智能循迹小车实验报告

1、简单电子系统设计报告- 智能循迹小车学号201009130102年级10学院理学院专业电子信息科学与技术姓名马洪岳指导教师刘怀强摘要本实验完成采用红外反射式传感器的自寻迹小车的设计与实现。采用与白色地面色差很大的黑色路线引导小车按照既定路线前进，在意外偏离引导线的情况下自动回位。本设计采用单片机 STC89C51 作为小车检测、控制、时间显示核心，以实验室给定的车架为车体，两直流机为主驱动，附加相应的电源电路下载电路，显示电路构成整体电路。自动寻迹的功能采用红外传感器，通过检测高低电平将信号送给单片机，由单片机通过控制驱动芯片 L298N 驱动电动小车的电机，实现小车的动作。关键词： STC8

2、9C51 单片机； L298N；红外传感器；寻迹一、设计目的通过设计进一步掌握单片机的应用，特别是在控制系统中的应用。进一步学习单片机在系统中的控制功能，能够合理设计单片机的外围电路，并使之与单片机构成整个系统。二、设计要求该智能车采用红外传感器对赛道进行道路检测，单片机根据采集到的信号的不同状态判断小车当前状态，通过电机驱动芯片L298N发出控制命令，控制电机的工作状态以实现对小车姿态的控制，绕跑到行驶一周。三、软硬件设计硬件电路的设计1、最小系统：小车采用 atmel 公司的 AT89C52单片机作为控制芯片，图1 是其最小系统电路。主要包括：时钟电路、电源电路、复位电路。其中各个部分的功

3、能如下：（1）、电源电路：给单片机提供5V 电源。（2）、复位电路：在电压达到正常值时给单片机一个复位信号。图 1单片机最小系统原理图2、电源电路设计：模型车通过自身系统，采集赛道信息，获取自身速度信息，加以处理，由芯片给出指令控制其前进转向等动作，各部分都需要由电路支持，电源管理尤为重要。在本设计中，51 单片机使用 5V电源，电机及舵机使用5V 电源。考虑到电源为电池组，额定电压为 4.5V ，实际充满电后电压则为 4-4.5V ，所以单片机及传感器模块采用最小系统模块稳压后的 5V 电源供电，舵机及电机直接由电池供电。3、传感器电路：光电寻线方案一般由多对红外收发管组成，通过检测接收到的

4、反射光强，判断黑白线。原理图由红外对管和电压比较器两部分组成，红外对管输出的模拟电压通过电压比较器转换成数字电平输出到单片机。图 2赛道检测原理图：4、电机驱动电路：电机驱动芯片L298N是 SGS公司的产品，内部包含4 通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个 H 桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准 TTL 逻辑电平信号，可驱动 46V、 2A 以下的电机。其引脚排列如图 1中 U4 所示， 1 脚和 15 脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号。 L298 可驱动 2 个电机， OUT1、OUT2和 OUT3、OUT4之间分别接 2 个电动机。 5、

5、7、 10、12 脚接输入控制电平，控制电机的正反转， ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。也利用单片机产生 PWM信号接到 ENA， ENB端子，对电机的转速进行调节。L298N的逻辑功能：表 1 SHARP GP2D12实物图L298N电路原理图：由于一片 L298N可以直接驱动两个电机，但是为了加大驱动力，我们采用两路并联的方式来驱动电机。U15IN1VS S4+12 V72+12 VIN2OUT110D1D3+MG1IN3123400 7400 7MOTORRIGHTIN4OUT26ENA1113D2D4AENBOUT31400 7400 7GNDJ11514-GNDOUT4P

6、3. 189+5V1GNDVC CP3. 32P3. 53P3. 7L29 8N4P4. 2U25P4. 4654+12 V单片机引脚IN1VS S72+12 VIN2OUT110D5D7+MG2IN3123400 7400 7MOTORLEFTIN4OUT26ENAD6D81113AENBOUT31400 7400 7GND1514-GNDOUT489+5VGNDVC CL29 8N小车电机驱动U3J2灭火风扇1+5V5IN1VS S42GND7IN2图 3.3L298N电路图P5. 710OUT1+-3IN3A123IN4OUT2CON36ENA1113ENBOUT31GND1514GND

7、OUT489GNDVC CL29 8N灭火风扇驱动34整体设计图软件系统的实现4.1主程序流程图开始系统初始化前进左侧检测到黑线，左转右侧检测到黑线，右转结束小车循迹规则 ：若小车偏左的时候，车轮将向右偏转；若小车偏右，车轮将向左偏转；若没有偏移，小车将继续向前；若小车完全偏离黑色轨迹，小车后退以寻找黑色轨迹。小车程序：#include<reg51.h>#define unchar unsigned char#define uint unsigned intsbit ss1=P20;/左边sbit ss2=P21;/右边void main()P0=0x05;/ 直行if(ss1=0

8、)P0=0x04;/ 左转if(ss2=0)P0=0x01;/ 右转四、智能车调试检测调试步骤：整机连接完毕，首先对硬件进行检查联线有无错误，再逐步对各模块进行调试。电源部分，驱动部分，黑线寻迹部分，具体测试过程如下：电源测试过程4.5V 电压输入，实际电压在4.37.7V 之间，所以该部分符合要求。驱动部分测试过程将驱动部分与单片机正确连接之后，在单片机中写入电机控制小程序，控制其转动与停止，用万用表测试输出电压正常。黑线寻迹部分测试将电路板上有红外对管的那一面朝下，分别对着白纸和黑线，测每个红外对管的输出信号经电压比较器之后的电压，得出电压在4.34.6 之间由测量结果可知，每个红外对管检

9、测到白纸和黑线的输出电压均可以为单片机提供信号，符合要求。至此，这三部分硬件调试完毕。4. 整体综合调试将所有模块连接（加入最小系统，显示部分），检查连接无误之后，写入总程序。开始整车测试，小车起初不转，是因为给L298N 提供的电压过小，加大电压后，小车正常运转。五、心得体会电子设计是以学生自己动手，掌握一定操作技能并亲手设计、制作、组装与调试为特色的。它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神。在实验过程中 , 由于连接的问题和电源的问题，起初并没有成功, 通过这次设计，我感受到，做电子设计这一方面，耐心很重要，因为很少有人能够一次性成功，这是需要不断总结、不断查找错误、不但修正的一门学科，它可能会花费很多时间，只有坚持去做，才会有所收获。我不是第一次做此类的设计了，但每一次都有不同的感受与收获，这就是