智能寻迹避小车的实现

1、.宜宾职业技术学院单片机系统设计项目设计报告项目设计题目： 智能寻迹避小车的实现 系 部： 电子信息与控制工程系 班 级： 电子11201班 组 号： 第 七 组 小 组 成 员： * * * 指 导 教 师： * 2013年9月30日. v.目录一、引言.1二、方案论证.2三、小车车体设计.5四、硬件系统设计.61、单片机最小系统.62、循迹电路.73、电机驱动电路.8五、 软件系统设计.91、系统程序设计流程图.92、功能函数.103、主函数.11六、系统的制作、仿真与调试.12总结.13 . v.一、引言1、单片机的发展单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的

2、SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专

3、用的Windows和Linux操作系统。2、硬件特性1、系统结构简单，使用方便，实现模块化；2、单片机可靠性高，可工作到106 107小时无故障；3、处理功能强，速度快。4、低电压，低功耗，便于生产便携式产品5、控制功能强6、环境适应能力强。3、应用范围单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。二、方

4、案论证总体方案设计：根据题目，我们设计了以下方案并进行了综合的比较论证，自动寻迹电动小车系统由小车主体部分、微控制器模块、寻迹传感器模块、电机驱动模块、显示模块、电源模块构成。1、总体方案论证与比较 方案一：采用数字电路来组成小车的各部分系统，实现各部分功能。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于小车智能化的扩展，设计困难。 方案二：采用单片机来作为整机的控制单元。黑线检测采用红外对管对光源信号进行采集，再经过三极管放大，电压比较使输出转化为数字信号送到单片机系统处理。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。 方案二

5、简洁、灵活、可扩展性好，能达到题目的设计要求，因此采用方案二来实现。方案二的基本结构图如下：图1 总体系统结构框图2、寻迹检测方案的选择方案一：采用CCD传感器。利用CCD传感器进行自动导航的机器人已得到初步应用。但CCD传感器价格较高，体积较大，数据处理复杂，不适合本次实验使用。方案二：用红外对管作为寻迹传感器。红外反射式传感器由1个红外发射管(发射器)和1个光电二极管(接收器)构成。红外发射管发出的红外光在遇到反光性较强的物体(表面为白色或近白色)后被折回，被光电二极管接收到，引起光电二极管光生电流的增大。将这个变化转为电压信号，该电压通过比较器LM339后转换为高电平（单片机的有效电平）

6、，检测出白线；若接收不到发射管发出的光线则输出为低电压，该电压通过比较器LM339后转换为低电平（单片机的有效电平），检测出黑线。方案可行，且红外对管使用方便，所以选用方案二。原理图见图2。图2正确选择检测方法和传感器件是决定循迹效果的重要因素，而且正确的器件安装方法也是循迹电路好坏的一个重要因素。从简单、方便、可靠等角度出发，同时在底盘装设3个红外探测头，将大大提高其循迹的可靠性。3、电机驱动方案的选择方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的进行调整.此方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢,易损坏,寿命较短,可靠性不高。方案二：采用L298作为电机驱动

7、模块。L298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L298可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。因此决定采用方案三。4、稳压模块的选择7805稳压芯片使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,使其输出电压恰好为5v，达到逻辑电路电压要求，因此，直接选用7805作为稳压芯片，将电压稳压至5V给单片机系统和其他芯片供电。5、显示模块方案的选择方案一：使用液晶显示屏显示时间。液晶显示屏（LCD）优点是：低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等

8、。缺点是：液晶显示屏是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库。编程工作量大，控制器的资源占用较多，在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶的显示芯片，不易维护，其成本也偏高。并且本系统只需要显示时间，信息量比较少，因此并不适于选用液晶显示屏。方案二：使用数码管显示行驶时间。数码管具备数字接口，显示清晰，价格较低，作为时间显示的器件性价比非常高，方便易行。决定采用数码管显示行驶时间。三、小车车体设计图3小车车头安装3个传感器小车中心放单片机小系统图4 小车尾部放驱动模块 空缺处则放电源模块图5制作完成的智能循迹小车四、硬件系统设计1、单片机最小系统小车控制单元是整个小车运行的核心部

9、件，起着控制小车所有运行的作用。本实验采用的是STC89C52单片机。控制部分设计包括单片机的复位电路及起振电路。单片机晶体振荡模块采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体选择11.0592MHz。具体电路见图3。单片机启动运行时，都需要先复位，单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路复位。复位电路采用按键手动复位，电路见图4。 图3 图4图5 单片机最小系统原理图2、循迹电路题目要求小车要沿着画出的黑线运动，但在运动过程中，车体不可避免地会偏离运动轨迹，为了能使车体在偏离后可以自动调整方向，重新回到运动轨迹上，系统需要将车体的运动状态及时地以电信

10、号的形式反馈到控制部分，控制部分控制两个电机的左转，右转，使小车重新回到轨迹上。本设计中共使用3个集成的红外对管LTH1550装在车体的前方。当检测到黑线时，红外对管的接收端接收到黑白线反射回来的红外光，其输出经LM339电压比较器后立即发生高低电平转换，该信号经9012放大后送到单片机进行分析处理。然后将处理后的结果发送到电机驱动模块，进行校正。电路见图5。图53、电机驱动电路由于单片机输出的信号不仅点压偏低，而且负载能力不够，不能用来直接驱动电机L298驱动芯片是性能优越的小型直流电机驱动芯片之一。它可被用来驱动二个直流电机。在46V的电压下，可以提供2A的驱动电流。L298还有过热自动关

11、断功能，并有反馈电流检测功能，符合电机驱动的需要。因此需要使用驱动芯片L298，单片机输出的信号，经过L298实现功率的放大，从而驱动电机工作。L298芯片是一种高压，大电流双全桥式驱动器，其设计是为接受标准TTL逻辑电平信号和驱动电感负载的。电路原理图见图6。图6五、软件系统设计1、系统程序设计流程图系统端口初始化开始读传感器状态测到黑线判断处理程序向左转向右转判断前进 继续前进结束左侧在黑线上右侧在黑线上中间在黑线上NY图72、功能函数*include<reg52.h>*define uint unsigned intsbit M11=P20;sbit M12=P21;sbit

12、 M21=P22;sbit M22=P23;sbit a=P24;sbit b=P25;sbit c=P26;void delay (uint m) uint x,y; for(x=m;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-);void L_z() M11=0;M12=0;M21=1;M22=0;delay(15);M11=0;M12=0;M21=0;M22=0;delay(25); void R_z() M11=1;M12=0;M21=0;M22=0;delay(15);M11=0;M12=0;M21=0;M22=0;delay(25); void Q_J() M11=

13、1;M12=0;M21=1;M22=0;delay(15);M11=0;M12=0;M21=0;M22=0;delay(25);3、主函数void main() bit a1,b1,c1;while(1) a1=a;b1=b;c1=c;if(a1=0&&b1=1&&c1=0)Q_J();else if(a1=0&&b1=0&&c1=1)L_z(); else if(a1=1&&b1=0&&c1=0)R_z();elseQ_J(); 六、系统的制作、仿真与调试寻迹子程序中红外对管与小车偏转方向关系如下

14、表：小车状态红外对管编号abc前进011101110000010左转001右转100表一 整机焊接完毕，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。我负责的电源部分，驱动部分，黑线寻迹部分，具体测试过程如下：1 电源测试过程6V电压输入，经稳压片7805之后的电压为.80，电压在4.85.2V之间，所以该部分符合要求。2 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。3 黑线寻迹部分测试首先，通过调每一路的电位器(50K)，使9012的C管脚输出电压为4.7V4.8V,然后调节10K的电位器,使其两端的电压为2.9V左右,作为阈值电压。设置好阈值电压之后，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，数据记录如表二：红外对管白纸电压（v)黑带电压（v)右边10.054.93中间20.054.95左边30.054.91表二总结 通过本次实验，无论是在什么上都有很大的提高，这使我们经历了一