智能小車實訓(xùn)報告

1、智能小車實訓(xùn)報告 班級： 學(xué)號： 姓名：1系統(tǒng)設(shè)計要求31.1智能小車底盤選擇31.2智能小車電機選擇41.3 智能小車電源選擇41.4 智能小車單片機選擇51.5 智能小車電機驅(qū)動選擇51.6 智能小車傳感器選擇71.7 考核內(nèi)容（一）82系統(tǒng)硬件電路設(shè)計12.1 智能小車結(jié)構(gòu)框架圖12.2 STC89C51控制模塊122.3 智能小車驅(qū)動模塊13 2.3.1 L298N介紹13 2.3.2 L298N引腳封裝20 2.3.3 L298N內(nèi)部結(jié)構(gòu)24 2.3.4 L298N電路連接253系統(tǒng)軟件設(shè)計303.1驅(qū)動及程序下載方法333.2考核內(nèi)容（三）353.3智能小車方向調(diào)整及程序37491

2、系統(tǒng)設(shè)計要求l 智能小車以控制芯片STC89C51為核心，以L298N為驅(qū)動模塊，編寫PWM程序使得智能小車完成直線行駛，轉(zhuǎn)彎。1.1智能小車底盤選擇l l 1.1智能小車電機選擇智能小車套件中的動力驅(qū)動部分一般都用電機作為動力，目前常見的智能小車使用的電機是普通電機，帶減速的電機，步進電機。平常我們接觸的也以直流電的居多。電機，是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機械的動力源。俗稱“馬達”。l 普通直流電機普通直流電機是我們平時見得最多的電機，電動玩具，刮胡刀等里面都有。一般只有兩個引腳，用電池的正負極接上兩個引腳就會轉(zhuǎn)起來，這種

3、電機有轉(zhuǎn)速過快，扭力過小的特點，一般不直接用在智能小車上，在用得配置減速器才行。l 帶減速的電機帶減速的電機就是普通電機加上了減速箱，這樣便降低了轉(zhuǎn)速，增加了扭力，使得普通電機有的更廣泛的使用空間。帶減速的電機由于降低了轉(zhuǎn)速，增加了扭力，被大多數(shù)智能小車套件中列為智能小車動力標配，這種電機的控制一般都用H橋方案，用L298芯片組成的電路進行控制，能實現(xiàn)PWM的調(diào)速，控制上采用單片機進行PWM調(diào)速控制，PWM控制可以方便的控制小車整體速度。l 步進電機步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負

4、載變化的影響，當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機一般用在控制精準的智能小車或機器人士，相對成本高，一些簡單的智能小車上運用較少。1.3 智能小車電源選擇 可充電電池是智能小車的能源供給，常見用于智能小車的電池類型及特點如下表： 可充電電池按化學(xué)組成分類，有鉛酸、鎳鎘、鎳氫、鋰離子、鋰聚合物等不同類型，其主要指標為電壓、容量等。然而在選擇可充電電池時，除考慮

5、電壓和容量，還應(yīng)根據(jù)應(yīng)用著重考慮電池的放電能力。電池放電能力習(xí)慣上以C為單位進行評價，C即電池容量。如一個標稱容量為2000mAh,放電能力為10C，其最大放電電流可達到10*2000mA=20A。智能車競速的特點要求充電電池要有大容量、高放電能力的特點。1.4 智能小車單片機選擇 STC單片機 （ STC公司的單片機主要是基于8051內(nèi)核，是新一代增強型單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度快812倍，帶ADC，4路PWM，雙串口，有全球唯一ID號，加密性好，抗干擾強。PIC單片機（）它是MICROCHIP公司的產(chǎn)品，其突出的特點是體積小、功耗低、精簡指令集、抗干擾性好、可靠性高、有較強

6、的模擬接口、代碼保密性好，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存儲器的芯片。ATMEL單片機（）ATMEL一共有三個系列的單片機AT89 AT90 AT91. AT89是以51內(nèi)核為標準的單片機。它是改進型的51單片機。比如說標準的8051單片機沒有20PIN封裝的芯片。但是AT89C2051 AT89C4051都是20PIN封裝的單片機。它主要是把原51單片機的P0口和P2口省略了，然后再改進了一些功能?？梢哉J為它們是精簡型51單片機，比較適合初學(xué)者學(xué)習(xí)。AT89有許多型號。比如AT89C51 AT89S51 AT89C52 AT89S52 AT89S8252(后面幾款其實是8052單片機，但

7、是和AT89的指令系統(tǒng)兼容的，只是增加了一些功能而已，也可以認為是51系列的單片機)。對于AT89系列單片機都是FLASH型單片機，燒錄次數(shù)至少在1000次以上（數(shù)據(jù)手冊提供，實際估計要在4000以上了）只要芯片上帶有“S”字樣的單片機都可以支持ISP（在線燒錄）。AT89系列單片機主要對應(yīng)的是AVR單片機（這是ATMEL的最主要的單片機了)。AVR分成三擋。ATTINY系列，AT89系列，AT90系列，ATMEGA系列。分別對應(yīng)AVR中的低檔，中檔和高檔單片機?，F(xiàn)在有的AT90系列單片機已經(jīng)轉(zhuǎn)型給了ATTINY系列和ATMEGA系列了。所以得AVR單片機都支持ISP。而且AVR單片機是一款R

8、ISC(精簡指令)型單片機。51單片機是CISC（集中指令）型單片機。AVR單片機的功能遠遠強于51.AT90系列單片機主要對應(yīng)的是高端的32位ARM單片機。一般采用ARM7內(nèi)核，ARM是現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)32位里主流單片機。PHILIPS單片機PHILIPS公司的單片機是基于80C51內(nèi)核的單片機，嵌入了掉電檢測、模擬以及片內(nèi)RC振蕩器等功能，這使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的應(yīng)用設(shè)計中可以滿足多方面的性能要求。TI公司（）德州儀器提供了TMS370和MSP430兩大系列通用單片機TMS370系列單片機是8位CMOS單片機，具有多種存儲模式、多種外圍接口模式，適用于復(fù)雜的實時控制場合；M

9、SP430系列單片機是一種超低能耗、功能集成度較高的16位低功耗單片機，特別適合于要求功耗低的場合。1.5智能小車電動機驅(qū)動選擇電機屬于大功率器件，而單片機的I/O口所提供的電流有限，怎樣驅(qū)動電機？智能小車在行進的過程中要實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。如何實現(xiàn)？如何控制小車的行進速度？上面三個問題是電機控制中必須要考慮的問題，可以通過硬件的方法實現(xiàn)，也可以通過軟件的方法實現(xiàn)，當(dāng)然也可以采取硬軟結(jié)合的方法解決。目前比較通用的方法是，設(shè)計H橋電路和利用單片機產(chǎn)生PWM波信號。1） H橋電路2） 驅(qū)動芯片選擇依據(jù)（L298N,BST7970，MC33886）市面上的專用驅(qū)動芯片很多，選擇的依據(jù)是： 驅(qū)動效率，驅(qū)動電路最

10、好不消耗或少消耗能量 驅(qū)動電流，電機的電流可以達到4-5A，而L298N最大承受的電流不能超過2A 芯片的價格3） L298N ST公司生產(chǎn)的一種高電壓，大電流的電機驅(qū)動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V，輸出電流大，瞬間峰值可達3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率為25W。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電機和步進電機、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個控制端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，講變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動電機，該芯片可以驅(qū)動一臺量相步進電機和四相步進電機，

11、也可以兩臺直流電機。模塊名稱雙H橋電機驅(qū)動模塊工作形式H橋驅(qū)動（雙路）主控芯片L298N包裝形式9個盒裝出貨邏輯電壓5V驅(qū)動電壓5V-35V邏輯電流0mA-36mA驅(qū)動電流2A(MAX單橋)存儲溫度-20到+135最大功率25W重量30g外圍尺寸43*43*27mm產(chǎn)品特點： 本模塊使用ST公司的L298N作為主驅(qū)動芯片，具有驅(qū)動能力強，發(fā)熱量低，抗干擾能力強的特點。本模塊可以使用內(nèi)置的78M05通過驅(qū)動電源部分去電工作，但是為了避免文雅芯片損壞，當(dāng)使用大于12V驅(qū)動電壓的時候，請使用外置的5V邏輯供電。 本模塊使用大容量濾波電容，續(xù)流保護二極管，可以提高可靠性。本模塊集成了一個內(nèi)置的5V供電

12、。當(dāng)你的驅(qū)動電壓為7V-35V的時候，可以使用能板載的5V邏輯供電，當(dāng)使用板載5V供電之后，借口中的+5V供電不要輸入電壓，但是可以引出5V電壓供外部使用。當(dāng)ENA使能IN1 IN2控制OUT1 OUT2當(dāng)ENB使能IN3 IN4 控制OUT3 OUT4由于本模塊是2路的H橋驅(qū)動，所以可以同時驅(qū)動兩個電機，接法如圖所示使能ENA ENB 之后可以分別從IN1 IN2 輸入 PWM信號驅(qū)動電機1的轉(zhuǎn)速和方向可以分為從IN3 IN4 輸入PWM 信號驅(qū)動電機2的轉(zhuǎn)速和方向信號如圖所示4) BTS7960 BTS7960 是半橋驅(qū)動芯片，就是說需要2個芯片來驅(qū)動一個電機，電流最高43A，其內(nèi)阻很小。

13、5） MC33886 MC33886是全橋的電機驅(qū)動芯片，電流最高5A，發(fā)熱量較大。1.6 智能小車傳感器選擇1> 紅外傳感器： 該傳感器的檢測距離230cm，檢測角度35°。探測距離可以通過電位器調(diào)節(jié)，具有干擾小，便于裝配，使用方便等特點，可以管廣泛應(yīng)用于機器人避障，避障小車及黑白線循跡等眾多場合。2> 超聲波傳感器： 超聲波測距離傳感器，采用超聲波回波測距原理，運用精確的時差測量技術(shù)，檢測傳感器與目標物之間的距離。超聲波測距離傳感器，具有測量準確，無接觸，防水，防腐蝕，低成本等優(yōu)點。3> 加速度傳感器： 加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設(shè)備。加速度傳感器可

14、以檢測上下左右的傾角的變化，再通過其他的設(shè)備來實現(xiàn)物體的前后左右的方向的控制。4> 碰撞開關(guān)： 5> 霍爾傳感器： 霍爾電壓隨磁場強度的變化而變化，磁場越強，電壓越高，磁場越弱，電壓越低。霍爾電壓值很小，通常只有幾個毫伏，但經(jīng)集成電路中的放大器放大，就能使該電壓放大到足以輸出較強的信號。 6> 視覺傳感器： 視覺傳感器是整個機器視覺系統(tǒng)信息的直接來源，主要有一個或者兩個圖形傳感器組成，有時候還要配以關(guān)投射器及其他輔助設(shè)備。視覺傳感器的組要功能是獲取足夠的機器視覺系統(tǒng)要處理的最原始圖像。圖像傳感器可以使用激光掃描器，線陣和面陣CCD攝像機或者TV攝像機，也可以是最新出現(xiàn)的數(shù)字攝

15、像機等。1.7 考核內(nèi)容（一）1.LED燈2. 智能小車硬件電路設(shè)計2.1 智能小車結(jié)構(gòu)框架圖2.2 STC89C52控制模塊STC89C51RC/RD+系列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾/高速/低功耗的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇。其特點如下：l 增強型8051單片機，6 時鐘/機器周期和12 時鐘/機器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.1 l 工作電壓：5.5V3.3V（5V單片機）/3.8V2.0V（3V 單片機）l 工作頻率范圍：040MHz，相當(dāng)于普通8051 的080MHz，實際工作

16、頻率可達48MHzl 用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)l 片上集成512 字節(jié)RAMl 通用I/O 口（32 個），復(fù)位后為：P0/P1/P2/P3 是準雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。l ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片l 具有EEPROM 功能l 共3 個16 位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T2l 外部中斷4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可 由外部

17、中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒l 通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UARTl 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級）l PDIP封裝下表是STC89C51RC/RD+系列單片機選型一覽表：下圖是STC8051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：下圖是STC89系列單片機命名規(guī)則：2.3 智能小車驅(qū)動模塊2.3.1 L298N介紹L298是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片的主要特點是:工作電壓高，最高工作電壓可達46V;輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器、線圈等感性

18、負載；采用標準TTL邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。2.3.2 L298N引腳封裝L298N引腳：L298N引腳功能表：2.3.3 L298N內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.3.4 L298N電路連接3. 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 驅(qū)動及程序下載方法1） 連接方法2） 驅(qū)動安裝3） 程序編寫安裝軟件如下，一個keil安裝程序，一個注冊機。4） 程序下載雙擊sti-isp程序下載軟件文件夾STC_ISP_V4793.2考核內(nèi)容（二）按照3.1的實驗步驟，編寫程序，控制LED

19、燈按一定規(guī)律亮，并將程序下載到板子上，顯示結(jié)果（每名同學(xué)都做）。LED燈閃爍規(guī)律：l LED燈從左向右依次單個亮（跑馬燈）l LED燈從右向左依次單個亮l 8個LED燈同時亮同時滅l LED燈從左向右亮（水滴燈）l LED燈從右向左亮l LED燈從兩邊向中間亮（水滴）l LED燈從中間向兩邊亮3.3智能小車方向調(diào)整及程序#include<reg52.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit IN1 = P00; sbit IN2 = P01; sbit IN3 = P02; sbit IN4 = P0

20、3; sbit ENA = P05; sbit ENB = P06; uint MA=0,MB=0; uint SpeedA=100;uint SpeedB=100; void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=125;y>0;y-); void main(void) delay(1000) ; delay(1000) ; IN1=1; IN2=0; IN3=1; IN4=0; TH0 = 0x3C; TL0 = 0xB0; TH1 = 0x3C; TL1 = 0xB0; TMOD = 0x11; TR0 = 1; TR1

21、= 1; ET0 = 1; ET1 = 1; EA = 1; while(1) void time0_int() interrupt 1 using 1 TR0=0; TH0=0x3C; TL0=0xB0; MA+; if(MA< SpeedA) ENA = 1; else ENA = 0; if(MA =200) MA = 0; TR0 = 1; void time1_int() interrupt 3 using 1 TR1=0; TH1=0x3C; TL1=0xB0; MB=MB + 1; if(MB < SpeedB) ENB=1; else ENB = 0; if(MB

22、=200) MB = 0; TR1 = 1; #include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char zkb1;unsigned char zkb2;unsigned char t=0;sbit LSEN=P10; /傳感器sbit MSEN=P11;sbit RSEN=P12;sbit IN1=P00;/L1R1 L2R2sbit IN2=P01;sbit IN3=P02;sbit IN4=P03;sbit ENA=P05;sbit ENB=P06;void init()/ 初始化定時器，