智能小車控制系統(tǒng)設計報告

1、 智能小車控制系統(tǒng)一、 方案論證比較1. 車體模型的比較與選擇2. 驅動電機的比較與選擇3. 傳感器的比較與選擇4. 電源的比較與選擇二、 系統(tǒng)設計三、 系統(tǒng)調試四、 系統(tǒng)功能五、 設計總結六、 小車程序摘要：本系統(tǒng)采用AT89S52作為核心芯片，控制智能車的一系列動作。小車采用ULN2803A芯片驅動兩步進電機，能精確控制小車的轉彎，前進，后退等動作；結合兩個紅外對射管，對邊界黑線進行檢測，從而判斷小車的位置，然后對紅外對管輸出的信號處理后控制小車做出各種動作。關鍵詞： 超聲波傳感器 紅外線傳感器一、方案論證比較1.車體模型的比較與選擇方案一、購買玩具電動車：購買的玩具電動車具有組裝完整的車

2、架車輪。依靠電機與相關齒輪一起驅動，裝配緊湊，使得各種所需電路的安裝十分方便，看起來也比較美觀，但是市面上多是用于飛思卡爾之類的車，較難找到完全符合比賽要求，在大小，前輪可轉向以及價格方面都兼顧的車。方案二、自己組裝車：一般的說來，自己制作的車體比較粗糙簡陋，主要由幾塊基板組成，但勝在適合改造，基板表面對稱著鉆有許多孔，方便安裝電路板、電源、車輪以及固定電機，還可以根據(jù)需要進行鉆孔、拼接，而且價格比較便宜。通過比較，選用方案二。2.驅動電機的比較與選擇方案一、直流電機+轉向舵機：直流電機應用了“通電導體在磁場中受力的作用”的原理，勵磁線圈兩個端線同有相反方向的電流，使整個線圈產生繞軸的扭力，使

3、線圈轉動。直流電動機的調速范圍寬廣，調速特性平滑。起動力矩大。可以均勻而經(jīng)濟地實現(xiàn)轉速調節(jié)。但是由于使用直流電機難以控制左右速度差實現(xiàn)轉彎 ，必須加上轉向舵機使小車實現(xiàn)轉彎，這使小車的結構制造復雜，價格較高。方案二、步進電機+萬向輪：步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。由于每步的精度在 3%-5%，而且不會將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精

4、度和運動的重復性；優(yōu)秀的起停和反轉響應；僅僅將負載直接連接到電機的轉軸上也可以極低速的同步旋轉。由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉速范圍。采用兩個萬向輪+兩個步進電機驅動小車，可以通過左右兩個電機的轉速差容易實現(xiàn)左右原地轉彎。并且由于步進電機轉動角度可以精確控制，使得小車能夠精確控制左右轉彎的角度以及前進后退的距離。這給小車各種功能的實現(xiàn)帶來了極大的方便?；谝陨戏治觯覀儾捎昧朔桨付?。3.傳感器的比較與選擇：方案一、發(fā)光二極管+光敏電阻：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏光敏電阻配合判斷。當發(fā)光二極管發(fā)出的可見光照射到黑帶時，光線被黑帶吸收，光敏電阻沒受到光照，呈現(xiàn)高阻態(tài)，輸出端為低電平信號給

5、單片機；當發(fā)光二極管發(fā)出的可見光照射到白底時，光線反射，光敏電阻受到光照，呈現(xiàn)低阻態(tài)，輸出端為高電平信號給單片機。通過這種方法來判斷是否遇到黑線。但是光敏電阻極易受環(huán)境影響，穩(wěn)定性也很差。方案二、紅外對管：利用紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線二極管進行接收。采用四組紅外對管發(fā)射和接受紅外信號，外面可見光對接收信號的影響較小，接收的紅外信號經(jīng)LM324進行比較轉換為電壓信號，產生高電平或低電平返回給單片機。同方案一的遠離一樣，當遇到黑線時，紅外線被吸收，信號經(jīng)過處理返回低電平給單片機；當遇到白底時，紅外線被反射，信號經(jīng)過處理返回高電平給單片機；此方案最大的優(yōu)點是受外界環(huán)境干擾小。通過比較，我們采用

6、了受外界環(huán)境干擾小的方案二。4.電源的比較與選擇方案一、采用雙電源為了確保單片機控制部分和后輪電機驅動的部分的電壓不會互相影響，要把單片機的供電和驅動電路分開來，即：12v來驅動步進電機，同時用7805穩(wěn)壓管將電壓來穩(wěn)成5V供給單片機，這樣有助于消除電機干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但采用雙電源實現(xiàn)起來比較麻煩。方案二、采用5v單電源用10.8V的鋰電池通過7805穩(wěn)壓到5v同時給單片機及步進電機供電。這種接法比較簡單，但小車的電路功耗過大會導致后輪電機動力不足。由于我們的小車質量不大，而且速度要求不高，通過綜合分析，我們采用了方案二。二、系統(tǒng)設計1.總體設計本系統(tǒng)利用單片機AT89S52單片機作為

7、本系統(tǒng)的控制核心，該單片機可以將從傳感器的輸出信號得到外界的信息，判斷小車是否到達邊界，然后在程序中控制步進電機轉動的角度精確控制，從而實現(xiàn)電動車的前進距離的精確控制以及左右輪差速轉動實現(xiàn)轉彎等。 開始前進到達起點？入庫流程到達終點？結束否是否是2.單元電路設計2.1傳感器模塊利用光的反射原理，當光線照射在白紙上，反射量比較大，反之，照在黑色物體上，由于黑色對光的吸收，反射回去的量比較少，這樣就可以判斷是否遇到黑帶。采用紅外線發(fā)射，外面可見光對接收信號的影響較小，利用紅外對管對黑線邊界進行檢測，再用LM324對檢測信號進行比較，取反，送單片機進行處理。 電路原理如下所示2.2單片機控制模塊本系

8、統(tǒng)采用AT89S52單片機系統(tǒng)控制電路，主要由：電源電路、晶振電路、復位電路，電路結構簡單，性能穩(wěn)定，是單片機系統(tǒng)控制普遍采用的硬件電路。電路原理如下圖2.3步進電機驅動模塊本系統(tǒng)采用兩個步進電機作為后輪驅動力。兩個步進電機通過ULN2803A芯片對單片機送來的脈沖信號進行取反放大，然后送到步進電機處，保證通過電機的電流足夠大，使電機正常工作。電路原理圖如下電路原理圖如下2.4電源模塊電源模塊采用10.8V鋰電池組對單片機控制部分和電機驅動部分進行供電。電源經(jīng)7805穩(wěn)壓成5V穩(wěn)定電壓后給單片機控制部分及步進電機供電。電路原理圖如下2.5倒車、剎車燈模塊為了使我們的小車更加接近現(xiàn)實，更加逼真，

9、我們特意在小車后部加了六個LED燈，小車處在不同狀態(tài)下，有不同的信號燈亮，比如前進的時候兩個綠燈亮，后退的時候兩個黃燈亮，前進過程中小于安全距離就亮紅燈，左轉、右轉過程中小于安全距離就亮黃燈等等。原理圖如下：3.各單元模塊的聯(lián)接步進電機驅動mcuAT89S52電源傳感器（紅外對管）各種信號燈整個智能小車系統(tǒng)主要由四大模塊組成，以AT89S52為核心的控制模塊，傳感器模塊，電源模塊以及步進電機模塊。四大模塊構成了小車的主要框架。附帶一個提醒燈模塊，主要是增加小車的真實性。步進電機模塊通過ULN2803A驅動芯片與單片機連接起來，驅動芯片主要功能是將單片機發(fā)送的脈沖指令放大取反。傳感器模塊通過LM

10、324電平比較芯片與單片機連接起來，芯片主要將紅外對管采集到的模擬信號轉換為數(shù)字信號發(fā)送給單片機，讓單片機進行判斷并執(zhí)行相應的動作。電源模塊通過7805芯片將一個10.8V的鋰電池組穩(wěn)壓到5V給單片機及步進電機供電。三、系統(tǒng)調試根據(jù)題目要求，我們對各要求進行排序并逐個設計制作和調試，我們通過多次試驗，對比，調試，通過軟硬件調試和磨合后，效果良好。四、系統(tǒng)功能1、模式1：利用無線模塊實現(xiàn)簡單的遙控車，按A鍵為前進，按B鍵為右轉，按C鍵為左轉，按D鍵為后退，其中還用到超聲波傳感器來進行測距，從而使得小車不發(fā)生碰撞；2、模式2：實現(xiàn)自動入庫3、模式3：按A鍵為走圓弧，按B鍵為走梯形，按C鍵為走S形，

11、按D鍵為停止。五、設計總結通過各種方案的討論及嘗試，再經(jīng)過多次的整體軟硬件結合調試，不斷地對系統(tǒng)進行優(yōu)化，可能出現(xiàn)失誤的就是受光線影響致使小車有時會檢測不到黑線而跑出界或者接線不良導致的失誤。在本次設計過程中，我們深刻體會到共同協(xié)作的重要性。通過對此課題的研究，我們體驗到在實踐中學習的顯著效果，提高了自己解決問題的能力。這次的比賽，我們從不懂地去摸索，到有了一點方向地去了解，學到了很多東西。不管這次的成績如何，這次比賽對我們有著特殊的意義，而在電子方面的啟蒙將是我們最大的收獲與成功。附2:小車程序#include#include#define uchar unsigned char /定義一下

12、方便使用#define uint unsignedint#define ulong unsigned longsbitTx = P33; /產生脈沖引腳sbit Rx = P32; /回波引腳sbit K1 = P14;sbit K2 = P15;sbit K3 = P16;sbit K4 = P17;sbit led1 = P30; /紅燈sbit led2 = P31; /紅燈sbit led3 = P34; /黃燈sbit led4 = P35; /黃燈sbit led5 = P36;/綠燈sbit led6 = P37; /綠燈sbit g1=P24;sbit g2=P25;uint

13、distance4; /測距接收緩沖區(qū)uintdistance_data;uchartemp,flag,outcomeH,outcomeL; /自定義寄存器bit succeed_flag; /測量成功標志bitt_flag=0;uchar code FFW8=0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8,0xf9;/正轉uchar code REV8=0xf9,0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1;/反轉uchar code CIRCLE16=0xf1,0xf1,0xf3,0xf3,0xf2,0xf2,0xf6,0xf6,0xf4,0x

14、f4,0xfc,0xfc,0xf8,0xf8,0xf9,0xf9;void delay1ms(uint i)uchar j;while(i-)for(j=0;j245;j+) /1ms基準延時程序 void motor_ffw(int n) /兩步進電機正轉 uchar i;uint j; for (j=0; jn; j+) /轉1*n圈 for (i=0; i8; i+) /一個周期轉45度P0= REVi; /取數(shù)據(jù)P2= FFWi; /取數(shù)據(jù)delay1ms(1); /調節(jié)轉速void motor_rev(int n) /兩步進電機反轉 uchar i;uint j; for (j=0;

15、 jn; j+) /轉1*n圈 for (i=0; i8; i+) /一個周期轉45度P0= FFWi; /取數(shù)據(jù)P2= REVi; /取數(shù)據(jù)delay1ms(1); /調節(jié)轉速void turn_left(int n) /左轉uchar i;uint j;for(j=0;jn;j+)for (i=0; i8; i+) /一個周期轉45度 P0=REVi; /取數(shù)據(jù)delay1ms(1); /調節(jié)轉速 void turn_right(int n) /右轉uchar i;uint j;for(j=0;jn;j+)for (i=0; i8; i+) /一個周期轉45度 P2=FFWi; /取數(shù)據(jù)

16、delay1ms(1); /調節(jié)轉速 voidtui_you(int n)uchar i;uint j;for(j=0;jn;j+)for (i=0; i8; i+) /一個周期轉45度 P2=REVi; /取數(shù)據(jù) delay1ms(1); /調節(jié)轉速voidtui_zuo(int n)uchar i;uint j;for(j=0;jn;j+)for (i=0; i8; i+) /一個周期轉45度 P0=FFWi; /取數(shù)據(jù) delay1ms(1); /調節(jié)轉速void Syou(int n)/走S型向左 uchar j,k1=0,z;for (j=0; jn; j+) /轉1*n圈 for

17、(z=0; z 15)k1=0;void Szuo(int n)/走S型向右uchar j,k2=0,z;for (j=0; jn; j+) /轉1*n圈 for (z=0; z 15)k2=0;void stop()P0=0xf0;/P2口設置為輸入狀態(tài)先全部寫0P2=0xf0; /P3口設置為輸入狀態(tài)先全部寫0 void delay_20us() ucharbt ;for(bt=0;btdistance1) t=distance0;distance0=distance1;distance1=t; if(distance0distance2) t=distance2;distance2=di

18、stance0;distance0=t; if(distance1distance2) t=distance1;distance1=distance2;distance2=t; voidcejuinit()flag=0;Tx=0; /首先拉低脈沖輸入引腳TMOD=0x11; /定時器0，定時器1，16位工作方式TR0=1; /啟動定時器0 IT0=0; /由高電平變低電平，觸發(fā)外部中斷EX0=0; /關閉外部中斷EA=1; /打開總中斷0 voidceju() int i; i=0; EA=0;Tx=1; delay_20us();Tx=0; /產生一個20us的脈沖，在Tx引腳 while(

19、Rx=0); /等待Rx回波引腳變高電平succeed_flag=0; /清測量成功標志 EX0=1; /打開外部中斷 TH1=0; /定時器1清零 TL1=0; /定時器1清零 TF1=0; / TR1=1; /啟動定時器1 EA=1; while(TH1 30);/等待測量的結果，周期65.535毫秒（可用中斷實現(xiàn)） TR1=0; /關閉定時器1 EX0=0; /關閉外部中斷if(succeed_flag=1) distance_data=outcomeH; /測量結果的高8位distance_data= 80)motor_ffw(8); /前進led5=0;led6=0;led1=1;l

20、ed2=1;led3=1;led4=1;elsestop();led5=1;led6=1;led1=0;led2=0;led3=1;led4=1; if (i=0x01)/如果是0x01，則代表無線遙控器的按鍵b按下，執(zhí)行顯示if(distance_data= 100)turn_right(8); /右轉led5=1;led6=0;led3=1;led4=1;led1=1;led2=1;elseled3=0;led4=0;led5=1;led6=1;led1=1;led2=1;stop();if (i=0x08)/如果是0x08，則代表無線遙控器的按鍵C按下，執(zhí)行顯示 if(distance_

21、data= 100)turn_left(8); /左轉led5=0;led6=1;led3=1;led4=1;led1=1;led2=1;elseled3=0;led4=0;led5=1;led6=1;led1=1;led2=1;stop();if (i=0x02)/如果是0x02，則代表無線遙控器的按鍵d按下，執(zhí)行顯示motor_rev(8); /后退led3=0;led4=0;led1=1;led2=1;led5=1;led6=1;while(K2 = 0)/模式2ceju();led1=1;led2=1;led3=1;led4=1;led5=1;led6=1;tui_you(384);stop();delay1ms(50);while(g2 != 0) /基礎部分motor_rev(1);stop();led1=0;led2=0;delay1ms(500);led1=1;led2=1;tui_you(384);while(distance_data= 100)motor_rev(1);ceju();while(distance_data 100)stop();led1=0;led2=0;ceju()