聲光尋跡小車報告

1、. . . . 摘要本設(shè)計采用STC89C52RC單片機作為智能小車的控制中心，主要包括光源檢測模塊、電機驅(qū)動模塊、時間距離顯示模塊、紅外線檢測模塊、電源裝置等。小車可以實現(xiàn)尋找光源、顯示小車的行駛時間和路程。尋光源裝置采用自制的光電傳感器，時間距離顯示模塊采用自制的反射紅外傳感器和LCD1602。電機驅(qū)動模塊采用L298N電機驅(qū)動芯片來控制直流電機，電源裝置采用單片機與電機單獨供電的方式，避免了電源的相互干擾。關(guān)鍵詞：單片機，智能小車，PWM脈寬調(diào)制，直流電機。設(shè)計任務(wù)與要求在半徑為5米的圓形，在任意地方放置一聲源，要求小車在最短時間自動走到聲源處。實現(xiàn)此功能的基礎(chǔ)上，在任意地方放置一光源，

2、要求小車在最短時間自動走到光源處。要求：圓形區(qū)域用黑線做標記，小車運動不能超出圓形圍。聲源用頻率為1KHz的正弦波信號。光源為50瓦的電燈泡。一.方案比較與論證：1.主控系統(tǒng)方案一：采用高性能的嵌入式系統(tǒng)，比如ARM可以很好地解決數(shù)據(jù)處理和控制功能，但是ARM價格昂貴且很少接觸，在短時間完成困難較大。方案二：采用STC89C52來實現(xiàn)。C51系列單片機接觸較多，且其能夠很好地提供我們所需的功能。 考慮到方案的可行性和性價比，我們采用STC89C52單片機。2.車體的設(shè)計方案一：自己制作一個車體。自制的車體總的來說是比較粗糙的，而且車體的機械強度不高，車身的重量和平衡都要有精確的測量。方案二：購

3、買車體模型?，F(xiàn)成的車體由于裝配緊湊，使得各種電路的安裝十分方便，且比較美觀。車體是依靠直流電機與相關(guān)齒輪一起驅(qū)動，能適應(yīng)題目中小車準確前進、后退、轉(zhuǎn)彎的要求，而且這種電動車一般都價格適中。鑒于以上分析，我們選擇了方案二。3電機驅(qū)動模塊方案一：通過晶體三極管等分立元件搭建H橋。優(yōu)點是價格便宜，結(jié)構(gòu)簡單，但由于晶體三極管的承載電流比較小，驅(qū)動能力受到限制，且穩(wěn)定性得不到保證。方案二：采用集成芯片。L298N款單片集成的高電壓、高電流、雙路全橋式電機驅(qū)動，設(shè)計用于連接標準TTL邏輯電平，驅(qū)動電感負載（諸如繼電器、線圈、DC和步進電機）。L298N供兩個使能輸入端，可以在不依賴于輸入信號的情況下，使能

4、或禁用L298N件。L298N輸出電壓高達46V，輸出電流為2A，具有過溫保護功能。其輸入端可以與單片機直接相聯(lián)，從而很方便地受單片機控制。當驅(qū)動小型直流電機時，可以直接控制兩路電機，并可以實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。 基于L298N優(yōu)點，我們選擇L298N電機控制芯片。4電機模塊方案一: 采用步進電機作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機。由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的定位，可以實現(xiàn)小車前進路程和位置的精確定位。雖然采用步進電機有諸多優(yōu)點，步進電機的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方

5、案。方案二：直流電機：直流電機的控制方法比較簡單，只需給電機的兩根控制線加上適當?shù)碾妷杭纯墒闺姍C轉(zhuǎn)動起來，電壓越高則電機轉(zhuǎn)速越高。對于直流電機的速度調(diào)節(jié)，可以采用改變電壓的方法，也可采用PWM調(diào)速方法。PWM調(diào)速就是使加在直流電機兩端的電壓為方波形式，通過改變方波的占空比實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)?；谝陨戏治?，我們選擇了方案二，使用直流電機作為電動車的驅(qū)動電機。5. 時間距離顯示模塊方案一：使用霍爾傳感器獲得脈沖信號。其機械結(jié)構(gòu)較為簡單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，就會不斷產(chǎn)生脈沖信號輸出，如果在圓周上粘多粒磁鋼，就可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周就獲得鎖個脈沖輸

6、出，測速精度比較高。但對于本設(shè)計，由于小車的車輪距離車體較近，不適合安裝霍爾傳感器。方案二：使用自制紅外線傳感器獲得脈沖信號。此時需要在小車車輪的側(cè)貼上黑白相隔的線條圓盤，當小車車輪旋轉(zhuǎn)時，紅外線傳感器就就會輸出相應(yīng)的脈沖，旋轉(zhuǎn)一周時，會產(chǎn)生多個脈沖，其測速精度也比較高。對于顯示部分，我們采用液晶顯示屏。因此我們采用方案二。系統(tǒng)框圖二系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)1.單片機最小系統(tǒng)STC89C52與外圍電路構(gòu)成的單片機最小系統(tǒng)。2.電機驅(qū)動模塊電機驅(qū)動模塊采用L298N來作為驅(qū)動芯片，L298N可以驅(qū)動兩個兩相電機，OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之間分別接兩個直流電機，在電機端接入了保護二極管，

7、是為了防止電機換向時電流過大燒壞電機。單片機的P1.6,P1.7分別接電機的使能端ENA,ENB；P1.2P1.5分別接IN1IN4用于控制兩電機的轉(zhuǎn)向。L298N有兩個電源輸入端，一個是VSS是芯片的工作電壓，另一個是VS是電機的工作電壓，VSS、單片機與其他模塊的電源和VS是獨立供電的，這樣可以避免電機工作時對控制電路部分的影響。在電源的輸入端接電容C1、C2、C3、C4來做電源的去耦（旁路）電容。下面是L298N的功能邏輯圖：1298N的邏輯功能ENA(B) INl(IN3) IN2(IN4) 電機運行情況 H H L 正轉(zhuǎn) H L H 反轉(zhuǎn) H 同IN2(IN4) 同INl(IN3)

8、快速停止 L X X 停止 3.液晶顯示屏采用LCD1602顯示小車行駛的時間和路程。電位器用于調(diào)節(jié)顯示屏的對比度。4.電源模塊采用兩片L7805穩(wěn)壓芯片產(chǎn)生兩個5V電壓，分別供給單片機與其他電路和電機電源，保證電機電源和其他電源是獨立的。5.光源檢測模塊方案一：在小車前面裝兩個光電二極管，一左一右。通過不同方向的光照使光敏二極管工作，從而對小車行駛方向進行控制，根據(jù)光敏二極管的特性，只有當光達到一定強度時才能夠?qū)?，?dǎo)通后光敏二極管將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，電信號經(jīng)電壓比較器將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送下單片機，經(jīng)判別I/O口的數(shù)字量，再控制小車。靈敏度還是可以的。 方案二：在小車前面裝上參數(shù)一致的光

9、敏二極管，光敏二極管將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，電信號經(jīng)電壓比較器將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送下單片機，單片機再對讀入的幾路數(shù)據(jù)進行存儲，比較，然后發(fā)出命令以外圍進行操作方案二硬件很復(fù)雜，但方案一靈敏度還不錯，故用方案一。硬件電路圖：光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的,其管芯是一個具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，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,它隨入射光強度的變化而變化。當光線照射PN結(jié)時，可以使PN結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向

10、電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強弱來改變電路中的電流。我們再經(jīng)過LM311電壓比較器電路處理后得到高低電平輸出，高低電平再加以軟件加以控制，從而達到要求。6.紅外線行走距離檢測模塊方案一：采用TCRT5000自制紅外反射式光電傳感器。TCRT5000的核心部分為紅外光電對管，紅外光波長比可見光波長長，受可見光影響小，紅外系統(tǒng)還具有尺寸小，質(zhì)量輕等優(yōu)點。這種方案簡單，價格便宜，靈敏度可調(diào)，抗干擾能力比較強，而且這個電路電池供電的壓降較小。 方案二：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接收。但光敏二極管受可見光的影響比較大，穩(wěn)定性差。不適宜用于尋跡。 考慮到可靠性，我們選擇方案一。 硬件

11、電路圖：TCRT5000是一個紅外發(fā)射管和一個紅外接收管。當發(fā)射管的戲外信號經(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形式體現(xiàn)出來。TCRT5000電阻的變化取決于接收管所接收的戲外信號強度，學表現(xiàn)在反射面的顏色和距離二方面。反射面的顏色我們用黑膠布線和地面做對比，接收的距離可以通過電位器調(diào)靈敏度。我們再經(jīng)過LM311電壓比較器電路處理后得到高低電平輸出，高低電平再加以軟件加以控制，從而達到要求。7.紅外線檢測模塊黑線就是圍區(qū)，小車檢測到黑線就停止行走，避免小車走出黑圈。原理，電路和紅外線行走距離檢測模塊是一樣的。但是放在車頭底下左右各一個，這樣更能保證小車不會走出黑圈

12、。8.避障模塊避障就是當小車走到光源處，為了防止小車撞上光源，而設(shè)置的電路模塊讓小車差不多走到的時候自動停止。方案一：用光敏二極管，做一個和檢測光源的電路一樣的電路來檢測是否到過光源處。但是光敏二極管對光的感應(yīng)太靈敏了，不好調(diào)節(jié)電位器來確定所要設(shè)置的距離。方案二：用光敏電阻，用LM358做一個比較器電路，由于光敏電阻對光的感應(yīng)沒有那么靈敏，比較好調(diào)節(jié)要設(shè)置的距離。電路圖如下：光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料在一定光強度照射下，其阻值迅速減小的特性。我們再經(jīng)過LM358電壓比較器電路處理后得到高低電平輸出，高低電平再加以軟件加以控

13、制，從而達到要求。三.系統(tǒng)軟件設(shè)計1.程序流程圖：(1)主程序流程圖：(2)中斷程序流程圖：2.軟件程序：/*- 名稱：聲光尋跡小車 編寫：勤 日期：2010.8 修改：無 容：通過標準程序靜態(tài)顯示計時時間與行程;通過光電二極管與紅外二極管控制電機的PWM輸出改變尋跡小車的方向-*/#include<reg52.h> /包含頭文件，一般情況不需要改動，頭文件包含特殊功能寄存器的定義#include<stdio.h> /標準輸入輸出#include<intrins.h>/*/* 定義端口 */*/sbit P35 = P35; /行程計數(shù)輸入sbit STOP

14、 = P30;/光敏電阻sbit RS = P24;/1602控制字sbit RW = P25; sbit E = P26; sbit P10 = P10;/光電1sbit P11 = P11;/光電2sbit PWM1 = P12; /電機1PWM輸出sbit IN2 = P13;sbit PWM2 = P14;/電機2PWM輸出sbit IN4 = P15;sbit ENA = P16;/電機使能sbit ENB = P17;sbit RED1 = P33; /紅外1sbit RED2 = P34; /紅外2#define Data P0 /數(shù)據(jù)端口/*/* 全局變量 */*/char d

15、ata Time=" "char data journey=" " unsigned chart=0,tencnt=0,oldms=0,olds=0,count1=0,count2=0,PWM1_ON=0,PWM2_ON,CYCLE=50,road1=0;unsigned int s=0,min=0,count_new,count_old=1;/*/* 定時器0中斷 */*/void timer0() interrupt 1 TH0=(65535-1000)/256; TL0=(65535-1000)%256; cnt+; oldms=cnt; if (

16、RED1|RED2) /紅外信號判斷 PWM1_ON=0;PWM2_ON=0;ENA=0;ENB=0;TR0=0; else /光電信號判斷 if (P10&&P11) PWM1_ON=50;PWM2_ON=50; if (P10&&!P11) PWM1_ON=20;PWM2_ON=40; if (!P10&&P11) PWM1_ON=40;PWM2_ON=20;if (!P10&&!P11) PWM1_ON=20;PWM2_ON=40; if (count1=PWM1_ON) /電機1的PWM輸出 PWM1 = 0; count

17、1+; if (count1 = CYCLE) count1=1;if (PWM1_ON!=0) /如果左右時間是0 保持原來狀態(tài) PWM1 = 1; if (count2=PWM2_ON)/電機2的PWM輸出 PWM2 = 0; count2+; if (count2 = CYCLE) count2=1;if (PWM2_ON!=0) /如果左右時間是0 保持原來狀態(tài) PWM2 = 1; while (cnt=50)/50毫秒計時 tencnt+; cnt=0;if (P35!=count_old) /脈沖計數(shù) count_new+;count_old=P35; while (tencnt=

18、20)/20個50毫秒到,秒加1 s+; tencnt=0; olds=s; while (s=60) /60秒到,分加1 min+; s=0;/*/* 毫秒級延時 */*/void DelayMs(unsigned char denyms) unsigned char j,newms;for(j=0;j<denyms;) while(newms!=oldms) newms=oldms;j+;/*/* 寫入命令函數(shù) */*/void WriteCommand(unsigned char c) DelayMs(3);/操作前短暫延時，保證信號穩(wěn)定 E=0; RS=0; RW=0; _nop

19、_(); E=1; Data=c; E=0;/*/* 寫入數(shù)據(jù)函數(shù) */*/void WriteData(unsigned char c) DelayMs(3); /操作前短暫延時，保證信號穩(wěn)定 E=0; RS=1; RW=0; _nop_(); E=1; Data=c; E=0; RS=0;/*/* 寫入字節(jié)函數(shù) */*/void ShowChar(unsigned char pos,unsigned char c) unsigned char p; if (pos>=0x10) p=pos+0xb0; /是第二行則命令代碼高4位為0xc else p=pos+0x80; /是第二行則

20、命令代碼高4位為0x8 WriteCommand (p);/寫命令 WriteData (c); /寫數(shù)據(jù)/*/* 寫入字符串函數(shù) */*/void ShowString (unsigned char line,char *ptr) unsigned char l,i; l=line<<4; for(i=0;i<16;i+) ShowChar(l+,*(ptr+i);/循環(huán)顯示16個字符/*/* 初始化函數(shù) */*/void InitLcd() DelayMs(5); WriteCommand(0x38); /display mode WriteCommand(0x38);

21、/display mode WriteCommand(0x38); /display mode WriteCommand(0x06); /顯示光標移動位置 WriteCommand(0x0c); /顯示開與光標設(shè)置 WriteCommand(0x01); /顯示清屏/*/* 主函數(shù) */*/void main(void)unsigned char news=1;ENA=1; /電機使能置1ENB=1;IN4=0; /PWM一端置0IN2=0;STOP=0;/光敏電阻置0TMOD=0x01; /定時器初始化TH0=(65535-1000)/256;TL0=(65535-1000)%256;EA=

22、1;ET0=1;TR0=1;InitLcd(); /初始化LCDDelayMs(5); /延時保證信號穩(wěn)定while(1) while(news!=olds) sprintf(Time,"time: %d:%d ",min,s); /打印輸出時間信息ShowString(0,Time);sprintf(journey,"road: %d cm ",2*count_new); /打印輸出行程信息ShowString(1,journey);news=olds;if(STOP) /光敏二極管停止單片機運行TR0=0;PWM1=0;PWM2=0;else TR0=1; 四. 光源尋跡小車元件清單元件名稱數(shù)量元件名稱數(shù)