声光寻迹小车报告

1、. . . . 摘要本设计采用STC89C52RC单片机作为智能小车的控制中心，主要包括光源检测模块、电机驱动模块、时间距离显示模块、红外线检测模块、电源装置等。小车可以实现寻找光源、显示小车的行驶时间和路程。寻光源装置采用自制的光电传感器，时间距离显示模块采用自制的反射红外传感器和LCD1602。电机驱动模块采用L298N电机驱动芯片来控制直流电机，电源装置采用单片机与电机单独供电的方式，避免了电源的相互干扰。关键词：单片机，智能小车，PWM脉宽调制，直流电机。设计任务与要求在半径为5米的圆形，在任意地方放置一声源，要求小车在最短时间自动走到声源处。实现此功能的基础上，在任意地方放置一光源，

2、要求小车在最短时间自动走到光源处。要求：圆形区域用黑线做标记，小车运动不能超出圆形围。声源用频率为1KHz的正弦波信号。光源为50瓦的电灯泡。一.方案比较与论证：1.主控系统方案一：采用高性能的嵌入式系统，比如ARM可以很好地解决数据处理和控制功能，但是ARM价格昂贵且很少接触，在短时间完成困难较大。方案二：采用STC89C52来实现。C51系列单片机接触较多，且其能够很好地提供我们所需的功能。 考虑到方案的可行性和性价比，我们采用STC89C52单片机。2.车体的设计方案一：自己制作一个车体。自制的车体总的来说是比较粗糙的，而且车体的机械强度不高，车身的重量和平衡都要有精确的测量。方案二：购

3、买车体模型。现成的车体由于装配紧凑，使得各种电路的安装十分方便，且比较美观。车体是依靠直流电机与相关齿轮一起驱动，能适应题目中小车准确前进、后退、转弯的要求，而且这种电动车一般都价格适中。鉴于以上分析，我们选择了方案二。3电机驱动模块方案一：通过晶体三极管等分立元件搭建H桥。优点是价格便宜，结构简单，但由于晶体三极管的承载电流比较小，驱动能力受到限制，且稳定性得不到保证。方案二：采用集成芯片。L298N款单片集成的高电压、高电流、双路全桥式电机驱动，设计用于连接标准TTL逻辑电平，驱动电感负载（诸如继电器、线圈、DC和步进电机）。L298N供两个使能输入端，可以在不依赖于输入信号的情况下，使能

4、或禁用L298N件。L298N输出电压高达46V，输出电流为2A，具有过温保护功能。其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。当驱动小型直流电机时，可以直接控制两路电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。 基于L298N优点，我们选择L298N电机控制芯片。4电机模块方案一: 采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。经综合比较考虑，我们放弃了此方

5、案。方案二：直流电机：直流电机的控制方法比较简单，只需给电机的两根控制线加上适当的电压即可使电机转动起来，电压越高则电机转速越高。对于直流电机的速度调节，可以采用改变电压的方法，也可采用PWM调速方法。PWM调速就是使加在直流电机两端的电压为方波形式，通过改变方波的占空比实现对电机转速的调节。基于以上分析，我们选择了方案二，使用直流电机作为电动车的驱动电机。5. 时间距离显示模块方案一：使用霍尔传感器获得脉冲信号。其机械结构较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断产生脉冲信号输出，如果在圆周上粘多粒磁钢，就可以实现旋转一周就获得锁个脉冲输

6、出，测速精度比较高。但对于本设计，由于小车的车轮距离车体较近，不适合安装霍尔传感器。方案二：使用自制红外线传感器获得脉冲信号。此时需要在小车车轮的侧贴上黑白相隔的线条圆盘，当小车车轮旋转时，红外线传感器就就会输出相应的脉冲，旋转一周时，会产生多个脉冲，其测速精度也比较高。对于显示部分，我们采用液晶显示屏。因此我们采用方案二。系统框图二系统的硬件设计与实现1.单片机最小系统STC89C52与外围电路构成的单片机最小系统。2.电机驱动模块电机驱动模块采用L298N来作为驱动芯片，L298N可以驱动两个两相电机，OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之间分别接两个直流电机，在电机端接入了保护二极管，

7、是为了防止电机换向时电流过大烧坏电机。单片机的P1.6,P1.7分别接电机的使能端ENA,ENB；P1.2P1.5分别接IN1IN4用于控制两电机的转向。L298N有两个电源输入端，一个是VSS是芯片的工作电压，另一个是VS是电机的工作电压，VSS、单片机与其他模块的电源和VS是独立供电的，这样可以避免电机工作时对控制电路部分的影响。在电源的输入端接电容C1、C2、C3、C4来做电源的去耦（旁路）电容。下面是L298N的功能逻辑图：1298N的逻辑功能ENA(B) INl(IN3) IN2(IN4) 电机运行情况 H H L 正转 H L H 反转 H 同IN2(IN4) 同INl(IN3)

8、快速停止 L X X 停止 3.液晶显示屏采用LCD1602显示小车行驶的时间和路程。电位器用于调节显示屏的对比度。4.电源模块采用两片L7805稳压芯片产生两个5V电压，分别供给单片机与其他电路和电机电源，保证电机电源和其他电源是独立的。5.光源检测模块方案一：在小车前面装两个光电二极管，一左一右。通过不同方向的光照使光敏二极管工作，从而对小车行驶方向进行控制，根据光敏二极管的特性，只有当光达到一定强度时才能够导通，导通后光敏二极管将光信号转化为电信号，电信号经电压比较器将模拟量转化为数字量送下单片机，经判别I/O口的数字量，再控制小车。灵敏度还是可以的。 方案二：在小车前面装上参数一致的光

9、敏二极管，光敏二极管将光信号转化为电信号，电信号经电压比较器将模拟量转化为数字量送下单片机，单片机再对读入的几路数据进行存储，比较，然后发出命令以外围进行操作方案二硬件很复杂，但方案一灵敏度还不错，故用方案一。硬件电路图：光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向

10、电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。我们再经过LM311电压比较器电路处理后得到高低电平输出，高低电平再加以软件加以控制，从而达到要求。6.红外线行走距离检测模块方案一：采用TCRT5000自制红外反射式光电传感器。TCRT5000的核心部分为红外光电对管，红外光波长比可见光波长长，受可见光影响小，红外系统还具有尺寸小，质量轻等优点。这种方案简单，价格便宜，灵敏度可调，抗干扰能力比较强，而且这个电路电池供电的压降较小。 方案二：采用发光二极管发光，用光敏二极管接收。但光敏二极管受可见光的影响比较大，稳定性差。不适宜用于寻迹。 考虑到可靠性，我们选择方案一。 硬件

11、电路图：TCRT5000是一个红外发射管和一个红外接收管。当发射管的戏外信号经反射被接收管接收后，接收管的电阻会发生变化，在电路上一般以电压的形式体现出来。TCRT5000电阻的变化取决于接收管所接收的戏外信号强度，学表现在反射面的颜色和距离二方面。反射面的颜色我们用黑胶布线和地面做对比，接收的距离可以通过电位器调灵敏度。我们再经过LM311电压比较器电路处理后得到高低电平输出，高低电平再加以软件加以控制，从而达到要求。7.红外线检测模块黑线就是围区，小车检测到黑线就停止行走，避免小车走出黑圈。原理，电路和红外线行走距离检测模块是一样的。但是放在车头底下左右各一个，这样更能保证小车不会走出黑圈

12、。8.避障模块避障就是当小车走到光源处，为了防止小车撞上光源，而设置的电路模块让小车差不多走到的时候自动停止。方案一：用光敏二极管，做一个和检测光源的电路一样的电路来检测是否到过光源处。但是光敏二极管对光的感应太灵敏了，不好调节电位器来确定所要设置的距离。方案二：用光敏电阻，用LM358做一个比较器电路，由于光敏电阻对光的感应没有那么灵敏，比较好调节要设置的距离。电路图如下：光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料在一定光强度照射下，其阻值迅速减小的特性。我们再经过LM358电压比较器电路处理后得到高低电平输出，高低电平再加以软件加以控

13、制，从而达到要求。三.系统软件设计1.程序流程图：(1)主程序流程图：(2)中断程序流程图：2.软件程序：/*- 名称：声光寻迹小车 编写：勤 日期：2010.8 修改：无 容：通过标准程序静态显示计时时间与行程;通过光电二极管与红外二极管控制电机的PWM输出改变寻迹小车的方向-*/#include<reg52.h> /包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义#include<stdio.h> /标准输入输出#include<intrins.h>/*/* 定义端口 */*/sbit P35 = P35; /行程计数输入sbit STOP

14、 = P30;/光敏电阻sbit RS = P24;/1602控制字sbit RW = P25; sbit E = P26; sbit P10 = P10;/光电1sbit P11 = P11;/光电2sbit PWM1 = P12; /电机1PWM输出sbit IN2 = P13;sbit PWM2 = P14;/电机2PWM输出sbit IN4 = P15;sbit ENA = P16;/电机使能sbit ENB = P17;sbit RED1 = P33; /红外1sbit RED2 = P34; /红外2#define Data P0 /数据端口/*/* 全局变量 */*/char d

15、ata Time=" "char data journey=" " unsigned chart=0,tencnt=0,oldms=0,olds=0,count1=0,count2=0,PWM1_ON=0,PWM2_ON,CYCLE=50,road1=0;unsigned int s=0,min=0,count_new,count_old=1;/*/* 定时器0中断 */*/void timer0() interrupt 1 TH0=(65535-1000)/256; TL0=(65535-1000)%256; cnt+; oldms=cnt; if (

16、RED1|RED2) /红外信号判断 PWM1_ON=0;PWM2_ON=0;ENA=0;ENB=0;TR0=0; else /光电信号判断 if (P10&&P11) PWM1_ON=50;PWM2_ON=50; if (P10&&!P11) PWM1_ON=20;PWM2_ON=40; if (!P10&&P11) PWM1_ON=40;PWM2_ON=20;if (!P10&&!P11) PWM1_ON=20;PWM2_ON=40; if (count1=PWM1_ON) /电机1的PWM输出 PWM1 = 0; count

17、1+; if (count1 = CYCLE) count1=1;if (PWM1_ON!=0) /如果左右时间是0 保持原来状态 PWM1 = 1; if (count2=PWM2_ON)/电机2的PWM输出 PWM2 = 0; count2+; if (count2 = CYCLE) count2=1;if (PWM2_ON!=0) /如果左右时间是0 保持原来状态 PWM2 = 1; while (cnt=50)/50毫秒计时 tencnt+; cnt=0;if (P35!=count_old) /脉冲计数 count_new+;count_old=P35; while (tencnt=

18、20)/20个50毫秒到,秒加1 s+; tencnt=0; olds=s; while (s=60) /60秒到,分加1 min+; s=0;/*/* 毫秒级延时 */*/void DelayMs(unsigned char denyms) unsigned char j,newms;for(j=0;j<denyms;) while(newms!=oldms) newms=oldms;j+;/*/* 写入命令函数 */*/void WriteCommand(unsigned char c) DelayMs(3);/操作前短暂延时，保证信号稳定 E=0; RS=0; RW=0; _nop

19、_(); E=1; Data=c; E=0;/*/* 写入数据函数 */*/void WriteData(unsigned char c) DelayMs(3); /操作前短暂延时，保证信号稳定 E=0; RS=1; RW=0; _nop_(); E=1; Data=c; E=0; RS=0;/*/* 写入字节函数 */*/void ShowChar(unsigned char pos,unsigned char c) unsigned char p; if (pos>=0x10) p=pos+0xb0; /是第二行则命令代码高4位为0xc else p=pos+0x80; /是第二行则

20、命令代码高4位为0x8 WriteCommand (p);/写命令 WriteData (c); /写数据/*/* 写入字符串函数 */*/void ShowString (unsigned char line,char *ptr) unsigned char l,i; l=line<<4; for(i=0;i<16;i+) ShowChar(l+,*(ptr+i);/循环显示16个字符/*/* 初始化函数 */*/void InitLcd() DelayMs(5); WriteCommand(0x38); /display mode WriteCommand(0x38);

21、/display mode WriteCommand(0x38); /display mode WriteCommand(0x06); /显示光标移动位置 WriteCommand(0x0c); /显示开与光标设置 WriteCommand(0x01); /显示清屏/*/* 主函数 */*/void main(void)unsigned char news=1;ENA=1; /电机使能置1ENB=1;IN4=0; /PWM一端置0IN2=0;STOP=0;/光敏电阻置0TMOD=0x01; /定时器初始化TH0=(65535-1000)/256;TL0=(65535-1000)%256;EA=

22、1;ET0=1;TR0=1;InitLcd(); /初始化LCDDelayMs(5); /延时保证信号稳定while(1) while(news!=olds) sprintf(Time,"time: %d:%d ",min,s); /打印输出时间信息ShowString(0,Time);sprintf(journey,"road: %d cm ",2*count_new); /打印输出行程信息ShowString(1,journey);news=olds;if(STOP) /光敏二极管停止单片机运行TR0=0;PWM1=0;PWM2=0;else TR0=1; 四. 光源寻迹小车元件清单元件名称数量元件名称数