紅外尋跡小車實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

重慶交通大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告班 級(jí)： 電子信息工程 專業(yè)2013 級(jí)01 班 姓名（學(xué)號(hào)）： 楊云森（631306020101） 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱： 紅外循跡智能小車 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)： 設(shè) 計(jì) 性 實(shí)驗(yàn)所屬課程： 電子設(shè)計(jì)實(shí)踐 實(shí)驗(yàn)室(中心)： 現(xiàn)代電子實(shí)驗(yàn)中心 指 導(dǎo) 教 師 ： 李星星 實(shí)驗(yàn)完成時(shí)間： 2016 年 6 月 17日教師評(píng)閱意見： 簽名： 年 月 日實(shí)驗(yàn)成績：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)智能小車的制作流程，加深對(duì)單片機(jī)開發(fā)的理解和應(yīng)用二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求做好單片機(jī)外擴(kuò)，電源模塊，尋跡模塊，驅(qū)動(dòng)模塊四塊板子，使小車能夠正常的循跡。三、實(shí)驗(yàn)原理這里的循跡是指小車在地板白紙上循黑線行走，通常采取的方法是紅外探測法。激光探測法，即利用激光激光在黑白顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射激光，當(dāng)激光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則激光被吸收，小車上的接收管接收不到激光。單片機(jī)就是否收到反射回來的激光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線。激光探測器探測距離可以比較遠(yuǎn)，一般有60cm左右。1. 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)采用5V供電，并接有指示燈， 5mA左右電流足以驅(qū)動(dòng)LED，LED導(dǎo)通電壓1.7V左右，因此配上1K電阻；蜂鳴器由8550驅(qū)動(dòng)，1N4007二極管起到保護(hù)左右。單片機(jī)根據(jù)接收的按鍵輸入數(shù)據(jù)和傳感器輸出電平信號(hào)，輸出一定脈沖數(shù)控制電機(jī)A和電機(jī)B的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制小車的運(yùn)動(dòng)。2. 電源電路設(shè)計(jì)智能車控制系統(tǒng)中，不同電路模塊需要的工作電壓和電流容量各不相同。芯片需要提供5V的工作電壓，而電機(jī)所需的電壓為9V，本設(shè)計(jì)中用到的是9V的電源供電，然后通過三端穩(wěn)壓器LM7805將電壓變換為5V電壓供給電路系統(tǒng)。電源系統(tǒng)的電路圖如圖所示。3.電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)電路采用PWM（脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有（ON），要么完全無（OFF）。電壓或電流源是以一種通（ON）或斷（OFF）的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼）驅(qū)動(dòng)形式，四路輸入和輸出以控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。電路主要由L298N、光電耦合器、穩(wěn)壓二極管組成，驅(qū)動(dòng)電路可控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。電路是由單片機(jī)控制的，與單片機(jī)的接口采用光電耦合器，利用光電耦合器傳輸信號(hào)可以消除相互之間的干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單片機(jī)的輸入/輸出口P1.0輸出為高電平，P1.1輸出低電平，這時(shí)左邊的光耦導(dǎo)通，右邊的光耦不導(dǎo)通，電機(jī)正轉(zhuǎn)。反之，P1.0為低電平，P1.1為高電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)。若P1.0和P1.1都為低電平。則電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。4.循跡電路設(shè)計(jì)循跡是指小車在白色地板上循黑線行走通常采取的方法是紅外探測法,紅外探測法即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn),在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光,當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射反射光被裝在小車上的接收管接收,如果遇到黑線則紅外光被吸收小車上的接收管接收不到紅外光 ,單片機(jī)就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線 ,從而實(shí)現(xiàn)小車的循跡功能。四、實(shí)驗(yàn)儀器、材料筆記本電腦，51單片機(jī)，電機(jī)，紅外對(duì)管模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。五、方案設(shè)計(jì)在進(jìn)行單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以外，大量的工作就是如何根據(jù)系統(tǒng)每一個(gè)現(xiàn)象或者作用設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有重要的地位。對(duì)于本系統(tǒng)，軟件更為重要。本次軟件設(shè)計(jì)需要完成以下兩個(gè)任務(wù)。1：單片機(jī)根據(jù)傳感器I/O口的輸入狀態(tài)，來相應(yīng)的執(zhí)行判斷程序，來達(dá)到小車的前進(jìn)，后退，停止；2：單片機(jī)兩個(gè)I/O口同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)占空比不相同的方波，來控制小車電機(jī)的車速，來達(dá)到小車的左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎；為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常把整個(gè)過程分成若干個(gè)部分，每一部分叫做一個(gè)模塊。所謂“模塊”，實(shí)際上就是完成一定功能，相對(duì)獨(dú)立的程序段，這中程序設(shè)計(jì)方法叫做模塊化程序設(shè)計(jì)法。六、實(shí)驗(yàn)過程及原始記錄 /stc12c5a60s2# include #include intrins.h#include /黑1 白0#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define FOSC 12000000L#define uchar unsigned charsfr CCON = 0xD8;sbit CCF0 = CCON0; sbit CCF1 = CCON1;sbit CR = CCON6; sbit CF = CCON7; sfr CMOD = 0xD9;sfr CL = 0xE9;sfr CH = 0xF9;sfr CCAPM0 = 0xDA;sfr CCAP0L = 0xEA;sfr CCAP0H = 0xFA;sfr CCAPM1 = 0xDB;sfr CCAP1L = 0xEB;sfr CCAP1H = 0xFB;sfr PCA_PWM0= 0xf2;sfr PCA_PWM1= 0xf3;/*/*/*/*端口設(shè)置/*/*/*/左探測sbit zuo1=P04;sbit zuo2=P21;/右探測sbit you1=P05;sbit you2=P06; /中探測sbit qian1=P07;sbit qian2=P20;/電機(jī)sbit Left1 = P02;sbit Left2 = P03;sbit Right1 = P00; sbit Right2 = P01;sbit infrared_out_pin=P22;/*/*/*/*變量定義/*/*/*/int flag = 0;/標(biāo)志線數(shù)int flag1 = 0;/出普通while循環(huán)標(biāo)志int flag2 = 0;/轉(zhuǎn)彎結(jié)束標(biāo)志int inFlag = 1;/ 后車第三個(gè)彎，內(nèi)循跡標(biāo)志int stopFlag = 0;int starFlag = 0;int countTime0 = 0;int countTime1 = 0;int com = 0; /藍(lán)牙命令int carFlag = 0;/小車前后標(biāo)志，0為前車，1為后車/*/*/*/*函數(shù)部分/*/*/*/void delay(uint x)while(x-);void initPWM_line() /*PWM調(diào)速CCON=0;CL=0;CH=0;CMOD = 0x02;CCAP0H = CCAP0L = 0x00; / 右 越小越快CCAPM0 = 0x42; CCAP1H = CCAP1L = 0x00; /左 CCAPM1 = 0x42; CR=1;/zuo1 = 1;you1 = 1;you2 = 1;qian1 = 1;void left() /*左轉(zhuǎn)CCAP0H = CCAP0L = 0x49; /49 59 44 54CCAP1H = CCAP1L = 0x59;Right1=0;Right2=1;Left1=1;Left2=1;void right() /*右轉(zhuǎn)CCAP0H = CCAP0L = 0x59;CCAP1H = CCAP1L = 0x49;Right1=0;Right2=1; Left1=0;Left2=1;void little_right()CCAP0H = CCAP0L = 0x55;CCAP1H = CCAP1L = 0x50;Right1=0;Right2=1; Left1=0;Left2=1; void righter() /*右死轉(zhuǎn)CCAP0H = CCAP0L = 0x50;CCAP1H = CCAP1L = 0x50;Right1=1;Right2=0; Left1=0;Left2=1;void lefter() /*左死轉(zhuǎn)CCAP0H = CCAP0L = 0x50;CCAP1H = CCAP1L = 0x50;Right1=0;Right2=1; Left1=1;Left2=0;delay(20);void stop() /*停止Right1=0;Right2=0;Left1=0;Left2=0;void in_line()/內(nèi)循跡if(!zuo1)left();if(zuo1|zuo2)right();void out_line()/直線外循跡if(you2|you1)left();if(!you2)right();if(qian1|qian2)flag+;flag2 = 1;void out_line2()/直線外循跡if(you2|you1)left();if(!you2)right();/普通彎道void smallCurve()TR0 = 1;/開始計(jì)時(shí)while(flag1 = 0)in_line();flag1 = 0;flag2 = 0; /轉(zhuǎn)彎結(jié)束標(biāo)志/出超車道，慢慢右轉(zhuǎn)，然后外循跡void outCurve()int outflag = 1;int finishflag = 1; while(outflag) little_right();if(you2=1)|(you1=1)while(finishflag)out_line();if(flag=4)outflag = 0;finishflag = 0;starFlag = 0; /進(jìn)超車道,一直內(nèi)循跡，后車發(fā)出信號(hào)后，停車讓行void bigCurve()int flag3 = 1;/到達(dá)直角標(biāo)志while(flag1 = 0)if(you2=1)|(you1=1) while(flag3)righter();/右死轉(zhuǎn)if(zuo1=1)&(you2=0)flag3 = 0;elsein_line();flag1 = 0;if(com = 0x01)while(stopFlag)stop();if(com = 0x02)while(starFlag)outCurve();void rightCurve()uint goFlag = 1;uint leftFlag = 1;while(goFlag)out_line2();if(zuo1&zuo2)while(leftFlag)lefter();if(you2=1)&(zuo1=0) leftFlag = 0;goFlag = 0;flag2 = 0;/* Init_time0 */50毫秒void InitTimer0(void) TMOD = 0x01; TH0 = 0x4C; TL0 = 0x00; EA = 1; ET0 = 1; TR0 = 0;/* time0 */void Timer0Interrupt(void) interrupt 1 TH0 = 0x4C; TL0 = 0x00; /add your code here!countTime0+;if(countTime0 = 70) /定時(shí)3.5秒轉(zhuǎn)彎countTime0 = 0; TR0 = 0;/取消計(jì)時(shí)flag1 = 1; /*Init blue tooth*/void InitBlueTooth()SCON = 0x50; / SCON: 模式1, 8-bit UART, 使能接收TMOD |= 0x20;TH1=0xfd; /波特率9600TL1=0xfd;TR1= 1;EA= 1; ES= 1; /* 串口中斷程序*/void UART_SER () interrupt 4if(RI) RI=0;if(!carFlag)com = SBUF;if(com = 0x01)/停車flag1 = 1;stopFlag = 1;if(com = 0x02)starFlag = 1;stopFlag = 0;if(TI)TI=0;void Initexter()EA=1;EX0=1;IT0=0;void exter0() interrupt 0stop(); /* main */void main (void)InitTimer0();InitBlueTooth();Initexter();initPWM_line(); while(1)if(!flag2) /如果沒到標(biāo)志線走直線out_line();elsewhile(flag2)/如果過標(biāo)志線轉(zhuǎn)彎switch(flag)/若flag為1,2,4是普通彎道，flag為3為超車道case 1 :smallCurve();break;case 2 :smallCurve();break;case 3 :if(carFlag)SBUF = 0x01;if(TI)TI = 0;if(carFlag = 0)/前車內(nèi)彎bigCurve();elserightCurve();break;case 4 :if(carFlag)SBUF = 0x02;if(TI)TI = 0;if(carFlag)carFlag = 0;elsecarFlag = 1;smallCurve();flag = 0;break;default:break; 七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析在調(diào)試過程中，遇到了小車左右擺動(dòng)幅度過大，和彎道容易跑出的問題。解決的方法有：不斷調(diào)整兩邊紅外對(duì)管的間距與黑線跑道之間的關(guān)系，反復(fù)調(diào)試，找到最快的方案。左右兩邊各增加了一對(duì)紅外對(duì)管，也就是左右兩邊各有兩對(duì)紅外對(duì)管，可以一定程度上“度量”小車偏移軌道的程度，并對(duì)電機(jī)速度做出不同的調(diào)整。四對(duì)紅外對(duì)管增大了檢測的精度，一定程度上有助于提高小車速度。當(dāng)檢測到直道時(shí)，提高小車行進(jìn)速度，彎道時(shí)，降低速度，可以讓小車跑的既快又穩(wěn)。八、實(shí)驗(yàn)體會(huì)以前總感覺學(xué)的東西是比較虛的，經(jīng)過這一次的動(dòng)手實(shí)踐，讓我感覺到這 是一門真實(shí)的，很有應(yīng)用的一門學(xué)科。一開始在制作電源板時(shí)，