì)路面的黑色軌跡進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行處理，并利用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波，并以最短時(shí)間完成尋跡。同時(shí)采用紅外傳感器對(duì)障礙物進(jìn)行躲避功能，遇到對(duì)于交通燈的檢測(cè)采用固定頻率的紅外線信號(hào)表示不同的交通指示燈，使控制系統(tǒng)更加智能。在軟件程序上采用一定的控制算法，使得小車在通道上第一次遇到十字黑

6、線時(shí)候減速行駛，在第二次遇到十字黑線可以實(shí)現(xiàn)減速轉(zhuǎn)彎，因此，本系統(tǒng)由紅外光電傳感器，單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)單元共同作用，保證小車能在預(yù)先設(shè)定的軌跡上行駛。 本設(shè)計(jì)的主要特色本設(shè)計(jì)的主要特色本設(shè)計(jì)的主要特色本設(shè)計(jì)的主要特色： 1.自制的四個(gè)輪結(jié)構(gòu)小車，采用PWM調(diào)速。2.采用6V電池供電，直流穩(wěn)壓電路工作穩(wěn)定。 3.采用紅外發(fā)射傳感器接收對(duì)黑線標(biāo)志進(jìn)行識(shí)別，具有高精度和高靈敏度。 2.2主控系統(tǒng) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我認(rèn)為此設(shè)計(jì)屬于多輸入量的復(fù)雜程序控制問題。據(jù)此，擬定了以下兩種方案并進(jìn)行了綜合的比較論證，具體如下： 方案一： 選用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理

7、的功能。CPLD具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用VHDL語言進(jìn)行編寫開發(fā)。但CPLD在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢(shì)。同時(shí)，CPLD的處理速度非?？?，而小車的行進(jìn)速度不可能太高，那么對(duì)系統(tǒng)處理信息的要求也就不會(huì)太高，在這一點(diǎn)上，MCU就已經(jīng)可以勝任了。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。為此，我們不采用該種方案，進(jìn)而提出了第二種設(shè)想。 方案二： 采用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，用其控制行進(jìn)中的小車，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)控制，而在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢(shì)控制簡(jiǎn)單、方便、快捷。這樣一來，單片機(jī)就可以充分

8、發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，這種方案是一種較為理想的方案。 針對(duì)本設(shè)計(jì)特點(diǎn)多開關(guān)量輸入的復(fù)雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長(zhǎng)處理多開關(guān)量的標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)，而不能用精簡(jiǎn)I/O口和程序存儲(chǔ)器的小體積單片機(jī)，D/A、A/D功能也不必選用。根據(jù)這些分析,我選定了STC89C52RA單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控裝置，52單片機(jī)具有功能強(qiáng)大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，程序空間多達(dá)8K，對(duì)于本設(shè)計(jì)也綽綽有余，更可貴的是52單片機(jī)價(jià)格非常低廉。 在綜合考慮了傳感器、兩部電機(jī)的驅(qū)動(dòng)等諸多因素后，我們決定采用一片單片機(jī)，充分利用STC89C52單片機(jī)的資源。2.3傳感器選擇方

9、案 方案一：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接收; 發(fā)光二極管發(fā)出的可見光照射到黑帶時(shí)，光線被黑帶吸收，光敏二極管為檢測(cè)到信號(hào)。呈高阻抗，使輸出端為低電平。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的可見光照射到地面時(shí)，它發(fā)出的可見光反射回來被光敏二極管檢測(cè)到，其阻抗迅速降低，此時(shí)輸出端為高電平。但是由于光敏二極管受環(huán)境中可見光影響較大，電路的穩(wěn)定性很差，但可以通過運(yùn)放對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理。方案二： 采用反射式紅外光電傳感器。 用TCRT5000型反射式紅外對(duì)管組成的路徑識(shí)別傳感器模塊，檢測(cè)距離和靈敏度均能達(dá)到系統(tǒng)要求，該器件具有如下特點(diǎn)：當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平，該光電對(duì)管調(diào)理電路簡(jiǎn)單，工作

10、性能穩(wěn)定。 綜上所述，本設(shè)計(jì)采用發(fā)光二極管進(jìn)行檢測(cè)，原因是性價(jià)比較合理。2.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇方案方案一：采用分立元件的H橋驅(qū)動(dòng)電路。 方案二：采用集成的H橋驅(qū)動(dòng)電路芯片。 由于集成的H橋驅(qū)動(dòng)電路芯片體積小，穩(wěn)定性高，因此選用集成的驅(qū)動(dòng)電路芯片作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，型號(hào)為L(zhǎng)298N。2.5電機(jī)方案選擇 方案一： 采用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是具有快速啟停能力可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速，啟動(dòng)性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。工作電壓可達(dá)到36V，4A?？赏瑫r(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。適合應(yīng)用于機(jī)器人設(shè)計(jì)及智能小車的設(shè)計(jì)中，如果符合不超過步進(jìn)電機(jī)所能提供的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能夠立即使步進(jìn)電機(jī)的啟功或者反轉(zhuǎn)。調(diào)速方式：直

11、流電動(dòng)機(jī)采用PWM信號(hào)平滑調(diào)速。方案二： 采用普通直流減速電機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，方便，調(diào)整范圍廣，過載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無極快速啟動(dòng)，制動(dòng)，和反轉(zhuǎn)，能滿足各種不同的特殊運(yùn)行要求。 綜上所訴，我們選擇直流減速電機(jī)。2.6電源方案選擇方案一： 直接使用AA干電池進(jìn)行供電它的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，但是供電能力差，不易長(zhǎng)時(shí)間供電。 方案二： 使用3500mA干電池配合直流穩(wěn)壓整流電路輸入端口接9mA的干電池，經(jīng)電容濾波和L7805和L7806穩(wěn)壓后輸出約5V,6V電壓。可保證長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的輸出電壓。這樣可以提供持久穩(wěn)定的電流，穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電?？紤]

12、到系統(tǒng)穩(wěn)定工作的要求，所以選擇方案一。三 主要器件介紹3.1 STC89C52的介紹 STC89C52引腳功能說明VCC（40引腳）：電源電壓 VSS（20引腳）：接地P0端口（P0.0P0.7，3932引腳）：P0口是一個(gè)漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載，對(duì)端口P0寫入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時(shí)，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時(shí)，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。P1端口（P1.0P1.7，18引腳）：P1

13、口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫入1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。此外，P1.0和P1.1還可以作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部技術(shù)輸入（P1.0/T2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體參見下表：在對(duì)Flash ROM編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P1接收低8位地址。表XX P1.0和P1.1引腳復(fù)用功能在對(duì)Flash ROM編程或程序校驗(yàn)時(shí)，P3還接收一些控制信號(hào)。 P3口除作為一般I/O口外，還有其他

14、一些復(fù)用功能，如下表所示： 表XX P3口引腳復(fù)用功能來完成單片機(jī)單片機(jī)的復(fù)位初始化操作?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST引腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。 特殊功能寄存器3.2 L298N的介紹L298N是一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片的主要特點(diǎn)是:工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V;輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)

15、動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。3.2.1 L298N的引腳功能3.2.2 L298N的運(yùn)行參數(shù) 3.2.3 L298N的邏輯控制主要采用L298N，通過單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，輸入引腳與輸出引腳的邏輯關(guān)系圖為表3.3 L298N對(duì)直流電機(jī)控制的邏輯真值表3.3 TCRT5000的介紹TCRT5000光電傳感器模塊是

16、基于TCRT5000紅外光電傳感器設(shè)計(jì)的一款紅外反射式光電開關(guān)。傳感器采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，輸出信號(hào)經(jīng)施密特電路整形，穩(wěn)定可靠。+：接直流DC5V正極-：接直流DC5V負(fù)極S：信號(hào)輸出端，光敏三極管飽和，此時(shí)模塊的輸出端為高電平，指示二極管被點(diǎn)亮。應(yīng)用場(chǎng)合：電度表脈沖數(shù)據(jù)采樣、傳真機(jī)碎紙機(jī)紙張檢測(cè)、障礙檢測(cè)黑白線檢測(cè)基本參數(shù)：外形尺寸：長(zhǎng)32mm37mm；寬7.5mm；厚5mm工作電壓：DC3V5.5V，推薦工作電壓為5V檢測(cè)距離：1mm8mm適用，焦點(diǎn)距離為2.5mm傳感器的紅外發(fā)射二極管不斷發(fā)射紅外線，當(dāng)發(fā)射出的紅外線沒有被反射回來或被反射回來但強(qiáng)度不夠大時(shí)

17、，光敏三極管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)模塊的輸出端為低電平，指示二極管一直處于熄滅狀態(tài)；被檢測(cè)物體出現(xiàn)在檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，紅外線被反射回來且強(qiáng)度足夠大，光敏三極管飽和，此時(shí)模塊的輸出端為高電平，指示二極管被點(diǎn)亮。靈敏度可調(diào)的循跡電路。當(dāng)比較器的正向輸入端電壓低于反向輸入端的電壓時(shí)輸出低電平，LED亮，表示接收到反射光。3.4 LM339的介紹智能小車中運(yùn)用于電路分析模塊LM339引腳圖與功能簡(jiǎn)介L(zhǎng)M339集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器。LM339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較

18、兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集

19、電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。3.5 L7805CV和L7806CV的介紹L7805L7805是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，他的使用方便，用很簡(jiǎn)單的電路即可以輸入一個(gè)直流穩(wěn)壓電源他的輸出電壓恰好為5v，剛好是51系列單片機(jī)運(yùn)行所需的電壓，他有很多的系列如ka7805，ads7805，cw7805等，性能有微小的差別,用的最多的還是LM7805,下面我簡(jiǎn)單的介紹一下他的3個(gè)引腳以及用它來構(gòu)成的穩(wěn)壓電路的資料。 其中1接整流器輸出的+電壓，2為公共地(也就是負(fù)極)，3就是我們需要的正5V輸出電壓了.L7806L7806為固定正電壓穩(wěn)壓電路，屬三端正

20、電源穩(wěn)壓電路系列（3Terminals positive Voltage Regulator Series）。產(chǎn)品應(yīng)用非常廣泛，涉及到各種穩(wěn)壓電源、充電器、數(shù)碼產(chǎn)品以及家電領(lǐng)域等。L7806芯片參數(shù)：封裝四、硬件設(shè)計(jì).4.1 主控芯片AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)板電路本智能小車采用的單片機(jī)最小系統(tǒng)板是自己制做的AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)板，它具有體積小，質(zhì)量輕，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好的放置在智能小車中。原理圖如下。 小系統(tǒng)PCB板4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用專用驅(qū)動(dòng)芯片L298N作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。L298N是一種具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它的響應(yīng)頻率高，一片L298N可

21、以分別控制兩個(gè)直流減速電機(jī)，而且還帶有控制使能端，用它作為驅(qū)動(dòng)芯片，操作方便，穩(wěn)定，性能優(yōu)良。L298N的5、7引腳為一個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸入端，10、12引腳為另一個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸入端，2、3引腳為一個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸出端，13、14引腳為另一個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸出端，通過單片機(jī)對(duì)L298N的輸入端進(jìn)行指令控制，就能實(shí)現(xiàn)直流減速電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而控制小車前進(jìn)和后退。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖如下。驅(qū)動(dòng)模塊PCB板4.3紅外對(duì)黑線檢測(cè)模塊電路由于有6個(gè)紅外傳感器排成一排均勻的安裝在小車底部，當(dāng)光線照射到路面并反射，由于黑線和白紙的反射系數(shù)不同，根據(jù)接收到的反射光強(qiáng)度判斷是否眼黑線前進(jìn)。在一般情況下，

22、當(dāng)黑線位于中間的兩個(gè)紅外傳感器之間，不管小車偏向哪一邊，都能檢測(cè)出小車的偏移方向?；蛘弋?dāng)小車偏向左邊時(shí)，右邊的傳感器檢測(cè)到黑線，輸出低電平給電機(jī)，否則，輸出高電平。紅外作循跡電路原理圖紅外作循跡PCB板 采用紅外對(duì)管制作循跡電路，當(dāng)檢測(cè)到黑線時(shí)，紅外接受管導(dǎo)通，否則紅外對(duì)管截止，通過比較器LM339電壓比較，把電平狀態(tài)送給單片機(jī)進(jìn)而單片機(jī)處理。原理圖如下。 電路分析原理圖紅外電路分析PCB板4.4穩(wěn)壓電源電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊:本題目要求小車的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定、靈活、簡(jiǎn)單，可選用兩輪式，考慮到現(xiàn)在的汽車多采用兩輪式我選用兩輪式的設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)更貼近生活需求。驅(qū)動(dòng)部分：直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由L298N雙通道馬

23、達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)前后兩個(gè)馬達(dá)，其力矩完全可以達(dá)到模擬效果。 電池的安裝：將電池放置在車體的下面，降低車體重心，提高穩(wěn)定性，同時(shí)可增加驅(qū)動(dòng)輪的抓地力，減小輪子空轉(zhuǎn)所引起的誤差。 電源模塊：采用2支3500mA電池給電機(jī)供電，再用穩(wěn)壓芯片對(duì)電池電壓進(jìn)行降壓給單片機(jī)。采用一套電源可減少小車的負(fù)重。電機(jī)動(dòng)力電路應(yīng)用說明:基本思路為使能端輸入使能信號(hào)，即接高電平，控制輸入端A端輸入PWM 信號(hào)，控制輸出端B輸入方向信號(hào)，在一個(gè)PWM周期內(nèi)，電動(dòng)機(jī)只承受單極性的電壓，電機(jī)的選擇方向由控制信號(hào)決定，電機(jī)的速度由PWM決定，PWM占空比為0%-100%對(duì)應(yīng)于電機(jī)轉(zhuǎn)速0-MAX。因此，當(dāng)接收到由檢測(cè)模塊的信號(hào)時(shí)，

24、單片機(jī)處理該信號(hào)，根據(jù)該信號(hào)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的PWM 波，從而可以根據(jù)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與方向。穩(wěn)壓電源電路圖穩(wěn)壓電源PCB板五、程序設(shè)計(jì) 5.1主程序 #include#defineuchar unsigned char#defineuint unsigned intuchar pwm_left =0;/變量定義，與速度比較的變量uchar push_left =0;/ 左電機(jī)占空比N/10 調(diào)速uchar pwm_right =0;/與速度比較的變量uchar push_right=0;/ 右電機(jī)占空比N/10 調(diào)速bit Right_moto_stop=1;bit Left_moto_stop =1

25、;uint time=0;uint a=0,flag=0,flag1=0; sbit Left_1_led=P10; /四路尋跡模塊接口第一路sbit Left_2_led=P11; /四路尋跡模塊接口第二路sbit Right_1_led=P12; /四路尋跡模塊接口第二路sbit Right_2_led=P13; /四路尋跡模塊接口第三路uint a,d,y,z,q,w,c;sbit out1 = P20;sbit out2 = P21;sbit out3 = P22;sbit out4 = P23;sbit ena = P16;sbit enb = P17;sbit inright =

26、P24;sbit inleft = P25;delay(uint a);intturnleft(uint z) ena=1; enb=1; out1=1; out2=0; out3=1; out4=0; delay(z); return 0;int turnright(uint y) ena=1; enb=1; out1=0; out2=1; out3=0; out4=1; delay(y); return 0;int dengdai (uint d) ena=0; enb=0; out1=0; out2=0; out3=0; out4=0; delay(d); return 0;void g

27、o(uint q) ena=1; enb=1; out1=0; out2=1; out3=1; out4=0; delay(q);intback(uint w) ena=1; enb=1; out1=1; out2=0; out3=0; out4=1; delay(w); return 0; int backright(int c) ena=0; enb=1; out1=0; out2=0; out3=0; out4=1; delay(c); return 0; voidbizhang()if(inright=1&inleft=1)go(50); if(inright=0)turnright(

28、50);if(inleft=0)turnleft(50);if(inright=0&inleft=0)backright(2000);void xunji() if(Left_1_led=0&Left_2_led=0&Right_1_led=0&Right_2_led=0) /0 go(50); else if(Left_1_led=0&Left_2_led=0&Right_1_led=0&Right_2_led=1)/0001 turnright(20);delay(5); else if(Left_1_led=0&Left_2_led=0&Right_1_led=1&Right_2_led

29、=0)/0010 turnright(20); /(9,6) delay(1); else if(Left_1_led=0&Left_2_led=0&Right_1_led=1&Right_2_led=1) /0011 turnright(20); delay(3);else if(Left_1_led=0&Left_2_led=1&Right_1_led=0&Right_2_led=0) /0100turnleft(30);delay(3);else if(Left_1_led=0&Left_2_led=1&Right_1_led=0&Right_2_led=1) /0101turnrigh

30、t(30); delay(2);else if(Left_1_led=0&Left_2_led=1&Right_1_led=1&Right_2_led=1) /0111turnleft(30);delay(1);else if(Left_1_led=1&Left_2_led=0&Right_1_led=0&Right_2_led=0) /1000 turnleft(30); delay(3);else if(Left_1_led=1&Left_2_led=0&Right_1_led=0&Right_2_led=1) /1001go(30);delay(3); /本來延時(shí)6else if(Lef

31、t_1_led=1&Left_2_led=0&Right_1_led=1&Right_2_led=0) /1010turnleft(30);delay(3);else if(Left_1_led=1&Left_2_led=0&Right_1_led=1&Right_2_led=1) /1011 turnright(20); delay(3); else if(Left_1_led=1&Left_2_led=1&Right_1_led=0&Right_2_led=0) /1100turnleft(20);delay(5); else if(Left_1_led=0&Left_2_led=0&Ri

32、ght_1_led=0&Right_2_led=1) / 1101turnleft(20); delay(5);else if(Left_1_led=1&Left_2_led=1&Right_1_led=1&Right_2_led=0) / 1110turnleft(20); delay(5); /else if(Left_1_led=1&Left_2_led=1&Right_1_led=1&Right_2_led=1) / 1111/ /tiaosu();/ go(20);/ delay(5);/ int delay(uint a)uint x,y;for(x=a;x0;x-)for(y=1

33、10;y0;y-);return 0;/*/* PWM調(diào)制電機(jī)轉(zhuǎn)速 */*/* 左電機(jī)調(diào)速 */*調(diào)節(jié)push_val_left的值改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,占空比 */void pwm_out_left_moto(void) if(Left_moto_stop) if(pwm_left=100)pwm_left=0; else ena=0;/*/* 右電機(jī)調(diào)速 */ void pwm_out_right_moto(void) if(Right_moto_stop) if(pwm_right=100)pwm_right=0; else enb=0;/*/* */* 定時(shí)器初值化 */*/void init

34、0(void)TMOD=0X01;TH0= 0XF8; /1ms定時(shí)TH0= 0XF8; TL0= 0X30; TL0= 0X30;TR0= 1;ET0= 1;EA = 1;void init1(void)TMOD=0 x10; /設(shè)置定時(shí)器0工作模式1TH1=(65536-50000)/256; /定時(shí)器裝初值TL1=(65536-50000)%256;IT0=1; IT1=1;EX0=1;/開外部中斷0EX1=1;/開外部中斷1ET1=1;/開定時(shí)器0中斷TR1=1;/啟動(dòng)定時(shí)器0EA=1;/開總中斷/*/*TIMER0中斷服務(wù)子函數(shù)產(chǎn)生PWM信號(hào)*/ void timer0()inter

35、rupt 1 using 2 TH0=0XF8; /1Ms定時(shí) TL0=0X30; time+; pwm_left+; pwm_right+; pwm_out_left_moto(); pwm_out_right_moto(); void run(int m,int n) push_left =m; /PWM 調(diào)節(jié)參數(shù)1-10 1為最慢，10是最快 改這個(gè)值可以改變其速度 push_right =n; /PWM 調(diào)節(jié)參數(shù)1-10 1為最慢，10是最快 改這個(gè)值可以改變其速度 out1=0; /左電機(jī)前進(jìn) out2=1; out3=1; out4=0; /右電機(jī)前進(jìn) void tiaosu()

36、while(flag=1)run(30,30); delay(30); xunji(); if(Left_1_led=1&Left_2_led=1&Right_1_led=1&Right_2_led=1) a=1;flag=0; while(a=1)run(99,99); delay(30); xunji(); if(Left_1_led=1&Left_2_led=1&Right_1_led=1&Right_2_led=1) a=2; void main() init0();init1();P1=0 xff;P2=0 xff; while(1) if(Left_1_led=1&Left_2_l

37、ed=1&Right_1_led=1&Right_2_led=1) flag=1; /1111 else flag=0; delay(3); if(flag=0) xunji(); else tiaosu();六、調(diào)試: 6.1硬件調(diào)試 6.1.1 元件的固定 小車主要有5大模塊的電路板組成的，板和板之間是靠導(dǎo)線連接。小車在循跡運(yùn)動(dòng)的時(shí)候時(shí)常顛簸，導(dǎo)致電路板移位致使電路板上面的元件受到干擾，使小車不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，特別是L298N.所以我們除了在板上打孔鎖上螺絲，還在板和板之間用熱熔膠再固定，減少震動(dòng)。 6.1.2 TCRT5000探頭 由TCRT5000組成的軌跡識(shí)別電路是本次設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵，在初

38、次調(diào)試時(shí)小車的搖頭動(dòng)作（即轉(zhuǎn)向）時(shí)常出現(xiàn)不靈的情況。后來用電壓表測(cè)量了電壓比較器量輸入端的電壓發(fā)現(xiàn)基準(zhǔn)電壓到了3.5V，而紅外探頭在檢測(cè)到黑線時(shí)才3.6V。兩者電壓相差無幾，所以遇到黑線顏色較淺或反光的區(qū)域單片機(jī)會(huì)發(fā)生誤判的現(xiàn)象。于是我們測(cè)量了紅外探頭在黑白兩種極限情況下的電壓輸出情況。在測(cè)量了紅外探頭在黑色和白色兩種極限情況下的電壓后，調(diào)節(jié)電阻我把基準(zhǔn)電壓調(diào)到5V，這個(gè)電壓值距黑色或白色情況下輸出的電壓值都很大，單片機(jī)會(huì)減少誤判的現(xiàn)象。改良過后測(cè)試正常，小車能靈活的搖頭，更功能實(shí)現(xiàn)。6.1.3 L298N馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊 第一次給L298N馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊通電實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的馬達(dá)單向驅(qū)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)馬達(dá)時(shí)跑時(shí)不

39、跑。經(jīng)過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)是一根信號(hào)線接觸不良，重新接好后運(yùn)行正常。此模塊是用的市面上可以買到的模塊所以性能比較穩(wěn)定，調(diào)試很成功。6.2軟件調(diào)試 6.2.1調(diào)試平臺(tái)介紹 此次編程采用了keil V4。KeilSoftware公司推出的uVision4是一款可用于多種8051MCU的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，該IDE同時(shí)也是PK51及其它開發(fā)套件的一個(gè)重要組件。除增加了源代碼、功能導(dǎo)航器、模板編輯以及改進(jìn)的搜索功能外，uVision4還提供了一個(gè)配置向?qū)Чδ?，加速了啟?dòng)代碼和配置文件的生成。此外其內(nèi)置的仿真器可模擬目標(biāo)MCU，包括指令集、片上外圍設(shè)備及外部信號(hào)等。uVision4提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于M

40、CUI/O引腳和外設(shè)狀態(tài)變化下的程序變量。uVision4提供對(duì)多種最新的8051類微處理器的支持，包括AnalogDevices的ADuC83x和ADuC84x，以及Infineon的XC866等。其界面如下圖 所示。6.2.2程序調(diào)試 在調(diào)試好硬件之后我第一次把軟件下載到系統(tǒng)里面進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，發(fā)現(xiàn)小車在彎道比較急的地方?jīng)]辦法繞過去，會(huì)發(fā)生脫軌現(xiàn)象。后來仔細(xì)分析了自己的算法，原本我是設(shè)定小車在遇到彎道后全力轉(zhuǎn)向繞過彎道，但是有些急得彎道小車無法繞過。此時(shí)我就想如何去解決在轉(zhuǎn)向角度有限的情況下解決轉(zhuǎn)急彎的問題。聯(lián)想到日常汽車在狹窄的小路上轉(zhuǎn)彎的情景我想到了倒退調(diào)整車體位置的方法。即在發(fā)現(xiàn)小車以

41、現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向角度無法完成轉(zhuǎn)彎時(shí)使小車反相倒退，這樣即可很很快的調(diào)整小車的位置。改進(jìn)算法后我在進(jìn)行了一次測(cè)試，這次小車成功的繞過了90度的彎道。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，可以看出小車循跡避障功能基本實(shí)現(xiàn)。但是測(cè)試還是存在失敗的現(xiàn)象。分析其原因有兩點(diǎn)。一，小車熟讀過快在轉(zhuǎn)彎時(shí)未及時(shí)剎車。二，畫在紙上的跑道會(huì)存在褶皺的地方，而這些地方容易產(chǎn)生誤判的現(xiàn)象。得知這些原因以后我降低現(xiàn)車速度，再次進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，小車能很好的完成循跡，即使循跡軌道發(fā)生改變也不影響。但是小車不能根據(jù)賽道的情況自主的改變速度。這也是本次設(shè)計(jì)的一個(gè)缺陷。在實(shí)際調(diào)試過程中小車發(fā)生過程序跑飛的情況，經(jīng)調(diào)整改進(jìn)程序后，小車運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。能很好的

42、完成沿黑色軌道前進(jìn)，改變軌道的形狀及轉(zhuǎn)彎角度，小車仍可完成循跡。七、心得體會(huì)在智能小車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試及論文的寫作過程中，感謝很多同學(xué)給予了無數(shù)的指導(dǎo)和大力的支持。在這個(gè)過程中我們不僅學(xué)會(huì)了知識(shí)，還學(xué)會(huì)了治學(xué)的態(tài)度，那就是嚴(yán)謹(jǐn)，把知識(shí)變?yōu)榧河?，棄其糟粕留其精華，用自己的方式去解決問題，而不是人云亦云。智能小車是傳感技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)飛速發(fā)展的產(chǎn)物，使得機(jī)械和電子信息不再明顯分家，自動(dòng)控制在工業(yè)領(lǐng)域中得地位越來越重要，智能這個(gè)詞是我們科技發(fā)展的重要產(chǎn)物。這次實(shí)踐中涉及的主要部分有傳感器檢測(cè)車部分、驅(qū)動(dòng)部分、單片機(jī)為核心的控制芯片部分穩(wěn)壓及電路分析部分。各個(gè)部分的涉及，相互之間的連接協(xié)調(diào)等得成功

43、，都是要建立在系統(tǒng)的閱讀大量資料，并且認(rèn)真的分析課題的需求，還系統(tǒng)的學(xué)習(xí)的單片機(jī)的工作原理及其使用方法。并且學(xué)習(xí)了相關(guān)軟件，如仿真、程序燒寫等得應(yīng)用。通過本次課題設(shè)計(jì)，不僅是對(duì)我們課本所學(xué)知識(shí)的考查，更是對(duì)我的自學(xué)能力和收集資料能力以及動(dòng)手能力的考驗(yàn)。我們對(duì)一個(gè)項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)有了初步認(rèn)識(shí)并能獨(dú)立設(shè)計(jì)出其接口電路，再有對(duì)電路板的制作有了一定的了解，并學(xué)會(huì)了使用Protel99設(shè)計(jì)電路。課程設(shè)計(jì)使我們意識(shí)到了實(shí)驗(yàn)的重要性，在硬件制作和軟件調(diào)試的過程中，出現(xiàn)了很多問題，最終都是通過實(shí)驗(yàn)的方法來解決的。還有以前對(duì)程序只是一個(gè)很模糊的概念，通過這次的課題設(shè)計(jì)使我對(duì)程序完全有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)，并能使用C熟練

44、的進(jìn)行編程了。通過本次課題設(shè)計(jì)，極大的鍛煉了我們的思考和分析問題的能力，并對(duì)單片機(jī)有了一個(gè)更深的認(rèn)識(shí)。小車的設(shè)計(jì)制作工作量飽滿，體現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)合作精神。在這次設(shè)計(jì)中也有很多的不足之處，我們?nèi)鄙賹?shí)際經(jīng)驗(yàn)，更多的是依靠網(wǎng)絡(luò)資源來解決問題，特別是各模塊的程序編寫，在軟件設(shè)計(jì)方面花費(fèi)了很多的時(shí)間。特別是在最后調(diào)試階段，程序的控制問題給我們帶來了很大的困難，小車設(shè)計(jì)的硬件部分完成相對(duì)順利些，在軟件領(lǐng)域顯得不足，今后會(huì)更多的學(xué)習(xí)軟件。設(shè)計(jì)過程中單片機(jī)知識(shí)頗有設(shè)計(jì)，我們還應(yīng)加強(qiáng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。本次設(shè)計(jì)涉及到了一系列光機(jī)電一體化的技術(shù)。其中機(jī)械結(jié)構(gòu)是小車能否穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，硬件電路決定了小車實(shí)現(xiàn)的功能，軟件部分是

45、控制的靈魂，而同伴們鍥而不舍的精神則是整個(gè)設(shè)計(jì)的支柱！總之，在課題設(shè)計(jì)的過程中，無論是對(duì)于學(xué)習(xí)方法還是理論知識(shí)，我們都有了新的認(rèn)識(shí)，受益匪淺，這將激勵(lì)我們?cè)诮窈笤俳釉賲?，不斷完善自己的理論知識(shí)，提高實(shí)踐運(yùn)作能力。附件元件清單：1. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N 2. 穩(wěn)壓芯片L7805一個(gè),L7806一個(gè) 3. 單片機(jī)STC89C52 4. 晶振12M5. 輕觸開關(guān)和點(diǎn)觸開關(guān)各一個(gè)6.電解電容220uF/25v、100uf/16v若干, 電容104若干，103電容若干7. 10K滑動(dòng)變阻器、470歐電阻若干8. 電阻330歐若干，1K的若干個(gè)，9.上拉電阻472歐一個(gè)10. 紅外線傳感器TCRT50

46、00 4個(gè)11. 散熱片一個(gè)12.杜邦線若干（杜邦頭，焊片，包括線）13. 萬用表14. 插針和插排若干15. 發(fā)光二極管若干 16. 二極管IN4007八個(gè)17.車底盤模具 18. LM339芯片19.TR18650 3000mAh 3.7v電源20. 各種芯片底座若干21.驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)4個(gè)參考文獻(xiàn)1郭惠，吳迅.單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)完全自學(xué)手冊(cè)M.電子工業(yè)出版社,2008.10：1-200. 2王東鋒，王會(huì)良，董冠強(qiáng). 單片機(jī)C語言應(yīng)用100例M. 電子工業(yè)出版社,2009.3：145-300. 3韓毅，楊天. 基于HCS12單片機(jī)的智能尋跡模型車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.學(xué)術(shù)期刊，2008，29（1

47、8）：1535-1955. 4 王曉明. 電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制J. 學(xué)術(shù)期刊，2002，13（15）：1322-1755. 5宏晶科技，STC89C51RC/RD+系列單片機(jī)器件手冊(cè)，2011年9月8號(hào)更新版本6求是科技，單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航（第2版），人民郵電出版社，2008年7月出版7李全利，單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)，高等教育出版社，2009年1月出版8丁明亮，51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與仿真-基于keilC與Proteus,北京航空航天大學(xué)出版社，2009年2月出版9張?chǎng)?單片機(jī)原理及應(yīng)用（第2版），電子工業(yè)出版社，2010年出版6.張毅剛,單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)，電子工業(yè)出版社，2008年出版31