自動(dòng)循跡小車 課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 南京工程學(xué)院 工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與訓(xùn)練中心 本科課程設(shè)計(jì)說明書（論文）題 目： 自動(dòng)循跡小車 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起迄日期： 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 工程中心 B208 目錄 摘要：3Abstract4一、系統(tǒng)方案51、課設(shè)要求：51.1、完成基本設(shè)計(jì)功能 ：51.2、發(fā)揮部分52、總體設(shè)計(jì)53、模塊方案比較與論證63.1、電源模塊：63.2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊:63.3、傳感器模塊：73.4、顯示模塊:83.5、測(cè)速模塊8二、循跡小車硬件設(shè)計(jì)91、機(jī)械設(shè)計(jì)92、小車各模塊分布93、小車傳感器位置排布9三、循跡小車軟件設(shè)計(jì)91、循跡小車主函數(shù)流程圖102、計(jì)算路程模塊流程圖103、

2、循跡模塊流程圖12四、 程序13五、開發(fā)總結(jié)與心得131、總體方案論證和確立132、各分立模塊的制作調(diào)試133、總車的裝配調(diào)試134、總結(jié)與展望14六、參考文獻(xiàn)14課程設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要摘要：硬件設(shè)計(jì)：自動(dòng)循跡小車控制器采用STC89C52單片機(jī)，采用LCD1602液晶顯示屏顯示當(dāng)前小車速度和里程等數(shù)據(jù)；電機(jī)正反轉(zhuǎn)采用L298N集成電路模塊來驅(qū)動(dòng)，也可以直接采用三極管組成橋式驅(qū)動(dòng)電路來控制。里程檢測(cè)傳感器采用霍爾傳感器或光電發(fā)射接收對(duì)管。跑道標(biāo)志線采用光電發(fā)射接收對(duì)管檢測(cè)并使用軟件整形消抖措施，電源采用4節(jié)7號(hào)充電電池供電（在條件允許情況下單片機(jī)與電機(jī)可使用獨(dú)立穩(wěn)壓電源供電）。軟件設(shè)計(jì)

3、：主程序主要任務(wù)一方面掃描光電發(fā)射接收對(duì)管檢測(cè)到的信號(hào)，然后判斷小車轉(zhuǎn)向；另一方面主程序還需要完成速度里程顯示任務(wù)。采用外部中斷0來實(shí)現(xiàn)小車速度檢測(cè)，通過光電接收對(duì)管或霍爾傳感器檢測(cè)小車轉(zhuǎn)速，小車每轉(zhuǎn)動(dòng)一周將會(huì)使傳感器發(fā)出一中斷申請(qǐng)信號(hào)；采用外部中斷1來實(shí)現(xiàn)金屬塊檢測(cè)，傳感器選用接近開關(guān)，檢測(cè)到金屬后，接近開關(guān)將申請(qǐng)中斷。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 液晶顯示 橋式驅(qū)動(dòng)電路 主程序課程設(shè)計(jì)說明書（論文）英文摘要Title Automatic follow trace the car AbstractHardware design: automatic followed by single chip micr

4、ocomputer controller STC89C52 tracing the car, the LCD1602 LCD display the current vehicle speed and mileage etc data; Motor and reversing the L298N integrated circuit module to drive, also can use of transistor bridge type drive circuit to control. Mileage detection sensor with a hall sensors or ph

5、otoelectric launch to the reception. The runway mark line adopts photoelectric launch to the detection and use receive software plastic away shaking measures, power adopt section 4 7 recharging the battery power supply (in conditions allow cases microcontroller and motor can be use independent power

6、 supply voltage).The software design: the main program main task on one hand scanning to the test launch photoelectric receive the signal, and then judge the car turned to; On the other hand the main program also completed speed mileage display task. The external interruption 0 to achieve vehicle sp

7、eed detection, through the photoelectric tube or to receive hall-effect sensor detection car speed, the car every week will turn out a break for sensor signal; The external interruption to realize the metal piece of detection 1, sensor choose close to switch, detect metal, close to the switch will r

8、equest a break.Keywords Single-chip microcomputer Liquid crystal display Bridge type driving circuit The main program 一、系統(tǒng)方案1、課設(shè)要求：1.1、完成基本設(shè)計(jì)功能 ： 1）、車輛從起跑線出發(fā)開始計(jì)時(shí)（出發(fā)前，車體不得超出起跑線），能到達(dá)終點(diǎn)線并且停止在終點(diǎn)線。全程行駛時(shí)間應(yīng)力求最短（從合上小車電源開關(guān)開始計(jì)時(shí)）。 2）、到達(dá)終點(diǎn)線小車停止后，停車位置離終點(diǎn)線偏差應(yīng)最?。ㄒ孕≤囍行狞c(diǎn)與終點(diǎn)線之間距離作為偏差的測(cè)量值）。 3）、在行駛過程中小車檢測(cè)到加速線后開始加速并發(fā)出聲光

9、報(bào)警信號(hào)，檢測(cè)到減速線后開始減速并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。1.2、發(fā)揮部分 1）、從起跑線開始計(jì)時(shí)，自動(dòng)記錄、時(shí)時(shí)顯示全程行駛時(shí)間（記錄顯示裝置要求安裝在小車上），誤差盡可能小。 2）、從起跑線開始，自動(dòng)記錄、時(shí)時(shí)顯示行駛距離X3（記錄顯示裝置要求安裝在車上），誤差盡可能小。 3）、從起跑線開始，自動(dòng)記錄、顯示加速線1、減速線2離起跑線的距離X1,X2，誤差盡可能小。 4）、其它特色與創(chuàng)新。2、總體設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)要求就行分析，設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)模塊組成：1）、信息采集模塊：信息采集部分是光電檢測(cè)，光電檢測(cè)有尋跡檢測(cè)和測(cè)速檢測(cè)兩個(gè)部分。將檢測(cè)到的信號(hào)送給單片機(jī)處理，其核心部分是幾個(gè)光電傳感器。2)、控制處

10、理模塊：控制處理模塊是一一片stc89c52單片機(jī)為核心，單片機(jī)將從采集到的信息進(jìn)行判斷后，按照預(yù)定的算法處理，把處理的結(jié)果送交電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液晶顯示模塊，使之做出相應(yīng)的動(dòng)作。3)、執(zhí)行模塊：執(zhí)行模塊是由液晶顯示、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及電機(jī)、蜂鳴器三部分組成。液晶主要是將單片機(jī)處理的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，方便及時(shí)用戶了解系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)根據(jù)單片機(jī)的指令對(duì)兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行動(dòng)作，使之能夠根據(jù)需要作出相應(yīng)的加速、減速、轉(zhuǎn)彎、停車等的動(dòng)作，以達(dá)到預(yù)期的目的。蜂鳴器主要是根據(jù)要求在特定的位置作出出響應(yīng)來報(bào)告位置?？驁D如下： 3、模塊方案比較與論證3.1、電源模塊：方案一：將220V交流電進(jìn)行整流、濾波、穩(wěn)壓（采用780

11、5穩(wěn)壓管）使輸出值為5V。但是這種方案，需要很長(zhǎng)的電線，運(yùn)動(dòng)起來很不方便，而且危險(xiǎn)系數(shù)微高，但是輸出比較穩(wěn)定。方案二：采用12V蓄電池為直流電機(jī)供電，用7805將12V電壓降壓、穩(wěn)壓后得單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)壓的電壓輸出性能。雖然蓄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，并且蓄電池的價(jià)格比較低。經(jīng)過比較我們采用了方案二。3.2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊:方案一：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

12、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。方案二：H橋。對(duì)于直流電機(jī)用分立元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路由分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。綜上所述，根據(jù)條件限制，我們選擇方案二原理圖：實(shí)物圖：3.3、傳感器模塊：方案一：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。方案二：用RPR220型光電對(duì)管，RPR220是一種一體化反射型光電探測(cè)器

13、，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接受器是一個(gè)高靈敏度，硅平面光電三極管。RPR220特點(diǎn)：（1）、塑料透鏡可以提高靈敏度 （2）、內(nèi)置可見光過濾器能減小離散光的影響 （3）、體積小，結(jié)構(gòu)緊湊當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光電對(duì)管調(diào)理電路簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定。綜上所述，我們選擇方案二 原理圖：實(shí)物圖：3.4、顯示模塊:方案一：LED數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示具有亮度高，色彩選擇多的優(yōu)點(diǎn)，但是數(shù)碼管占用I/O資源多，控制復(fù)雜，功耗較大，顯示信息量較少且單一。方案二：LCD1602液晶顯示液晶顯示驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，易于控制，功耗小，且顯示信息量大，可以直觀地觀測(cè)到小車的位置及速度信

14、息。綜合考慮，決定用1602液晶顯示作為本次設(shè)計(jì)的顯示模塊原理圖：實(shí)物圖：3.5、測(cè)速模塊4、 總電機(jī)原理圖原理圖接線圖 二、循跡小車硬件設(shè)計(jì)1、機(jī)械設(shè)計(jì)小車機(jī)械設(shè)計(jì)部分設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)要求：符合機(jī)械力學(xué)性能，能夠很好的完成個(gè)機(jī)械動(dòng)作；易于組裝拆卸以便于維護(hù)維修；方便擴(kuò)展布局，面向以后學(xué)習(xí)研究的擴(kuò)展開發(fā)；總體布局有一定的電氣隔離性能，盡量減少互相干擾；美觀大方。2、小車各模塊分布小車的總體布局應(yīng)以盡量減少互相干擾為原則，兼顧美觀整齊?；谶@兩點(diǎn)，通過調(diào)試，在小車底板下面只安放了兩個(gè)減速電機(jī)，防止電機(jī)磁對(duì)電氣信號(hào)的干擾。車頭部分放置傳感器模塊，這樣和別的電流通路基本隔離，有利于信號(hào)的穩(wěn)定。單片機(jī)置

15、于車的中央且用銅柱將其支起來，于電機(jī)、電源等干擾源遠(yuǎn)離，很好地保證單片機(jī)的穩(wěn)定可靠地運(yùn)行?？傮w布局圖如上所示。3、小車傳感器位置排布小車循跡的保證是傳感器反映回正確的信息，所以傳感器的合理排布是小車能夠圓滿完成任務(wù)的基本保證，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試和實(shí)驗(yàn)，得出的最佳傳感器分布圖如上圖中所示。車頭部分的三個(gè)傳感器主要用于循跡檢測(cè)，中間的傳感器主要用于直道姿態(tài)的調(diào)整。其兩側(cè)的另外兩個(gè)主要用于采集彎道信息。三、循跡小車軟件設(shè)計(jì)軟件編程是循跡小車的靈魂，小車精確地循跡基于合理的編程算法，為了便于調(diào)試結(jié)構(gòu)明朗，小車的軟件編程分為主函數(shù)、檢測(cè)循跡函數(shù)和控制函數(shù)。其中，主函數(shù)合理地分配調(diào)用各個(gè)模塊函數(shù)，主要負(fù)責(zé)各模

16、塊間的總體協(xié)調(diào)。循跡檢測(cè)函數(shù)負(fù)責(zé)穩(wěn)定地判定各種信息，將信息值返回，以便主函數(shù)或別的函數(shù)調(diào)用處理?？刂坪瘮?shù)主要負(fù)責(zé)小車的狀態(tài)控制，根據(jù)傳感器返回的信息準(zhǔn)確地判定小車所處的位置，并做出相應(yīng)的響應(yīng)。其中控制函數(shù)中包含了各種算法以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性。由于控制的數(shù)學(xué)模型不易建立。所有的函數(shù)算法均是經(jīng)過無數(shù)次的調(diào)試而一步步的寫出來的。在此處也不好給出具體的數(shù)學(xué)模型來闡述，函數(shù)的設(shè)計(jì)流程如下圖：開機(jī)1、循跡小車主函數(shù)流程圖主程序初始化中斷初始化終端出事LCD光標(biāo)在第一行第一個(gè)位置上調(diào)用顯示程序等待2、中斷流程圖外部中斷0入口 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)中斷返回X保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)定時(shí)器T1入口3、循跡模塊流程圖O

17、XFD直走OXFB左轉(zhuǎn)OXFE右轉(zhuǎn)OXF8檢測(cè)OXFF倒車XX=1X=2X=3X=4保持速度不變加速減速停車循跡循跡循跡計(jì)時(shí)計(jì)速度開始X>=0循跡不計(jì)時(shí)不計(jì)速X=0恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)中斷返回X左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)直走0XF30XF60XF5 4、 程序五、開發(fā)總結(jié)與心得在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我們按照總分總的總體思想來展開的，整個(gè)開發(fā)過程主要分為以下幾個(gè)階段進(jìn)行。1、總體方案論證和確立 在這一階段。我們主要任務(wù)是根據(jù)大賽要求對(duì)小車的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步的規(guī)劃設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化，對(duì)各部分資源做出分配。確定軟件的主要思路框架。這一階段上主要解決的問題有：1） 確定小組各成員的分工，各取所長(zhǎng)，分頭進(jìn)行前期資料的準(zhǔn)備2）

18、確定小車的開發(fā)流程，規(guī)劃小車的開發(fā)進(jìn)度；3） 將電氣部分劃分為了電源、驅(qū)動(dòng)、單片機(jī)和傳感器四大模塊，并確定各模塊的方案。4） 分配各模塊資源，確定各模塊的主要參數(shù)。2、各分立模塊的制作調(diào)試 在這一階段，我們的主要任務(wù)是，完成各個(gè)模塊的搭建，并調(diào)試使之達(dá)到預(yù)定的參數(shù)指標(biāo)。根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求我們確定的各部分模塊的參數(shù)，一一制作出各部分模塊，并對(duì)其進(jìn)行了調(diào)試確定其各方面性能均能達(dá)標(biāo)。單片機(jī)最小系同開始時(shí)因資源口分配的不當(dāng)，進(jìn)分析發(fā)現(xiàn)，會(huì)使以后的編程以及走線有很大的影響，于是根據(jù)實(shí)際要求重新設(shè)計(jì)了電路。傳感器設(shè)計(jì)中，我們根據(jù)資料重點(diǎn)選擇了RPR220，經(jīng)實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)，效果不錯(cuò)，所以選用了這個(gè)型號(hào)的產(chǎn)品。由于空間的限制，我們也采用RPR220光電對(duì)管。3、總車的裝配調(diào)試 在這個(gè)階段，我們的主要任務(wù)是務(wù)必使車完全達(dá)到課程設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)。使各個(gè)模塊之間協(xié)調(diào)可靠，互不影響，按預(yù)計(jì)完成任務(wù)。4、總