51單片機-循跡小車項目報告材料完整

1、實用標準文案宜賓職業(yè)技術學院?單片機系統(tǒng)設計?工程設計報告系 班 組小組 指導工程設計題目：智能尋跡小車部：電子信息與限制工程系級：電 子XXXX 班號： 第 四 組成員：XXX教師：XXX2021年10月10日文檔大全實用標準文案目錄一、引言 .3二、方案論證 .4三、小車車體設計 .7四、硬件系統(tǒng)設計 .81、 單片機最小系統(tǒng) .82、 循跡電路 .93、 電機驅動電路 .9五、軟件系統(tǒng)設計 .12六、系統(tǒng)的制作、仿真與調試 .14七、總結 .15文檔大全實用標準文案一、引言當今世界,傳感器技術和自動限制技術正在飛速開展,機械、電氣和電子信息已經不再明顯分家,自動限制在工業(yè)領域中的地位已經

2、越來越重要,“智能這個詞也已經成為了熱門詞匯.現(xiàn)在國外的自動限制和傳感器技術已經到達了很 高的水平,特別是日本,比方日本本田制作的機器人,其仿人雙足行走已經做得 十分逼真,而且具有一定的學習水平,還據說其智商已到達6歲兒童的水平. 作 為機械行業(yè)的代表產品一汽車,具與電子信息產業(yè)的融合速度也顯著提升, 呈現(xiàn) 出兩個明顯的特點：一是電子裝置占汽車整車特別是轎車的價值量比例逐步 提升,汽車將由以機械產品為主向高級的機電一體化方向開展,汽車電子產業(yè)也很有可能成為依托整車制造業(yè)和用車提升配置而快速成為新的增長點；二是汽車開始向電子化、多媒體化和智能化方向開展,使其不僅作為一種代步工具、同時 能具有交通

3、、娛樂、辦公和通訊等多種功能.無容置疑,機電一體化人才的培養(yǎng)不管是在國外還是國內,都開始重視起來,主要表現(xiàn)在大學生的各種大型的創(chuàng) 新比賽,比方：亞洲播送電視聯(lián)盟亞太地區(qū)機器人大賽ABU ROBCON全國大 學生“飛思卡爾杯智能汽車競賽等眾多重要競賽都能很好的培養(yǎng)大學生對于機 電一體化的興趣與強化機電一體化的相關知識. 但很現(xiàn)實的狀況是,國內不管是 在機械還是電氣領域,與國外的差距還是很明顯的,所以作為電子專業(yè)學生,必 須加倍努力,為逐步趕上國外先進水平并超過之而努力.為了適應機電一體化的開展在汽車智能化方向的開展要求, 提出簡易智能小車的設想,目的在于：通 過獨立設計并制作一輛具有簡單智能化的

4、簡易小車,獲得工程整體設計的水平, 并掌握多通道多樣化傳感器綜合限制的方法.所以立“智能循跡小車 一題作為 嘗試.此項設計是在以小為根底,采用AT89C52單片機作為限制核心,實現(xiàn)能 夠自主識別黑色引導線并根據黑線走向實現(xiàn)快速穩(wěn)定的尋線行駛.文檔大全實用標準文案二、方案論證1、限制器模塊方案一：選用AV如片機Atmega128L Atmega128L是高性能、低功耗的AVR? 8位微處理器,64弓I腳.采用先進的RISC結構,具有133條指令,大多數(shù) 可以在一個時鐘周期內完成.它具有兩個獨立的預分頻器和比擬器功能的8位定時器/計數(shù)器和兩個具有預分頻器、比擬功能和捕捉功能的16位定時器/計數(shù) 器

5、及具有獨立預分頻器的實時時鐘計數(shù)器. 片內帶有模擬比擬器.具有上電復位 以及可編程的掉電檢測功能.其片內資源豐富,具有：8個外部中斷,4個定時計數(shù)器,53個I/O 口, 可解除I/O 口資源缺乏的困難.其引腳大多數(shù)都有具有第二功能,功能強大.方案二：采用AT89S52單片機,AT89S52單片機是一種低功耗、高性能CMOS 8位微限制器,具有8K在系統(tǒng)可編程存儲器.使用 Atmel公司高密度非易失性 存儲器技術制造,與工業(yè)80C51產品指令和引腳完全兼容.片上 Flash允許程 序存儲器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器.AT89S52W 5個中斷源,和3個定時計數(shù)器.方案三：采用FPGA現(xiàn)場可編

6、輯門列陣作為系統(tǒng)限制器.FPGAT以實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能,規(guī)模大,集成度高,體積小,穩(wěn)定性好,并且可利用 EDA 軟件進行仿真和調試.FPG闕用并行工作方式,提升了系統(tǒng)的處理速度,常用 于大規(guī)模實時性要求較高的系統(tǒng).方案比擬：由三種方案可以看出,以 Atmega128L核心可以方便地實現(xiàn)對各 個局部的限制和外接,而 AT89S52而需要外擴大量的I/O 口才能滿足需要,而 FPGA勺高速處理水平得不到充分發(fā)揮且價格較貴,所以我們選擇方案一.文檔大全實用標準文案2 .電機驅動模塊采用功率三極管作為功率放大器的輸出限制直流電機.線性型驅動的電 路結構和原理簡單,加速水平強,采用由達林頓管組成的H

7、型橋式電路.用單片機限制達林頓管使之工作在占空比可調的開關狀態(tài)下,精確調整電動機轉速. 這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下,效率非常高,H型橋式電路保證了簡單的實現(xiàn)轉速和方向的限制,電子管的開關速度很快,穩(wěn)定性也極強,是一種 廣泛采用的PWMM速技術.現(xiàn)市面上有很多此種芯片,我選用了 L293Q這種調速方式有調速特性優(yōu)良、調整平滑、調速范圍廣、過載水平大,能承 受頻繁的負載沖擊,還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、 制動和反轉等優(yōu)點.因此 決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出限制直流電機.3 .循跡模塊方案一采用光敏元件.該方案缺點：易受到外界光源的干擾,有時甚至 檢測不到黑線,主要是由于

8、可見光的反射效果跟地表的平坦程度、地表材料的反 射情況均對檢測效果產生直接影響. 克服此缺點的方法：采用超高亮度的發(fā)光二 極管能降低一定的干擾,但這又會增加檢測系統(tǒng)的功耗.方案二脈沖調制的反射式紅外發(fā)射接收器.由于采用帶有交流分量的調制 信號,那么可大幅度減少外界的干擾；此外紅外發(fā)射接收管的工作電流取決于平均 電流,如果采用占空比小的調制信號,在平均電流不變的情況下,瞬時電流很大50100mA ST-188允許的最大輸入電流為50mA,那么大大提升了信噪比.此 種測試方案反響速度大約在5us.方案三采用多路陣列式光敏電阻組成的光電探測器.方案四采用CCD專感器,此種方法雖然能對路面信息進行準確

9、完備的反 應,但它存在信息處理滿,實時性差等缺點,而且此次比賽不允許用其它處理器, 因此假設采用CCD專感器,無疑會加重單片機的處理負擔,不利于實現(xiàn)更好的限制 策略限制策略才是此次比賽的核心.根據以上分析我們采用方案1,由于紅外對管太過于靈敏了,不適合.文檔大全實用標準文案4 .電源模塊方案一采用4節(jié)1.5V干電池供電,電壓到達6V,經7805穩(wěn)壓后給單片機、 電機和其他芯片供電.方案二采用市場上流行的6V蓄電池經過7805,穩(wěn)壓后給單片機系統(tǒng)、直 流電機和其他芯片供電.由于干電池比擬簡便,所以我們選擇了方案一.文檔大全實用標準文案三、小車車體設計文檔大全實用標準文案四、硬件系統(tǒng)設計1、單片機

10、最小系統(tǒng)小車采用atmel公司的AT89C52單片機作為限制芯片,圖1是其最小系 統(tǒng)電路.主要包括：時鐘電路、電源電路、復位電路.其中各個局部的功能 如下：1、時鐘電路：給單片機提供一個外接的 16MHz勺石英晶振.2、電源電路：給單片機提供5V電源.3、復位電路：在電壓到達正常值時給單片機一個復位信號.文檔大全vccPO.OADO POl'ADl POj/ADHPO4-AD4 PO5-AD5 P06-AD& TOWAD7jo.箝_L2oXTAL1XIAL2RSTALE寇1831工1 sP1GT2 FIIT2EXPI 2 Pl J Pl 4 PI 5 Pl .6 Pl .7P2

11、.0-A8 P21 A9P22A10 P23 AU F2.4/AI2 P2.5 AB P26A14 P2.7''A15PIO工Pl13PI 0 KxD Pll.TxD P32E0 P3.3.NT1P3.4T0P35T1 PJ.em P3.7?WPl 5Pl<5Pl7P20P2.1P2.2P2.33_P2.4工 P2.5P2.«20vssP>,7ATS9S5>圖1單片機最小系統(tǒng)原理圖實用標準文案2、循跡電路光電尋線方案一般由多對紅外收發(fā)管組成, 通過檢測接收到的 反射光強,判斷黑白線.原理圖由紅外對管和電壓比擬器兩局部組成, 紅外對管輸出的模擬電壓通過

12、電壓比擬器轉換成數(shù)字電平輸出到單 片機.圖2循跡電路原理圖3、電機驅動電路電機驅動芯片L298N是SG%司的產品,內部包含4通道邏輯驅動電路. 是一種二相和四相電機的專用驅動器,即內含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式 驅動器,接收標準TTL邏輯電平信號,可驅動46V、2A以下的電機.具引腳排列 如圖1中U4所示,1腳和15腳可單獨引出連接電流采樣電阻器,形成電流傳感 信號.L298可驅動2個電機,OUT1 OUT2和OUT3 OUT4之間分別接2個電動機, 5、7、10、12腳接輸入限制電平,限制電機的正反轉,ENA ENEm空制使能端,限制電機的停轉.也利用單片機產生 PWM1號接到ENA E

13、N端子,對電機的轉 速進行調節(jié).文檔大全實用標準文案L298N的邏輯功能：表1 SHARP GP2D12實物圖ENA.INI (IW3)IB2 CM)電機運行情況HHL正轉HLH反轉H同工W2 CEN4)同工Hl CTH3)快速停止LXX停止外形及封裝:GURfiENI StNSIhHm BEnPLnTOUTPUT 1NPUT 4EJNABLEBWFLTT 3LOGIC SUPPLY VQLTAE % SJNDINPUT 2tW&Lt A11nr 1S1JPPLV VOLTAGt VaOUTPUT?OUTPUT 1CUAMEIN T StNSiiNG A圖3 L298N實物圖文檔大全實

14、用標準文案L298N電路原理圖：由于一片L298N可以直接驅動兩個電機,但是為了加大驅動力,我們采用 兩路并聯(lián)的方式來驅動電機.C2U119+9v1n1nC11912930-31uFR1 XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0/T2P3.0/RXDP1.1/T2EXP3.1/TXDP1.2P3.2/INT0P1.3P3.3/INT1

15、P1 4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1 6P3.6/WR-P1.7P3.7/RD392122AT89C5212536 3534 T333278232425o XiSTAT- - 18R210k文檔大全571012611115IN1 VCCVSIN2OUT1IN3IN4OUT2ENAENBOUT3SENSAOUT4SENSBGND948圖3.3 L298N電路圖實用標準文案五、系統(tǒng)軟件設計判斷處理程序左側在黑線上中間在黑線上系統(tǒng)端口初始化讀傳感器狀態(tài)測到黑線向左轉向右轉判斷前進右側在黑線上繼續(xù)前進文檔大全實用標準文案小車循跡規(guī)那么:假設小車偏左的時候,車輪將向右偏轉；假設小車偏右,車輪

16、將向左 偏轉；假設沒有偏移,小車將繼續(xù)向前；假設小車完全偏離黑色軌跡,小 車后退以尋找黑色軌跡.小車程序：#include "reg52.h"#define uint unsigned intsbit IN1=P1A3;sbit IN2=P1A4;sbit IN3=P1A5;void delay(uint b)(uint c,d;for(c=b;c>0;c-)for(d=110;d>0;d-);)void command(uint a)(switch(a)(case 0:P2=0x9f;/ ? ° ? ?delay(10);break;case 1:P

17、2=0x5f;/ x 6 xadelay(10);break;case 2:P2=0xaf;/ o o x adelay(10);break;case 3:P2=0xff;/ i £? 1delay(10);break;)void decide()(文檔大全實用標準文案while(1)(if(IN1=1&&IN2=0&&IN3=1)(command(0);command(3);else if(IN1=1&&IN2=1&&IN3=0) (command(1);command(3);else if(IN1=0&&am

18、p;IN2=1&&IN3=1) (command(2);command(3);else if(IN1=1&&IN2=1&&IN3=1) (command(0);command(3);else(command(3);void main()(decide();文檔大全實用標準文案六、統(tǒng)的制作、仿真與調試：調試方法步驟1、在keil軟件上編寫好程序無錯誤后,生成 .hex文件,并將它下載到單片機內2、將按裝好的小車放到跑道上運行3、觀察小車在跑道上的運行情況4、根據小車的錯誤信息再次修改程序、檢查電路主要問題及解決方法記錄1、小車前進時左右兩邊輪子的轉動方向不一致.通過修改程序中P2的參數(shù)解決了問題.2 、掃描電路的靈敏度過高或過低都影響小車的正常運行.通過調節(jié)掃描電路的電位器來到達要求.3、小車在到達終點時不能正常停止.通過修改程序中的 STOP所代表的數(shù)據,可以是小車在到達終點是停止.4、小車的聲光提示沒有,還有就是有之后出現(xiàn)左右相反的情況.這兩種情況都是程序的問題,沒有聲光是IO 口給的數(shù)據時高電平,改為低時正常.相反這是改變對應數(shù)據,把它們反過來就好了.文檔大全實用標準文案七、總結根據本次設計要求,我們小