智能循跡聲控小車報(bào)告

1、智能循跡小車報(bào)告設(shè)計(jì)者：許超超 楊保佳 公磊信息學(xué)院智能尋跡小車的設(shè)計(jì) intelligent tracing car design【摘要】 智能尋跡小車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，以stc89s52為核心，用l298n驅(qū)動(dòng)兩個(gè)減速電機(jī)，當(dāng)產(chǎn)生信號(hào)驅(qū)動(dòng)小車前進(jìn)時(shí)，是通過尋跡模塊里的紅外對(duì)管是否尋到黑線產(chǎn)生的電平信號(hào)通過lm339再返回到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)程序設(shè)計(jì)的要求做出相應(yīng)的判斷送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，讓小車來(lái)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停車等基本功能。當(dāng)拍手時(shí)，可以是小車啟動(dòng)、停止?！綼bstract】 the smart car is lft for the chassis, stc89s52mcu as i

2、ts core, including motor and photoelectric sensors, mcu controls the car turning back forward or running on the black line. st178 reflective voltage seeks the trace. 【關(guān)鍵字】 尋跡小車 stc89s52 單片機(jī) l298n【key words】 stc89s52，tracking car一、前沿尋跡是指通過紅外發(fā)射管和接收管識(shí)別路徑。本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵有三個(gè)方面：1.方案的比較與論證；2.硬件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；3.軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。 第一章是

3、智能小車總體概況。介紹了小車的功能及展示了小車模型。 第二章是系統(tǒng)要求。介紹了小車設(shè)計(jì)的要求及尋跡的原理。詳細(xì)闡述了各模塊的方案比較與論證，最后得出最終方案。 第三章是硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路實(shí)現(xiàn)。詳細(xì)闡述了各部分電路的設(shè)計(jì)，并給出了原理圖。 第四章是軟件設(shè)計(jì)。介紹了設(shè)計(jì)思想、程序流程圖及具體程序設(shè)計(jì)。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)要求（1）自動(dòng)尋跡小車從安全區(qū)域啟動(dòng)。（2）小車按指定路線運(yùn)行，自動(dòng)區(qū)分直線軌道和彎路軌道，在指定彎路處拐彎，實(shí)現(xiàn)靈活前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、等功能。 （3）小車完成指定運(yùn)行任務(wù)。2、小車循跡的原理這里的循跡是指小車在黑色地板上循白線行走，通常采取的方法是紅外探測(cè)法。 紅外探測(cè)法，即利用紅外線

4、在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來(lái)的紅外光為依據(jù)來(lái)確定黑線的位置和小車的行走路線。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過3cm。3.1車體設(shè)計(jì)利用軌跡車的車架車輪、電機(jī)。軌跡車的左右兩輪分別驅(qū)動(dòng)、前萬(wàn)向輪可以轉(zhuǎn)向。即左右輪分別用兩個(gè)轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，車體前部有一個(gè)萬(wàn)向輪。這樣，當(dāng)兩個(gè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)向相反同時(shí)轉(zhuǎn)速相同時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實(shí)現(xiàn)小車坐標(biāo)不

5、變的90度和180度的轉(zhuǎn)彎。當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)，左右兩驅(qū)動(dòng)輪與前萬(wàn)向輪形成了三點(diǎn)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)前輪過低而使左右兩驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力不夠的情況。為了防止小車重心的偏移，前萬(wàn)向輪起支撐作用。3.2控制器模塊at89s52是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，a

6、tmel的at89s52是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。1. 主要特性但是由于我們沒有atmel公司的單片機(jī)下載器，所以我們采用stc公司的stc89s52單片機(jī)作為主控制器，stc公司的單片機(jī)內(nèi)部資源比起atmel公司的單片機(jī)來(lái)要豐富的多，它內(nèi)部有1280字節(jié)的sram、8-64k字節(jié)的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器、2-8k字節(jié)的isp引導(dǎo)碼、除p0-p3口外還多p4口(plcc封裝)、片內(nèi)自帶8路8位ad(ad系列)，片內(nèi)自帶eeprom、片機(jī)自帶看門狗、雙數(shù)據(jù)指針等。3.3電源模塊由于本系統(tǒng)需要電池供電，我們考慮了以下方案為系統(tǒng)供電。由于我們的資源有限，綜合考慮

7、：采用5節(jié)干電池7.5v供電，將7.5v電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電，雖然電量不夠好，但是能足夠我們參加完比賽的賽程，雖然干電池的體積過于龐大，在小型電動(dòng)車上使用極為不方便，但由于我們的車體設(shè)計(jì)時(shí)留出了足夠的空間，并且干電池的價(jià)格比較低。因此我們選擇了此方案。3.4穩(wěn)壓模塊采用兩片7805電壓穩(wěn)壓5v后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電供電，但缺點(diǎn)是壓降過大，消耗的功率過大，發(fā)熱量過大。比較器那塊需要一個(gè)基準(zhǔn)電壓，我們選用1117 3v為它供電。為了方便，我們也只得選擇這個(gè)方案。3.5尋跡傳感器模塊方案1：用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照

8、射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。方案2：用st178，紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出高電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出低電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響。綜合決定：我們選擇了方案2 3.6電機(jī)模塊采用直流減速電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)

9、動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力。能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，因此我們選擇了此方案。3.7電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用專用芯片l298n作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。l298n是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高，一片l298n可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。因此我們選用了方案1。l298應(yīng)用實(shí)例實(shí)例一：用l298驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流減速電機(jī)的電路。引腳6，9可用于pwm控制。如果機(jī)器人項(xiàng)目只要求直行前進(jìn)，則可將5，10和7，12兩對(duì)引腳分別接高電平和低電平

10、，僅用單片機(jī)的兩個(gè)端口給出pwm信號(hào)控制6，11即可實(shí)現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎、加減速等動(dòng)作。最終方案：經(jīng)過反復(fù)論證，我們最終確定了如下方案：（1）采用軌跡車的車體車架。（2）采用stc89s52單片機(jī)作為主控制器。（3）用蓄電池經(jīng)7805穩(wěn)壓后為直流電機(jī)供電，電7.5壓經(jīng)兩片7805降壓、穩(wěn)壓后為單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。（4）用st178型光電對(duì)管進(jìn)行尋跡。（5）l298n作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示：穩(wěn)壓電源 模塊主控芯片stc89s52l298減速電機(jī)電壓比較器紅外對(duì)管組圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖三、硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)1、微控制器模塊的設(shè)計(jì)采用stc公司的89s52單片機(jī)，不用燒寫

11、器而只用串口或者并口就可以往單片機(jī)中下載程序。我們?cè)陂_發(fā)過程中使用開發(fā)版，方便程序的調(diào)試和整機(jī)的測(cè)試，待系統(tǒng)調(diào)試完成后，將單片機(jī)從開發(fā)板上取下，安裝在小車系統(tǒng)板的單片機(jī)座中，由于本次設(shè)計(jì)要求中，小車需要完成的任務(wù)比較簡(jiǎn)單，因此我們只在小車系統(tǒng)板的單片機(jī)系統(tǒng)中只保留了單片機(jī)。2、光電對(duì)管電路的設(shè)計(jì)紅外檢測(cè)管圖我們?cè)O(shè)計(jì)并論證了兩種光電對(duì)管檢測(cè)及調(diào)理電路，電路原理圖分別如圖所示： 我們考慮用比較器的方案。圖為lm393比較器電路。3、尋跡光電對(duì)管的安裝考慮到設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)僅用4對(duì)光電傳感器就能完成設(shè)計(jì)要求，中間四對(duì)傳感器用來(lái)校正小車的尋跡路線，保證小車運(yùn)行的直線性，兩側(cè)的傳感器用來(lái)檢測(cè)小車過線，可以實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)彎。4、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)我們采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片l298n作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)