電子信息系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)試驗(yàn)MCU部分 智能機(jī)器小車設(shè)計(jì)

1、電子信息專業(yè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課 程 電子信息系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)mcu部分實(shí)驗(yàn)題目 智能機(jī)器小車設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)總分 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 0942051015 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 0942051159 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 0942051003 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 周二 下午 地 點(diǎn) jb520 分組 30 電子信息學(xué)院專業(yè)實(shí)驗(yàn)中心 尋跡小車摘要利用stc-89c52為控制核心,通過(guò)紅外發(fā)射和接收管采集信號(hào),并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為能被單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。單片機(jī)控制直流電機(jī)不同的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài),實(shí)現(xiàn)小車的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等功能,并通過(guò)發(fā)光二極管指示不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可靠性高。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī) 紅外發(fā)射 步進(jìn)電機(jī) 智能小車目錄一、

2、題目要求3二、軟硬件設(shè)計(jì)方案32.1總體設(shè)計(jì)方案 32.1.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案論證42.1.2循跡檢測(cè)系統(tǒng)方案 4三、各部分電路的作用及電路工作原理分析53.1單片機(jī)控制電路53.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路.63.3循跡檢測(cè)電路 .63.4系統(tǒng)供電單元電路.7四、軟件設(shè)計(jì)原理及流程圖.74.1主程序流程圖 .74.2程序8五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果.85.1測(cè)試結(jié)果85.2基本要求8六、參考文獻(xiàn).8圖1 控制電路圖2 穩(wěn)壓電路單片機(jī)是整個(gè)小車運(yùn)行的核心部分，起著控制小車所有運(yùn)行狀態(tài)的作用。單片機(jī)要完成電機(jī)控制、循線控制和光源檢測(cè)控制等工作。本設(shè)計(jì)中小車的主控采用我們最為熟悉的stc-89c52單片機(jī)。1.電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方

3、案論證方案一：使用直流電機(jī)，直流電機(jī)具有良好的調(diào)速性能，控制起來(lái)也比較簡(jiǎn)單。直流電機(jī)只要通上直流電源就可連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)電壓的大小就可以改變電機(jī)的速度。常用的驅(qū)動(dòng)方式是pwm方式，即脈沖寬度調(diào)制方式，此方法性能較好，電路和控制都比較簡(jiǎn)單，但也有其缺點(diǎn)，就是其控制精度較差，開(kāi)動(dòng)起來(lái)慣性力較大，較難控制。方案二：使用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)具有良好的控制性能。當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此可以實(shí)現(xiàn)精確的位置控制。與直流電機(jī)不同，要使步進(jìn)電機(jī)連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)，需要連續(xù)不斷的輸入點(diǎn)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)速的大小由外加的脈沖頻率決定。而且其轉(zhuǎn)動(dòng)不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響，也不受溫

4、度、氣壓等環(huán)境因素的影響，僅與控制脈沖有關(guān)。但步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)相對(duì)較復(fù)雜，要由控制器和功率放大器組成且成本較高。具體差別見(jiàn)下表1:表1 電機(jī)控制方式對(duì)比直流電機(jī)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速性能較好較差位置控制精度較差好驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單復(fù)雜穩(wěn)定性較好好，僅與控制脈沖有關(guān)由上表可以看出步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)都有各自的優(yōu)點(diǎn)。鑒于本設(shè)計(jì)中老師提供的是步進(jìn)電機(jī)，所以我們采用步進(jìn)電機(jī)。 2.循跡檢測(cè)系統(tǒng)方案循跡檢測(cè)常用到傳感器。根據(jù)小車功能的要求有兩種方案，一種是使用紅外光電傳感器，另一種是使用ccd傳感器。這兩種方案都可以達(dá)到小車循跡要求，目前使用最為普遍的循跡檢測(cè)方法是紅外探測(cè)法。兩種方案的主要區(qū)別是使用的傳感器不同。具體區(qū)別見(jiàn)表

5、2。表2 循跡檢測(cè)方案對(duì)比類型紅外光電傳感器ccd傳感器受外界干擾程度小較小實(shí)時(shí)性好差對(duì)主控芯片要求較低較高成本較低高從上表中可以很明顯的看出，紅外傳感器相對(duì)于ddc傳感器來(lái)說(shuō)，在實(shí)時(shí)性和對(duì)主控芯片的要求方面都比ccd傳感器要好。基于這些優(yōu)勢(shì)以及處于成本的考慮，本設(shè)計(jì)采用傳感器放置在小車底部距地面高度合適位置，可以達(dá)到很好的檢測(cè)效果。三、 各部分電路的作用及電路工作原理分析1. 單片機(jī)控制電路微處理器是智能車的核心部分，主要完成對(duì)外圍各個(gè)模塊的管理。實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍模塊的信號(hào)送以及對(duì)傳感器模塊的信號(hào)采集。并根據(jù)軟件算法對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行處理發(fā)送信號(hào)給執(zhí)行模塊進(jìn)行任務(wù)執(zhí)行還對(duì)各種突發(fā)事件進(jìn)行監(jiān)控和處理

6、。保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)作。這里采用stc89c52單片機(jī)該單片機(jī)是兼容8051內(nèi)核的低電壓、高性能cmos8位單片機(jī)片內(nèi)含8kb的可反復(fù)擦寫的只讀存儲(chǔ)器(perom)和256b的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)，32個(gè)io口線，3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，1個(gè)全雙工串行通行口。isp(在系統(tǒng)可編程)iap(在應(yīng)用可編程)，無(wú)需專用編程器，如圖3所示。 圖3 單片機(jī)控制電路2.電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊由74hcl4d和l298d構(gòu)成如圖4所示。由于l298d有6個(gè)輸入控制線，而in1和in2、in3和in4分別保持反向能夠使電機(jī)做出正確動(dòng)作為了節(jié)省單片機(jī)口線，單片機(jī)輸出的控制碼首先經(jīng)過(guò)74hcl4d施密特

7、觸發(fā)器反相。然后再送到l298進(jìn)行功率放大圖中8個(gè)二極管起續(xù)流作用。 圖4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路3.循跡檢測(cè)電路該智能小車在鋪有約兩厘米寬黑紙的路面行駛，路面可看作白色。由于黑紙和白色路面對(duì)光線的反射系數(shù)不同，可以根據(jù)接收的反射光的強(qiáng)弱來(lái)判斷道路黑紙軌跡。本設(shè)計(jì)利用紅外線在不同顏色的物表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。在小車行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外線遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑紙則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到信號(hào)?？紤]到st系列集成紅外探測(cè)頭價(jià)格便宜。體積小。簡(jiǎn)便易用，性能可靠。所以本設(shè)計(jì)選擇了st178反射式紅外線光電傳感器作為紅外光的發(fā)射

8、和接受器件，一般檢測(cè)距離可達(dá)410cm,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外接電路均較為簡(jiǎn)單.鑒于小車底部聚地面的距離不超過(guò)五厘米，故用紅外光電傳感器足以滿足要求。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外接電路均較為簡(jiǎn)單，檢測(cè)電路如圖5所示。圖 5 循跡檢測(cè)電路一、 軟件設(shè)計(jì)原理及流程圖二、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果三、 參考文獻(xiàn)等。 圖 6光敏電路4.系統(tǒng)供電單元電路智能車控制系統(tǒng)中，不同電路模塊需要的工作電壓和電流容量各不相同。芯片需要提供5v的工作電壓，而電機(jī)所需的電壓為12v，本設(shè)計(jì)中用到的是12v的電源供電，然后通過(guò)三端穩(wěn)壓器lm7805將電壓變換為5v電壓供給電路系統(tǒng)。電源系統(tǒng)的電路圖如圖6所示。圖6 穩(wěn)壓電源提供電路四、軟件設(shè)計(jì)原理及流程圖1

9、.主程序流程圖 如圖7所示 圖7 2.程序：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuint time=5; / 延時(shí)變量/可控制速度 sbit k1=p32; / 2個(gè)輸入sbit k2=p33;uchar temp;uchar code table1=0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09;/ 正轉(zhuǎn)時(shí)序uchar code table2=0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01;/ 反轉(zhuǎn)時(shí)序void delay(uint z) / 延

10、時(shí)1ms 函數(shù)uint x,y; for (x=z;x0;x-)for (y=110;y0;y-);main()uchar i; while(1)temp=table1i4|table2i; / 裝入驅(qū)動(dòng)時(shí)序if(k1=0)&(k2=1) /左跑位了 向右拐temp&=0xf0; / 右邊驅(qū)動(dòng)清零if(k1=1)&(k2=0) /左跑位了 向右拐temp&=0x0f; / 右邊驅(qū)動(dòng)清零p2=temp;i+;if(i=8) /依次輸出8個(gè)碼i=0;delay(time); / 每個(gè) 脈沖都需延時(shí)五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.測(cè)試結(jié)果本次測(cè)試在長(zhǎng)63cm寬42cm白底黑線的環(huán)形跑道上行駛，測(cè)試5次。實(shí)驗(yàn)儀器：12v直流電源，秒表。測(cè)試數(shù)據(jù)如下 表3。 表3、長(zhǎng)63cm寬42cm的跑道 項(xiàng)目次數(shù)完成時(shí)間（s）有無(wú)脫離軌道備注1未完成有由于車體過(guò)高，沒(méi)有接收到反射信號(hào)2118.12無(wú)順利跑完3122.57無(wú)順利跑完4127.04無(wú)順利跑完5123.09無(wú)順利跑完2.基本要求（1）能否沿著指定黑線走完規(guī)定軌道行駛完全程 滿足六、