智能小车实验报告

..课程设计报告〔嵌入式技术实践<一>学院：电气工程与自动化学院题目：专业__自动化123班学号：21学生__谢斌指导王祖麟、张振利日期：20XX6月18日星期二摘要我们生活在信息与科技高速发展的信息时代,高科技产品的更新的换代也是越来越快。作为21世纪的大学生,我们身处这样的环境中,就必须使自己能够适应这个社会所需。自动化作为处在科技前沿的专业,我们学生就要打好基础,跟上时代的步伐。为了让同学们在做中学。同学们自己设计和制作智能小车,并从中深入了解和理解自动化嵌入式。从而为进一步实现人机对话,测量以及控制这些自动化的基本控制做基础。从理论到实践,让同学们更好的理解嵌入式,增长同学的实践和设计能力。应用P89V51RB2微控制器中端口、外部中断、定时器等基本模块,实现核心控制,再结合驱动板来控制电机的转速、转向,最后加上红外传感器,实现小车的智能寻迹。其中端口结合SPI实现人机对话；定时器与中断结合实现匹配定时,捕获转速；端口、定时器的结合就实现了控制电机的方向与转速；端口与红外传感器结合,让小车可以寻找黑线,这样就实现了智能寻迹。关键字：自动化；嵌入式；智能寻迹；实践；外部中断；定时器；能力目录第一章绪论31.1课题背景41.2课题概述41.3设计要求4第二章统的系设计42.1实践原理42.2实践器材42.3实践目的4第三章软件设计53.1硬件开发的软件介绍53.1.1TKStudio53.1.2原理图的绘制过程53.2编程环境介绍5第四章系统实现54.1硬件实现54.1.1单片机外扩54.12电源模块板54．13循迹模块……………………….54.14电机驱动模块………54.2软件实现64.3实现效果8结束语：8致谢8参考文献8附录9第一章绪论1．1课题背景学习了智能小车的的理论知识后,急需要一场智能小车制作实践实验以加深我们对制板的认识及熟悉制做智能小车的工作流程。"卓越工程师培养计划"主要强调"理论与实践、教与学、学校与企业"三个紧密结合,全面贯彻和落实"构思、设计、实施、运行"这种在做中学的原则,以及基于项目驱动的教学模式。企业由单纯的用人单位变成为学生联合培养单位,高校和企业共同设计培养目标,共同制定培养方案,共同实施培养过程。"真刀真枪"地实践,以强化学生的工程能力和创新能力。在一学期的计算机基础理论学习后,需要将理论和实践有机的相结合。在一定程度的专业基础知识的铺垫、学长们的实际操作引导下。展开技能实践。实验后加以对实验的看法,总结经验,研究智能小车的制作方法及对课题进行讨论研发,特设下此课题。1.2课题概述学习智能小车以及板的制作流程,加深对课题的认识,增加理论与实践知识。了解智能小车的制作与使用。根据原理图焊接好单片机外扩、电源模块、循迹模块、驱动模块四块板子,调试板子,确保板子正确后,将板子与车身用杜邦线正确连接做好实验课题。1.3设计要求第一：画出正确的原理图第二:焊好板子,并使它能正常运行第三：板上无断线,电路无短路与断路。万能表检测无错误。烧入程序后能显示正确的实验现象应用P89V51RB2微控制器中的端口、外部中断、定时器等基本模块,实现核心控制,再结合电源板、电机驱动板来控制电机的转向,最后加上传感检测模块,实现小车的智能寻迹。这次课程实践要求每一个人都动手都制作出一辆寻迹小车,真正实现从听中学到做中学,提高同学们的动手能力。这次实践最基本的功能底线就是能够实现循迹,然后有兴趣的同学再一步步进行拓展,比如：加上测速模块、遥控模块,水平更高的还可以实现避障模块、液晶显示模块等等第二章系统的设计2.1实践原理探测路面黑线的基本原理：光线照射到路面并反射,由于黑线和白纸对光的反射系数不同,可以根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理,可以控制小车行走的路迹。这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走,通常采取的方法是红外探测法。红外探测法,即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点,在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光,当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射,反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收,小车上的接收管接收不到红外光。处理器就根据是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限,一般最大不应超过3cm。智能小车系统以处理器为核心,为了使智能小车能够快速行驶,处理器必须把路径的迅速判断、相应的转向电机控制以及直流驱动电机的控制精密地结合在一起。如果传感器部分的数据没有正确地采集和识别,转向电机控制的失当,都会造成模型车严重抖动甚至偏离赛道；如果直流电机的驱动控制效果不好,也会造成直线路段速度上不去,弯曲路段入弯速度过快等问题。2.2实践器材四块万能版、两个红外传感器、四个1K的电阻、两个3.3K的电阻、两个电源、插针、插座多排、三个LED灯、两个电容器、一个单片机、八个三极管〔其中四个为透明的三极管、两个二极管、两个玻璃电阻、两个轮子、两个马达。两个电池盒、一块较大的塑料板、杜邦线若干、焊锡少许、一个万能表、一个电烙铁、一个焊台、胶带。1：插针、单片机、一个万能版、焊锡——用于焊接单片机外扩。2:插针、插座、两个继电器、四个透明三极管、四个三极管四个1K电阻、焊锡——用于焊接驱动模块板。3:一个LED灯、插针、插座、两个电容器、两个玻璃电阻、两个二极管、一个3.3K电阻、焊锡——用于焊接电源板。4:两个红外传感器、两个LED灯、四个电阻、焊锡——用于焊接循迹模块。5:万能表——用于检测板子电路是否短路、断路、电路是否正确。6：焊台——将器件焊接到板子上。7：轮子、马达、较大的塑料板——为车身的组成部分。8：电池——为智能小车的驱动提供电压。9：电池盒——盛装电池。10：胶带——将板子固定在车身上。2.3实践目的增加智能小车板的制作实践知识,了解智能小车原理图的绘制与智能小车板的制作流程。学习智能小车板的焊接知识与技术。增加智能小车板的制作经验,体会智能小车板的制作原理提高我们对智能小车的认识。使智能小车能够在烧入实验程序后能够沿着胶带跑动,显现出正确的实验现象。第三章软件设计3.1硬件开发的软件介绍252353.1．1系统控制器的选择P89V51RB2是一款由美国NXP半导体公司提供的增强型80C51微控制器,包括16KBFlash程序存储器和1KB数据RAM,且功能上完全覆盖标准80C51单片机系列。3.2电源模块交流电经过全波电路在经过电容滤波,在经过稳压电源芯片做成稳压电路,输出电压5V、7.2V的直流电源。小车的电机驱动模块的供电电压为7.2V,经过电容滤波后接7805进行稳压,稳压输出5V的电压。提供单片机所需的电压,其电源电路原理图如下图所示：电机驱动模块这次电机驱动模块没有采用往年的,直接用三极管构成H桥的形式来驱动电机,而是用继电器来驱动电机,其原理图如下：3.4传感检测模块红外线传感检测电路原理其实很简单,就是利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点,在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光,当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射,反射光被装在小车上的接收管接收,80C51内核采集到的电压就是高电平；如果遇到黑线则红外光被吸收,小车上的接收管接收不到红外光,然后80C51内核采集到的电压就是低电平。其基本原理图如下：3.2编程环境介绍编程环境与实验程序本身有密切的联系。实验程序在不同的编程环境下也可能编译出不同的实验结果。第四章系统实现4.1硬件实现4.1模块驱动程序4.1.1电机驱动模块电机驱动板有四出信号输出端,PWM1,PWM2,DIR1,DIR2,分别控制从而控制两个电机的停止与正反转。其具体程序控制见程序清单如下：voidmotor_stight<>//小车前进{PWM_1=1;PWM_2=1;DIR_1=0;DIR_2=0;}voidmotor_right<>//小车右转{ PWM_1=1; PWM_2=0;DIR_1=0;DIR_2=0;}voidmotor_left<>//小车左转{ PWM_1=0; PWM_2=1;DIR_1=0;DIR_2=0;}voidmotor_stop<>//小车停止{ PWM_1=0; PWM_2=0;DIR_1=0;DIR_2=0;}4.1.2传感检测模块驱动红外线模块只要80C51单片机向其供5V电压就能工作,然后通过引脚采集其高低电平,就可以根据不同情况做出相应的处理。第五章硬件总体调试程序简单的循迹小车外加遥控模块的程序如下：4.3实现效果烧入实验程序后,智能小车能沿着黑色胶带正常跑动5.实验心得第一：在看原理图时,要注意图中各器件的排布情况。第二：认真仔细地将各个器件焊接到板自上第三：焊接过程过程中要注意焊锡的使用,用焊锡将器件焊接到板子上。第四：在调试的过程中,要用万能表检测板子的电路状况,如遇到短路或断路等状况要及时修正直到板子上电路正确为止。第五：将四块板子一一固定在车身上,用杜邦线将板子与车身连好,注意要认真仔细连接,要避免短路情况,否则可能烧坏器件。第六：如连接好出现电容器冒烟