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1、 2013年 7 月12日 一、緒論.......................................................................4 1.1智能小車的作用和意義..................................................................4 二、方案設(shè)計(jì)與論證 ................................................ 4 2.1 總體

2、方案設(shè)計(jì) ...............................................................................4 2.2主控系統(tǒng) ........................................................................................5 2.3傳感器選擇方案 ............................................................................6 2.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇方案.........

3、.........................................................6 2.5電機(jī)方案選擇..................................................................................6 2.6電源方案選擇..................................................................................7 三、主要器件介紹 .........................................

4、............7 3.1 STC89C52的介紹 .........................................................................7 3.2 L298N的介紹 ...............................................................................8 3.2.1 L298N的引腳功能 ................................................................................

5、... 9 3.2.2 L298N的運(yùn)行參數(shù) ...................................................................................10 3.2.3 L298N的邏輯控制 ................................................................................... 10 3.3 TCRT5000的介紹 ..................................................................

6、...... 11 3.4LM339的介紹 ................................................................................12 3.5 L7805CV和L7806CV的介紹.........................................................12 四、硬件設(shè)計(jì) ............................................................... 14 4.1 主控芯片STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)板電路 .......

7、.................... 14 4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路..........................................................................15 4.3紅外對(duì)黑線檢測(cè)模塊電路...............................................................16 4.4穩(wěn)壓電源電路...................................................................................18 五、程序設(shè)

8、計(jì) ............................................................. 19 5.1主程序 .............................................................................................19 六、調(diào)試....................................................................... 28 6.1硬件調(diào)試 ......................................

9、...................................................28 6.1.1元件的固定 ........................................................................... 28 6.1.2TCRT5000探頭 ..................................................................... 29 6.1.3 L298N馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊 .............................................

10、.............. 29 6.2軟件調(diào)試 ........................................................................................ 29 6.2.1調(diào)試平臺(tái)介紹 ......................................................................... 29 6.2.2程序調(diào)試...............................................................................

11、......29 6.3 測(cè)試結(jié)果與分析 ........................................................................... 30 七、心得體會(huì).................................................................................. 30 附件 元件清單 參考文獻(xiàn) 一、緒論 1.1智能小車的作用和意義 自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來(lái)，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國(guó)防

12、等領(lǐng)域。近年來(lái)機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們?cè)诓粩嗵接?、改造、認(rèn)識(shí)自然的過(guò)程中，制造能替代人勞動(dòng)的機(jī)器一直是人類的夢(mèng)想。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的感系統(tǒng)，對(duì)于視覺(jué)的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后，機(jī)器視覺(jué)需要通過(guò)大量的運(yùn)算也只能識(shí)別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡(jiǎn)單的目標(biāo)。視覺(jué)傳感器的核心器件是攝像管或CCD，目前的CCD已能做到自動(dòng)聚焦。但CCD傳感器的價(jià)格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢(shì)，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺(jué)的系統(tǒng)中考慮使用接近覺(jué)傳感器是覺(jué)傳感器種類越來(lái)越多，其中視覺(jué)傳感器成為自動(dòng)行走和駕駛的重要部件。視覺(jué)的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽?/p>

13、主式智能導(dǎo)航一種實(shí)用有效的方法。 機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線和障礙物，感知導(dǎo)引線相當(dāng)給機(jī)器人一個(gè)視覺(jué)功能。避障控制系統(tǒng)是基于自動(dòng)導(dǎo)引小車（AVG—auto-guide vehicle）系統(tǒng)，基于它的智能小車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別路線，判斷并自動(dòng)避開障礙，選擇正確的行進(jìn)路線。使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。 該智能小車可以作為機(jī)器人的典型代表。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測(cè)部分、CPU、執(zhí)行部分。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能，還可以擴(kuò)展循跡等功能，感知導(dǎo)引線和障礙物?？梢詫?shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并檢測(cè)到障礙物自動(dòng)躲避?；谏鲜鲆?/p>

14、求，傳感檢測(cè)部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可。智能小車的執(zhí)行部分，是由直流電機(jī)來(lái)充當(dāng)?shù)?，主要控制小車的行進(jìn)方向和速度。 二、方案設(shè)計(jì)與論證 2.1 總體方案設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)基于AT89C52單片機(jī)的小車尋跡系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用兩組高靈敏度的紅外反射式光電傳感器，對(duì)路面的黑色軌跡進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行處理，并利用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波，并以最短時(shí)間完成尋跡。同時(shí)采用紅外傳感器對(duì)障礙物進(jìn)行躲避功能，遇到對(duì)于交通燈的檢測(cè)采用固定頻率的紅外線信號(hào)表示不同的交通指示燈，使控制系統(tǒng)更加智能。在軟件程序上采用一定的控制算法，使得小車在通道上第一次遇到十字黑線時(shí)候

15、減速行駛，在第二次遇到十字黑線可以實(shí)現(xiàn)減速轉(zhuǎn)彎，因此，本系統(tǒng)由紅外光電傳感器，單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)單元共同作用，保證小車能在預(yù)先設(shè)定的軌跡上行駛。 本設(shè)計(jì)的主要特色本設(shè)計(jì)的主要特色本設(shè)計(jì)的主要特色本設(shè)計(jì)的主要特色： 1.自制的四個(gè)輪結(jié)構(gòu)小車，采用PWM調(diào)速。 2.采用6V電池供電，直流穩(wěn)壓電路工作穩(wěn)定。 3.采用紅外發(fā)射傳感器接收對(duì)黑線標(biāo)志進(jìn)行識(shí)別，具有高精度和高靈敏度。 2.2主控系統(tǒng) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我認(rèn)為此設(shè)計(jì)屬于多輸入量的復(fù)雜程序控制問(wèn)題。據(jù)此，擬定了以下兩種方案并進(jìn)行了綜合的比較論證，具體如下： 方案一： 選用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作為系統(tǒng)

16、的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。CPLD具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行編寫開發(fā)。但CPLD在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢(shì)。同時(shí)，CPLD的處理速度非?？?，而小車的行進(jìn)速度不可能太高，那么對(duì)系統(tǒng)處理信息的要求也就不會(huì)太高，在這一點(diǎn)上，MCU就已經(jīng)可以勝任了。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。為此，我們不采用該種方案，進(jìn)而提出了第二種設(shè)想。 方案二： 采用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，用其控制行進(jìn)中的小車，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)控制，而在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來(lái)它的優(yōu)勢(shì)——控制簡(jiǎn)單、方便

17、、快捷。這樣一來(lái)，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，這種方案是一種較為理想的方案。 針對(duì)本設(shè)計(jì)特點(diǎn)——多開關(guān)量輸入的復(fù)雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長(zhǎng)處理多開關(guān)量的標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)，而不能用精簡(jiǎn)I/O口和程序存儲(chǔ)器的小體積單片機(jī)，D/A、A/D功能也不必選用。根據(jù)這些分析,我選定了STC89C52RA單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控裝置，52單片機(jī)具有功能強(qiáng)大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，程序空間多達(dá)8K，對(duì)于本設(shè)計(jì)也綽綽有余，更可貴的是52單片機(jī)價(jià)格非常低廉。 在綜合考慮了傳感器、兩部電機(jī)的驅(qū)動(dòng)等諸多因素后，我們決定采用一片單片機(jī)，充分利用STC89

18、C52單片機(jī)的資源。 2.3傳感器選擇方案 方案一：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接收; 發(fā)光二極管發(fā)出的可見(jiàn)光照射到黑帶時(shí)，光線被黑帶吸收，光敏二極管為檢測(cè)到信號(hào)。呈高阻抗，使輸出端為低電平。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的可見(jiàn)光照射到地面時(shí)，它發(fā)出的可見(jiàn)光反射回來(lái)被光敏二極管檢測(cè)到，其阻抗迅速降低，此時(shí)輸出端為高電平。但是由于光敏二極管受環(huán)境中可見(jiàn)光影響較大，電路的穩(wěn)定性很差，但可以通過(guò)運(yùn)放對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理。 方案二： 采用反射式紅外光電傳感器。 用TCRT5000型反射式紅外對(duì)管組成的路徑識(shí)別傳感器模塊，檢測(cè)距離和靈敏度均能達(dá)到系統(tǒng)要求，該器件具有如下特點(diǎn)：當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光

19、反射回來(lái)時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平，該光電對(duì)管調(diào)理電路簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定。 綜上所述，本設(shè)計(jì)采用發(fā)光二極管進(jìn)行檢測(cè)，原因是性價(jià)比較合理。 2.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇方案 方案一：采用分立元件的H橋驅(qū)動(dòng)電路。 方案二：采用集成的H橋驅(qū)動(dòng)電路芯片。 由于集成的H橋驅(qū)動(dòng)電路芯片體積小，穩(wěn)定性高，因此選用集成的驅(qū)動(dòng)電路芯片作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，型號(hào)為L(zhǎng)298N。 2.5電機(jī)方案選擇 方案一： 采用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是具有快速啟停能力可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速，啟動(dòng)性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。工作電壓可達(dá)到36V，4A?？赏瑫r(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。適合應(yīng)用于機(jī)器人設(shè)計(jì)及智能小車的設(shè)計(jì)中

20、，如果符合不超過(guò)步進(jìn)電機(jī)所能提供的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能夠立即使步進(jìn)電機(jī)的啟功或者反轉(zhuǎn)。調(diào)速方式：直流電動(dòng)機(jī)采用PWM信號(hào)平滑調(diào)速。 方案二： 采用普通直流減速電機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，方便，調(diào)整范圍廣，過(guò)載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)極快速啟動(dòng)，制動(dòng)，和反轉(zhuǎn)，能滿足各種不同的特殊運(yùn)行要求。 綜上所訴，我們選擇直流減速電機(jī)。 2.6電源方案選擇 方案一： 直接使用AA干電池進(jìn)行供電它的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，但是供電能力差，不易長(zhǎng)時(shí)間供電。 方案二： 使用3500mA干電池配合直流穩(wěn)壓整流電路輸入端口接9mA的干電池，經(jīng)電容濾波和L7805和L7806

21、穩(wěn)壓后輸出約5V,6V電壓?？杀ＷC長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的輸出電壓。這樣可以提供持久穩(wěn)定的電流，穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電?？紤]到系統(tǒng)穩(wěn)定工作的要求，所以選擇方案一。 三 主要器件介紹 3.1 STC89C52的介紹 STC89C52引腳功能說(shuō)明 VCC（40引腳）：電源電壓 VSS（20引腳）：接地 P0端口（P0.0～P0.7，39～32引腳）：P0口是一個(gè)漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載，對(duì)端口P0寫入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時(shí)，P0口內(nèi)部上拉電

22、阻有效。在Flash ROM編程時(shí)，P0端口接收指令字節(jié)； 而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1端口（P1.0～P1.7，1～8引腳）：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫入1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。 此外，P1.0和P1.1還可以作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部技術(shù)輸入（P1.0/T2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體參見(jiàn)下表： 在對(duì)Flash RO

23、M編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P1接收低8位地址。表XX P1.0和P1.1引腳復(fù)用功能 在對(duì)Flash ROM編程或程序校驗(yàn)時(shí)，P3還接收一些控制信號(hào)。 P3口除作為一般I/O口外，還有其他一些復(fù)用功能，如下表所示： 表XX P3口引腳復(fù)用功能 來(lái)完成單片機(jī)單片機(jī)的復(fù)位初始化操作?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST引腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能無(wú)效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。 特殊功能寄存器

24、 3.2 L298N的介紹 L298N是一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片的主要特點(diǎn)是:工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V;輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。 3.2.1 L298N的引腳功能 3.2.2 L298N的運(yùn)行參數(shù) 3.2.

25、3 L298N的邏輯控制 主要采用L298N，通過(guò)單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，輸入引腳與輸出引腳的邏輯關(guān)系圖為 表3.3 L298N對(duì)直流電機(jī)控制的邏輯真值表 3.3 TCRT5000的介紹 TCRT5000光電傳感器模塊是基于TCRT5000紅外光電傳感器設(shè)計(jì)的一款紅外反射式光電開關(guān)。傳感器采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，輸出信號(hào)經(jīng)施密特電路整形，穩(wěn)定可靠。 +：接直流DC5V正極 -：接直流DC5V負(fù)極 S：信號(hào)輸出端，光敏三極管飽和，此時(shí)模塊的輸出端為高電平，指示二極管被點(diǎn)亮。 應(yīng)用場(chǎng)合：

26、 電度表脈沖數(shù)據(jù)采樣、傳真機(jī)碎紙機(jī)紙張檢測(cè)、障礙檢測(cè)黑白線檢測(cè) 基本參數(shù)： 外形尺寸：長(zhǎng)32mm~37mm；寬7.5mm；厚5mm 工作電壓：DC3V~5.5V，推薦工作電壓為5V 檢測(cè)距離：1mm~8mm適用，焦點(diǎn)距離為2.5mm 傳感器的紅外發(fā)射二極管不斷發(fā)射紅外線，當(dāng)發(fā)射出的紅外線沒(méi)有被反射回來(lái)或被反射回來(lái)但強(qiáng)度不夠大時(shí)，光敏三極管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)模塊的輸出端為低電平，指示二極管一直處于熄滅狀態(tài)；被檢測(cè)物體出現(xiàn)在檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，紅外線被反射回來(lái)且強(qiáng)度足夠大，光敏三極管飽和，此時(shí)模塊的輸出端為高電平，指示二極管被點(diǎn)亮。 靈敏度可調(diào)的循跡電路。當(dāng)比較器的正向輸入端電壓低于

27、反向輸入端的電壓時(shí)輸出低電平，LED亮，表示接收到反射光。 3.4 LM339的介紹 智能小車中運(yùn)用于電路分析模塊 LM339引腳圖與功能簡(jiǎn)介 LM339集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器。LM339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)

28、，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 3.5 L7805CV和L7806CV的介紹 L7805 L7805是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，他的使用方便，用很簡(jiǎn)單的電路即可以輸入一

29、個(gè)直流穩(wěn)壓電源他的輸出電壓恰好為5v，剛好是51系列單片機(jī)運(yùn)行所需的電壓，他有很多的系列如ka7805，ads7805，cw7805等，性能有微小的差別,用的最多的還是LM7805,下面我簡(jiǎn)單的介紹一下他的3個(gè)引腳以及用它來(lái)構(gòu)成的穩(wěn)壓電路的資料。 其中1接整流器輸出的+電壓，2為公共地(也就是負(fù)極)，3就是我們需要的正5V輸出電壓了. L7806 L7806為固定正電壓穩(wěn)壓電路，屬三端正電源穩(wěn)壓電路系列（3Terminals positive Voltage Regulator Series）。產(chǎn)品應(yīng)用非常廣泛，涉及到各種穩(wěn)壓電源、充電器、數(shù)碼產(chǎn)品以及家電

30、領(lǐng)域等。 L7806芯片參數(shù)： 封裝 四、硬件設(shè)計(jì) . 4.1 主控芯片AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)板電路 本智能小車采用的單片機(jī)最小系統(tǒng)板是自己制做的AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)板，它具有體積小，質(zhì)量輕，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好的放置在智能小車中。原理圖如下。 小系統(tǒng)PCB板 4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用專用驅(qū)動(dòng)芯片L298N作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。L298N是一種具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它的響應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流減速電機(jī)，而且還帶有控制使能端，用它作為驅(qū)動(dòng)芯片，操作方便，穩(wěn)定，性能優(yōu)良。

31、L298N的5、7引腳為一個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸入端，10、12引腳為另一個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸入端，2、3引腳為一個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸出端，13、14引腳為另一個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸出端，通過(guò)單片機(jī)對(duì)L298N的輸入端進(jìn)行指令控制，就能實(shí)現(xiàn)直流減速電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而控制小車前進(jìn)和后退。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖如下。 驅(qū)動(dòng)模塊PCB板 4.3紅外對(duì)黑線檢測(cè)模塊電路 由于有6個(gè)紅外傳感器排成一排均勻的安裝在小車底部，當(dāng)光線照射到路面并反射，由于黑線和白紙的反射系數(shù)不同，根據(jù)接收到的反射光強(qiáng)度判斷是否眼黑線前進(jìn)。在一般情況下，當(dāng)黑線位于中間的兩個(gè)紅外傳感器之間，不管小車偏向哪一邊，都能檢測(cè)出

32、小車的偏移方向?；蛘弋?dāng)小車偏向左邊時(shí)，右邊的傳感器檢測(cè)到黑線，輸出低電平給電機(jī)，否則，輸出高電平。 紅外作循跡電路原理圖 紅外作循跡PCB板 采用紅外對(duì)管制作循跡電路，當(dāng)檢測(cè)到黑線時(shí)，紅外接受管導(dǎo)通，否則紅外對(duì)管截止，通過(guò)比較器LM339電壓比較，把電平狀態(tài)送給單片機(jī)進(jìn)而單片機(jī)處理。原理圖如下。 電路分析原理圖 紅外電路分析PCB板 4.4穩(wěn)壓電源電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊: 本題目要求小車的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定、靈活、簡(jiǎn)單，可選用兩輪式，考慮到現(xiàn)在的汽車多采用兩輪式我選用兩輪式的設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)更貼近生活需求。驅(qū)動(dòng)部分：直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由L298N雙

33、通道馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)前后兩個(gè)馬達(dá)，其力矩完全可以達(dá)到模擬效果。 電池的安裝：將電池放置在車體的下面，降低車體重心，提高穩(wěn)定性，同時(shí)可增加驅(qū)動(dòng)輪的抓地力，減小輪子空轉(zhuǎn)所引起的誤差。 電源模塊：采用2支3500mA電池給電機(jī)供電，再用穩(wěn)壓芯片對(duì)電池電壓進(jìn)行降壓給單片機(jī)。采用一套電源可減少小車的負(fù)重。 電機(jī)動(dòng)力電路應(yīng)用說(shuō)明: 基本思路為使能端輸入使能信號(hào)，即接高電平，控制輸入端A端輸入PWM 信號(hào)，控制輸出端B輸入方向信號(hào)，在一個(gè)PWM周期內(nèi)，電動(dòng)機(jī)只承受單極性的電壓，電機(jī)的選擇方向由控制信號(hào)決定，電機(jī)的速度由PWM決定，PWM占空比為0%-100%對(duì)應(yīng)于電機(jī)轉(zhuǎn)速0-MAX。因此，當(dāng)接收到由檢測(cè)

34、模塊的信號(hào)時(shí)，單片機(jī)處理該信號(hào)，根據(jù)該信號(hào)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的PWM 波，從而可以根據(jù)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與方向。 穩(wěn)壓電源電路圖 穩(wěn)壓電源PCB板 五、程序設(shè)計(jì) 5.1主程序 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar pwm_left =0;//變量定義，與速度比較的變量 uchar push_left =0;// 左電機(jī)占空比N/10 調(diào)速 uchar pwm_right =0;//與速度比較的變量 uchar p

35、ush_right=0;// 右電機(jī)占空比N/10 調(diào)速 bit Right_moto_stop=1; bit Left_moto_stop =1; uint time=0; uint a=0,flag=0,flag1=0; sbit Left_1_led=P1^0; //四路尋跡模塊接口第一路 sbit Left_2_led=P1^1; //四路尋跡模塊接口第二路 sbit Right_1_led=P1^2; //四路尋跡模塊接口第二路 sbit Right_2_led=P1^3; //四路尋跡模塊接口

36、第三路 uint a,d,y,z,q,w,c; sbit out1 = P2^0; sbit out2 = P2^1; sbit out3 = P2^2; sbit out4 = P2^3; sbit ena = P1^6; sbit enb = P1^7; sbit inright = P2^4; sbit inleft = P2^5; delay(uint a); int turnleft(uint z) { ena=1; enb=1; out1=1; out2=0; out3=1; out4=0; delay(z

37、); return 0; } int turnright(uint y) { ena=1; enb=1; out1=0; out2=1; out3=0; out4=1; delay(y); return 0; } int dengdai (uint d) { ena=0; enb=0; out1=0; out2=0; out3=0; out4=0; delay(d); return 0; } void go(uint q) { ena=1; enb=1; out1

38、=0; out2=1; out3=1; out4=0; delay(q); } int back(uint w) { ena=1; enb=1; out1=1; out2=0; out3=0; out4=1; delay(w); return 0; } int backright(int c) { ena=0; enb=1; out1=0; out2=0; out3=0; out4=1; delay(c); return 0; } void bizhang() { i

39、f(inright==1&&inleft==1) { go(50); } if(inright==0) { turnright(50); } if(inleft==0) { turnleft(50); } if(inright==0&&inleft==0) { backright(2000); } } void xunji() { { if(Left_1_led==0&&Left_2_led==0&&Right_1_led==0&&R

40、ight_2_led==0) //0 { go(50); } else if(Left_1_led==0&&Left_2_led==0&&Right_1_led==0&&Right_2_led==1) //0001 { turnright(20); delay(5); } else if(Left_1_led==0&&Left_2_led==0&&Right_1_led==1&&Right_2_led==0) //0010 { turnright

41、(20); //(9,6) delay(1); } else if(Left_1_led==0&&Left_2_led==0&&Right_1_led==1&&Right_2_led==1) //0011 { turnright(20); delay(3); } else if(Left_1_led==0&&Left_2_led==1&&Right_1_led==0&&Right_2_led==0) //0100 {

42、 turnleft(30); delay(3); } else if(Left_1_led==0&&Left_2_led==1&&Right_1_led==0&&Right_2_led==1) //0101 { turnright(30); delay(2); } else if(Left_1_led==0&&Left_2_led==1&&Right_1_led==1&&Right_2_led==1) //0111 { turnleft(30); delay(1); }

43、 else if(Left_1_led==1&&Left_2_led==0&&Right_1_led==0&&Right_2_led==0) //1000 { turnleft(30); delay(3); } else if(Left_1_led==1&&Left_2_led==0&&Right_1_led==0&&Right_2_led==1) //1001 { go(30); delay(3); //本來(lái)延時(shí)6 } else if(Left_1_led=

44、=1&&Left_2_led==0&&Right_1_led==1&&Right_2_led==0) //1010 { turnleft(30); delay(3); } else if(Left_1_led==1&&Left_2_led==0&&Right_1_led==1&&Right_2_led==1) //1011 { turnright(20); delay(3); } else if(Left_1_led==1&&Left_2_led==1&&Right_1_led==

45、0&&Right_2_led==0) //1100 { turnleft(20); delay(5); } else if(Left_1_led==0&&Left_2_led==0&&Right_1_led==0&&Right_2_led==1) // 1101 { turnleft(20); delay(5); } else if(Left_1_led==1&&Left_2_led==1&&Right_1_led==1&&Right_2_led==0) // 1110 { turnle

46、ft(20); delay(5); } // else if(Left_1_led==1&&Left_2_led==1&&Right_1_led==1&&Right_2_led==1) // 1111 // { //tiaosu(); // go(20); // delay(5); // } } } int delay(uint a) { uint x,y; for(x=a;x>0;x--) for(y=110

47、;y>0;y--); return 0; } /************************************************************************/ /* PWM調(diào)制電機(jī)轉(zhuǎn)速 */ /************************************************************************/ /* 左電機(jī)調(diào)速

48、 */ /*調(diào)節(jié)push_val_left的值改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,占空比 */ void pwm_out_left_moto(void) { if(Left_moto_stop) { if(pwm_left<=push_left) ena=1; else ena=0; if(pwm_left>=100) pwm_left=0; } else ena=0; } /************************************

49、******************************/ /* 右電機(jī)調(diào)速 */ void pwm_out_right_moto(void) { if(Right_moto_stop) { if(pwm_right<=push_right) enb=1; else enb=0; if(pwm_right>=100) pwm_right=0; } else enb=0;

50、 } /*******************************************************************/ /* */ /* 定時(shí)器初值化 */ /*******************************************************************/ void init0(void)

51、{ TMOD=0X01; TH0= 0XF8; //1ms定時(shí) TH0= 0XF8; TL0= 0X30; TL0= 0X30; TR0= 1; ET0= 1; EA = 1; } void init1(void) { TMOD=0x10; //設(shè)置定時(shí)器0工作模式1 TH1=(65536-50000)/256; //定時(shí)器裝初值 TL1=(65536-50000)%256; IT0=1; IT1=1; EX0=1; //開外部中斷0 EX1=1; //開外部中斷

52、1 ET1=1; //開定時(shí)器0中斷 TR1=1; //啟動(dòng)定時(shí)器0 EA=1; //開總中斷 } /******************************************************************/ ///*TIMER0中斷服務(wù)子函數(shù)產(chǎn)生PWM信號(hào)*/ void timer0()interrupt 1 using 2 { TH0=0XF8; //1Ms定時(shí) TL0=0X30; time++; pwm_left++; pwm_right++; pwm_out_left_m

53、oto(); pwm_out_right_moto(); } void run(int m,int n) { push_left =m; //PWM 調(diào)節(jié)參數(shù)1-10 1為最慢，10是最快 改這個(gè)值可以改變其速度 push_right =n; //PWM 調(diào)節(jié)參數(shù)1-10 1為最慢，10是最快 改這個(gè)值可以改變其速度 out1=0; //左電機(jī)前進(jìn) out2=1; out3=1; out4=0; //右電機(jī)前進(jìn) } void tiao

54、su() { while(flag==1) {run(30,30); delay(30); xunji(); if(Left_1_led==1&&Left_2_led==1&&Right_1_led==1&&Right_2_led==1) { a=1;flag=0; } } while(a==1) {run(99,99); delay(30); xunji(); if(Left_1_led==1&&Left_2_led==1&&Right_1_led==1&&Right_2_led==1) { a=2;} }

55、 } void main() { init0(); init1(); P1=0xff; P2=0xff; while(1) { if(Left_1_led==1&&Left_2_led==1&&Right_1_led==1&&Right_2_led==1) {flag=1;} //1111 else flag=0; delay(3); if(flag==0) xunji(); else tiaosu();

56、 } } 六、調(diào)試: 6.1硬件調(diào)試 6.1.1 元件的固定 小車主要有5大模塊的電路板組成的，板和板之間是靠導(dǎo)線連接。小車在循跡運(yùn)動(dòng)的時(shí)候時(shí)常顛簸，導(dǎo)致電路板移位致使電路板上面的元件受到干擾，使小車不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，特別是L298N.所以我們除了在板上打孔鎖上螺絲，還在板和板之間用熱熔膠再固定，減少震動(dòng)。 6.1.2 TCRT5000探頭 由TCRT5000組成的軌跡識(shí)別電路是本次設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵，在初次調(diào)試時(shí)小車的搖頭動(dòng)作（即轉(zhuǎn)向）時(shí)常出現(xiàn)不靈的情況。后來(lái)用電壓表測(cè)量了電壓比較器量輸入端的電壓發(fā)現(xiàn)基準(zhǔn)電壓到了3.5V，而紅外探頭在檢測(cè)到黑線時(shí)

57、才3.6V。兩者電壓相差無(wú)幾，所以遇到黑線顏色較淺或反光的區(qū)域單片機(jī)會(huì)發(fā)生誤判的現(xiàn)象。于是我們測(cè)量了紅外探頭在黑白兩種極限情況下的電壓輸出情況。在測(cè)量了紅外探頭在黑色和白色兩種極限情況下的電壓后，調(diào)節(jié)電阻我把基準(zhǔn)電壓調(diào)到5V，這個(gè)電壓值距黑色或白色情況下輸出的電壓值都很大，單片機(jī)會(huì)減少誤判的現(xiàn)象。改良過(guò)后測(cè)試正常，小車能靈活的搖頭，更功能實(shí)現(xiàn)。 6.1.3 L298N馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊 第一次給L298N馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊通電實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的馬達(dá)單向驅(qū)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)馬達(dá)時(shí)跑時(shí)不跑。經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)是一根信號(hào)線接觸不良，重新接好后運(yùn)行正常。此模塊是用的市面上可以買到的模塊所以性能比較穩(wěn)定，調(diào)試很成功。 6.

58、2軟件調(diào)試 6.2.1調(diào)試平臺(tái)介紹 此次編程采用了keil V4。KeilSoftware公司推出的uVision4是一款可用于多種8051MCU的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，該IDE同時(shí)也是PK51及其它開發(fā)套件的一個(gè)重要組件。除增加了源代碼、功能導(dǎo)航器、模板編輯以及改進(jìn)的搜索功能外，uVision4還提供了一個(gè)配置向?qū)Чδ?，加速了啟?dòng)代碼和配置文件的生成。此外其內(nèi)置的仿真器可模擬目標(biāo)MCU，包括指令集、片上外圍設(shè)備及外部信號(hào)等。uVision4提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于MCUI/O引腳和外設(shè)狀態(tài)變化下的程序變量。uVision4提供對(duì)多種最新的8051類微處理器的支持，包括Analog

59、Devices的ADuC83x和ADuC84x，以及Infineon的XC866等。其界面如下圖 所示 。 6.2.2程序調(diào)試 在調(diào)試好硬件之后我第一次把軟件下載到系統(tǒng)里面進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，發(fā)現(xiàn)小車在彎道比較急的地方?jīng)]辦法繞過(guò)去，會(huì)發(fā)生脫軌現(xiàn)象。后來(lái)仔細(xì)分析了自己的算法，原本我是設(shè)定小車在遇到彎道后全力轉(zhuǎn)向繞過(guò)彎道，但是有些急得彎道小車無(wú)法繞過(guò)。此時(shí)我就想如何去解決在轉(zhuǎn)向角度有限的情況下解決轉(zhuǎn)急彎的問(wèn)題。聯(lián)想到日常汽車在狹窄的小路上轉(zhuǎn)彎的情景我想到了倒退調(diào)整車體位置的方法。即在發(fā)現(xiàn)小車以現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向角度無(wú)法完成轉(zhuǎn)彎時(shí)使小車反相倒退，這樣即可很很快的調(diào)整小車的位置。改進(jìn)算法后我在進(jìn)行了一次測(cè)試

60、，這次小車成功的繞過(guò)了90度的彎道。 根據(jù)測(cè)試結(jié)果，可以看出小車循跡避障功能基本實(shí)現(xiàn)。但是測(cè)試還是存在失敗的現(xiàn)象。分析其原因有兩點(diǎn)。一，小車熟讀過(guò)快在轉(zhuǎn)彎時(shí)未及時(shí)剎車。二，畫在紙上的跑道會(huì)存在褶皺的地方，而這些地方容易產(chǎn)生誤判的現(xiàn)象。得知這些原因以后我降低現(xiàn)車速度，再次進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，小車能很好的完成循跡，即使循跡軌道發(fā)生改變也不影響。但是小車不能根據(jù)賽道的情況自主的改變速度。這也是本次設(shè)計(jì)的一個(gè)缺陷。在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中小車發(fā)生過(guò)程序跑飛的情況，經(jīng)調(diào)整改進(jìn)程序后，小車運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。能很好的完成沿黑色軌道前進(jìn)，改變軌道的形狀及轉(zhuǎn)彎角度，小車仍可完成循跡。 七、心得體會(huì) 在智能小車系統(tǒng)的

61、設(shè)計(jì)、調(diào)試及論文的寫作過(guò)程中，感謝很多同學(xué)給予了無(wú)數(shù)的指導(dǎo)和大力的支持。在這個(gè)過(guò)程中我們不僅學(xué)會(huì)了知識(shí)，還學(xué)會(huì)了治學(xué)的態(tài)度，那就是嚴(yán)謹(jǐn)，把知識(shí)變?yōu)榧河校瑮壠湓闫闪羝渚A，用自己的方式去解決問(wèn)題，而不是人云亦云。 智能小車是傳感技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)飛速發(fā)展的產(chǎn)物，使得機(jī)械和電子信息不再明顯分家，自動(dòng)控制在工業(yè)領(lǐng)域中得地位越來(lái)越重要，智能這個(gè)詞是我們科技發(fā)展的重要產(chǎn)物。這次實(shí)踐中涉及的主要部分有傳感器檢測(cè)車部分、驅(qū)動(dòng)部分、單片機(jī)為核心的控制芯片部分穩(wěn)壓及電路分析部分。各個(gè)部分的涉及，相互之間的連接協(xié)調(diào)等得成功，都是要建立在系統(tǒng)的閱讀大量資料，并且認(rèn)真的分析課題的需求，還系統(tǒng)的學(xué)習(xí)的單片機(jī)的工作原

62、理及其使用方法。并且學(xué)習(xí)了相關(guān)軟件，如仿真、程序燒寫等得應(yīng)用。通過(guò)本次課題設(shè)計(jì)，不僅是對(duì)我們課本所學(xué)知識(shí)的考查，更是對(duì)我的自學(xué)能力和收集資料能力以及動(dòng)手能力的考驗(yàn)。我們對(duì)一個(gè)項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)有了初步認(rèn)識(shí)并能獨(dú)立設(shè)計(jì)出其接口電路，再有對(duì)電路板的制作有了一定的了解，并學(xué)會(huì)了使用Protel99設(shè)計(jì)電路。課程設(shè)計(jì)使我們意識(shí)到了實(shí)驗(yàn)的重要性，在硬件制作和軟件調(diào)試的過(guò)程中，出現(xiàn)了很多問(wèn)題，最終都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)解決的。還有以前對(duì)程序只是一個(gè)很模糊的概念，通過(guò)這次的課題設(shè)計(jì)使我對(duì)程序完全有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)，并能使用C熟練的進(jìn)行編程了。通過(guò)本次課題設(shè)計(jì)，極大的鍛煉了我們的思考和分析問(wèn)題的能力，并對(duì)單片機(jī)有了一

63、個(gè)更深的認(rèn)識(shí)。 小車的設(shè)計(jì)制作工作量飽滿，體現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)合作精神。在這次設(shè)計(jì)中也有很多的不足之處，我們?nèi)鄙賹?shí)際經(jīng)驗(yàn)，更多的是依靠網(wǎng)絡(luò)資源來(lái)解決問(wèn)題，特別是各模塊的程序編寫，在軟件設(shè)計(jì)方面花費(fèi)了很多的時(shí)間。特別是在最后調(diào)試階段，程序的控制問(wèn)題給我們帶來(lái)了很大的困難，小車設(shè)計(jì)的硬件部分完成相對(duì)順利些，在軟件領(lǐng)域顯得不足，今后會(huì)更多的學(xué)習(xí)軟件。設(shè)計(jì)過(guò)程中單片機(jī)知識(shí)頗有設(shè)計(jì)，我們還應(yīng)加強(qiáng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。本次設(shè)計(jì)涉及到了一系列光機(jī)電一體化的技術(shù)。其中機(jī)械結(jié)構(gòu)是小車能否穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，硬件電路決定了小車實(shí)現(xiàn)的功能，軟件部分是控制的靈魂，而同伴們鍥而不舍的精神則是整個(gè)設(shè)計(jì)的支柱！ 總之，在課題設(shè)計(jì)的過(guò)程中，

64、無(wú)論是對(duì)于學(xué)習(xí)方法還是理論知識(shí)，我們都有了新的認(rèn)識(shí)，受益匪淺，這將激勵(lì)我們?cè)诮窈笤俳釉賲枺粩嗤晟谱约旱睦碚撝R(shí)，提高實(shí)踐運(yùn)作能力。 附件 元件清單： 1. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N 2. 穩(wěn)壓芯片L7805一個(gè),L7806一個(gè) 3. 單片機(jī)STC89C52 4. 晶振12M 5. 輕觸開關(guān)和點(diǎn)觸開關(guān)各一個(gè) 6.電解電容220uF/25v、100uf/16v若干, 電容104若干，103電容若干 7. 10K滑動(dòng)變阻器、470歐電阻若干 8. 電阻330歐若干，1K的若干個(gè)， 9.上拉電阻472歐一個(gè) 10. 紅外線傳感器TCRT5000 4個(gè) 11. 散

65、熱片一個(gè) 12.杜邦線若干（杜邦頭，焊片，包括線） 13. 萬(wàn)用表 14. 插針和插排若干 15. 發(fā)光二極管若干 16. 二極管IN4007八個(gè) 17.車底盤模具 18. LM339芯片 19.TR18650 3000mAh 3.7v電源 20. 各種芯片底座若干 21.驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)4個(gè) 參考文獻(xiàn) [1]郭惠，吳迅.單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)完全自學(xué)手冊(cè)[M].電子工業(yè)出版社,2008.10：1-200. [2]王東鋒，王會(huì)良，董冠強(qiáng). 單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用100例[M]. 電子工業(yè)出版社,2009.3：145-300. [3]韓毅，楊天. 基于HCS12單片機(jī)的智

66、能尋跡模型車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].學(xué)術(shù)期刊，2008，29（18）：1535-1955. [4] 王曉明. 電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制[J]. 學(xué)術(shù)期刊，2002，13（15）：1322-1755. [5]宏晶科技，《STC89C51RC/RD+系列單片機(jī)器件手冊(cè)》，2011年9月8號(hào)更新版本 [6求是科技，《單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航（第2版）》，人民郵電出版社，2008年7月出版 [7]李全利，《單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)》，高等教育出版社，2009年1月出版 [8]丁明亮，《51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與仿真-基于keilC與Proteus》,北京航空航天大學(xué)出版社，2009年2月出版 [9]張?chǎng)?《單片機(jī)原理及應(yīng)用（第2版）》，電子工業(yè)出版社，2010年出版6.張毅剛,《單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)》，電子工業(yè)出版社，2008年出版 31