小車實習(xí)報告

1、機電一體化技術(shù)綜合設(shè)計與實踐（設(shè)計及制作說明）項目名稱：循跡小車設(shè)計及制作 系 部：機電工程系專 業(yè)：機電一體化技術(shù)班 級：機電0811姓 名：黃鴻濤指導(dǎo)老師：何用輝、林章振、馬孝榮福 建 信 息 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院31 / 34文檔可自由編輯打印目 錄一、 系統(tǒng)設(shè)計與介紹 11、系統(tǒng)功能 12、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 13、循跡原理 14、避障原理 2二、 硬件設(shè)計及制作 2 1、電源模塊 2 1.1 電源模塊制作 2 2、驅(qū)動模塊 2 2.1 直流電動機及其控制介紹 3 2.2 驅(qū)動芯片L298N介紹 6 2.3 驅(qū)動電路設(shè)計 7 2.4 驅(qū)動模塊制作 8 3、循跡模塊 8 3.1 反射式光電傳

2、感器TCRT5000介紹 8 3.2 傳感器電路設(shè)計 9 3.3自動循跡模塊制作 9 4、避障模塊 10 4.1紅外傳感器介紹 10 4.2 傳感器電路設(shè)計 10 4.3避障模塊制作 12 5、控制系統(tǒng) 12 5.1 AT89S52介紹 12 5.2 時鐘電路與復(fù)位電路設(shè)計 135.3整體控制電路設(shè)計 14 5.4 控制模塊制作 15三、軟件設(shè)計 15 1、程序構(gòu)架及流程圖 15 2、主程序和初始化程序設(shè)計設(shè)計 16 3、延時程序設(shè)計 16 4、小車前進程序設(shè)計 17 5、右轉(zhuǎn)微調(diào) 17 6、左轉(zhuǎn)微調(diào) 17 7、左轉(zhuǎn)90度 18 8、循跡子程序 18 9、避障子程序 19四、系統(tǒng)調(diào)試 19 1

3、、硬件調(diào)試 19 1.1循跡模塊調(diào)試 19 1.2避障模塊調(diào)試 20 2、軟件調(diào)試 20五、實習(xí)小結(jié) 22六、參考文獻 24七、附錄 25附錄一：車體結(jié)構(gòu)設(shè)計三維CAD圖 25附錄二：電路原理圖 27附錄三：程序清單 28附錄四：車體實物圖 31一、 系統(tǒng)設(shè)計與介紹本循跡/避障小車系統(tǒng)主要采用了at89s52單片機芯片作為控制系統(tǒng)，以3個以反射式光電傳感器TCRT5000為信號采集元件的循跡模塊，以紅外傳感器為信號采集元件的避障模塊，以L298N的芯片處理減速直流電機的驅(qū)動模塊，以及4個電池組成的電源來提供系統(tǒng)及驅(qū)動模塊的電源。小車硬件系統(tǒng)示意圖如下： 1、系統(tǒng)功能基本功能：實現(xiàn)小車的前進后退

4、，左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)（按程序設(shè)定）。擴展功能：實現(xiàn)小車自動循跡功能，自動避障功能。2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計小車采用多層結(jié)構(gòu)，最下層為底盤，底盤是直接購買散裝零件來自己組裝，其完工后的形狀如右圖：3、循跡原理本智能小車通過紅外探測法實現(xiàn)循跡功能。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點。在小車行駛過程中裝在車上的紅外反射式光電傳感器的發(fā)射管不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時發(fā)生漫發(fā)射，反射光被傳感器的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則傳感器的接收管接收不到信號。本次實驗場地是黑底白線的網(wǎng)格場地。為實現(xiàn)循跡功能，在小車底盤上共裝有3個紅外反射式光電傳感器。其并列安裝位

5、置在下車的最前方。如圖：其中兩個傳感器用于尋直線走。兩傳感器的距離必須略大于路線寬度。當(dāng)小車偏離白色路線時，其中一個傳感器將能檢測到白線信號，把檢測信號發(fā)給單片機控制系統(tǒng)處理后，控制系統(tǒng)發(fā)出信號對下車軌跡予以糾正。當(dāng)小車遇上節(jié)點的時候，三個傳感器同時檢測到白線信號，把檢測信號發(fā)給單片機。單片機通過運算后，在執(zhí)行是否在當(dāng)前節(jié)點進行左轉(zhuǎn)或者是右轉(zhuǎn)。4、避障原理本智能小車通過紅外探測法實現(xiàn)避障功能。紅外發(fā)射傳感器發(fā)射信號后，當(dāng)小車前方?jīng)]有障礙的時候，紅外接收傳感器沒有接收到信號。小車?yán)^續(xù)前進。當(dāng)小車前方有障礙物的時候，紅外線有放射到紅外接收器上。檢測到信號后，通過單片機運算來控制小車接下去的路線。二

6、、硬件設(shè)計及制作 1.電源模塊 1.1電源模塊制作 電源模塊我們是采用4節(jié)1.5V干電池串聯(lián)使電壓達到6V。我們買了帶線的電池盒把4節(jié)電池裝入，引線接入驅(qū)動模塊。制作的電源模塊實物如右圖：2、驅(qū)動模塊驅(qū)動模塊主要包括直流電動機和電機驅(qū)動電路。2.1直流電動機及其控制介紹 簡介 直流電動機就是將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能的電機。直流電機的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。 根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型：1他勵直流電機2并勵直流電機3串勵直流電機4復(fù)勵直流電機。不同勵磁方式的直流電機有著不同的特性。一般情況直流電動機的主要勵磁方式是并勵式、串勵式和復(fù)勵式

7、，直流發(fā)電機的主要勵磁方式是他勵式、并勵式和和復(fù)勵式。特點一、調(diào)速性能好。所謂“調(diào)速性能”，是指電動機在一定負載的條件下，根據(jù)需要，人為地改變電動機的轉(zhuǎn)速。直流電動機可以在重負載條件下，實現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。 二、起動力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都用直流 電動機拖動構(gòu)造分為兩部分：定子與轉(zhuǎn)子。記住定子與轉(zhuǎn)子都是由那幾部分構(gòu)成的，注意：不要把換向極與換向器弄混淆了，記住他們兩個的作用。 定子包括：主磁極，機座，換向極，電刷裝置等。 轉(zhuǎn)子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，

8、軸和風(fēng)扇等。起動由于電機電樞回路電阻和電感都較小，而轉(zhuǎn)動體具有一定的機械慣性，因此當(dāng)電機接通電源后，起動的開始階段電樞轉(zhuǎn)速以及相應(yīng)的反電動勢很小，起動電流很大。最大可達額定電流的1520倍。這一電流會使電網(wǎng)受到擾動、機組受到機械沖擊、換向器發(fā)生火花。因此直接合閘起動只適用于功率不大于 4千瓦的電動機（起動電流為額定電流的68倍）。 為了限制起動電流，常在電樞回路內(nèi)串入專門設(shè)計的可變電阻,其原理接線見圖1。在起動過程中隨著轉(zhuǎn)速的不斷升高及時逐級將各分段電阻短接，使起動電流限制在某一允許值以內(nèi)。這種起動方法稱為串電阻起動，非常簡單，設(shè)備輕便，廣泛應(yīng)用于各種中小型直流電動機中。但由于起動過程中能量消

9、耗大，不適于經(jīng)常起動的電機和中、大型直流電動機。但對于某些特殊需要，例如城市電車雖經(jīng)常動，為了簡化設(shè)備，減輕重量和操作維修方便，通常采用串電阻起動方法。 對容量較大的直流電動機，通常采用降電壓起動。即由單獨的可調(diào)壓直流電源對電機電樞供電，控制電源電壓既可使電機平滑起動，又能實現(xiàn)調(diào)速。此種方法電源設(shè)備比較復(fù)雜?？刂圃碇绷麟妱訖C是通過PWM來實現(xiàn)控制調(diào)速的 。PWM的原理： PWM（Pulse Width Modulation）控制脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。 PWM控制技術(shù)在逆變電路中應(yīng)用最廣，應(yīng)用的逆變電路絕大部分是PWM型，PW

10、M控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路中的應(yīng)用，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。1.PWM控制的基本原理 (1)理論基礎(chǔ)： 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。 (2)面積等效原理： 分別將如圖1所示電壓脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（R-L電路）上，如圖a所示。其輸出電流I(t)對不同窄脈沖時的響應(yīng)波形如圖b所示。從波形可以看出，在I(t)的上升段，I(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄，各I(t)響應(yīng)波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)

11、I(t)也是周期性的。用傅里葉級數(shù)分解后將可看出，各i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。圖2 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波，正弦半波N等分，看成N個相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。 SPWM波形脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形。 圖3 用PWM波代替正弦半波要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。 PWM電流波： 電流型逆變電路進行PWM控制，得到的就是PWM電流波。 PWM波形可等效的各種波形： 直流斬波電

12、路：等效直流波形 SPWM波：等效正弦波形，還可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面積原理。2. PWM相關(guān)概念占空比：就是輸出的PWM中，高電平保持的時間 與 該PWM的時鐘周期的時間 之比如，一個PWM的頻率是1000Hz，那么它的時鐘周期就是1ms，就是1000us，如果高電平出現(xiàn)的時間是200us，那么低電平的時間肯定是800us，那么占空比就是200：1000，也就是說PWM的占空比就是1：5。分辨率也就是占空比最小能達到多少，如8位的PWM，理論的分辨率就是1：255(單斜率)， 16位的的PWM理論就是1：65535(單斜率

13、)。頻率就是這樣的，如16位的PWM，它的分辨率達到了1：65535，要達到這個分辨率，T/C就必須從0計數(shù)到65535才能達到，如果計數(shù)從0計到80之后又從0開始計到80.，那么它的分辨率最小就是1：80了，但是，它也快了，也就是說PWM的輸出頻率高了。雙斜率 / 單斜率假設(shè)一個PWM從0計數(shù)到80，之后又從0計數(shù)到80.   這個就是單斜率。假設(shè)一個PWM從0計數(shù)到80，之后是從80計數(shù)到0.   這個就是雙斜率?？梢?，雙斜率的計數(shù)時間多了一倍，所以輸出的PWM頻率就慢了一半，但是分辨率卻是1：(80+80) 1：160，就是提高了一倍。假設(shè)PWM是

14、單斜率，設(shè)定最高計數(shù)是80，我們再設(shè)定一個比較值是10，那么T/C從0計數(shù)到10時(這時計數(shù)器還是一直往上計數(shù)，直到計數(shù)到設(shè)定值80)，單片機就會根據(jù)你的設(shè)定，控制某個IO口在這個時候是輸出1還是輸出0還是端口取反，這樣，就是PWM的最基本的原理了。PWM調(diào)速原理在數(shù)控機床的直流伺服系統(tǒng)中,速度調(diào)節(jié)主要通過改變電樞電壓的大小來實現(xiàn).經(jīng)常采用晶閘管相控整流調(diào)速或大功率晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速兩種方法,后者簡稱PWM,常見于中小功率系統(tǒng),它采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù),其工作原理是:通過改變"接通脈沖"的寬度,使直流電機電樞上的電壓的"占空比"改變,從而改變電樞電壓的平均

15、值,控制電機的轉(zhuǎn)速.2.2 驅(qū)動芯片L298N介紹L298N是雙H橋直流電機驅(qū)動芯片。其實物和外部引腳如下圖：L298是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片的主要特點是:工作電壓高，最高工作電壓可達46V;輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器、線圈等感性負載；采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。L298的邏輯控制: L29

16、8的邏輯控制見如下表3.3。其中C、D分別為IN1、IN2或IN3、IN4；L為低電平，H為高電平，為不管是低電平還是高電平。L298對直流電機控制的邏輯真值表輸入輸出Ven=HC=H；D=L正轉(zhuǎn)C=L；D=H反轉(zhuǎn)C=D制動Ven=LC=；D=沒有輸出，電機不工作2.3 驅(qū)動電路設(shè)計以L298N為核心的電機驅(qū)動電路如圖：OUT1、OUT2和OUT3、OUT4分別接2個直流電動機。IN1、IN2、IN3、IN4從單片機輸入控制電平，通過改變P2.0P2.3口上的高低電平變化以控制小車前進方向，通過改變P2.0P2.3上高低電平的占空比以控制電機轉(zhuǎn)速即前面所提的PWM控制。ENA、ENB接控制使能

17、端，控制電機的停轉(zhuǎn)。電機轉(zhuǎn)動狀態(tài)編碼表如下：2.4 驅(qū)動模塊制作電機驅(qū)動電路直接購買已經(jīng)集成好的L298N電機驅(qū)動板，其實物圖如下： 電機驅(qū)動板上的OUT1、OUT2和OUT3、OUT分別于兩個直流電動機連接。至于電平電源、驅(qū)動電源及與單片機接口的連接將在完成各個模塊，最后的車體組裝時連接。3、循跡模塊尋線傳感器技術(shù)主要是利用黑白兩種顏色對光的反射程度不同，采用發(fā)光二極管和光電三極管組成反射式傳感器檢測黑色引線信息。本小車用反射式光電傳感器TCRT5000組成循跡模塊。3.1 反射式光電傳感器TCRT5000介紹TCRT5000實物和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如右圖：TCRT5000傳感器的工作原理與一般的紅

18、外傳感器一樣,一傳一感.TCRT5000具有一個紅外發(fā)射管和一個紅外接收管.當(dāng)發(fā)射管的紅外信號經(jīng)反射被接收管接收后,接收管的電阻會發(fā)生變化,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來,而經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換或LM324等電路整形后得到處理后的輸出結(jié)果.電阻的變化起取于接收管所接收的紅外信號強度,常表現(xiàn)在反射面的顏色和反射面接收管的距離兩二方面。3.2 傳感器電路設(shè)計傳感器電路原理圖如下：當(dāng)TCRT5000發(fā)射管的紅外信號經(jīng)反射被接收管接收后,接收管的電阻會發(fā)生變化,在電路上以電壓的變化形式體現(xiàn)出來,當(dāng)檢測到黑色時，輸出是高電平,檢測到白色時，輸出是低電平。本傳感器輸出信號沒過通過放大器LM324處理，而是

19、直接在電源與發(fā)射管之間、電源與接收管間，分別串接上一個電位器。通過調(diào)節(jié)電源與發(fā)射管間的電位器阻值實現(xiàn)紅外光強度的強度。通過調(diào)節(jié)電源與接收管間的電位器實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)整。3.3自動循跡模塊制作本智能小車直接采用以3個TCRT5000為核心的集成循跡模塊。其實物如右圖。待系統(tǒng)調(diào)試完畢后，再將此循跡模塊根據(jù)前面所講的車體機構(gòu)設(shè)計，安裝于底盤的合適位置。4、避障模塊 4.1紅外傳感器介紹紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件和轉(zhuǎn)換電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類。檢測元件按工作原理可分為熱敏檢測元件和光電檢測元件。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時溫度升高，電阻發(fā)生變化

20、，通過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。光電檢測元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成。紅外線傳感器測量時不與被測物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點。紅外線傳感器常用于無接觸溫度測量，氣體成分分析和無損探傷，在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。4.2傳感器電路設(shè)計 38k紅外避障電路采用左右兩個紅外傳感器。紅外傳感器，是目前使用比較普遍的一種避障傳感器，其處理電路如圖所示，通過調(diào)節(jié)R23、R24兩個電位器，可調(diào)節(jié)兩個紅外傳感器的檢測距離為1080cm，開關(guān)量輸出（TTL電平），簡單、可靠。我們采用這種電路，

21、能可靠地檢測左前方、右前方、前方的障礙情況，為成功避障提供了保證。電路如下圖所示，圖中P1.1那兒應(yīng)沒有節(jié)點。 1、38K調(diào)制和發(fā)射電路。使用一個定時器的快速PWM模式產(chǎn)生38K調(diào)制信號，通過剩余的四個施密特觸發(fā)器（有2個已經(jīng)用在光電編碼部分）緩沖，推動8050三極管和紅外發(fā)光管來發(fā)射已經(jīng)調(diào)制的紅外線。其中2個1N4148接單片機I/O腳，控制左右紅外發(fā)光管輪流發(fā)射。后面串接的可見光LED是為了方便用戶調(diào)試而設(shè)置的，讓用戶知道當(dāng)前是否在發(fā)射紅外線。通過調(diào)節(jié)PWM的占空比，調(diào)節(jié)紅外發(fā)光管的亮度，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)感知障礙物距離的功能。2、一體化接收部分。這部分很簡單，平時接受頭輸出高電平，檢測到反射回

22、來的紅外線后輸出低電平。3、發(fā)現(xiàn)障礙物指示部分。通過單片機接受到一體化接受頭的信號，判斷障礙物在哪邊，然后點亮2個LED，方便調(diào)試，這2個LED和發(fā)射部分的指示LED可以使用貼片LED做在主板上即可。4.3避障模塊制作 小車上是采用2塊由集成塊74HC00和紅外發(fā)送/接收頭，以及2個電位器等元器件集成的壁障模塊。實物如右圖。安裝在小車前方的左右兩邊以用來對小車前方是否有障礙物進行檢測。 實物圖 5、控制系統(tǒng)本智能小車采用單片機控制系統(tǒng)。單片機選用AT89S52。5.1 AT89S52介紹At89s52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用A

23、tmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)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。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。一般來說，MCS-51系列可分為51與52兩大類。52類可說是51類的增強，其最大的特點就是內(nèi)部儲存器容量更大，增加了一個定時器/計數(shù)器。若按芯片內(nèi)的ROM來分區(qū)，MCS-51系列可分為無ROM型（8031/8032）、Mask ROM型（8051/8052）、EPROM型（8751/8752）及EEPROM

24、型（89C51/89C52、89S51/89S52），如下表所示：51類52類型號80318051875189C5189S5180328052875289C5289S52類型無ROMMaskROMEPROMEEPROM無ROMMaskROMEPROMEEPROMROM內(nèi)部0KB外接64K內(nèi)部4KB外接最大64KB內(nèi)部0KB外接64K內(nèi)部8KB外接最大64KBRAM內(nèi)部128B外接最大64KB內(nèi)部256B外接最大64KB定時器/計數(shù)器2個16位定時器/計數(shù)器3個16位定時器/計數(shù)器中斷器56I/O4個8位輸入/輸出端口4個8位輸入/輸出端口5.2 時鐘電路與復(fù)位電路設(shè)計時鐘電路時鐘信號的產(chǎn)生有兩

25、種方式：內(nèi)部振蕩器方式和外部引入方式。 1.內(nèi)部振蕩器方式 采用內(nèi)部振蕩器方式時，如圖1所示。片內(nèi)的高增益反相放大器通過XTAL1、XTAL2外接作為反饋元件的片外晶片振蕩器（呈感性）與電容組成的并聯(lián)諧振回路構(gòu)成一個自激振蕩器，向內(nèi)部時鐘電路提供振蕩時鐘。振蕩器的頻率主要取決于晶體的振蕩頻率，一般可在1.2MHz12MHz之間任選。電容可在5pF30pF之間選擇，電容的大小對振蕩頻率有微小的影響，可起頻率微調(diào)的作用。 2外部引入方式 外部脈沖信號由XTAL2端引腳輸入，送至內(nèi)部時鐘電路。如圖2所示。 圖1 圖2 復(fù)位電路單片機在開機時或在工作中因干擾而使程序失控或在工作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài)

26、等情況下都需要復(fù)位。復(fù)位作用是使中央處理器CPU以及其他功能部件都恢復(fù)到一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機復(fù)位靠外部電路實現(xiàn)。其復(fù)位方式有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位。本單片機控制系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位，其電路圖如下：5.3 整體控制電路設(shè)計總控制系統(tǒng)是以單片機控制系統(tǒng)為中心與其他功能模塊的連接關(guān)系。其部分電路圖如下： 引腳40和20接電壓模塊穩(wěn)壓后的5V電源，端口P2.0P2.3接電機驅(qū)動板的IN1IN4，通過控制P2.0P2.3的高低電平，實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。端口P1.0P1.3分別接四個反射式光電傳感器的信號輸出端口OUT1_mcuOUT4_mcu，傳感器通過檢測黑白顏色信號變化引起信號輸出

27、端口的高低電平變化，端口通過P1.0P1.3讀取高低電平變化控制直流電機的方向與速度控制。5.4 控制模塊制作將單片機置于PCB板上合適位置，根據(jù)完整的循跡小車電路原理圖，正確連接單片機控制系統(tǒng)與其他功能模塊的連接。實際電路板如圖：三、軟件設(shè)計1、程序構(gòu)架及流程圖體統(tǒng)控制要求主要是讓小車能在黑白十字網(wǎng)格里，可以根據(jù)白線走直線和到節(jié)點時可以向左轉(zhuǎn)彎。根據(jù)小車的控制要求情況，我們采用主程序調(diào)用子程序，使其程序思路清晰易懂，容易修改。程序包含有程序初始化、主程序、子程序。其流程圖如右：2、主程序和初始化程序設(shè)計初始化程序主要是定義單片機采集傳感器信號和輸出脈沖控制電機的I/O口。主程序主要是處理傳感

28、器采集的信號，并根據(jù)不同的信號調(diào)用相應(yīng)的子程序去控制小車的運行。其程序如下：#include <reg52.h> sbit out1=P21; /控制左電機脈沖 sbit out2=P22; sbit out3=P23; /控制右電機脈沖 sbit out4=P24; sbit in1=P01; /接受右傳感器信號 sbit in2=P02; /接受中傳感器信號 sbit in3=P03; /接受左傳感器信號char zhuangtai; /標(biāo)志狀態(tài)循環(huán)main () /主函數(shù) while(1) /無限循環(huán) scanline(); /循跡走直線if(in1=1&&i

29、n2=1&&in3=1) /遇到節(jié)點向左轉(zhuǎn)彎 turn_l(); 3、延時程序設(shè)計根據(jù)控制要求，要調(diào)節(jié)小車的運行速度，通過PWM脈寬調(diào)節(jié)來控制電機的轉(zhuǎn)速。因此，要設(shè)計一個脈寬調(diào)節(jié)的延時程序void delay(int z);延時子程序如下：void delay(int z) /在12M下延時z毫秒 int x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-); 4、小車前進程序設(shè)計 小車走直線，經(jīng)過PWM脈寬調(diào)速的小車前進子程序如下：void comeon() /前進 out1=0;out3=0; out2=1;out4=1; delay(3

30、); out1=1;out3=1; delay(20);5、右轉(zhuǎn)微調(diào)小車走直線時，由于誤差兩邊的電機運行情況不一致，有時會向左跑偏，因此，要進行向右微調(diào)，使小車不偏離直線前進。子程序如下： void smright() /向右微調(diào) out1=0;out4=1; out2=1;out3=1; delay(3); out1=1; delay(20);6、左轉(zhuǎn)微調(diào)小車走直線時，由于誤差兩邊的電機運行情況不一致，有時會向右跑偏，因此，要進行向左微調(diào)，使小車不偏離直線前進。子程序如下： void smleft() /向左微調(diào)out1=1;out4=1; out2=1;out3=0;delay(3);ou

31、t3=1;delay(20);7、左轉(zhuǎn)90度 小車遇到節(jié)點時，進行90度轉(zhuǎn)彎的子程序如下：void turn_l() /向左轉(zhuǎn)90度out1=1;out3=0;out2=0;out4=1;delay(3);out2=1;out3=1;delay(20);8、循跡總程序 根據(jù)傳感器的信號，判斷小車的情況并做出相應(yīng)的控制。循跡總程序如下：void scanline() /循跡P2=P2|0XFF;delay(1);if(in1=1&&in3=0) smright();zhuangtai=0;else if(in3=1&&in1=0) smleft();zhuangt

32、ai=1;else if(in2=1) comeon();zhuangtai=2;else if(zhuangtai=0)smright();else if (zhuangtai=1)smleft(); else if(zhuangtai=2) comeon(); else;9、避障子程序void shunout()if(RIN1=0) comeback();stop();comeleft();comeon();else if (RIN2=0)comeback();stop();comeright();comeon();else四、系統(tǒng)調(diào)試 1、硬件調(diào)試在小車的硬件調(diào)試方面我們對循跡模塊和壁障

33、模塊進行了重點的調(diào)試。先編寫一個簡單的程序控制小車前進和轉(zhuǎn)彎，檢測小車能不能正常運行。程序如下：#include <reg52.h> sbit out1=P21; /控制左電機脈沖 sbit out2=P22; sbit out3=P23; /控制右電機脈沖 sbit out4=P24; main() out1=0; out2=1; out3=0; out4=1; while(1);將這個簡單的程序燒錄進單片機并上電，發(fā)現(xiàn)小車不能正常運行。根據(jù)小車的一下情況分析故障，單片機和電機驅(qū)動模塊的電源指示燈都有亮，所以起供電沒問題。因此，根據(jù)其單片機的I/O口是否插對進行檢查，發(fā)現(xiàn)故障在此

34、。解決故障后小車可以全速運行，接下來就進行脈寬調(diào)節(jié)調(diào)速運行。1.1循跡模塊的調(diào)試 我們首先調(diào)試的是紅外發(fā)射器發(fā)射出光線的強度。因為紅外對管發(fā)射的紅外線肉眼是看不到的，但是如果使用帶攝像頭的手機就可以看到紅外線了。因為紅外線可以使攝像頭感光。所以我們把循跡模塊接上電源置于黑暗中，將手機攝像頭對準(zhǔn)發(fā)射器調(diào)節(jié)電位器，直到使攝像頭看到的光強度最大。 然后我們就開始調(diào)試傳感器在檢測黑白兩種不同顏色的物體時的輸出電壓。我們先將模塊接入電源然后在模塊下方分別放了黑色和白色的物體，再用萬用表檢測當(dāng)放入不同顏色物體時輸出電壓的大小。經(jīng)過測量得到黑色物體時輸出高電平，白色物體時輸出低電平。1.2壁障模塊的調(diào)試 壁

35、障模塊也是有紅外線發(fā)射和接受來確定前方是否有障礙物。所以紅外發(fā)射器發(fā)射的光線的調(diào)試和循跡模塊是一樣的。 循跡模塊我們還對檢測的范圍進行了調(diào)試。將壁障模塊接入5V的電源，將障礙物放置于模塊前方的不同距離，根據(jù)指示LED燈的亮度進行調(diào)試。改變左右兩個電位器來調(diào)整發(fā)射頻率和發(fā)射功率，以調(diào)試檢測障礙物的距離。2、軟件調(diào)試單片機燒錄完整的程序后，將小車啟動置于黑底白線的方格場地上，運行時發(fā)現(xiàn)問題，到達指定的節(jié)點未能按程序指定的轉(zhuǎn)直角，而是繼續(xù)前行，并且速度過快。針對其問題由于小車速度過快，中間兩個傳感器同時檢測到白色信號的時間過短，未能及時送給單片機處理而繼續(xù)前進。因此，進行調(diào)整脈寬度，減小小車前行的速

36、度，能及時處理傳感器的信號，做出相應(yīng)控制。經(jīng)過多次程序和硬件調(diào)試，小車已能順利實現(xiàn)循跡和轉(zhuǎn)彎。同時要對小車進行整體調(diào)試，主要是對程序優(yōu)化，對程序中不足之處進行更進一步的調(diào)整。五、實習(xí)小結(jié)時光飛逝，轉(zhuǎn)眼間為期一個月的機電一體化綜合實訓(xùn)也接近了尾聲，我們這次的實習(xí)項目是制作智能循跡小車，在這短短的一個月里，讓我感受到了前所未有的充實感、滿足感、自豪感。因為我們終于制作出了首臺屬于我們的機器人，這對于他人來說并不算什么，可是對于我們來說卻意義重大，它是由我們大家齊心協(xié)力共同制作而成的。其間經(jīng)歷了多少困難，我們一起挺過去了；多少阻礙，我們一起掃清了。這次的實訓(xùn)不僅讓我們學(xué)到了機電一體化知識，同時讓我們

37、學(xué)到了團結(jié)的力量是偉大的，不論成功的道路有多么艱難、坎坷，我們都會勇往直前、團結(jié)一切可以團結(jié)的力量戰(zhàn)勝它們走向成功。是的，這筆財富無法用金錢衡量，人的一生往往都不是那般的風(fēng)平浪靜，困難與挫折時時都會降臨到你身上，阻礙你通往成功的道路，然而，我們相信這次的實訓(xùn)經(jīng)歷將會是我們的有力武器，讓我們不斷克服困難從而走向成功。剛一接觸實訓(xùn)內(nèi)容就讓我們充分了解到這次實訓(xùn)并非想象中的那么輕松簡單，這次制作的機器人小車需要從硬件方面、軟件方面以及整體結(jié)構(gòu)中下手，可以說是一項較為大的項目，因此大家的分工就必須明確，本次的實習(xí)我們以十人為一組，各自分配相應(yīng)的任務(wù)，如采購零件、組裝零件、編寫程序、調(diào)試硬件、調(diào)試軟件、

38、構(gòu)建三維圖等等。雖然擁有一個月時間，但是還是讓我們感覺到壓力的存在，畢竟任務(wù)這么艱巨，因此需要合理分工，團結(jié)大家的力量一起做好這次的循跡小車。然而在制作、調(diào)試過程中并不是一帆風(fēng)順的，我們同樣遇到了許多難題，但是大家始終抱著團結(jié)就是力量，堅持就是勝利的精神，充分發(fā)揮大家的長處，各施所長，緊密配合，不斷從失敗中吸取經(jīng)驗，仔細分析探討研究，從而有效的解決了問題并成功的完成了實習(xí)任務(wù)。是的，這次的實習(xí)對我們意義非常，它鍛煉了我們的團隊合作的意識，為我們今后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。當(dāng)采購小組人員從網(wǎng)上抑或電子類商店里購買齊小車零件后，通過采購期間安排好組員設(shè)計的硬件原理圖，結(jié)合主配件的說明，進行小車的硬

39、件安裝、電路板的焊接與各項元器件的檢測調(diào)試，同時對循跡小車畫出三維結(jié)構(gòu)圖。在組裝循跡小車中需要注意螺絲與焊接板切勿出現(xiàn)碰撞導(dǎo)致短路現(xiàn)象，因此需要合理的安排好組裝的位置，以免造成不必要的問題，在焊接電路板時，切勿粗心大意而導(dǎo)致電路板元件出現(xiàn)短路或斷路現(xiàn)象，因為如果出現(xiàn)短路或斷路時，容易導(dǎo)致元件燒壞而影響實習(xí)的進度。當(dāng)焊接完成之后，還需用萬用表對各元器件進行檢測，以免對后面的調(diào)試造成不必要的麻煩?？梢姡趯嵙?xí)過程中細心是非常重要的，倘若沒有細心對待任何事，那么即使在小的事情你都不能辦好，何談最后的成功呢。人的一生也是如此，在生活、工作中往往會遇上許多大大小小的事情，而如果每件事都粗心的對待，那么勢

40、必不能很好的把事情做好。只有細心對待每件事，才能做好每一件事，最終成功完成。因此，細心是成功的前提條件。當(dāng)硬件組裝好之后，我們就開始著手軟件編程工作，這項任務(wù)應(yīng)該是整個實習(xí)中的重中之重，起到非常關(guān)鍵的作用。因為如果程序沒有編程好，那么所做出來的也只是一堆死物罷了，無法達到真正的機電一體化自動控制要求。在編程過程中，由于涉及到不少新的知識，如避障程序如何編寫，這需要對此知識進行研討，從而編寫出合理有效的程序。而在編寫程序時，我們可以把大家聚集在一起，這樣不僅能夠更全面的編寫出有效程序，同時還能夠帶動對編程不怎么會的同學(xué)，讓他們從中學(xué)習(xí)如何編程，從而達到雙贏的效果。程序就好比機械設(shè)備的靈魂，如果沒

41、有它，那么機械設(shè)備就因無法操作而成為一堆死物，因此，在今后的工作中，學(xué)會如何編程也是非常重要的，而這次的實習(xí)卻為你打下良好的編程基礎(chǔ)，讓你能更好的操作設(shè)備從而真正的掌握他們。在此次實習(xí)中調(diào)試是花費時間最長的一個環(huán)節(jié)，也是本次實習(xí)遇到問題最多，用到知識最多的環(huán)節(jié)，而調(diào)試又分為硬件與軟件調(diào)試。它不僅培養(yǎng)了我們學(xué)習(xí)新知識的能力，而且還培養(yǎng)了我們的動手能力。對于硬件調(diào)試，通過對循跡模塊上電，編程調(diào)試紅外傳感器發(fā)現(xiàn)傳感器未能準(zhǔn)確檢測到黑白色信號，經(jīng)調(diào)試發(fā)現(xiàn)原來我們的紅外傳感器的安裝高度過低，還有輸出信號電壓不準(zhǔn)確，單片機端口不能準(zhǔn)確判斷高低電平。通過合理調(diào)整高度和電位器，從而實現(xiàn)準(zhǔn)確檢測信號。而避障模塊

42、的調(diào)試也是檢測障礙物的距離信號，從而多次調(diào)整電位器使其滿足避障要求。對于軟件調(diào)試，將程序燒錄到單片機中，通過對循跡小車上電讓其在黑白板上行走，然而程序不可能在一遍編寫之后就能很好的實現(xiàn)小車的按軌跡行走，期間或多或少的需要對程序進行不斷的修改調(diào)試，以滿足實習(xí)的要求。這就需要耐心的對待它，反反復(fù)復(fù)的做修改調(diào)試這確實會使人感到煩躁與不安，但是如果在這關(guān)鍵時刻出現(xiàn)問題，那么將會使事情功虧一簣，因此耐心就是軟件編程調(diào)試中必不可少的一部分。如果耐心的進行一遍又一遍的調(diào)試那么相信成功已經(jīng)離你不遠了。是的，人生也是如此，在做任何事情時，都會有疲倦、煩躁的心理，這極容易造成事情的功虧一簣，無法將事情做好。而耐心

43、就成了必不可少的成分了，相信它會成為你通往成功的好伙伴。因此，耐心是成功的必要條件。這次的實習(xí)即將結(jié)束了，我們?nèi)猿两谙矏偖?dāng)中，因為我們不負眾望成功的完成了這次的實習(xí)任務(wù)。在此期間我們過得非常的充實，同時感覺非常的滿足，更覺得非常的自豪。實習(xí)雖短卻意義非凡，它不僅教會了我們何為機電一體化及其相關(guān)知識，了解制作循跡小車的全過程，同時也教會了我們一些人生的道理，在人的一生中，不論你做任何事情都需要細心的去做，而在未完成之際切勿因為其他因素而功虧一簣，相反的需要耐心的將它完成直到成功為止，細心與耐心是取得成功必不可少的條件，這次的實習(xí)讓我們意識到了知識的綜合利用也是非常重要的，倘若問單個元器件的應(yīng)用也許大家都清楚，但是多方面的知識綜合在一起往往就會讓我們束手無策，這對于我們以后的就業(yè)或者繼續(xù)深造都是不利的，因此加強學(xué)科之間的聯(lián)系，能讓我們所學(xué)到的知識靈活運用。這次的實習(xí)更大的收獲是讓我們學(xué)會了如何充分發(fā)揮團隊的作用，揚長避短，我相信如果沒有大家的共同努力是不會如此快就完成這次的實習(xí)任務(wù)的，可見團隊的力量是多么的強大啊。它使實習(xí)的過程簡單化，讓我們的實習(xí)更加輕松，即便遇到了難題時，也能大家聚在一起共同討論出一個行之有效的辦法來解決。這為今后的工作與學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)，讓我們共同進步，從中取