轨迹自能小车报告1

1、电子产品设计报告题目 自能小车的设计组 别 第三组 姓名 农世安、黄勇深、廖晓 系 （院） 信息工程系班 级 11电子信息（3+2） 指导教师 龙祖连 二O一二年 七 月 二十三 日目录摘要 3一、 方案的选择与论证 4二、 系统的具体设计与实现 7三、 系统的软件设计 22四、 整体测试25五、 总结27设计题目：轨道自能小车摘要本系统以AT89S52为核心，选用符合测量黑白线检查传感器，检查小车是否按轨道行走，如果开出去，小车会实现倒车功能，倒回轨道中，然后再前行。超声波传感器，霍尔传感器，12864液晶显示器实现液晶显示当前小车与被检查物体的距离和小车行走过的里程，LJ12A3金属检查传

2、感器，检查到金属障碍物小车停下，LED指示到亮起。1760语音芯片来实现语音报警等功能。一、 方案选择与论证 根据竞赛设计任务的总体要求，本系统可以划分为以下个基本模块，针对各个模块的功能要求，分别有以下一些不同的设计方案：1,、显示模块 方案一：采用8位段数码管，将单片机得到的数据通过数码管显示出来。该方案简单易行，但所需的元件较多，且不容易进行操作，可读性差，一旦设定后，很难再加入其他的功能，显示格式受限制，且耗电量大，不宜用电池给系统供电。方案二：采用液晶显示器件，液晶显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求，对后续的功能兼容性高，只需将软件作修改即可，可操作性强，也易于读数，采用128

3、64四行十六个字符的显示，能同时显示距离、里程。综上分析，我们采用了第二个方案。2、语音模块方案一：NR010S录放音芯片采用8位DSP内核录音芯片NR010，16位ADC输入，16位DAC输出；语音存储在外挂FLASH中，可重复擦写100000次以上；录音文件以ADPCM格式存入FLASH，以节省存储空间；多段录音及放音操作，每段不限制时长，最多可录放220段； 内置智能文件系统，不产生存储碎片； 支持外挂SPI-FLASH容量范围为4M Bit至64M Bit，录音最长可达1000秒以上；支持标准按键、一段录放音模式、一对一模式和三线串口控制方式； 音质高，噪音低，录音距离远，内置AGC增

4、益； 内置0.5W音频功放，可直接驱动0.5W扬声器； 支持线路录音和MIC现场录音；可自行设定采样率，支持6K至16K采样，高音质录音； 有忙信号输出指示； 电压范围为DC2.7V至3.6V，自带低电压侦测电路； 省电模式仅耗电150uA以下； 可以广泛应用在电话录音、工控、消防、玩具等领域。 实用的DIP28封装，也可根据需要提供录音主控IC；价格较为昂贵。方案二：ISD1760语音芯片可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年有独立按键控制模式和SPI串行通讯控制模式两种控制方式，线路输入和麦克风输入两种录音输入方式，PWM输出和DAC输出两种放音输出方式可处理多达495段信息有丰富多

5、样的工作状态提示多种采样频率对应多种录放时间音质好，电压范围宽，应用灵活，价廉物美综上分析，我们采用了第二个方案。3、超声波模块 方案一：HY-SRF05超声波测距模块可提供2cm-450cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号；模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发色到返回的时间，测试距离=（高电平时间*声速（340M/S）/2； 方案二：超声波测距模组V2.0，有三种测距模式选择跳线JI（短剧、中距、可调距）；短距：20cm-10

6、0cm左右（根据被测物表面材料决定），精度1cm；中距：70cm-400cm左右（根据被测物表面材料决定）：可调距：范围由可调节参数确定，当调节在合适的值时，最远测距700cm左右；由于我们现有超声波测距模组V2.0模块，所以我们选择第二种方案。4、微控制器模块方案一：此方案采用AT89C51八位单片机实现。它内存较小，只有4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，无在线下载编程功能，也无在线仿真功能。只能通过编程器烧写成以.hex为后缀名的文件。方案二：此方案采用AT89S52八位单片机实现。它

7、内存较大，有8K的字节Flash闪速存储器，比AT89C51要多4K。它可在线编程，可在线仿真的功能，这让调试变得方便。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。综上所述，我们采用了第二个方案，即AT89S52。二、 系统的具体设计与实现1、 系统的总体设计方案采用AT89S52单片机作为控制核心对电机控制模块、反射式光电传感器模块进行控制，读取反射式光电传感器模块的信号并进行计算处理，分析并作出行走路线判断，同时读取霍尔传感器上的数据，并送入液晶显示器12864显示里程，同时单片机扫描金属检查模块和超声波模块是否有检查到金属和前

8、方是否有障碍物，如果检查到则小车停车并发出警报，和把与前方障碍物到小车的距离送入液晶显示器12864显示距离。系统设计框图如图1所示2、 系统的硬件电路设计与主要参数计算 （1）单片机控制模块 该模块由AT89S52单片机组成在设计方面，AT89S52的EA接高电平，其外围电路提供能使之工作的晶振脉冲、复位按键，四个I/O口分别接8路的单列IP座方便与外围设备连接。当AT89S52芯片接到来自温度传感器的信号以及来自时钟芯片的信号时，其内部程序将根据信号的类型进行处理，并且将处理的结果送到显示模块、报警模块、语音播报模块，发送控制信号控制各模块。 该模块的硬件电路如下图2图1 系统设计框图图2

9、 单片机控制模块（2）电机驱动模块 L298N采用双全桥驱动器构成的双直流电机驱动电路原理图如图3所示。驱动电路输出OUT1、OUT2和OUT3、OUT4端口通过J1的1、2、3、4、分别连接2个直流电机，作为电机的驱动控制信号，通过改变1、2的输出电平和3、4的输出电平，可分别控制左右两个电机；微控制器提供的控制信号通过光耦TLP5214送入L298N，用来隔离微控制器电路与电机驱动电路。当改变1、2、3、4的PWM的占空比，可控制电机的转速。L298N控制电机正反转状态如表1所示。8个快速恢复二极管采用1N5822，用来泄放电机绕组电流，保护L298N芯片。图3 电机驱动模块端口名称12左

10、电机状态34右电机状态电平状态高电平低电平正转高电平低电平正转低电平高电平反转低电平高电平反转低电平低电平停止低电平低电平停止表1 电机驱动控制正反转状态表（3）反射式光电传感器模块 反射式光电传感器模块电路采用反射式红外收发器，可以应用在黑线检侧中。如图4，当检测的对象为黑线时，红外光电二极管U1发射的光线大部分被检查的黑线所吸收，反射的光线很微弱，光敏三极管无法导通，IN1输出为高电平，IN1连接到LM311的2脚，IN1的输出与加在LM311的3脚的基准电压进行比较。由于V2>V3，使得LM311的7脚电平输出为高电平，发光二极管不亮。当被检测的物体为白色（未检测到黑线）时，红外光

11、电二极管U1的光线会被白纸反射回来，光敏三极管导通，IN1输出为低电平，比较器LM311的2脚接地，与LM311 3脚的基准电压比较后，在LM311的7脚输出一个低电平，将比较器的输出送入单片机中进行判断，就此可以判断出是否检测到黑线。其他一路工作相同,。图4 反射式光电传感器模块（4）超声波模块超声波测距模组V2.0版采用微控制器（如52单片机）的定时器0产生40KHz、占空比为50%的方波驱动超声波发射电路发射超声波，如图5所示。微控制器产生的方波输入CD4049的3脚，再经CD4049处理后由CD4049的6、10脚和12、15、脚输出（采用两个门电路并联输出形式），为了滤除输出信号中的

12、直流信号，在CD4049的6、10脚和12、15脚的输出端分别串联一个0.22uF的电容，最后通过超声波发射传感器将信号发射出去。通过微控制器定时器1定时的计算超声波发射到就收需要的时间t，从而得出距离s计算公式：s=u*t/2，因为时间是超声波在障碍物与发射的往返时间，所以除以2，u是声速，按照现场的温度来取值，一般室内取340m/s。超声波接收传感器接收超声波信号，超声波接收传感器的一端接地，另一端经过一个0.22uF电容隔直后连接电阻R1(10K),再通过R1连接到运算放大器NE5532的一个放大器的反相输入端2脚，NE5532 3脚所需的参考电压由R2、R3分压VCC得到一个2.5V的

13、电压。电阻R4（1M）和电容C5（30pF）并联在第一级放大器的输出端和反相输入端，构成一个负反馈；经NE5532的第一级放大后的交流信号电压由1脚输出，1脚输出信号连接到NE5532第二级放大器的反相输入端6脚，采用相同电路结构进行第二级放大，放大后的超声波信号由NE5532的7脚输出。NE5532的7脚输出信号输入到LM311电压比较器的2脚，LM311的3脚为参考电压端，当输入信号低于参考电压时，LM311输出低电平；当输入信号高于参考电压时，输出高电平，从而将输入信号调整为高低电平输出，在电路中，LM311的3脚参考端电压通过短接帽可以有多种不同的电压选择，从而可以设置不同的测距模式，

14、一般情况下距离越远，对应的参考地电压越小，将调整后的超声波信号通过7脚输出到微控制器的外部中断引脚，当信号输入时，便进入中断模式，如图六所示。图5 超声波发射电路图6 超声波接收电路（5）语音模块ISD1700系列芯片是Winbond推出的单片优质语音录放电路，该芯片提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示（vAlert）,双运作模式（独立&嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等的全方位整合系统功能。5.2.1 特点可录、放音十万次，存储内容可以断电保留一百年。两种控制方式，两种录音输入方式，

15、两种放音输出方式可处理多达255 段以上信息，有丰富多样的工作状态提示，多种采样频率对应多种录放时间，音质好，电压范围宽，应用灵活，价廉物美。5.2.2 电特性工作电压：2.4V-5.5V,最高不能超过6V，静态电流：0.5 - 1 A，工作电流：20mA，用户可利用震荡电阻来自定芯片的采样频率，从而决定芯片的录放时间。5.2.3 独立按键工作模式ISD1760 的独立按键工作模式录放电路非常简单，而且功能强大。不仅有录、放功能，还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。这些功能仅仅通过按键就可完成。(I) 录音操作按下录音键后，开始录制当前段编号对应的段的语音。(II) 放音操作按下此

16、键后播放当前段编号对应的语音，如果在语音播放过程中按此键则可以停止播放。(III) 擦除键按下此键后擦除当前段编号对应的语音，如果按住此键保持2s后，则擦除存储器内除提示音以外的所有语音。(IIII) 音量调节键按住此键，则音量自动有大变小，到最小后，音量再增大。(V) 下一段键按下此键后，段编号会自动加1，播放下一段语音。如果按住此键不放，段编号会自动连续加1，直到按键释放为止，当前段编号为最大时再按此键无效。主控单片机主要通过四线（SCLK，MOSI，MISO，/SS）SPI协议对ISD1760进行串行通信。ISD1760作为从机，几乎所有的操作都可以通过这个SPI协议来完成。为了兼容独立

17、按键模式，一些SPI命令：PLAY，REC，ERASE，FWD，RESET和GLOBAL_ERASE的运行类似于相应的独立按键模式的操作。另外，SET_PLAY，SET_REC，SET_ERASE命令允许用户指定录音、放音和擦除的开始和结束。此外，还有一些命令可以访问APC寄存器，用来设置芯片模拟输入的方式。ISD1700系列的SPI串行接口操作遵照以下协议：一个SPI处理开始于/SS管脚的下降沿。在一个完整的SPI指令传输周期，/SS管脚必须保持低电平。数据在SCLK的上升沿锁存在芯片的MOSI管脚，在SCLK的下降沿从MISO管脚输出，并且首先移出低位。SPI指令操作码包括命令字节，数据字

18、节和指令字节，这决定于1760的指令类5、当命令字及数据输入到MOSI管脚时，同时状态寄存器和当前行信息从MISO管脚移出。一个SPI处理在/SS变高后启动。在完成一个SPI命令的操作后，会启动一个中断信息，并且持续保持为低，直到芯片收到CLR_INT命令或者芯片复位。 电路图如图7所示；图7 ISD1760语音模块（6）液晶显示模块 该模块是由12864液晶显示器件组成, 液晶显示模块是128*64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16*16点阵）、128个字符（8*16点阵）及64*256点阵显示RAM（GDRAM）。可与CPU直接接口，提供两种界面来

19、连接微机处理：8-位并行及串行两种连接方式（串口接线方式如图8），具有多种功能：光标显示、画面移动，睡眠模式等 。当模块在接受指令前，微处理顺必须先确认内部处于非忙碌状态，即读取BF标志时BF需为0，可以接受新的指令；如果在送出一个指令前并不检查BF标志，那么在前一个指令和这个指令中间必须延迟一段较长的时间，即是等待前一个指令确实执行完成；“RE”为 基本指令集与扩充指令集的选择控制位元，当变更“RE”位元后，往后的指令集将维持在最后的状态，除非再次变更“RE”位元，否则使用相同的指令集时，不需要每次重设“RE”位元。电路图如图9所示。图8 串口接线方式图9液晶显示模块接口三、 系统软件设置1、 主程序开机判断黑白线，看是否在黑白线上，判断道路是否有金属和前方是否有障碍，判断报警。如图10。图10 主程序流程图开始判断两个反射传感器是否在黑线上左转弯并检测是否有金属、前方是否有障碍物直行并检测是不有金属、前方是否有障碍物右转并检测是否有金属、前方是否有障碍物倒车左边的在两个都在右边的在都不在无金属、无障碍物无金属、有障碍物