智能小車設(shè)計(jì)報(bào)告

機(jī)器人控制技術(shù)機(jī)器人控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告書題目：基于STC89C52的智能小車的設(shè)計(jì)姓名：李如發(fā)學(xué)號(hào)：073321032專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)老師：李東京設(shè)計(jì)時(shí)間：2010年6月目錄TOC\o"1-3"\h\z1.引言11.1.設(shè)計(jì)意義11.2.系統(tǒng)功能要求11.3.本組成員所做的工作12.方案設(shè)計(jì)13.硬件設(shè)計(jì)14.軟件設(shè)計(jì)15.系統(tǒng)調(diào)試26.設(shè)計(jì)總結(jié)27.附錄A；源程序28.附錄B；作品實(shí)物圖片29.參考文獻(xiàn)2基于STC89C52的智能小車的設(shè)計(jì)引言設(shè)計(jì)意義本智能小車的設(shè)計(jì)，首先針對(duì)大學(xué)所有學(xué)習(xí)的知識(shí)是一個(gè)很好的回憶和總結(jié)。此智能小車是基于單片機(jī)所設(shè)計(jì)的，具有自動(dòng)尋跡能力，在實(shí)際的很多方面有應(yīng)用。當(dāng)我們進(jìn)一步的改良機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)更重要的功能，如可設(shè)計(jì)出自動(dòng)撲火機(jī)器人等。系統(tǒng)功能要求此智能小車是基于STC89C52設(shè)計(jì)的具有自動(dòng)尋跡能力的小車。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)本組成員所做的工作本組成員有李如發(fā)，汪航，黃建安，韓文龍，羅瑩，明菲菲，鄒珊，江銳，邵進(jìn)。李如發(fā)：驅(qū)動(dòng)073321032汪航：電源073522036黃建安：最小統(tǒng)073521013韓文龍：源程序073522007羅瑩：傳感器073522038明飛菲：調(diào)試073522012鄒芬：數(shù)碼顯示073521025邵琎：焊接073522017江銳：蜂鳴器073522032方案設(shè)計(jì)智能小車主要分為傳感器局部，最小系統(tǒng)局部，電機(jī)驅(qū)動(dòng)局部，電源局部。根據(jù)功能要求，提出合理的設(shè)計(jì)方案，畫出方案方框圖，并對(duì)系統(tǒng)工作原理進(jìn)行闡述。原理，本系統(tǒng)的重要局部是傳感器，它對(duì)整個(gè)小車的定位起到很重要的作用，由傳感器檢測(cè)黑線的位置，其中黑線對(duì)光能吸收，白線對(duì)光反射。利用此原理將紅外線傳感器采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并送入單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)收到的信號(hào)實(shí)時(shí)的控制小車的方向?？刂菩≤嚨姆较蛑饕沁\(yùn)用pwm原理來(lái)控制電機(jī)的平均電壓，從而來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)小車對(duì)黑線的實(shí)時(shí)跟蹤。硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)各模塊電路圖及原理描述傳感器模塊方案1：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(guò)比擬器就可以輸出上下電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。方案2：用RPR220型光電對(duì)管。RPR220是一種一體化反射型光電探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個(gè)高靈敏度，硅平面光電三極管。方案3：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，假設(shè)紅外接收管能接收到反射回的光線那么檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，假設(shè)接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線那么檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。我們選擇了此方案。傳感器是整個(gè)系統(tǒng)的眼睛，這局部主要運(yùn)用紅外線傳感器采集信號(hào)送給單片機(jī)處理。由于黑色車道對(duì)紅外線傳感器發(fā)出的光有吸收能力，白色地方對(duì)發(fā)出的光反射，從而當(dāng)傳感器在不同的地方產(chǎn)生不同的信號(hào)，傳送個(gè)單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)采集的信號(hào)做出實(shí)時(shí)的處理。最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，我們采用的是AT89C52芯片。80C52單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的根本內(nèi)容都集成在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上[2]。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行I/O口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能存放器。它們都是通過(guò)片內(nèi)單一總線連接而成，其根本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能存放器的集中控制方式。驅(qū)動(dòng)模塊方案1：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2：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，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。因此我們選用了方案1。由于最小系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)局部的電壓幅值不一樣，而且電機(jī)是感性負(fù)載，在制動(dòng)時(shí)可能反響電流，因此要在最小系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)模塊之間采用光電隔離，所以用到了光電隔離芯片,TPL521-4由于光耦芯片的引腳不夠所以在之后采用了一片反相器74HCT14，反相器圖如下L298是雙H橋高電壓大電流功率集成電路，直接采用TTL邏輯電平控制，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器、線圈、直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載。它的驅(qū)動(dòng)電壓可達(dá)46V，直流電流總和可達(dá)4A。其內(nèi)部具有2個(gè)完全相同的PWM功率放大回路。由L298構(gòu)成的PWM功率放大器的工作形式為單極可逆模式。12個(gè)H橋的下側(cè)橋晶體管發(fā)射極連在一起，其輸出腳(1和15)用來(lái)連接電流檢測(cè)電阻。第9腳接邏輯控制局部的電源，常用+5V，第4腳為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，本系統(tǒng)中為40V，第5，7，10，12腳輸入標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平，用來(lái)控制H橋的開(kāi)和關(guān)，第6，II腳那么為使能控制端。當(dāng)Vs=40V時(shí)，最高輸出電壓可達(dá)35V，連續(xù)電流可達(dá)2A。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由單片機(jī)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)。L298驅(qū)動(dòng)電路圖PWM調(diào)速器的硬件組成在整個(gè)PWM調(diào)速器中，CPU既是運(yùn)算處理中心，又是控制中心，是最關(guān)鍵的器件。本系統(tǒng)中選用與MCS-51系列完全兼容的AT89C52單片機(jī)，它是一種低功耗、高性能、CMOS八位微處理器。片內(nèi)具有8K字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程序存儲(chǔ)器，128x8位內(nèi)部RAM，AT89C52可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)本錢。電源模塊電源中我們采用LM7805穩(wěn)壓芯片將12v直流電源穩(wěn)壓成5v直流源。方案1：采用10節(jié)1.5V干電池供電，電壓到達(dá)15V，經(jīng)7812穩(wěn)壓后給支流電機(jī)供電，然后將12V電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。但干電池電量有限，使用大量的干電池給系統(tǒng)調(diào)試帶來(lái)很大的不便，因此，我們放棄了這種方案。方案2：采用3節(jié)4.2V可充電式鋰電池串聯(lián)共12.6V給直流電機(jī)供電，經(jīng)過(guò)7812的電壓變換后給支流電機(jī)供電，然后將12V電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。鋰電池的電量比擬足，并且可以充電，重復(fù)利用，因此，這種方案比擬可行。但鋰電池的價(jià)格過(guò)于昂貴，使用鋰電池會(huì)大大超出我們的預(yù)算，因此，我們放棄了這種方案。方案3：采用12V蓄電池為直流電機(jī)供電，將12V電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機(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)定的電壓輸出性能。雖然蓄電池的體積過(guò)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)格比擬低。因此我們選擇了此方案。下:軟件設(shè)計(jì)程序流程圖系統(tǒng)調(diào)試本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是首先完成每一小局部的設(shè)計(jì)，因此我們?cè)跊](méi)完成一個(gè)模塊時(shí)就回檢測(cè)調(diào)試該模塊。在初次調(diào)試時(shí)我們采用的電源是又單片機(jī)開(kāi)發(fā)板所帶的的電源來(lái)調(diào)試的。調(diào)試過(guò)程中我們就發(fā)現(xiàn)了很重要的問(wèn)題，由于對(duì)本設(shè)計(jì)的很多模塊的沒(méi)有共同的接地使得很多模塊無(wú)法工作，我們的解決方法是12v的直流源穩(wěn)壓來(lái)供應(yīng)所以的模塊，然后將所以的模塊連接共同的地。在驅(qū)動(dòng)模塊的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)當(dāng)光耦芯片給定信號(hào)時(shí)對(duì)lm298的輸出沒(méi)有反響。我們?cè)跈z驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)是由于在光耦芯片后部焊接沒(méi)有焊好，出現(xiàn)了虛焊。在重新焊接好后，芯片正常工作。分塊調(diào)試傳感器時(shí)，我們將傳感器導(dǎo)通，用黑色物體將傳感器發(fā)射局部蓋住檢測(cè)輸出，在將黑色物體移開(kāi)，再檢測(cè)輸出。設(shè)計(jì)總結(jié)本文是關(guān)于基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì)，在共同的努力下，各局部的設(shè)計(jì)均成功，在調(diào)試過(guò)程中都無(wú)誤。本次設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)了直流電機(jī)的動(dòng)態(tài)調(diào)壓，電源正常輸出供電，數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)，蜂鳴器播放美妙的音樂(lè)，小車實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)彎功能。由于本次設(shè)計(jì)中尚存在些缺陷和對(duì)尋跡程序編寫困難，實(shí)現(xiàn)的功能不是很完美，但要求的所有功能根本實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)中，從中的體會(huì)很多本次的設(shè)計(jì)可以說(shuō)設(shè)計(jì)到大學(xué)所學(xué)到的所有專業(yè)知識(shí)，是對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一個(gè)整體的回憶。在設(shè)計(jì)中，不能一氣呵成，因?yàn)樗械碾娐穲D都是自己設(shè)計(jì)的，圖中尚存在缺乏，所以要反復(fù)的琢磨和修改。設(shè)計(jì)中要注意對(duì)每焊完一局部，都要獨(dú)立的進(jìn)行檢查調(diào)試，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，及時(shí)的修改本次最重要的收獲是從中我們看到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，任何事都不是一個(gè)人所能完成的，需要大家的共同努力才能獲得最后的成功。附錄A；源程序源程序代碼〔主要語(yǔ)句要有注釋〕。循跡的程序#include<reg52.h>#defineuintunsignedintvoiddelay(uint);sbitR=P2^0;//右邊傳感器sbitL=P2^1;//左邊傳感器sbitRM1=P1^1;sbitRM2=P1^2;//右邊電機(jī)sbitLM1=P1^3;sbitLM2=P1^4;//左邊電機(jī)voidmain(){ RM1=1; RM2=0;LM1=1; LM2=0;delay(5);while(1) {if((L==1)&&(R==1))//小車前進(jìn) {RM1=1; RM2=0;LM1=1; LM2=0;delay(5); }elseif((L==1)&&(R==0))//小車右偏 { RM1=1; RM2=0; LM1=0; LM2=1;//左邊的電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，右邊的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了左轉(zhuǎn) delay(10); } elseif((L==0)&&(R==1))//小車左偏 { RM1=0; RM2=1; LM1=1; LM2=0;//右邊的電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，左邊的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了右轉(zhuǎn) delay(10); }elseif((L==0)&&(R==0))//小車停車 { RM1=0; RM2=1; LM1=0; LM2=1; delay(5); } else//左右兩個(gè)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，直線前進(jìn) { RM1=1; RM2=0;LM1=1; LM2=0;delay(10); } }}