智能小車課程設計報告書

1、探 2015級學生 課程設計材料 探 課程設計報告書 課題名稱智能小車藍牙操控和循跡的實現(xiàn) 姓 名 學 號 學 院 專 業(yè) 指導教師 2019年2月15日 1設計目的 通過設計進一步掌握51單片機的應用，特別是在嵌入式系統(tǒng)中的應用。 進一 步學習51單片機在系統(tǒng)中的控制功能，能夠合理設計單片機的外圍電路，并使之 與單片機構成整個系統(tǒng)。 2功能要求 智能小車作為現(xiàn)代的新發(fā)明，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預先設定的模 式在一個環(huán)境里自動運作，不需要人為的管理，可應用于科學勘探等等用途；并 且能實現(xiàn)顯示時間、速度、里程，具有自動尋跡、尋光、避障等功能，可程控行 駛速度、準確定位停車，遠程傳輸圖像、按

2、鍵控制加速，減速，剎停，左轉(zhuǎn)和右 轉(zhuǎn)、實時顯示運行狀態(tài)等功能。 3總體設計方案 在現(xiàn)有玩具電動車的基礎上，加了四個按鍵，實現(xiàn)對電動車的運行軌跡的啟 動，并將按鍵的狀態(tài)傳送至單片機進行處理， 然后由單片機根據(jù)所檢測的各種按 鍵狀態(tài)實現(xiàn)對電動車的智能控制。這種方案能實現(xiàn)對電動車的運動狀態(tài)進行實時 控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。本設計采用AT89C51 單片機。以AT89C51為控制核心，禾I用按鍵的動作，控制電動小汽車的狀態(tài)。 加裝光電、紅外線、超聲波傳感器，實現(xiàn)對電動車的速度、位置、運行狀況的實 時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機進行處理， 然后由單片機根據(jù)所檢測的各種 數(shù)

3、據(jù)實現(xiàn)對電動小車的智能控制，如圖 1所示。簡易智能電動車采用 AT89C51 單片機進行智能控制。開始由手動啟動小車，并復位初始化，當?shù)竭_規(guī)定的起始 黑線，由小車底部的紅外光電傳感器檢測到第一條黑線后，通過單片機控制小車 開始記數(shù)、顯示、調(diào)速。在白紙所做軌跡道路中，小車通過超聲波傳感器正前 方檢測和光電傳感器左右側(cè)檢測，由單片機控制實現(xiàn)系統(tǒng)的自動避障功能。在電 動車進駛過程中，采用雙極式 H型PWM脈寬調(diào)制技術，以控制小車調(diào)速；并 采用動態(tài)共陰顯示行駛時間和里程。小車通過光電傳感裝置實現(xiàn)駛向光源并通過 循跡保持小車在白紙范圍內(nèi)行駛。當小車到達終點第二次檢測到黑線時， 單片機 控制小車停車。 圖

4、1總體設計框架圖 4硬件電路選取與設計 (1)硬件電路選取 1. 控制器模塊選取 我們采用AT89C51單片機作為主控制器，AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍 可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM的低電壓，高性能CMOS位微處理器，俗稱單 片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位CPUS閃爍存儲器組合在 單個芯片中，ATME的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提 供了一種靈活性高且價廉的方案。 2. 電機模塊選取 采用普通直流電機。直流電機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，精度有一定的保證。直流電機控 制的精度雖

5、然沒有步進電機那樣高， 但完全可以滿足本題目的要求。通過單片機 的PWM輸出同樣可以控制直流電機的旋轉(zhuǎn)速度， 實現(xiàn)電動車的速度控制。并且直 流電機相對于步進電機價格經(jīng)濟。 3. 電機驅(qū)動器模塊選取 采用電機驅(qū)動芯片L298N L298N為單塊集成電路，高電壓，高電流， 四通道驅(qū)動，可直接的對電機進行控制，無須隔離電路。通過單片機的I/O輸入 改變芯片控制端的電平，即可以對電機進行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，非常方便，亦 能滿足直流減速電機的大電流要求。 調(diào)試時在依照芯片手冊，用程序輸入對應的 碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對應的動作。 4. 電源模塊選取 在本系統(tǒng)中，需要用到的電源有單片機的5V,L298N芯片的電源

6、5V和電 機的電源12V。所以需要對電源的提供必須正確和穩(wěn)定可靠。用9V的鋰電池串 聯(lián)2節(jié)5號普通電池給前、后輪電機供電，然后使用7805穩(wěn)壓管來把高電壓穩(wěn) 成5V分別給單片機和電機驅(qū)動芯片供電。因此為了方便，這里我們采用12V電 源給電機供電，再用7805轉(zhuǎn)換成5V電源給單片機使用。 (2)硬件設計 小車采用四輪驅(qū)動，一側(cè)的前后兩個車輪共用一個電機驅(qū)動，另外兩個前 后輪共用一個驅(qū)動，調(diào)節(jié)左右車輪轉(zhuǎn)速從而達到控制轉(zhuǎn)向的目的。 圖2硬件控制模塊圖 1. 控制模塊設計 根據(jù)設計的小車性能，使用控制系統(tǒng)來控制電機的狀態(tài)，按鍵來操作，從而 使小車可以進行加速、減速、剎停、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的運行。設計的控制模

7、塊電路圖 圖3 AT89C51單片機的P0通過控制總線來連接鎖存器74LS373以及計數(shù)器8253, 以此來控制L298N驅(qū)動芯片的工作方式，PWM和PWM來控制電機的工作狀態(tài)。 AT89C51的P2 口通過控制總線與顯示器連接。 圖3控制模塊設計圖 2. 電機模塊設計 因為設計的小車運行比較簡單，沒有避障等復雜的功能，所以我們選擇普通 直流減速電機，通過到商店里和到網(wǎng)上等途徑進行購買， 電機模塊采用2塊電機 同時驅(qū)動，這里將同一側(cè)電機短接接到 L298N的-個輸出端。 3. 電機驅(qū)動模塊設計 采用電機驅(qū)動芯片L298N L298N是SGS公司的產(chǎn)品，為單塊集成電路，高 電壓，高電流，四通道驅(qū)

8、動，可直接的對電機進行控制，無須隔離電路。通過單 片機的10輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機進行正反轉(zhuǎn)，停止的操作， 非常方便，亦能滿足直流減速電機的大電流要求。 調(diào)試時在依照芯片手冊，用程 序輸入對應的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對應的動作 圖4電機驅(qū)動模塊設計圖 如圖4所示，1腳和15腳可單獨引出連接電流采樣電阻器，形成電流信號， 還可驅(qū)動2個電機，0UT1, 0UT2, 0UT3, OUT4之間分別連接2個電動機。5、 7、10、12腳接控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)，ENA EN B接控制使能端，控制 電機的停轉(zhuǎn)。 同時輸出兩組PWM波,每一-組P WMB來控制一一個，電機的速度。另外， 二個I

9、/0 口可以控制電機的正反轉(zhuǎn)，P1.0,P1.1控制第-一個電機的方向， 輸入的：PWM控制第-一個電機的速度；P1.2、P1.3控制第二個電機的方向，輸 出的PWM控制第二個電機地說速度。 由于電機的正常的工作時對電源的干撓很大，只用一組電源時，會影響單片 機的正常工作，所以選用雙電源供電。d1,Q1是一對紅外發(fā)射接收對管，與LM324 構成光右轉(zhuǎn)電傳感的檢測電路。可實現(xiàn)對小車的加速，減速，剎停，并可通過兩 個電機的不同轉(zhuǎn)速實現(xiàn)左轉(zhuǎn)和。 可以用表表示為 EN A (0) IM (IN3) I冊(IM) 電機運行情況 H H L 止梟 H L II 反轉(zhuǎn) H 同 1N2 (1N4) 同 IN2

10、 快速停止 L X X 停止 4. 電源模塊 采用電腦USB 5V、2A輸出或者用充電寶的5V、1A或2A輸出都可以 結構圖如下： U9KN 5. 按鍵模塊 本系統(tǒng)添加四個鍵，用來選擇控制小車。并接于P2 口 圖6按鍵控制圖 5軟件設計 1. 流程圖設計 SI ffiT S2按下 S3按下 S4按下 ss按下 1 f耳 ri 1 ri 加速減連剎f?左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn) 圖7主程序流程圖 2.小車運行設計 若要求小車直走，這需要給4個電機正轉(zhuǎn)命令。根據(jù)L298N芯片手冊，這 里將 P1=0 xfa。 EX A (0) IM (IN3) IN2 (IN1) 電機運行情況 H H L 正轉(zhuǎn) H L li 反轉(zhuǎn)

11、 H 同 IN2 (IN4) 同 IN2 TX4 ) 快速停止 L X X 停it 3.小車調(diào)速設計 若要求車調(diào)速，只需用PW來控制L298N的ENA和EN就可以對小車進行調(diào) 速。這里我使用定時器T0的工作方式2自動重裝。并賦初值 TH0=0 xf6 ； TL0=0 xf6 ； 6系統(tǒng)測試與結果分析 基于單片機技術的智能小車藍牙控制與循跡系統(tǒng)的實驗樣機圖如圖8所示, 用1臺*型直流穩(wěn)壓充電寶提供+5V的電壓，經(jīng)過多次調(diào)試我們發(fā)現(xiàn)兩個問題。 如下： 1. 轉(zhuǎn)向時間需要慢慢調(diào)，時間長，旋轉(zhuǎn)弧度大；時間短，旋轉(zhuǎn)弧度小。 2. 直行時，由于每個電機的性能不一樣，導致兩側(cè)占空比一樣時，小車會 存在轉(zhuǎn)彎，

12、這樣需要微調(diào)占空比。 圖8實驗樣機圖 7 使用說明 現(xiàn)在智能小車、機器人得到很多人的關注和追捧，因而市面上智能小車的控 制板，價格都很昂貴，硬件自己動手的機率小，基本都是成品模塊，所以我們在 學習電子時應該先硬件后軟件 , 這樣你很快就能學會電子。 在使用智能小車的過程中，你需要了解一些C語言的知識、單片機的知識， 掌握了這些你才能更快速、更有效的控制我們的智能小車。 8 設計總結 經(jīng)過此次的項目經(jīng)驗， 我們學會了學以致用， 能夠?qū)⒆约涸谡n堂上學習到的 東西能夠在項目中加以利用，正所謂知行統(tǒng)一。首先我們復習C語言對51單片 機進行編程使我們能夠準確的控制到單片機， 然后再將單片機連接到小車上去

13、組 成此次項目的成品智能小車。 由于小車上有裝了藍牙模板、 紅外感應模塊等， 我們又能摸索學習藍牙模塊的一系列知識， 對于我們是一次長知識的經(jīng)歷同時也 是一次能夠接受的挑戰(zhàn)。 參考文獻 1陸蕊 . 基于單片機的智能小車系統(tǒng)的設計J. 電子世界 , 2017（8）:166-166. 2陳夢婷，胡白燕，黃璨基于單片機的智能循跡避障小車的設計與實現(xiàn)J.智能機器人，2016: 47-51. 3 陳海宴 .51 單片機原理及應用 M. 北京:北京航空航天大學出版社 .2010:62-65. 4 高楓基于ARM的智能尋跡小車的設計與實現(xiàn) D.山西：中北大學,2012.6. 陳海洋，李東京基于單片機的智能循

14、跡避障機器人小車設計J.科技風，2014（20）： 99. 錢栢霆，李娟.基于單片機的循跡避障智能小車系統(tǒng)的設計J.電子制作，2015（ 6x）. 7 寸巧萍.基于Mega16單片機的智能小車循跡避障設計方案 8 . 電子技術與軟件工程， 2015（18）： 258. 9 顧群，蒲雙雷基于單片機的智能小車避障循跡系統(tǒng)設計J.數(shù)字技術與應用，2012( 5): 23. 10 蔡莉莎, 曾維鵬. 基于人工智能路徑規(guī)劃系統(tǒng)的智能小車的設計與實現(xiàn)J. 電子世界 , 2016(18):112-113. 11 朱思敏 . 自循跡智能小車控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) D. 浙江工業(yè)大學 , 2013. 12 徐少朋

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16、機的智能車設計過程 J. 數(shù)碼世界 , 2016(11):90-91. 附錄 #include sbit key1=P3A3; sbit key2=P3A4; char a; int flag=0; sbit lefta=P0A0; sbit leftb=P0A1; sbit righta=P0A2; sbit rightb=P0A3; sbit outl=P0A6; sbit outr=P0A5; int n; void delay(int n) int i,j; for(i=0;in;i+) for(j=0;j113;j+); void get_up() / lefta=1; leftb=

17、0; righta=1; rightb=0; void get_down() / lefta=0; leftb=1; righta=0; rightb=1; void get_left() / 前進 后退 左轉(zhuǎn) lefta=0; leftb=1; righta=1; rightb=0; void get_right() / 右轉(zhuǎn) lefta=1; leftb=0; righta=0; rightb=1; void get_up_left() / 前進左轉(zhuǎn) /timer_intconfiguration(); int x=50; lefta=1; righta=1; rightb=0; whil

18、e(x-) leftb=0; delay(50); leftb=1; delay(50); 前進右轉(zhuǎn) void get_up_right() / /timer_intconfiguration(); int x=50; lefta=1; leftb=0; righta=1; while(x-) rightb=0; delay(50); rightb=1; delay(50); 后退左轉(zhuǎn) void get_down_left() / /timer_intconfiguration(); int x=50; lefta=0; leftb=1; righta=0; while(x-) rightb=

19、1; delay(50); rightb=0; delay(50); void get_down_right() / 后退右轉(zhuǎn) /timer_intconfiguration(); int x=50; lefta=0; righta=0; rightb=1; while(x-) leftb=1; delay(50); leftb=0; delay(50); void stop() lefta=0; leftb=0; righta=0; rightb=0; void set_com() / 串口中斷置位 TMOD=0 x20; TH1=0 xfd; TL1=0 xfd; SCON=0X50; ES=1; EA=1; TR1=1; /ET1=1; void fasong() interrupt 4 / 串口中斷服務函數(shù) if(RI) RI=0;