循迹小车评测报告

1、陕西工业职业技术学院2018/2018 学年第 1 学期课程名称：班 级：0901姓名 ：王教案周数：2周地 点： 电子 创新 实训 室指导教师：吴洋、吴钢、孙蔚信息项目学院目录- 1 -1.1引言- 1 - 1 - 1 - 2 -第二章硬件设计- 2 -2.1 关键元件选择讨论- 2 -第三章软件设计- 8 - 8 - 8 - 3.3PWM- 11 -3.4 程序主函数流程图- 12 -第四章系统制作- 12 - 12 - 13 -第五章总结和参考文献- 14 -5.1 总结- 14 -5.2 参考文献和相关网站- 14 -附录 1：程序代码- 15 -附录2：元件列表-16-第一章绪论引言

2、随着控制技术及计算机技术的发展，寻迹小车系统将在未来工业生产和日常生活中扮演重要的角色。本文所述小车寻迹系统采用红外反射式光电管识别路径上的黑线， 并以最短的时间完成寻迹。采用一定的算法使得小车在直道上加速行驶，在弯道又可以减速转弯。为了使小车快速、平稳地行驶，系统必须把路径识别、相应的转向电机控制以及直流驱动电机控制准确地结合在一起。自动寻轨小车的工作原理是以单片机为控制核心的一阶闭环控制系统。在实验室条件下，在一张白纸上用黑色胶纸制出机器车预先设定的运行轨迹。因为本次采用的前端传感器具有识别黑、白颜色的能力。因此，由前端光电传感器，单片机和驱动单元共同作用，保证小车能够在预先设定的轨迹上行

3、驶。传感器的分类实现寻迹小车的视觉功能有多种方式：(1 可使用 CCD 摄像头进行图象采集和识别方法，但是不适用在小体积系统使用，并且还涉及图象采集、图象识别等领域。(2电容式接近传感器，基于检测对象表面靠近传感元件时的电容变化。(3超声波传感器，根据波从发射到接收的传播过程中所受到的影响来检测物体的接近程度。(4红外反射式光电传感器，它包括一个可以发射红外光的固态发光二极管和一个用作接收器的固态光敏二极管(或光敏三极管。电机的分类可以作为寻迹小车驱动单元的电机有如下两种：(1采用步进电机。步进电机的一个显著特点就是具有快速启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即使步进

4、电机启动或反转。另一个显著特点是转换精度高，正转反转控制灵活。(2采用普通直流电机。直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转；能满足各种不同的特殊运行要求。设计总体要求沿着黑色车轨迹行驶。系统方案方框图如图所示。系统方案方框图第二章 硬件电路设计总体设计2.1.1 整体硬件设计框图的设计AT89C51AT89C51P0P1驱动电路驱动电动机的芯片）。整体设计框图如图所示：关键元件选择整体硬件框图2.2.1 传感器的选择方案一：采用发光二极管发光，用光敏二极管接收。当发光二极管发出的可见光照射到黑带时，光线被

5、黑带吸收，光敏二极管为检测到信号，呈高阻抗，使输出端为低电平。当发光二极管发出的可见光照射到地面时， 它发出的可见光反射回来被光敏二极管检测到，其阻抗迅速降低，此时输出端为高电平。但是因为光敏二极管受环境中可见光影响较大，电路的稳定性很差。方案二：采用光敏电阻接受可见光检测。四组光敏电阻用于检测可见光信号。当光敏电阻检测到黑带时，输出端为低电平，当光敏电阻没有检测到黑带时，输出端为高电平，信号返回给单片机，通过单片机控制前轮的转向。光敏电阻易受环境影响，稳定性也很差。方案三：利用红外线发射管发射红外线，红外线二极管进行接收。LM324AT89S52。TCRT5000，TCRT5000光电传感器

6、技术指标如下：光强度曲线如图所示：TCRT5000 TCRT5000 光强度曲线图元件封装如图所示：TCRT5000 元件封装图2.2.2 电机的选择因为普通直流电机更易于购买，小车对于精度要求不是特别高，同时电路和控制相对简单，所以本设计采用直流电机作为驱动单元。2.2.3 电机驱动芯片的选择HHHL298，L298内含二个H-Bridge 大电流双全桥式驱动器；可驱动46V2A以下的步进电机；3.1.2A峰值每通道输出电流；使用简易；温度过高保护；封装如图所示：内置电路如图所示：L298 元件封装图L298 内置电路图2.2 电路原理图2.2.1 总体设计方案系统的总体架构如图所示：系统的

7、总体架构图系统的总体架构图整体电路如图所示：整体转换电路图2.2.2 处理信号电路设计方案此设计可以参考单片机原理与应用技术这册书的 38 页，有详细说明。最小系统用的元器件有：电阻100 和 8.2k 各一个）、晶振12MHZ）、瓷片电容30pF， 两个）、电解电容10F 一个）。单片机最小系统电路图如下：单片机最小系统图2.2.3 采集信号电路设计方案此设计中，在 AT89C51 单片机中采集信号的管脚是：P0.0、P0.1、P0.2TCRT5000LM324再传输到单片机中进行处理。采集信号电路架构如图所示：采集信号电路架构图采集信号电路如图所示：光电传感器电路图2.2.4 驱动电动机电

8、路设计方案因为电动机的工作电压为 12V，所以，此时必须经过驱动芯片，给电动机提供工作电压。此设计中，用的是 L298 芯片，并且还需要用二极管保护电动机和 L298 片，此时，把采集的信号经过单片机的处理，输入到电动机驱动芯片的IN1、IN2IN3、IN4引脚上，如果为高电平，则对应的输出引脚上输出为Vs，如果为低电平，输出为 0V，此芯片的输出引脚为 OUT1、OUT2、OUT3、OUT4,与输入引脚一一对应。例如：IN1 为高电平，则对应的 OUT1=Vs；IN1 为低电平，则对应的 OUT1=0V。此设计中，因为电动机的工作电压为12V，所以Vs=12V，也就是，Vs引脚上接12V电压

9、。驱动电动机电路如下图所示：2.2.5 驱动电机电路图电源采用双路开关电源。明伟牌 D-30W 双路开关电源。输出5V、12V）。实物图如下图所示：双路开关电源该开关电源尺寸为 129X98X38mm，交流输入转换由开关选择，具有过流短路保护功能，能自冷散热。低价位、高可靠。输入电压范围-85132VAC/175264VAC，4763Hz15A/115V 30A/230V；直流电压可调范围-额定输出电压的 10%；启动、上升、保持时间200ms，100ms,30ms；耐压性-输入输出间；输入与外壳 1.5KVAC，输出与外壳， 0.5KVAC，历时一分钟；工作温度、湿度10+60，20%90%

10、RH；CEEMCCE连接方法-79.5mm质量/包装-0.41Kg,45PCS/19.5Kg/1.2CUFT表 1型号输出差值范围效率D-30A5V,0.5V4.04A2%50mV72%12V,0.11.0A3,-7%100mV第三章 软件设计程序设计总体思路小车通过光电传感器获得路径信息，通过 AT89C51 进行判断小车所处的状态，通过控制 H 桥驱动芯片来控制前进电机前行及转向电机进行相应的动作。小车的前行通过光电对管TCTR5000）采集信号控制进行改变工作状态。小车状态定义小车通过三组传感器获得信息，因此可将小车分为八种状态，不同的状态下小车有不同的动作。 3.2.1 小车与黑线方向

11、垂直状态黑线黑线传感器三个传感器都检测到黑线，当小车处于此状态时，小车左转，使得小车之后沿着黑线运动。3.2.2 黑线略偏左状态黑线黑线传感器左传感器和中传感器检测到黑线存在，当小车处于此状态时，小车向左转。3.2.3 黑线正中状态传感器传感器黑线只有中传感器检测到黑线存在，当小车处于此状态时，小车方向不变，直向前开动。3.2.4 黑线极度偏左状态黑线黑线传感器只有左传感器检测到黑线存在，当小车处于此状态时，小车向左转弯。3.2.5 黑线略偏右状态传感器传感器黑线右传感器和中传感器检测到黑线存在，当小车处于此状态时，小车向右转弯。3.2.6 不可能出现状态因为黑线只有一条，所以不可能只有左传感

12、器和右传感器检测到黑线而中传感器没有检测到黑线。3.2.7 黑线极度偏右状态传感器传感器黑线只有右传感器检测到黑线存在，当小车处于此状态时，小车向右转弯。3.2.8 没有寻找到黑线状态传感器 没有传感器检测到黑线存在，当小车处于此状态时，小车保持直行，而向前寻找黑线。定义此状态的意义在于，小车可以不必放到黑线上才能寻迹，只要黑线在小车的前方，小车就可以先寻找到黑线，之后沿着黑线运动。小车循迹流程图小车进入循迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片机 I/O 口，一旦检测到某个 I/O 口有信号，即进入判断处理程序，先确定 3 个探测器中的哪一个探测到了黑线，如果左面的光电传感器探测到黑线，

13、即小车左半部分压到黑线，车身向右偏出，此时应使小车向左转；如果是右面的光电传感器探测到了黑线，即车身右半部压住黑线，小车向左偏出了轨迹，则应使小车向右转。如果是右面和右边的光电传感器探测到了白线，而中间的光电传感器探测到黑线，即车身端正压住黑线，小车向没有偏出轨迹，则应使小车向前行。在经过了方向调整后，小车再继续向前行走，并继续探测黑线重复上述动作。循迹流程图如下图所示：程序主函数流程图循迹流程图小车进入寻迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片 I/O到某个 I/O 口有信号变化，就执行相应的判断程序，把相应的信号发送给电动机从而纠正小车的状态。软件的主程序流程图如下图所示：程序主函数流

14、程图程序代码如下：ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0100HMAIN:MOV P1,#0FAH MOV 21H,#00HWJ:MOV A,P0CJNE A,#0F8H,L1 LCALL ZGSJMP WJ L1:MOV CJNE A,#0F9H,L2 LCALL YGSJMP WJ L2:MOV CJNE A,#0FBH,L3 LCALL YGSJMP WJ L3:MOV CJNE A,#0FCH,L4 LCALL ZGSJMP WJ L4:MOV CJNE A,#0FDH,L5 LCALL ZZSJMP WJ L5:MOV CJNE A,#0FEH,L6 LCALL ZGSJ

15、MP WJ L6:MOV CJNE A,#0FFH,WJ LCALL ZZSJMP WJ ZZ:MOV P1,#0FAHMOV 21H,P0 CJNE AJMP ZZZG:MOV P1,#0F8H MOV 21H,P0 CJNE AJMP ZGYG:MOV P1,#0F2H MOV 21H,P0 CJNE AJMP YGEND第四章 系统制作实际电路焊接4.1.1、焊接的基本步骤、烙铁头上先熔化少量的焊锡和松香，将烙铁头和焊锡丝同时对准焊点。熔化焊锡。为宜。焊接集成电路时，要严格控制焊料和助焊剂的用量。为了避免因电烙铁绝缘不良或内部发热源对外壳感应电压而损坏集成电路，实际应用中常采用拔下电烙铁

16、的电源插头趁热焊接的方法。4.1.2、出现的问题焊脚太大或太小，电路出现连接的时连接的现象焊出来的板子出现虚焊，电路有时无法导通。4.1.3、解决的方法焊接前，应对元器件引脚或电路板的焊接部位进行处理，一般有“刮”、“镀”、“测”三个步骤：“刮”：就是在焊接前做好焊接部位的清洁工作。一般采用的工具是小刀和细砂纸，对集成电路的引脚、印制电路板进行清理，去除其上的污垢，清理完后一般还需要往待拆元器件上涂上助焊剂。“镀”：就是在刮净的元器件部位上镀锡。具体做法是蘸松香酒精溶液涂在刮净的元器件焊接部位上，再将带锡的热烙铁头压在其上，并转动元器件，使其均匀地镀上一层很薄的锡层。“测”：就是利用万用表检测所有镀锡的元器件是否质量可靠，若有质量不可靠或已损坏的元器件，应用同规格元器件替换软硬件联调4.2.1 烧写程序的过程与方法打开 Keil 软件，新建项目，输入程序，并设置生成 HEX 序软件，把 AT89C51 芯片放入下载器中，然后先擦除芯片内容，添加生成的 HEX 件，进入烧写程序过程，最后在进行校验。4.2.2 出现问题1）出现电源指示灯不亮；2）左中右指示灯不起作用；3）比较器中的输出电压不符合逻辑；4）左右轮不听指示，胡乱拐弯。4.2.3 解决方法1）解决电源指示灯问题，首先看正负极是否接反？如果接反，调整电源线的正负方向。其次查看电路板的焊接