基于STC89C52的自動追光自動避障智能小車的設(shè)計

1、華僑大學1自動追光避障電動小車論文學校：華僑大學學院：信息科學與工程學院班級：10級 集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)組員:目錄摘要.3.一、設(shè)計要求.4.華僑大學21.1 基本要求. 41.2 發(fā)揮部分.4二、.系統(tǒng)方案設(shè)計 .5.2.1 系統(tǒng)功能概述.52.2 系統(tǒng)方案概括.52.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.5三、.模塊設(shè)計方案選擇63.1、電源模塊的設(shè)計. .63.2、自動避障模塊的設(shè)計 .63.3、感光模塊的設(shè)計.73.4、自動停車模塊的設(shè)計 . .73.5、穩(wěn)壓模塊的設(shè)計.73.6、 步進電機驅(qū)動模塊的設(shè)計 . 73.7、直流電機驅(qū)動模塊的設(shè)計 . .83.8、太陽能電池板模塊的設(shè)計 . .8四、.系統(tǒng)各

2、模塊電路圖附件.94.1、中央控制模塊. 94.2、太陽能電池板模塊 . .94.3、感光模塊.94.4、穩(wěn)壓電路. .104.5、步進電機驅(qū)動電路 .114.6、直流驅(qū)動電路.11五、 軟件設(shè)計.115.1 超聲波控制. 115.2 感光模塊程序 . .145.3 步進電機驅(qū)動程序 . 16六、 電路調(diào)試.176.1 追光系統(tǒng)調(diào)試.176.2 避障系統(tǒng)調(diào)試 . .176.3 太陽能電池板充電系統(tǒng)調(diào)試 . .186.4 整體電路調(diào)試.18七、 總結(jié) .18附錄 2:程序.18華僑大學3摘要隨著汽車自動化、智能化程序的提高，新一代智能汽車的研發(fā)在 國內(nèi)外受到越來越多的重視。目前，國內(nèi)比較先進的智

3、能車輛通過觀 測前方的路況，將路況信息輸入到車內(nèi)的電腦中，通過計算機控制方 向盤的運動實現(xiàn)自動避障的目的。 然而隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，汽 車產(chǎn)業(yè)目前已經(jīng)進入調(diào)整期，目前，全球石油資源緊缺，且油價不斷 上漲，沖擊了各個行業(yè)，尤其是汽車產(chǎn)業(yè)，同時人類面對著全球變暖、 水平面上升等世界性問題。因此未來的汽車必將趨于電氣化、智能化。 眾所周知太陽能是目前最為清潔的能源，對人類來說無疑是一種新型 的能源。此次設(shè)計的簡易電動小車的動力來自于太陽能轉(zhuǎn)換的電能， 是基于單片機控制及傳感器技術(shù)，實現(xiàn)的功能是小汽車可自動尋光， 并且能夠利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，以及電動小車的自動停車。電動小車由單片機

4、STC89C52 空制電動小汽車的自動尋光、自 動避障、及自動停車。關(guān)鍵字：太陽能電池板；單片機；超聲波傳感器；光敏二極管一、任務(wù)要求設(shè)計制作一套自動追光太陽能充電系統(tǒng)放置在電動小車上。 小車以一定速度 追著光源行進，太陽能板始終能面對光源給蓄電池充電。 小車行進過程中會遇到 路障，小車必須能避開路障繞道找到光源并繼續(xù)追光前進。1.1.基本要求(1) 光源用不大于100W的白熾燈， 場地不小于1.5mx1.5m,障礙物不小 于15cmx15cmx15cm?？梢詫庠催M行聚光。(2) 光源在離小車大于 1.5m 的固定位置擺放，放置高度不高于 25cm。小 車發(fā)現(xiàn)光源后沿光源方向前進。(3) 小

5、車前進方向上至少隨機放置三個障礙物。遇到障礙物，小車應(yīng)繞道華僑大學4前進。(4) 在小車繞道過程中，太陽能板應(yīng)始終對準光源。(5) 到達離光源一定位置后，小車應(yīng)停止前進。(6) 小車前進直線距離應(yīng)大于 1.2 米，時間不大于 2 分鐘。(7) 能顯示太陽能為蓄電池供電狀態(tài)。1.2 .發(fā)揮部分(1) 場地尺寸 2mx2m,光源離小車 2 米以上。(2) 障礙物 5 個以上。(3) 能逆著光源前進，并繞過障礙物。但太陽能板始終對準光源。(4) 完成時間不大于 1 分鐘。(5) 在無白熾燈光源情況下，小車可以沿自然光源方向前進。(6) 其它。二、系統(tǒng)方案設(shè)計2.1 系統(tǒng)功能概述初始時刻小車置于起點，

6、打開電源，啟動小車。小車會通過感光模塊進行趨 光并檢測前方障礙情況，太陽能板也能根據(jù)自己的感光模塊自動正對光源。當在前進過程中遇到障礙物時，小車會根據(jù)避障系統(tǒng)來選擇左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，以便避開障礙物。在避開障礙物后，小車趨光前進。同時太陽能板也時刻都正對光源，并能 時刻顯示充電狀態(tài)。到達終點時，小車自動停車。2.2 系統(tǒng)方案概括主控制系統(tǒng)： 在此次設(shè)計中，涉及到一個外部中斷，三個定時中斷，所以采 用常用的單片機 STC89C52 作為小車的主控制器，通過單片機來接受指令并發(fā)出 指令，使小車的各項功能得以順利完成。(1).感光系統(tǒng)：設(shè)計中不僅要求小車能夠朝著光源前進，而且還要求太陽 能板也要正對光源。通

7、過各方面的了解，比較，最終我們決定采用了兩套獨立感 光系統(tǒng)，來完成小車趨光與太陽能電池板對光。 這兩個模塊分別放在小車和太陽 能板的左右兩端，通過比較兩邊光敏電阻的電壓，以此來判斷是否正對這光源。(2).避障系統(tǒng)：設(shè)計中采用三組避障模塊。分別裝在左，中，右，這樣便 可使小車順利避障。(3)能源系統(tǒng)：使用一片 LM2596-5(穩(wěn)定 5V 輸出)和 LM2596_ADJ (可調(diào) 輸出)分別給芯片和電機供電。(4).動力系統(tǒng)：這次采用的是直接驅(qū)動兩個直流電機的方式來解決小車動 力問題。通過分別控制兩個直流電機的轉(zhuǎn)速使小車前進、后退、轉(zhuǎn)向、停止等功2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖華僑大學5系統(tǒng)總流程圖:開始NN4

8、對光太能板是否正對光源Y1Y r避障前方是否有障礙N_ _ Y _ 太能板是否正對光源充電1r尋光N4-小車是否正對光源Y前進Y4停車是否靠近光華僑大學6三、模塊設(shè)計方案選擇3.1、電源模塊的設(shè)計方案一：所有元器件采用單一電源。它供電簡單，方便靈活，減小了車載質(zhì) 量和摩擦阻力。但是電機啟動瞬間電流很大，會造成電壓不穩(wěn)定、有毛刺干擾等， 不適用于要求電源穩(wěn)壓的 CPU，嚴重時可能造成系統(tǒng)掉電。方案二：單片機必須與大電流器件分開供電，避免大電流器件對單片機造成 干擾，采用兩路供電，這樣可以使用其中一路單獨為單片、指示燈供電，另外一 路提供 L298N驅(qū)動直流電機使用。介于設(shè)計穩(wěn)定性考慮，采用方案二

9、。3.2、自動避障模塊的設(shè)計方案一：采用超聲波。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播 距離遠且具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小等諸多優(yōu)點故而超聲波已經(jīng)廣泛應(yīng)用 于現(xiàn)代社會之中。超聲波傳感器主要采用直接反射式的檢測模式。位于傳感器前面的被檢測物通過將發(fā)射的聲波部分地發(fā)射回傳感器的接收器，從而使傳感器檢測到被測物。還有部分超聲波傳感器采用對射式的檢測模式。一套對射式超聲波傳感器包括一個發(fā)射器和一個接收器，兩者之間不斷進行信息的傳遞。位于接收 器和發(fā)射器之間的被檢測物將會阻斷接收器接收發(fā)射的聲波，從而傳感器將產(chǎn)生高低電平的跳變進而由單片機對其進行相關(guān)處理。方案二：使用紅外傳感器，它是一種集發(fā)

10、射與接收于一體的光電傳感器，檢測距離可以根據(jù)要求進行調(diào)節(jié)。 該傳感器具有探測距離遠、受可見光干擾小、價 格便宜、易于裝配、使用方便等特點。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當發(fā)出的紅外線 照射到白色的平面后反射，發(fā)出的紅外線照射到黑色的平面后紅外線被吸收。若 紅外接收管能接收到反射回的紅外線則檢測出白線繼而輸出低電平，若接收不到紅外線則檢測出黑線繼而輸出高電平。由于測試中使用的是白熾燈，產(chǎn)生的光中，紅外光占有比例較大，如使用紅 外傳感器，會有較大的干擾。所以考慮到設(shè)計中對障礙物中尺寸和顏色上的要求 以及使用的方便性、穩(wěn)定性和檢測具體的可調(diào)性，選擇方案一，即使用超聲波進 行避障，在使用時可以方便的對最小避障

11、距離進行調(diào)節(jié)，使得更好地實現(xiàn)小車避障功能而順利趨光行駛。3.3、感光模塊的設(shè)計方案一：使用光敏二極管和 A/D 轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)自動尋光。光敏二極管與半 導體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的，其內(nèi)部是一個具有光敏特征的 PN 結(jié)，具有單向?qū)?電性，因此工作時需加上反向電壓。無光照時，有很小的飽和反向漏電流，即暗 電流，此時光敏二極管截止；當受到光照時，飽和反向漏電流大大增加，形成光 電流，它隨入射光強度華僑大學7的變化而變化。輸出經(jīng)過 ADC0832 進行 A/D 轉(zhuǎn)換后得到 的電壓變化量反饋給單片機進行處理， 進而控制小車尋找光源。因此可以利用此 特性進行自動尋找光源。方案二：采用光敏電阻和 A/D 轉(zhuǎn)

12、換電路來實現(xiàn)自動尋光。由于光敏電阻的 阻值會隨著光照強度的增加而迅速減小，我們可以應(yīng)用此原理，通過一個A/D轉(zhuǎn)換出來的電壓變化量經(jīng)過單片機的處理來實現(xiàn)自動尋光功能。測試發(fā)現(xiàn)光敏二極管在對著光源移動時反應(yīng)過于靈敏，在距離光源較近的位 置會出現(xiàn)一個跳變，且在離光源較近時（大約70cm 至 100cm）對光源及其不敏感，而且 A/D 讀數(shù)不穩(wěn)定，波動較大，從而影響小車的前進。光敏電阻雖然不 如光敏二極管靈敏，但經(jīng)過實際測試發(fā)現(xiàn)，其穩(wěn)定性比光敏二極管好很多，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)線性性好，而且價格相對較低基本可以滿足設(shè)計要求。因而選-L-X/ - -擇萬案二。3.4、自動停車模塊的設(shè)計：方案一：采用

13、熱敏電阻，該設(shè)計采用的光源是白熾燈，白熾燈是在照明的時候能夠產(chǎn)生大量的熱量， 我們可以利用該特性，采用熱敏電阻制作一個停車模塊。熱敏電阻的阻值能夠隨 著周圍熱的不同而改變。然后通過比較器控制小車靠近光源時自動停車。方案二：禾 U 用感光模塊上光敏電阻的感光效應(yīng)，當小車離光源越近時，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后的電壓值就會越小。因此可以利用此原理，給A/D 設(shè)置一個初值，當達到這一初值時小車自動停止。經(jīng)過實踐，我們利用熱敏電阻制作的停車模塊對熱不是很敏感，而且我們已有四個感光模塊，效果也不亞于適應(yīng)熱敏電阻。因此我們選用了利用感光系統(tǒng)來 進行停車。3.5、穩(wěn)壓模塊的設(shè)計方案一：采用 LM2596 穩(wěn)壓芯片對干

14、電池輸出電壓進行穩(wěn)壓。 LM2596 具有很 好的線性和負載可調(diào)性。有固定輸出和可調(diào)輸出，其固定輸出有 3.3V、5V、12V, 可調(diào)可以輸出 1.2 37V 的各種電壓。方案二：采用 LM7805 三端穩(wěn)壓器件進行穩(wěn)壓。其可固定輸出 5V 穩(wěn)定電壓而 且內(nèi)部有過熱保護和安全工作保護電路。雖然 LM7805 器件是按照固定電壓值來 設(shè)計的，但當加載一些外部器件后，同樣可以輸出可變電壓。綜合考慮上述兩種方案，由于 LM2596 輸出電壓 1.2 37V 穩(wěn)定可調(diào)內(nèi)部有過 熱保護和限流保護電路，外圍電路簡單，僅需 4 位外接元件，且使用的電感是比 較容易購買的標準電感，輸出電壓可調(diào)性好。而 LM7

15、805 是按固定輸出 5V 電壓值 來設(shè)計的，常用于單片機的供電電路的設(shè)計。 雖可輸出可變電壓值，但是其輸出 電壓可調(diào)性差，更主要的是其效率低，只能達到 60%75%而 LM2596 最高效率 可達 90%相比之下我們選擇了方案一。3.6、步進電機驅(qū)動模塊的設(shè)計方案一：采用 ULN2003 步進電機驅(qū)動驅(qū)動芯片。ULN2003 多用于單片機、智 能儀表、PLC 數(shù)字量輸出卡等控制電路中。通常芯片采用DIP 封裝。方案二：采用 L298 驅(qū)動芯片。L298 既可以驅(qū)動直流電機又可以驅(qū)動步進電 機，常用于打字機、數(shù)字機床、復印機等控制電路中。華僑大學8綜合考慮上述步進電機的驅(qū)動芯片，ULN2003

16、 具有電流增益高、工作電壓高、 溫度范圍寬、帶負載能力強、工作效率高、外圍電路設(shè)計簡單、價格較低、易于 購買等優(yōu)點。所以本次設(shè)計中我們采用 ULN2003 乍為步進電機的驅(qū)動芯片。3.7、直流電機驅(qū)動模塊的設(shè)計直流電機驅(qū)動采用 L298 驅(qū)動芯片。L298 是 SGS 公司的產(chǎn)品，比較常見的是 15 腳 Multiwatt 封裝的 L298N,內(nèi) 部同樣包含 4 通道邏輯驅(qū)動電路。L298N 芯片可以驅(qū)動兩個直流電機，也可以驅(qū) 動兩個二相步進電機或一個四相步進電機，輸出電壓最高可達46V。L298N 可接受標準 TTL 邏輯電平信號 Vss,VSs可接 4. 57 V 電壓。4 腳 VS接電源

17、電壓，Vs電壓范圍 VH為+ 2. 546 V，輸出電流可達 2. 5 A，可驅(qū)動電 感性負載。1腳和 15 腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形 成電流傳感信號。L298N 可驅(qū)動 2 個電動機，0UT1 0UT2 和 OUT3 OUT4 之間可 分別接電動機。5、7、10、12 腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。EA, EB接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)，也可用于控制PWM 調(diào)速。3.8、太陽能電池板模塊的設(shè)計本次設(shè)計采用兩塊太陽能電池板并聯(lián)的方式，通過吸收白熾燈散發(fā)的光能并 隨之轉(zhuǎn)換成電能來供給蓄電池充。經(jīng)測試一塊太陽能電池板距離 100W 白熾燈約 1.5-2 米的時候電

18、壓約為 3V，且而兩塊串聯(lián)時約有 6V。但是本次設(shè)計需要對太 陽能電池板的輸出電壓進行升壓處理，以供蓄電池充電。而串聯(lián)時電流很小，即使離光源很近也無法進行升壓。故采用兩塊太陽能電池板新并聯(lián)的方式進行升 壓。進而給蓄電池充電。升壓電路有如下兩種設(shè)計：方案一：使用 LM2577 升壓電路，輸入電壓，輸出電壓以通過電阻R1 和電阻 R2 的比值進行調(diào)節(jié)(Vout=1.23(1+R1/R2)。輸入電壓約 5V，輸出電壓可達 10V 以上。方案二：使用 TPS61200 DC/DC 升壓電路，輸入電壓的范圍為 0.3-5.5V，輸出的電壓穩(wěn)定在 6V 左右，測試發(fā)現(xiàn)，兩塊太陽能電板并聯(lián)在距離光源 2 米

19、處可以達到 5V，均滿足兩 種芯片輸入電壓的要求，但由于方案二中的 TPS61200 的價格較高、不易購買， 封裝為貼片式，不易使用，且輸出電壓較低。LM2577 所需的最低電壓為 3V，但電流要求較高，在光強不夠時，不能進行升壓，但在離光源較近時可以將電壓 升至11V 左右，以完成對 8 節(jié)電池充電，并能顯示充電狀態(tài)。綜合考慮上述兩 種方案選用LM2577 升壓模塊較為合理。四、系統(tǒng)各模塊電路圖附件4.1、中央控制模塊：該模塊由單片機最小系統(tǒng)、外加 5 組電源構(gòu)成。華僑大學94.2 太陽能電池板模塊太陽能電池板收集的光能轉(zhuǎn)換成電能，由于電壓較低，因此需要升壓電路，給蓄電池充 電。升壓電路原理

20、圖：1-a厶,1- 4 &-M3 JU!L47T界一T1M-3Kfi!wC專Comp乞警kCM4.3、感光模塊感光電路采用光敏電阻和 片機里進行尋光處理。原理圖:ADC0832 組合電路。通過 A/D 轉(zhuǎn)換后的電壓變換量反饋到單華僑大學10GNDll4.4、穩(wěn)壓電路本實驗中的穩(wěn)壓電路采用兩組LM2596 芯片組合而成的穩(wěn)壓電路。一組固定輸出 5V 電壓（上圖），供芯片使用。另外一組輸出電壓可調(diào)（下圖），供電機使用。原理圖：EtmRES2u61vccit心Ido 1AE25M . o嚴、TKI:o OUTA4.COM-csVE chOdkchdOgnddlGOTVCC心-廣1華僑大學114.5

21、步進電機驅(qū)動電路本次設(shè)計中的步進電機驅(qū)動電路采用ULN2003 芯片組合而成的驅(qū)動電路，原理圖:= ULN2K3GND4.6、直流驅(qū)動電路直流電機驅(qū)動電路，采用L298 直流電機驅(qū)動芯片，具體電路如圖:五、軟件設(shè)計5.1 超聲波控制本系統(tǒng)利用單片機控制超聲波的發(fā)射和對超聲波自發(fā)射至接受往返時間的計Sril01il02i3V?i404ii05i606i?c-GNDvccB2ili2i3i415i6i7GNDvcc3K*VIeKTTLr :fflL7411ES1SAN亠一B1f10II4514iC4C3| ”伽，華僑大學12時，接受電路的輸出端接單片機的外部中斷源輸入口。系統(tǒng)定時發(fā)射超聲波，在啟動

22、發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)部定時器，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波 發(fā)射的時間和接受到反射波的時間。當收到超聲波的反射波時，接收電路輸出端 產(chǎn)生一個負跳變，在單片機的外部中斷源輸入口產(chǎn)生一個中斷請求信號， 單片機 響應(yīng)外部中斷請求，執(zhí)行外部中斷子程序，讀取時間差，計算距離。結(jié)構(gòu)圖如下射憎1/- “片/a按收處部分程序代碼:void barrier_detect ion( void)uchar i;barrier_flag=0;detector=4;time_0_count=O;定時器 0 工作在 15cm 障礙物檢測while(detector)EX0 = 0;關(guān)外部中斷IE0 = 0;清除外

23、部中斷 0 標志位TH0=0 xfc;TL0=0 x18;leftTX=1;MiddleTX=1;rightTX=1;switch(detector)case 4: leftCo ntrol=1;MiddleCo ntrol=0;rightCo ntrol=0;for(i=0;i16;i+)leftTX=!leftTX;break;左側(cè)超聲波發(fā)波case 2: leftCo ntrol=0;MiddleCo ntrol=1;rightCo ntrol=0;for(i=0;i16;i+)MiddleTX=!MiddleTX;TR0 = 0;關(guān)閉定時器 0華僑大學13break;中間超聲波發(fā)波ca

24、se 1: leftC on trol=0;MiddleCo ntrol=0;rightCo ntrol=1;for(i=0;i=1;delay1ms(10);EX0 = 0;/關(guān)閉外部中斷TR0 = 0;/關(guān)閉定時器 1TH0=0 x3c;TL0=0 xb0;time_0_count=1;/定時器 0 工作在定時 50ms 障礙物檢測TR0 = 1;/打開計數(shù)器 1,65MS 檢測障礙leftCo ntrol=0;MiddleCo ntrol=0; rightC on trol=0;超聲波程序流程圖：華僑大學14（外部中斷入口）I計算距離_JLI保存結(jié)果I清中斷II湮回5.2 感光模塊程序感

25、光模塊主要有 ADC0832 和光敏電阻組成。正常情況下 ADC0832 與單片 機的接口應(yīng)為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、CLK、DO、DI。但由于 DO 端與 DI 端 在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將 DO和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當 ADC0832 未工作時其 CS 輸入端應(yīng)為高電 平，此時芯片禁用，CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當要進行 A/D 轉(zhuǎn)換時，須 先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇

26、的數(shù)據(jù)信號。在第 1 個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是 高電平，表示啟始信號。在第 2、3 個脈沖下沉之前 DI 端應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于 選擇通道功能，當此 2 位數(shù)據(jù)為“、“（時，只對 CH0 進行單通道轉(zhuǎn)換。當 2 位數(shù)據(jù)為“、“ 1 時，只對 CH1 進行單通道轉(zhuǎn)換。當 2 位數(shù)據(jù)為“0” “0”，將 CH0 作為正輸入端 IN+ ,CH1作為負輸入端 IN-進行輸入。當 2 位數(shù)據(jù)為“0”“1 時，將 CH0 作為負輸入端 IN-，CH1 作為正輸入端 IN+進行輸入。 到第 3 個脈 沖的下沉之后 DI 端的輸入電平就失去輸入作用，此后 DO/DI 端則開始利用數(shù)據(jù) 輸出 DO

27、 進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第 4 個脈沖下沉開始由 DO 端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最 高位 DATA7，隨后每一個脈沖下沉 DO 端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第 11 個脈沖時 發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下 一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第 11 個字節(jié)的下沉輸出 DATA0。隨后輸出 8 位數(shù)據(jù)， 到第 19 個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標志著一次 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將 CS 置 高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。時序圖如下：諫取時闔值I定時中斷子程序外部申斷子程序徒時中jftxm定時器和贈化潔中斷j w華僑大學15ADCQ532 Timingt34

28、 S * I t it 114213 M n細IT It 119JLFWLTLRJWLRRRJWWWWWLQVTRTT MM UtS.MUl UX HITiihCTMft部分程序代碼:uchar AD0832_2(void )/太陽能充電板感光模塊uchar data_f,i,data_f1,i1,k1;D1= 1;cs1=1;cs2=1;cs3=1;cs4=1;_n op_();_n op_();_n op_();cs4=0;D 仁 1;/芯片使能之前的初始化。第一個下降沿clk=1;_n op_();_n op_();_n op_();clk=0; /確定通道模式、第2 個下降沿_n op

29、_();_n op_();_n op_();clk=1;D 仁 1;設(shè)定通道初始化_n op_();_n op_();_n op_();clk=0;_n op_();_n op_();_n op_();clk=1;MA解|A|SWTHI血皿也ILTML恫iirmFEMUI fMSf 6I1M131 WT0A1A4?T_rLrLrLLrLrLTLn華僑大學16D 仁 1;設(shè)定通道初始化 第 3 個下降沿_n op_();_n op_();_n op_();clk=0; /AD 轉(zhuǎn)化的初始化完成。for(i 仁 0;i18;i1+)/得到一個正常排序的 8 位數(shù)據(jù)clk=1;_nop_();_no

30、p_();clk=0;_nop_();_nop_();data_f1=1; data_f1|=D0;cs4=1;a4=data_f1;/將第二個 AD 值存儲在 a2 中k 仁 abs(a4-a3);return k1;5.3 步進電機驅(qū)動程序步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講：當步進驅(qū) 動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度 (及步進角)。您可以通過控制脈沖個來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機 28BYJ48 型四相八拍電機，電壓為 DC5 DC12

31、V 當對步進電機施加一系 列連續(xù)不斷的控制脈沖時，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動。每一個脈沖信號對應(yīng)步進電 機的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度(一 個步距角)。當通電狀態(tài)的改變完成一個循環(huán)時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距。四相步進 電機可以在不同的通電方式下運行，常見的通電方式有單(單相繞組通電)四拍(A-B-C-D-A。)，雙(雙相繞組通電)四拍(AB-BC-CD-DA-AB-。)， 八拍(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。)部分程序代碼如下:華僑大學17void Ieft2(uchar Step3)uchar i;whiIe(Step3)for(i=0;i4;i+)P0

32、=taiya nnen gzhe ngi; delay1us(400);Step3-;六、電路調(diào)試6.1 追光系統(tǒng)調(diào)試首先是把兩個感光模塊分別固定在小車頭的左右兩端，在距離小車 1.5 米外的地方放置 100W 的白熾燈做光源。通過顯示經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后的光敏電阻的電壓來 判斷對光的強弱變化。當小車距離光源較遠時，讀數(shù)較大；靠近時，讀數(shù)減小。 小車是否是正對光源通過比較兩個感光模塊傳出來的數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)差不多相等 時，小車正對光源，當小車偏離光源越大時時，差值會增大。在剛開始測試時，因為讀數(shù)的錯誤，出現(xiàn)了讀出來的數(shù)據(jù)會有一個跳變，即 數(shù)據(jù)剛開始時會隨著光強的變亮而減小， 當減小到最小時會突然變大

33、，然后在依 次減小。而我們對于該種錯誤的讀法采用了給光敏電阻加上一個外罩，使得在一定距離內(nèi)不會出現(xiàn)跳變，且會隨著光強的增強而線性減小。 該種方法雖然能過尋 到光源，但在某些環(huán)境下會出現(xiàn)差錯。后來經(jīng)過仔細排查并請教他人。發(fā)現(xiàn)程序 中 A/D 讀數(shù)的方式錯誤，漏掉了其中一位。經(jīng)改正和測試，發(fā)現(xiàn)該種方法能夠 順利完成尋光。6.2 避障系統(tǒng)調(diào)試避障系統(tǒng)采用的超聲波避障。在剛開始時，我們采用的一個超聲波模塊配合 一個步進電機進行避障，即在小車前進過程中，通過擺動超聲波模塊及時檢測小 車的左右和前面是否有障礙物，如有障礙物時，小車進行避障。在開始測試時， 發(fā)現(xiàn)我們購買的是減速電機，速度不能滿足在前進過程中

34、左右搖擺并進行避障。經(jīng)改進，我們采用三個超聲波模塊組成的一個避障系統(tǒng)進行避障。分別裝在小車車頭的正前方和左右兩邊。當超聲波只檢測到左邊或者右邊有障礙物時，小車轉(zhuǎn) 向前進一個角度進行避障。當檢測到左中后、右中、左中右都有障礙物時，小車 先是進行后退轉(zhuǎn)向，然后是前進一段距離進行避障。該種方法需要在測試時，不 斷的進行調(diào)試轉(zhuǎn)向的角度，以達到順利避障的目的。華僑大學186.3 太陽能電池板充電系統(tǒng)調(diào)試充電系統(tǒng)采用兩塊太陽能電池板并聯(lián)（以提高輸出電流）的方式，再通過一個 升壓模塊給 8 節(jié)電池進行充電。采用一個發(fā)光二極管來顯示電池的充電狀態(tài)。 即： 當電池滿電時，由于發(fā)光二極管兩端電勢差較小，因而不足以

35、點亮發(fā)光二極管。 隨著干電池電能的不斷耗散發(fā)光二極管兩端的電勢差加大，從而使其發(fā)光。因而我們可以通過觀測發(fā)光二極管的亮滅來顯示蓄電池的充電狀態(tài)。此外由于發(fā)光二極管的單項導通作用：一方面、其正向?qū)▔航岛苄。涣硪环矫?、其反相擊穿?壓很大，且其反相導通電阻非常大，因而又可以防止，蓄電池滿電時給太陽能電 池板反相充電。6.4 整體電路調(diào)試整體電路的調(diào)試是最繁瑣的，也是最重要的。它需要不斷的進行測試，不斷 的進行電路和程序的改進。在尋光和避障兩個功能整合在一起時，就需要對小車 進行合理的控制，經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)在小車進行避障的同時， 關(guān)閉尋光模塊，在結(jié)束 避障的那一刻又要開啟開啟避障程序。一種能夠良好解決

36、避障和尋光都能實現(xiàn)的 一種方案。在小車進行避障是，同時也要使太陽能板正對光源， 在進行這一步調(diào) 試時，可以使用進行多次對光，但又不能把所有的時間都去對光， 這里就可以采 用中斷的方式，在小車進行避障延時時，不斷的讓太陽能板去對光。整體電路的 調(diào)試是一個核心環(huán)節(jié)，需要我們細致耐心的不斷調(diào)試。這樣才能的得到理想的效 果七、總結(jié)經(jīng)過一個月的辛勤勞作，我們團隊沒能完全完成設(shè)計要求。但也使我們受益 頗多，不僅鞏固了我們的所學知識，讓我們對單片機有了深層次的了解， 并且讓 我們學到了跟多新的知識。例如超聲波的使用、步進電機的驅(qū)動。光敏器件的光 敏特性等知識，這些無一不是寶貴的財富。在整個設(shè)計過程中我們遇到

37、了許許多 多的挫折和困難，例如在剛開始的選材上，我們就走了不少的彎路。由于初次接 觸步進電機，了解甚少，購買到減速步進電機，使得我們不得不放棄原有的設(shè)計 方案，在重新選擇新的方案。在避障模塊中更是選擇了比較難控制的超聲波，這不僅使得設(shè)計的難度加大了，編程難度也加大了。當我們好不容易把每個模塊都 分別制作出來并能控制時，難題又一次的出現(xiàn)了，要想把每個模塊整合起來并不 一件容易的事情，在整合出來后要對整個系統(tǒng)進行控制更是困難重重， 光是在避 障方面就花去了我們大部分時間，同時在尋光方面，由于光強的不確定性，必須 經(jīng)過一次次的調(diào)試才能使小車和太陽能板正對光源。 這一個又一個的難題不斷的 出現(xiàn)在我們面

38、前，但我們并沒有選擇放棄，而是不斷的進行著嘗試，不斷的改變， 終于在我們團隊堅持不懈的女里下完成了這次設(shè)計。因為這次設(shè)計出的作品并不是很完善，我們?nèi)詫⒗^續(xù)努力，爭取把小車的個方面內(nèi)容都加以完善并增加上新 的內(nèi)容。通過這此設(shè)計讓我們知道了實踐同理論聯(lián)系的重要性， 我們應(yīng)該抓住機華僑大學19會多參加此類的競賽，這不僅能過豐富你的動手能力，還能學到很多書本上學不 到的東西。總程序：#in clude#in clude#include#in clude#defi ne uint un sig ned int#defi ne uchar un sig ned char /停車 #defi ne stop

39、(); IN31=0; IN32=0; IN33=0; IN34=0;/后退#defi ne back(); IN31=0; IN32=1; IN33=0; IN34=1;/前進#defi ne go(); IN31=1; IN32=0; IN33=1; IN34=0;/右輪前進實現(xiàn)左轉(zhuǎn)#defi ne left_g(); IN31=0; IN32=0; IN33=1; IN34=0;左輪前進實現(xiàn)右轉(zhuǎn)#defi ne right_g(); IN31=1; IN32=0; IN33=0; IN34=0;左輪后退實現(xiàn)左轉(zhuǎn)#defi ne left_b(); IN31=0; IN32=1; IN33

40、=0; IN34=0;/右輪后退實現(xiàn)右轉(zhuǎn) #defi ne right_b(); IN31=0; IN32=0; IN33=0; IN34=1;步進電機 2 輸入端 IN1，控制太陽能電池板步進電機 2 輸入端 IN2步進電機 2 輸入端 IN3步進電機 2 輸入端 IN4/車頭 AD1 片選/車頭 AD2 片選/太陽能電池面板 AD1 片選/太陽能電池面板 AD1 片選sfr T2MOD=Oxc9;sbit IN21= P0A4;sbit IN22= P0A5;sbit IN23= P0A6;sbit IN24= P0A7;sbit cs1= P1A0;sbit cs2= P1A1;sbit

41、 cs3= P1A2;sbit cs4= P1A3;sbit D0= P1A4;sbit D1= P1A4;sbit clk= PIA5;sbit IN31= P2A0;sbit IN32= P2A1;sbit IN33= P2A2;sbit IN34= P2A3;sbit leftTX=卩2人4;sbit MiddleTX=卩2/檢驗碼/電壓值/ AD 時鐘/直流電機輸入端IN1/直流電機輸入端IN2/直流電機輸入端IN3/直流電機輸入端IN4/左超聲波發(fā)射端/右超聲波發(fā)射端華僑大學20sbit rightTX= P2A6;中間超聲波發(fā)射端sbit RX=P3A2;/超聲波接收端口（外部中斷

42、0）sbit leftCo ntrol=P3A4;II左側(cè)超聲波允許接收控制端sbit MiddleCo ntrol=P3A5;中間超聲波允許接收控制端sbit rightCo ntrol=P3A6;/右側(cè)超聲波允許接收控制端char code taiya nnen gzhe ng=0 x10,0 x20,0 x40,0 x80; /太陽能電池板正轉(zhuǎn)碼char code taiya nnengfan =0 x80,0 x40,0 x20,0 x10;/ 太陽能電池板反轉(zhuǎn)碼uchar ch=0 x03; / 設(shè)置 AD0832 通道uchar TX,a1,a2,a3,a4; 用于寄存 4 個 A

43、D 轉(zhuǎn)化值，a1,a2 為車頭兩個 AD 值,a3,a4 為太陽能充 電板兩個 AD 值uchar number 仁 0;/用于計數(shù) 500ms，太陽能板對光一次uchar detector_busy = 0;/超聲波正在檢測標志位uchar barrier_flag = 0;/低三位用于表示是否有障礙物；第三位表示左側(cè)探測器探測結(jié)果，第二位表示中間探測器探測結(jié)果，最低位表示右側(cè)探測器探測結(jié)果；1-有，0-無uchar detector = 4;/4-左側(cè)探測器，2-中間探測器，1-右側(cè)探測器uchar detector_i nv = 0 xFB;/4-左側(cè)探測器，2-中間探測器，1-右側(cè)探測

44、器uchar Obstacle_detectio n=1; 檢測障礙物標志位，為1 時，允許檢測障礙uchar Obstacle_delay=0;/計時器 3 蔽障過程前進時間記錄uchar Obstacle_control=0;/計時器 3 蔽障控制計時開始，結(jié)束uchar allow_follow=1;為 1 時，允許計時追光uchar followstep=15; / 為 20 時追光uchar follow=1;/為 1 時，允許小車追光uchar time_0_count=1; /為 0 時為超聲波 1ms 計時，為 1 時為超聲波 50ms 定時檢測計時void delay1us(

45、 uint t) while(t-);void delay1ms( uint z) uchary;while(z-)for(y=0;y120;y+);uchar data_f,i,data_f1,i1,k;*延時子函 1us*延時子函 1ms*/*uchar AD0832_1(頭AD讀*）/車頭感光模塊華僑大學21I*讀取車頭第一個AD *ID1=1;cs1=1;cs2=1;cs3=1;cs4=1;_nop_();_nop_();_nop_();cs1=0;D1=1;clk=1;_nop_();_nop_();_nop_();clk=0;_nop_();_nop_();_nop_();clk=

46、1;D1=1;_nop_();_nop_();_nop_();clk=0;_nop_();_nop_();_nop_();clk=1;D1=1;_nop_();_nop_();_nop_();clk=0;芯片使能之前的初始化。第一個下降沿/確定通道模式、第2 個下降沿/設(shè)定通道初始化II設(shè)定通道初始化第 3 個下降沿for(i=0;i8;i+)IIAD 轉(zhuǎn)化的初始化完成。得到一個正常排序的 8 位數(shù)據(jù)clk=1;_n op_();_n op_();clk=0;_n op_();_n op_();data_f=1;data_f|=D0;華僑大學22華僑大學23cs1=1;a 仁 data_f;

47、/將第一個 AD 值存儲在 al 中讀取車頭第 _二個AD */D1=1; cs1=1;cs2=1;cs3=1;cs4=1;_nop_();_nop_();_nop_();cs2=0;D1=1;/芯片使能之前的初始化。第一個下降沿clk=1;_nop_();_nop_();_nop_();clk=O; /確定通道模式、第 2 個下降沿_nop_();_nop_();_nop_();clk=1;D1=1;/設(shè)定通道初始化_nop_();_nop_();_nop_();clk=0;_nop_();_nop_();_nop_();clk=1;D1=1;/設(shè)定通道初始化第 3 個下降沿_nop_();

48、_nop_();_nop_();clk=0; /AD 轉(zhuǎn)化的初始化完成。for(i 仁 0;i18;i1+)得到一個正常排序的8 位數(shù)據(jù)clk=1; _n op_(); _n op_();/*華僑大學24clk=O;_n op_();_n op_();data_f1=1;data_f1|=D0;cs2=1;a2=data_f1; /將第二個 AD 值存儲在 a2 中 k=abs(a1-a2);return k;/*太陽能充電板 AD 讀數(shù)*uchar AD0832_2(void )/太陽能充電板感光模塊uchar data_f,i,data_f1,i1,k1;D1=1;cs1=1;cs2=1;

49、cs3=1;cs4=1;_n op_();_n op_();_n op_();cs3=0;D1=1;/芯片使能之前的初始化。第一個下降沿clk=1;_n op_();_n op_();_n op_();clk=0; /確定通道模式、第 2 個下降沿_n op_();_n op_();_n op_();clk=1;D1=1;/設(shè)定通道初始化_n op_();_n op_();_n op_();clk=0;_n op_();_n op_();_n op_();clk=1;*讀取太陽能電池板第一個AD 值*/華僑大學25D1=1；/設(shè)定通道初始化第 3 個下降沿_n op_();_n op_();_

50、n op_();clk=O; /AD 轉(zhuǎn)化的初始化完成。for(i=0;i8;i+)得到一個正常排序的8 位數(shù)據(jù)clk=1;_nop_();_nop_();clk=0;_nop_(); data_f=1; data_f|=DO;cs3=1;a3=data_f; 將第一個 AD 值存儲在 a1 中D1=1; cs1=1;cs2=1;cs3=1;cs4=1;_n op_();_n op_();_n op_();cs4=0;D1=1;/芯片使能之前的初始化。第一個下降沿clk=1;_n op_();_n op_();_n op_();clk=0; /確定通道模式、第2 個下降沿_n op_();_n

51、 op_();_n op_();clk=1;D1=1;設(shè)定通道初始化_n op_();_n op_();_n op_();clk=0;_n op_();_n op_();*讀取太陽能電池板第二個AD 值*/華僑大學26_n op_();clk=1;D 仁 1;設(shè)定通道初始化第 3 個下降沿_n op_();_n op_();_n op_();clk=0; /AD 轉(zhuǎn)化的初始化完成。for(i 仁 0;i18;i1+)/得到一個正常排序的8 位數(shù)據(jù)clk=1;_nop_();_nop_();clk=0;_nop_();_nop_();data_f1=1;data_f1|=D0;cs4=1;a4=

52、data_f1;/將第二個 AD 值存儲在 a2 中k 仁 abs(a4-a3);return k1;/* 從左向右檢測，檢測 10cm 之內(nèi)的障礙物*/ voidbarrier_detect ion( void)uchar i;barrier_flag=0;detector=4;time_0_count=O;定時器 0 工作在 15cm 障礙物檢測while(detector)EX0 = 0;關(guān)外部中斷IE0 = 0;清除外部中斷 0 標志位TR0 = 0;關(guān)閉定時器 0TH0=0 xfc;TL0=0 x18;leftTX=1;MiddleTX=1;rightTX=1;switch(dete

53、ctor)華僑大學27case 4: leftCo ntrol=1;MiddleCo ntrol=0;rightCo ntrol=0;華僑大學28for(i=0;i16;i+) leftTX=!leftTX;break;左側(cè)超聲波發(fā)波case 2: leftControl=0;MiddleControl=1;rightControl=0;for(i=0;i16;i+)MiddleTX=!MiddleTX;break;中間超聲波發(fā)波case 1: leftC on trol=0;MiddleCo ntrol=0;rightCo ntrol=1;for(i=0;i=1;delay1ms(10);E

54、X0 = 0;/關(guān)閉外部中斷TR0 = 0;/關(guān)閉定時器 1TH0=0 x3c;TL0=0 xb0;time_0_count=1;/定時器 0 工作在定時 50ms 障礙物檢測TR0 = 1;/打開計數(shù)器 1,65MS 檢測障礙leftCo ntrol=0;MiddleCo ntrol=0;rightC on trol=0;*太陽能面板步進電機左轉(zhuǎn)n 度*/華僑大學29void Ieft2(uchar Step3)uchar i;whiIe(Step3) for(i=0;i4;i+)P0=taiya nnen gzhe ngi;delay1us(400);Step3-;/*太陽能面板步進電機右

55、轉(zhuǎn)void right2(uchar Step4)uchar i ;while(Step4) for(i=0;i190)&(a2190) left_g(); delay1ms(400); else while(k2)if(a1a2) right_g(); delaylms(IO); go();if (a12)if(k120) right2(8);else right2(2); if(a320) left2(8);elseleft2 (2);/* if(a3210&a4210) if(step=511)right2(8);if(step2)if(a3a4) if(step502)right2(8

56、);華僑大學31 if(k120) right2(8); elseright2(2); if(a320)left2(8);elseleft2 (2); */M、車避障程序*華僑大學32/標志值障礙物避障方案/barrier_flag=:0 x00無無/barrier_flag=:0 x04左側(cè)barrier_left()/barrier_flag=:0 x06偏左barrier_left_ce ntre()/barrier_flag=:0 x07正中barrier_centre_slope()/barrier_flag=:0 x02正中barrier_ce ntre()/barrier_fla

57、g=:0 x03偏右barrier_right_ce ntre()/barrier_flag=:0 x01右側(cè)barrier_right()/這里實現(xiàn)相應(yīng)的 6 個轉(zhuǎn)彎子函數(shù)void barrier_left()right_g();II轉(zhuǎn) 60 度 Obstacle,on trol=1;while(Obstacle_delay8);Obstacle_c on trol=0;Obstacle_delay=0;stop(); barrier_detect ion();if(barrier_flag=0) go();/ 前進 20cmObstacle_c on trol=1;while(Obstac

58、le_delay6);Obstacle_c on trol=0;Obstacle_delay=0; stop();barrier_detect ion();if(barrier_flag=0) left_g();/轉(zhuǎn) 60 度Obstacle_c on trol=1;while(Obstacle_delay12);Obstacle_c on trol=0;Obstacle_delay=0;stop();void barrier_right()/定時器 2 開始 600ms 延時計時/定時器 2 結(jié)束 600ms 延時計時/定時器 2 禁止延時計時置 0 供下次計時使用/檢測障礙物情況函數(shù)/定時

59、器 2 開始 300ms 延時計時/定時器 2 結(jié)束 300ms 延時計時/定時器 2 禁止延時計時/置 0 供下次計時使用/檢測障礙物情況函數(shù)/定時器 2 開始 950ms 延時計時/定時器 2 結(jié)束 950ms 延時計時/定時器 2 禁止延時計時/置 0 供下次計時使用華僑大學33華僑大學34left_g();/ 轉(zhuǎn) 60 度/定時器 2 開始 700ms 延時計時 /定時器 2 結(jié)束 700ms 延時計時 定時器 2禁止延時計時置 0 供下次計時使用stop();barrier_detect ion();if(barrier_flag=0)go();/檢測障礙物情況函數(shù)/前進 20cmO

60、bstacle_c on trol=1;while(Obstacle_delay6);Obstacle_c on trol=0;Obstacle_delay=0;stop();/定時器 2 開始 300ms 延時計時/定時器 2 結(jié)束 300ms 延時計時/定時器 2 禁止延時計時/置 0 供下次計時使用barrier_detectio n( );/檢測障礙物情況函數(shù)if(barrier_flag=0)right g();/ 轉(zhuǎn) 60 度Obstacle_c on trol=1;while(Obstacle_delay8);Obstacle_c on trol=0;Obstacle_delay