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文檔簡介

2015年湖北省職業(yè)技能大賽智能循跡壁障小車2015年11月21日摘要:隨著現(xiàn)代化的不斷開展,自動化越來越普及,對傳感器的應(yīng)用越來越多,要求精度越來越搞高,本設(shè)計(jì)面向機(jī)械自動化開展,采用了STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制核心,利用紅外對管傳感器檢測黑線到達(dá)循跡,超聲波檢測障礙物避開障礙物的目的,以及自動停車,自動尋跡,整體系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單,可靠性能高。采用技術(shù)主要有:STC12C5A60S2單片機(jī)應(yīng)用;L298電機(jī)驅(qū)動及PWN電機(jī)調(diào)速;傳感器的有效應(yīng)用;程序算法的應(yīng)用;關(guān)鍵字:STC12C5A60S2紅外對管循跡L298NPWM調(diào)速18B201、系統(tǒng)方案的選擇1.1智能循跡小車的主控芯片的選擇方案一:采用ST公司的STC12C5A60S2單片機(jī)作為智能小車的主控芯片,STC12C5A60S2是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,工作電壓為5V,32個(gè)I/O口,具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。該芯片價(jià)格廉價(jià),應(yīng)用廣泛,操作簡單,硬件與軟件設(shè)計(jì)相對簡單。大學(xué)生廣泛用于單片機(jī)學(xué)習(xí)與創(chuàng)作。資源足夠用于智能小車的設(shè)計(jì)。因此,本設(shè)計(jì)選擇了此芯片。方案二:采用德州儀器公司生產(chǎn)的F系列單片機(jī)MSP430F1611作為智能小車的主控芯片,MSP430F1611是一款超低功耗單片機(jī),工作電壓范圍為1.8V-3.6V,48位I/O口線,16-BitRISC架構(gòu),但相應(yīng)硬件復(fù)雜,軟件編寫相對難度大,而且價(jià)格昂貴,用于智能小車資源過剩,造成浪費(fèi)。經(jīng)過討論,我們放棄了此方案。1.2智能循跡小車電源模塊的選擇方案一:直接用直流電源供電。采用LM7812和LM7805穩(wěn)壓后產(chǎn)生12V和5V的直流電壓,供應(yīng)系統(tǒng)各個(gè)模塊用。雖然直接用直流電源供電,功率大,但由于有電源供電線的限制,這樣就會對小車的行動造成諸多不便,為了能使小車能夠簡便地行駛,只能放棄這一方案。方案二:采用容量為9000mA的充電電池供電,充電電池質(zhì)量輕,容量大,能為小車較長時(shí)間地供電,更重要的是它體積小安裝方便,因此,本設(shè)計(jì)選擇了這一方案。1.3智能循跡小車電機(jī)驅(qū)動電路的選擇方案一:采用分立元件制作而成的H橋驅(qū)動電路作為電機(jī)的驅(qū)動電路。由分立元件制作的H橋驅(qū)動電路雖然可以驅(qū)動電機(jī),本錢也低廉,但是由于各個(gè)元件的參數(shù)不一樣,穩(wěn)定性難以保證,因此本設(shè)計(jì)放棄了這一方案。方案二:采用專門的電機(jī)驅(qū)動芯片L298N驅(qū)動電機(jī),性能穩(wěn)定,經(jīng)過不斷試驗(yàn),L298N能夠很穩(wěn)定地驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動,也易于控制,所以,本設(shè)計(jì)采用了這一方案。1.4智能小車循跡模塊的選擇方案一:采用紅外對管進(jìn)行黑線檢測。紅外對管的工作原理是:由紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線,紅外線遇到黑線后反射回來,再被紅外接收管接收,再經(jīng)過電壓比擬器輸出上下電平給單片機(jī)識別。該方案受外界影響小,使用簡單。方案二:采用交流調(diào)制紅外避障電路。其工作原理是,使音頻鎖相環(huán)芯片LM567發(fā)出調(diào)制脈沖驅(qū)動紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線,然后再給紅外接收管接收信號,再經(jīng)過信號放大,輸入到音頻鎖相環(huán)芯片LM567,如果LM567接收到的信號的頻率和它本身產(chǎn)生的頻率相同,那么LM567輸出一個(gè)低電平,否那么,輸出高電平。然后再給單片機(jī)識別。但是,示波器檢測一直有低電平跳變,電路在受到外界紅外線的干擾。因此,這一方案不可靠。綜上考慮,根據(jù)小車的需要,本設(shè)計(jì)選擇了紅外對管進(jìn)行黑線檢測。1.5溫度測量模塊該方案采用溫度傳感器DH11AS18B20測量溫度,DS18B20是Dallas公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器,具有體積小、可靠性強(qiáng),適用電壓寬、經(jīng)濟(jì)靈活的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)選擇了18B20進(jìn)行測量溫度。1.6超聲波測距模塊該方案采用超聲波傳感器HC-SR04測量距離,該傳感器具有體積小、可靠性強(qiáng),適用電壓寬、經(jīng)濟(jì)靈活的特點(diǎn)。最終方案的選擇:經(jīng)過反復(fù)的比擬論證,本設(shè)計(jì)最終確定了以下方案:采用AT89S52作為主控芯片。采用L298N作為電機(jī)驅(qū)動模塊的主芯片。采用紅外對管制作黑線檢測模塊。采用容量為9000mA的充電電池作為小車的供電電源。采用溫度傳感器DH11AS18B2測量溫度采用超聲波模塊HC-SR04測障礙物2硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1主控芯片AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)板電路2.2電機(jī)驅(qū)動模塊電路電機(jī)驅(qū)動模塊采用專用驅(qū)動芯片L298N作為電機(jī)的驅(qū)動芯片。L298N是一種具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片,它的響應(yīng)頻率高,一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流減速電機(jī),而且還帶有控制使能端,用它作為驅(qū)動芯片,操作方便,穩(wěn)定,性能優(yōu)良。L298N的5、7引腳為一個(gè)電機(jī)的控制信號輸入端,10、12引腳為另一個(gè)電機(jī)的控制信號輸入端,2、3引腳為一個(gè)電機(jī)的控制信號輸出端,13、14引腳為另一個(gè)電機(jī)的控制信號輸出端,通過單片機(jī)對L298N的輸入端進(jìn)行指令控制,就能實(shí)現(xiàn)直流減速電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn),從而控制小車前進(jìn)和后退。電機(jī)驅(qū)動電路原理圖表1。電機(jī)驅(qū)動電路原理圖2.3紅外對管制作黑線檢測模塊電路采用紅外對管制作循跡電路,當(dāng)檢測到黑線時(shí),紅外接受管導(dǎo)通,否那么紅外對管截止,通過比擬器LM393電壓比擬,把電平狀態(tài)送給單片機(jī)進(jìn)而單片機(jī)處理。原理圖附表1。紅外對管電路2.4溫度傳感模塊設(shè)計(jì)DS18B20是Dallas公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器,具有體積小、適用電壓寬、經(jīng)濟(jì)靈活的特點(diǎn)。它內(nèi)部使用了onboard專利技術(shù),全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在一個(gè)形如三極管的集成電路內(nèi)。DS18B20有電源線、地線及數(shù)據(jù)線3根引腳線,工作電壓范圍為3~5.5V,支持單總線接口。準(zhǔn)確的溫度測量是很多嵌入式系統(tǒng)中重要的一點(diǎn)。在Linux操作系統(tǒng)下使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20,不僅可以得到高精度的溫度測量值,而且硬件簡單可靠。DS18

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