智能循跡小車設(shè)計(jì)報(bào)告

1、電子作品設(shè)計(jì)報(bào)告電子作品設(shè)計(jì)報(bào)告 項(xiàng)目名稱：項(xiàng)目名稱： 智能小車智能小車 學(xué)院：學(xué)院： 機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)：專業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù)應(yīng)用電子技術(shù) 班級：班級： 09 應(yīng)電（應(yīng)電（1）班）班 組別：組別： 第第 三三 組組 姓名：姓名： 楊磊楊磊 賴煥寧賴煥寧 梁廣生梁廣生 指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師： 楊青勇楊青勇 玉寧玉寧 目錄目錄 摘要：摘要：.3 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：.3 引言：引言：.3 一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、系統(tǒng)設(shè)計(jì).3 1.11.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求.4 1.21.2 車體方案認(rèn)證與選擇車體方案認(rèn)證與選擇.4 二、硬件設(shè)計(jì)及說明二、硬件設(shè)計(jì)及說明.5 2.12.1 原理圖設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì).5

2、2.1.12.1.1 穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源.5 2.1.22.1.2 基本系統(tǒng)基本系統(tǒng).5 2.1.32.1.3 電機(jī)驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動.5 2.1.42.1.4 液晶顯示部分液晶顯示部分.6 2.1.5RS4852.1.5RS485 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線.6 2.1.62.1.6 循跡部分循跡部分.7 2.2PCB2.2PCB 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì).7 2.2.12.2.1 主板主板 PCBPCB.7 2.2.22.2.2 循跡板循跡板 PCBPCB.8 三、軟件設(shè)計(jì)及說明三、軟件設(shè)計(jì)及說明.8 四、系統(tǒng)測試過程四、系統(tǒng)測試過程.10 五、總結(jié)五、總結(jié).11 六、附錄六、附錄.11 附錄一：系統(tǒng)元器件清單附錄一：系統(tǒng)

3、元器件清單.11 附件二：系統(tǒng)測試源程序附件二：系統(tǒng)測試源程序.12 摘要：摘要：本組的智能小車是采用凌陽的車架，是以兩個電機(jī)來驅(qū)動小車，主板部 分自行設(shè)計(jì)。通過接收器 MAX1483 來采集信息，傳送進(jìn)主控芯片 PIC16F886 單 片機(jī)， 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，送進(jìn)驅(qū)動芯片 L293D 以完成相應(yīng)的操作。采用反射式 紅外光電傳感器 ST178 來實(shí)現(xiàn)小車自動循跡功能，并且整個過程采用液晶顯示 屏 RT1602 來顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：PIC16F886 L293D 反射式紅外光電傳感器 ST178 自動循跡 引言：引言： 近現(xiàn)代，隨著電子科技的迅猛發(fā)展， 人們對技術(shù)也提出了更高的要

4、求。汽車的 智能化在提高汽車的行駛安全性，操作性等方面都有巨大的優(yōu)勢，在一些特殊 的場合下也能滿足一些特殊的需要。智能小車系統(tǒng)涉及到自動控制，車輛工程， 計(jì)算機(jī)等多個領(lǐng)域，是未來汽車智能化是一個不可避免的大趨勢。本文設(shè)計(jì)的 小車以PIC16f886 為控制核心，用反射式紅外光電傳感器作為檢測元件實(shí)現(xiàn)小 車的自動循跡前行，并顯示等功能。 一、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本組智能小車的硬件主要有以PIC16f886 作為核心的主控器 部分、自動循跡部分、顯示部分、電機(jī)驅(qū)動部分。其中電機(jī)驅(qū)動部 分和其他部分分別由兩個不同的電源分開供電。 小車硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下： 1.11.1 設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求： （1）基本要求

5、：實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)后退，左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)（按照程序預(yù) 設(shè)） （2）擴(kuò)展部分：實(shí)現(xiàn)小車自動循跡功能，避障功能。 1.21.2 車體方案論證與選擇：車體方案論證與選擇： 方案一：自己動手制作電動車，一方面材料缺少，另一方面制作過程要花費(fèi) 大量的時間，而且同學(xué)中手藝也不好，制作出來的小車還可能機(jī)械 性能不好?？紤]到時間與性能這兩方面，我們放棄了這一方案 方案二：購買凌陽小車，購買的凌陽小車具有組裝完整的車架車輪、電機(jī)及 其驅(qū)動電路。易改裝，好控制。機(jī)械性能有保障。其小車圖片如下: 綜合考慮，我們選擇了方案一 二、硬件設(shè)計(jì)及說明二、硬件設(shè)計(jì)及說明 2.1 原理圖設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì) 2.1.1 穩(wěn)壓電源：穩(wěn)壓電源：

6、電源電路為系統(tǒng)提供了基準(zhǔn)電源，是整個系統(tǒng)工作穩(wěn)定性關(guān)鍵所在，同時又考 慮到節(jié)省空間的問題，所以我們選用了 LT1117-5.0 來穩(wěn)定電壓輸出（5V），使 用了電解電容 C1、C2 來作為濾波電容。其原理圖如下： 2.1.2 基本系統(tǒng)：基本系統(tǒng)： 基本系統(tǒng)控制電路采用單片機(jī) PIC16F886 作為主控單元，負(fù)責(zé)整個電路的 資源分配以及對各路信號的采集、分析和處理。配置了 20MHZ 的外部晶振 以及蜂鳴器。同時還配置了四個端口作功能擴(kuò)展。（可以用來連接小車循 跡模塊）單片機(jī)控制電路原理圖如所示: : 2.1.3 電機(jī)驅(qū)動：電機(jī)驅(qū)動： 驅(qū)動電路主要采用驅(qū)動芯片 L293D 來直接驅(qū)動電機(jī)，L2

7、93D 為單塊集成電路、 高電壓、高電流、四通道驅(qū)動，其額定工作電流為 1A，最大可達(dá) 1.5A，Vss 電壓最小 4.5V，最大可達(dá) 36V，可直接的對電機(jī)進(jìn)行控制，無須隔離電路。 L293D 從主控單片機(jī) PIC16F886 那里接受指令來直接控制電機(jī)的工作狀態(tài)?？?以對電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，非常方便。發(fā)光二極管作為電源的指示燈。 其驅(qū)動電路原理圖如下所示： 2.1.4 液晶顯示部分：液晶顯示部分： 主要用 RT1602 來顯示數(shù)據(jù)，二極管 1N4148 用來調(diào)節(jié)顯示器的對比度，電 阻 R2 用來調(diào)節(jié)顯示器的背光亮度。（LCD 液晶具有功耗低、顯示內(nèi)容豐富、清 晰，顯示信息量大，顯示

8、速度較快等特點(diǎn)） 2.1.5 RS485 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 主要用到的接收器是 MAX1483 由于 MAX1483 是用于 RS-485 和 RS-422 通信的低功耗收發(fā)器。這種類型的擺率 限制的驅(qū)動器，能夠減小 EMI 和由于不恰當(dāng)?shù)碾娎|端接所引起的反射。保證數(shù) 據(jù)速率高達(dá) 250kbps。MAX1483 僅繪制的供應(yīng)電流為 20A。此外，還有一個低 電流關(guān)斷模式，僅消耗 0.1A。這兩種模式都工作在+5 V 單電源。驅(qū)動器具有 短路電流限制，并通過將驅(qū)動器輸出設(shè)置為高阻抗?fàn)顟B(tài)的熱功耗關(guān)斷電路來保 護(hù)功耗不會過大。當(dāng)輸入為開路，接收器輸入具有失效保護(hù)功能，保證了邏輯 高電平輸出。MAX1

9、483 具有 1/8 單位負(fù)載輸入阻抗，保證總線上多達(dá) 256 個收 發(fā)器。 2.1.6 循跡部分循跡部分 主要由四個反射式紅外光電傳感器 ST178 和四個電位器組成。采用 ST178 型光電管完成系統(tǒng)循跡任務(wù)，循跡電路是用以實(shí)現(xiàn)小車沿著場地的黑色弧形引 導(dǎo)軌跡進(jìn)行前進(jìn)和位置校正的，且小車不能偏離該軌跡。在本設(shè)計(jì)中采用 ST178 型反射式紅外光電傳感器完成系統(tǒng)循跡任務(wù)，硬件電路實(shí)現(xiàn)比較簡單， 其靈敏度可以通過調(diào)節(jié)多圈電位器來實(shí)現(xiàn)。其電路原理圖如下： 2.2 PCB 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 2.2.1 主板主板 PCB 圖如下：圖如下： 圖 1.主板 PCB 圖 2.2.2 循跡板循跡板 PCB 圖 2.

10、循跡板 PCB 圖 三、軟件設(shè)計(jì)及說明三、軟件設(shè)計(jì)及說明 系統(tǒng)軟件流程圖如下圖所示系統(tǒng)軟件流程圖如下圖所示：(系統(tǒng)程序的具體代碼見附錄 2) 主程序流程圖 循跡子函數(shù)流程圖 四、系統(tǒng)測試過程四、系統(tǒng)測試過程 測試工具：測試工具： 儀器名稱用途 電腦 調(diào)試及下載程序 數(shù)字萬用表測量各種電路工作情況 測試過程：測試過程： 1. 我們嘗試著先用 PIC12F683 來控制小車的前進(jìn)、后退、左 右轉(zhuǎn)向。結(jié)果試驗(yàn)成功，小車能正常的跑動起來。這個小 試驗(yàn)，是為了檢測小車的機(jī)械性能。達(dá)到了我們預(yù)期目的。 2. 制作主板 3. 主板通電前檢查：電路安裝完畢，我們首先直觀檢查電路 各部分生產(chǎn)線是否正確，檢查電源

11、、地線、信號線、元器 件引腳之間有無短路，器件有無接錯。結(jié)果發(fā)現(xiàn) L293 芯 片的 5 和 12 管腳沒有接地，查看發(fā)現(xiàn)原來是原理圖沒注 意改正才導(dǎo)致的。 4. 通電檢查：給電機(jī)通電，觀察電機(jī)是否工作正常。電機(jī)正 常工作時，后驅(qū)工作電流為 320 mA，電壓為 5.4V；前驅(qū) 電機(jī)工作電流為 180mA，電壓為 5.41V。給主板通電，觀 察電路各部分器件有無異常現(xiàn)象。 5. 主板安裝調(diào)試（主控芯片用 PIC16F886） ，在調(diào)試的過程中 我們發(fā)現(xiàn)了原理圖中有一個小小的錯誤。這個錯誤導(dǎo)致小 車的穩(wěn)壓芯片過熱。一起討論之后決定，修改原理圖，調(diào) 換小車驅(qū)動芯片的位置。改動之后，小車電源穩(wěn)壓芯片

12、過 熱現(xiàn)象消失。小車也能實(shí)現(xiàn)了基本的功能。 （由于我們沒 能在制板之前發(fā)現(xiàn)這個問題，導(dǎo)致了主板在修整后變得不 太美觀了。 ） 6. 制作并調(diào)試小車循跡板，傳感器采用反射式紅外傳感器 ST178，當(dāng) Vcc=5V 時，工作電流為 17mA,VR1=3.83V,VD=1.17V,RD=68.8 歐。電路圖如下： 在調(diào)試的過程中卻發(fā)現(xiàn) 小車不循跡，經(jīng)過了 4 天的努力，終于發(fā)現(xiàn)了問題的所在， 原來是焊錯了一個電阻導(dǎo)致（錯將 1K 電阻當(dāng)成 220 歐的 來用） 。改正后調(diào)試，終于也能實(shí)現(xiàn)了循跡功能。 五、總結(jié)五、總結(jié) 測試結(jié)果表明：本組智能小車能很好的完成了基本功 能和循跡功能，跑道是由黑色膠布在白

13、色地面上拉線完成， 小車可以從 O 型跑道的任何段為起點(diǎn)，跑完全程。本組智 能小車目前只能完成在沒有任何交叉路口的跑道上，要想 跑在有“十”字路口的跑道上，還須要對循跡程序進(jìn)行補(bǔ) 充和修改。我們保留了各種硬件接口和軟件子程序接口， 方便以后的擴(kuò)展和進(jìn)一步的開發(fā)。 六、附錄六、附錄 附錄一：系統(tǒng)元器件清單如表附錄一：系統(tǒng)元器件清單如表 1 所示所示 主板元件清單 循跡板元件清單 附件二：系統(tǒng)測試源程序附件二：系統(tǒng)測試源程序 #include #fuses HS,NOWDT,NOPROTECT,PUT,NOBROWNOUT,MCLR #use delay(clock=20M) #zero_ram

14、#use fast_io(A) /IO 直接操作直接操作 #use fast_io(B) /IO 直接操作直接操作 #use fast_io(C) /IO 直接操作直接操作 #define PORTA 0 x05 #define PORTB 0 x06 #define PORTC 0 x07 /=電機(jī)定義電機(jī)定義= #bit M1=PORTC.5 #bit M2=PORTC.4 #bit M3=PORTC.3 #bit M4=PORTC.0 #bit PWM1=PORTC.2 #bit PWM2=PORTC.1 /=循跡定義循跡定義= #bit IN1=PORTB.4 #bit IN2=POR

15、TB.5 #bit PGC=PORTB.6 #bit PGD=PORTB.7 /=液晶屏定義液晶屏定義= #bit EN=PORTA.0 #bit RW=PORTA.1 #bit RS=PORTA.2 /=宏定義宏定義= #define TIME 1000 /動作延時動作延時 #define MAX 200 /占空比設(shè)定占空比設(shè)定 #define MED 185 #define MIN 170 /定義定義 I0 端口檢測端口檢測 #define SENSE1 bit_test(*PORTB,4) #define SENSE2 bit_test(*PORTB,5) #define SENSE3

16、bit_test(*PORTB,6) #define SENSE4 bit_test(*PORTB,7) #include lcd_1602_4bit.h void init() set_tris_C(0X00); set_tris_B(0 xf0); set_tris_A(0 x10); port_b_pullups(0 xff); /關(guān)閉關(guān)閉 B 口內(nèi)部弱上拉口內(nèi)部弱上拉 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1,200,1); /set t2 setup_ccp1(ccp_pwm); /set cpp -pwm mode setup_ccp2(ccp_pwm); lcd_ini

17、t(); /傳感檢測結(jié)果表達(dá)傳感檢測結(jié)果表達(dá) void sense_detect() lcd_gotoxy(1,1); lcd_putc( NCVT Ver1.1 ); lcd_gotoxy(7,2); /指定開始顯示的坐標(biāo)指定開始顯示的坐標(biāo) if(SENSE1) lcd_putc(1); else lcd_putc(0); if(SENSE2) lcd_putc(1); else lcd_putc(0); if(SENSE3) lcd_putc(1); else lcd_putc(0); if(SENSE4) lcd_putc(1); else lcd_putc(0); /前進(jìn)前進(jìn) void

18、 go() M1=0; M2=1; M3=0; M4=0; set_pwm2_duty(0); /set pwm 占空比占空比 set_pwm1_duty(MAX); /后退后退 void back() M1=1; M2=0; M3=0; M4=1; set_pwm2_duty(MAX); /set pwm 占空比占空比 set_pwm1_duty(MAX); delay_ms(100); /停止停止 void stop() M1=0; M2=0; M3=0; M4=0; set_pwm1_duty(0); /set pwm 占空比占空比 set_pwm2_duty(0); /右小轉(zhuǎn)右小轉(zhuǎn) void run_MIN_right() M1=0; M2=1; M3=0; M4=1; set_pwm1_duty(MAX); /set pwm 占空比占空比 set_pwm2_duty(MIN); /右中轉(zhuǎn)右中轉(zhuǎn) void run_MED_right() M1=0; M2=1; M3=0; M4=1; set_pwm1_duty(MAX); /set pwm 占空比占空比