自动循迹小车 课程设计报告

1、 南京工程学院 工程基础实验与训练中心 本科课程设计说明书（论文）题 目： 自动循迹小车 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起迄日期： 设计地点： 工程中心 B208 目录 摘要：3Abstract4一、系统方案51、课设要求：51.1、完成基本设计功能 ：51.2、发挥部分52、总体设计53、模块方案比较与论证63.1、电源模块：63.2、电机驱动模块:63.3、传感器模块：73.4、显示模块:83.5、测速模块8二、循迹小车硬件设计91、机械设计92、小车各模块分布93、小车传感器位置排布9三、循迹小车软件设计91、循迹小车主函数流程图102、计算路程模块流程图103、

2、循迹模块流程图12四、 程序13五、开发总结与心得131、总体方案论证和确立132、各分立模块的制作调试133、总车的装配调试134、总结与展望14六、参考文献14课程设计说明书（论文）中文摘要摘要：硬件设计：自动循迹小车控制器采用STC89C52单片机，采用LCD1602液晶显示屏显示当前小车速度和里程等数据；电机正反转采用L298N集成电路模块来驱动，也可以直接采用三极管组成桥式驱动电路来控制。里程检测传感器采用霍尔传感器或光电发射接收对管。跑道标志线采用光电发射接收对管检测并使用软件整形消抖措施，电源采用4节7号充电电池供电（在条件允许情况下单片机与电机可使用独立稳压电源供电）。软件设计

3、：主程序主要任务一方面扫描光电发射接收对管检测到的信号，然后判断小车转向；另一方面主程序还需要完成速度里程显示任务。采用外部中断0来实现小车速度检测，通过光电接收对管或霍尔传感器检测小车转速，小车每转动一周将会使传感器发出一中断申请信号；采用外部中断1来实现金属块检测，传感器选用接近开关，检测到金属后，接近开关将申请中断。关键词：单片机 液晶显示 桥式驱动电路 主程序课程设计说明书（论文）英文摘要Title Automatic follow trace the car AbstractHardware design: automatic followed by single chip micr

4、ocomputer controller STC89C52 tracing the car, the LCD1602 LCD display the current vehicle speed and mileage etc data; Motor and reversing the L298N integrated circuit module to drive, also can use of transistor bridge type drive circuit to control. Mileage detection sensor with a hall sensors or ph

5、otoelectric launch to the reception. The runway mark line adopts photoelectric launch to the detection and use receive software plastic away shaking measures, power adopt section 4 7 recharging the battery power supply (in conditions allow cases microcontroller and motor can be use independent power

6、 supply voltage).The software design: the main program main task on one hand scanning to the test launch photoelectric receive the signal, and then judge the car turned to; On the other hand the main program also completed speed mileage display task. The external interruption 0 to achieve vehicle sp

7、eed detection, through the photoelectric tube or to receive hall-effect sensor detection car speed, the car every week will turn out a break for sensor signal; The external interruption to realize the metal piece of detection 1, sensor choose close to switch, detect metal, close to the switch will r

8、equest a break.Keywords Single-chip microcomputer Liquid crystal display Bridge type driving circuit The main program 一、系统方案1、课设要求：1.1、完成基本设计功能 ： 1）、车辆从起跑线出发开始计时（出发前，车体不得超出起跑线），能到达终点线并且停止在终点线。全程行驶时间应力求最短（从合上小车电源开关开始计时）。 2）、到达终点线小车停止后，停车位置离终点线偏差应最小（以小车中心点与终点线之间距离作为偏差的测量值）。 3）、在行驶过程中小车检测到加速线后开始加速并发出声光

9、报警信号，检测到减速线后开始减速并发出声光报警信号。1.2、发挥部分 1）、从起跑线开始计时，自动记录、时时显示全程行驶时间（记录显示装置要求安装在小车上），误差尽可能小。 2）、从起跑线开始，自动记录、时时显示行驶距离X3（记录显示装置要求安装在车上），误差尽可能小。 3）、从起跑线开始，自动记录、显示加速线1、减速线2离起跑线的距离X1,X2，误差尽可能小。 4）、其它特色与创新。2、总体设计对设计要求就行分析，设计主要有以下几个模块组成：1）、信息采集模块：信息采集部分是光电检测，光电检测有寻迹检测和测速检测两个部分。将检测到的信号送给单片机处理，其核心部分是几个光电传感器。2)、控制处

10、理模块：控制处理模块是一一片stc89c52单片机为核心，单片机将从采集到的信息进行判断后，按照预定的算法处理，把处理的结果送交电机驱动和液晶显示模块，使之做出相应的动作。3)、执行模块：执行模块是由液晶显示、电机驱动及电机、蜂鸣器三部分组成。液晶主要是将单片机处理的结果进行实时显示，方便及时用户了解系统当前的状态，电机驱动根据单片机的指令对两个电机进行动作，使之能够根据需要作出相应的加速、减速、转弯、停车等的动作，以达到预期的目的。蜂鸣器主要是根据要求在特定的位置作出出响应来报告位置。框图如下： 3、模块方案比较与论证3.1、电源模块：方案一：将220V交流电进行整流、滤波、稳压（采用780

11、5稳压管）使输出值为5V。但是这种方案，需要很长的电线，运动起来很不方便，而且危险系数微高，但是输出比较稳定。方案二：采用12V蓄电池为直流电机供电，用7805将12V电压降压、稳压后得单片机系统和其他芯片供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳压的电压输出性能。虽然蓄电池的体积过于庞大，在小型电动车上使用极为不方便，但由于我们的车体设计时留出了足够的空间，并且蓄电池的价格比较低。经过比较我们采用了方案二。3.2、电机驱动模块:方案一：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能

12、端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。方案二：H桥。对于直流电机用分立元件构成驱动电路由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉。综上所述，根据条件限制，我们选择方案二原理图：实物图：3.3、传感器模块：方案一：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。方案二：用RPR220型光电对管，RPR220是一种一体化反射型光电探测器

13、，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接受器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。RPR220特点：（1）、塑料透镜可以提高灵敏度 （2）、内置可见光过滤器能减小离散光的影响 （3）、体积小，结构紧凑当发光二极管发出的光反射回来时，三极管导通输出低电平。此光电对管调理电路简单，工作性能稳定。综上所述，我们选择方案二 原理图：实物图：3.4、显示模块:方案一：LED数码管显示数码管显示具有亮度高，色彩选择多的优点，但是数码管占用I/O资源多，控制复杂，功耗较大，显示信息量较少且单一。方案二：LCD1602液晶显示液晶显示驱动简单，易于控制，功耗小，且显示信息量大，可以直观地观测到小车的位置及速度信

14、息。综合考虑，决定用1602液晶显示作为本次设计的显示模块原理图：实物图：3.5、测速模块4、 总电机原理图原理图接线图 二、循迹小车硬件设计1、机械设计小车机械设计部分设计有以下几个要求：符合机械力学性能，能够很好的完成个机械动作；易于组装拆卸以便于维护维修；方便扩展布局，面向以后学习研究的扩展开发；总体布局有一定的电气隔离性能，尽量减少互相干扰；美观大方。2、小车各模块分布小车的总体布局应以尽量减少互相干扰为原则，兼顾美观整齐。基于这两点，通过调试，在小车底板下面只安放了两个减速电机，防止电机磁对电气信号的干扰。车头部分放置传感器模块，这样和别的电流通路基本隔离，有利于信号的稳定。单片机置

15、于车的中央且用铜柱将其支起来，于电机、电源等干扰源远离，很好地保证单片机的稳定可靠地运行。总体布局图如上所示。3、小车传感器位置排布小车循迹的保证是传感器反映回正确的信息，所以传感器的合理排布是小车能够圆满完成任务的基本保证，经过反复的调试和实验，得出的最佳传感器分布图如上图中所示。车头部分的三个传感器主要用于循迹检测，中间的传感器主要用于直道姿态的调整。其两侧的另外两个主要用于采集弯道信息。三、循迹小车软件设计软件编程是循迹小车的灵魂，小车精确地循迹基于合理的编程算法，为了便于调试结构明朗，小车的软件编程分为主函数、检测循迹函数和控制函数。其中，主函数合理地分配调用各个模块函数，主要负责各模

16、块间的总体协调。循迹检测函数负责稳定地判定各种信息，将信息值返回，以便主函数或别的函数调用处理。控制函数主要负责小车的状态控制，根据传感器返回的信息准确地判定小车所处的位置，并做出相应的响应。其中控制函数中包含了各种算法以实现系统控制的稳定性。由于控制的数学模型不易建立。所有的函数算法均是经过无数次的调试而一步步的写出来的。在此处也不好给出具体的数学模型来阐述，函数的设计流程如下图：开机1、循迹小车主函数流程图主程序初始化中断初始化终端出事LCD光标在第一行第一个位置上调用显示程序等待2、中断流程图外部中断0入口 保护现场计数脉冲个数恢复现场中断返回X保护现场定时器T1入口3、循迹模块流程图O

17、XFD直走OXFB左转OXFE右转OXF8检测OXFF倒车XX=1X=2X=3X=4保持速度不变加速减速停车循迹循迹循迹计时计速度开始X>=0循迹不计时不计速X=0恢复现场中断返回X左转右转直走0XF30XF60XF5 4、 程序五、开发总结与心得在整个设计过程中，我们按照总分总的总体思想来展开的，整个开发过程主要分为以下几个阶段进行。1、总体方案论证和确立 在这一阶段。我们主要任务是根据大赛要求对小车的总体结构进行初步的规划设计，对系统进行模块化，对各部分资源做出分配。确定软件的主要思路框架。这一阶段上主要解决的问题有：1） 确定小组各成员的分工，各取所长，分头进行前期资料的准备2）

18、确定小车的开发流程，规划小车的开发进度；3） 将电气部分划分为了电源、驱动、单片机和传感器四大模块，并确定各模块的方案。4） 分配各模块资源，确定各模块的主要参数。2、各分立模块的制作调试 在这一阶段，我们的主要任务是，完成各个模块的搭建，并调试使之达到预定的参数指标。根据课程设计的要求我们确定的各部分模块的参数，一一制作出各部分模块，并对其进行了调试确定其各方面性能均能达标。单片机最小系同开始时因资源口分配的不当，进分析发现，会使以后的编程以及走线有很大的影响，于是根据实际要求重新设计了电路。传感器设计中，我们根据资料重点选择了RPR220，经实际测试发现，效果不错，所以选用了这个型号的产品。由于空间的限制，我们也采用RPR220光电对管。3、总车的装配调试 在这个阶段，我们的主要任务是务必使车完全达到课程设计的性能指标。使各个模块之间协调可靠，互不影响，按预计完成任务。4、总