基于光電導(dǎo)航的電動(dòng)小車速度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告學(xué)生姓名:學(xué) 號(hào)：學(xué) 院:自動(dòng)化工程學(xué)院班 級(jí):題 目:計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于光電導(dǎo)航的電動(dòng)小車速度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師： 職稱: 2015 年 5 月 15日摘要本文論述了基于AT89C52單片機(jī)的循跡智能小車的控制過程。智能循跡是用以實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，以及選擇正確的路線。智能循跡小車是一個(gè)運(yùn)用傳感器、單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及自動(dòng)控制等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)按照預(yù)先設(shè)定的模式下，不受人為管理時(shí)能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)循跡導(dǎo)航的高新科技。本設(shè)計(jì)采用AT89C52單片機(jī)作為小車的控制核心；采用LM339傳感器作為小車的循跡模塊來識(shí)別白色路面中央的黑色引導(dǎo)線，采集信號(hào)并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為能被單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字

2、信號(hào)；采用驅(qū)動(dòng)芯片L293D構(gòu)成雙H橋控制直流電機(jī)，使小車能自動(dòng)沿著黑色軌跡進(jìn)行循跡，其中軟件系統(tǒng)采用C程序，并用Keil軟件進(jìn)行編譯，本設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，可靠性高。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，LM339傳感器，L293D驅(qū)動(dòng) 目錄第一章 緒論11.1 課題背景與意義11.1.1 課題背景11.1.2 課題意義1第二章 設(shè)計(jì)目的及要求22.1 設(shè)計(jì)目的22.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求22.3 設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求2第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案33.1 總體方案論證與分析33.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖33.3小車循跡流程圖4第四章 硬件設(shè)計(jì)64.1 單片機(jī)主控電路模塊64.1.1 單片機(jī)的選擇64.1.2 晶振電

3、路64.1.3 復(fù)位電路74.2 紅外傳感器檢測(cè)模塊74.2.1 LM339模塊及紅外對(duì)管模塊74.2.2 檢測(cè)系統(tǒng)的循跡原理84.3 電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)94.3.1 L293D芯片的原理94.3.2 L293D芯片的端口功能104.3.3 L293D驅(qū)動(dòng)模塊114.3.4 PWM調(diào)速系統(tǒng)114.3.5 直流電機(jī)12第五章 軟件設(shè)計(jì)125.1 系統(tǒng)整體流程圖135.2 循跡內(nèi)環(huán)檢測(cè)子程序流程圖135.3 循跡外環(huán)子程序流程圖145.4 電路連接原理圖14心得體會(huì)15參考文獻(xiàn)16附錄 源程序17第一章 緒論1.1 課題背景與意義1.1.1 課題背景隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，人們希望

4、創(chuàng)造出一種來代替人來做一些非常危險(xiǎn)，或者要求精度很高等其他事情的工具，于是就誕生了機(jī)器人這門學(xué)科。世界上誕生第一臺(tái)機(jī)器人誕生于1959年，至今已有50多年的歷史，機(jī)器人技術(shù)也取得了飛速的發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)已發(fā)展成一門包含：機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、信號(hào)處理，傳感器等多學(xué)科為一體的性尖端技術(shù)。智能小車可以作為機(jī)器人的典型代表，加裝光電、紅外線，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的智能控制，不僅可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引功能和避障功能，而且還可以感知導(dǎo)引線和障礙物，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并作出正確的判斷

5、和相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。在現(xiàn)有小車的基礎(chǔ)上，。這對(duì)于我們的各個(gè)方面都有重大的意義。1.1.2 課題意義目前在研究和發(fā)展階段的，是以多種外部傳感器構(gòu)成感官系統(tǒng)，通過采集外部的環(huán)境信息，精確地描述外部環(huán)境的變化。智能循跡小車，能獨(dú)立完成任務(wù)，有其自身的知識(shí)基礎(chǔ)，多信息處理系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的工作環(huán)境中，根據(jù)環(huán)境變化作出決策，有一定的適應(yīng)能力，自我學(xué)習(xí)能力和自我組織的能力。為了讓循跡小車能獨(dú)立工作，一方面應(yīng)具有較高的智慧和更廣泛的應(yīng)用，研究各種新機(jī)傳感器，另一方面，也掌握多個(gè)多類傳感器信息融合的技術(shù)，這樣循跡小車可以更準(zhǔn)確，更全面的獲得所處環(huán)境的信息。第二章 設(shè)計(jì)目的及要求2.1 設(shè)計(jì)目的計(jì)算機(jī)控制

6、系統(tǒng)是自動(dòng)控制理論和微型計(jì)算機(jī)原理和接口等技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的專門技術(shù)，其以自動(dòng)控制理論為基礎(chǔ)，以電子技術(shù)、傳感器原理、計(jì)算機(jī)原理及接口等課程內(nèi)容為輔助，通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生理論應(yīng)用能力、總結(jié)歸納能力以及自我學(xué)習(xí)能力，從而進(jìn)一步提高學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)并開發(fā)能自動(dòng)循跡和調(diào)速的電動(dòng)小車控制系統(tǒng)，要求利用黑色引導(dǎo)線對(duì)小車進(jìn)行導(dǎo)航，能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)小車的速度閉環(huán)控制；在保證小車不沖出跑道的前提下，要求小車能以最短的時(shí)間通過跑道上的加速區(qū)，以固定的速度通過跑道的勻速區(qū)域，以較慢的速度通過減速區(qū)，不同的區(qū)域通過黑色標(biāo)記線進(jìn)行劃分。基本要

7、求:(1) 利用紅外對(duì)管等傳感器設(shè)計(jì)導(dǎo)航、測(cè)速電路，設(shè)計(jì)小車的電源管理電路， 完成單片機(jī)和各模塊的接口電路設(shè)計(jì)；利用脈寬調(diào)制原理實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的速度控制，完成各模塊的控制程序設(shè)計(jì)。(2) 夠按照指定軌跡(單跡)行駛；(3) 能夠識(shí)別賽道加速和減速標(biāo)志；(4) 到達(dá)終點(diǎn)后可以自動(dòng)停車；智能車行駛過程中不得人為干預(yù)2.3 設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求（1）課程設(shè)計(jì)報(bào)告（由“題目背景與意義”、“設(shè)計(jì)題目介紹”、“系統(tǒng)總體框架”、“系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)”、“系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)”、“結(jié)論”六個(gè)部分組成 ）；（2）課程設(shè)計(jì)任務(wù)書；（3）系統(tǒng)硬件原理圖；（4）系統(tǒng)軟件流程圖；第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3.1 總體方案論證與分析根據(jù)

8、設(shè)計(jì)要求，將系統(tǒng)分為單片機(jī)控制模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊及紅外傳感器檢測(cè)模塊。其中信號(hào)檢測(cè)部分通過光電傳感器檢測(cè)并將信號(hào)傳回單片機(jī)進(jìn)行處理?？刂撇糠值淖饔檬墙邮詹⑻幚韨鞲衅鳈z測(cè)到的信號(hào)，通過判斷信號(hào)的類別控制小車的動(dòng)作。本系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)，其特點(diǎn)是小型、快速、低功耗、I/O口資源豐富等，能夠滿足本小車的設(shè)計(jì)要求。采用兩個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電路簡單，成本不高。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片采用L293D，該芯片有四路輸出，可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)或兩個(gè)直流電機(jī)，四路總電流可達(dá)4A，輸出電壓最高可達(dá)46V，可以直接用單片機(jī)I/O口的輸出信號(hào)來控制。 檢測(cè)模塊采用光電傳感器，經(jīng)光耦和LM339放大，信號(hào)檢

9、測(cè)穩(wěn)定，能夠滿足系統(tǒng)要求。小車跑道由白色KT板和黑帶組成，用反射式光電傳感器識(shí)別路面黑白兩種不同的狀態(tài)，然后將路況傳送到主控板，進(jìn)而控制小車作相應(yīng)的動(dòng)作。因?yàn)榉瓷涫焦怆妭鞲衅靼l(fā)射和接收的光為紅外線，受外界可見光的影響較小，能有效提高抗干擾的能力。外加四路的小車遙控模塊，利用二極管的單向性進(jìn)行半隔離，當(dāng)小車都檢測(cè)不到黑線帶的時(shí)候啟用遙控，人工講小車遙控到黑帶線上，小車?yán)^續(xù)循跡，遙控失效。首先，要讓小車正常行駛，必須保證小車不駛出邊界，故利用反射式光電傳感器來檢測(cè)黑帶，防止出界。當(dāng)傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)會(huì)輸出一個(gè)高電平，該信號(hào)傳至單片機(jī)后，單片機(jī)對(duì)其轉(zhuǎn)向進(jìn)行處理，使其在行車道內(nèi)行駛。當(dāng)左側(cè)檢測(cè)到黑線時(shí)

10、單片機(jī)控制小車左轉(zhuǎn)，反之若右側(cè)檢測(cè)到黑線時(shí)右轉(zhuǎn)，否則直走。3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖智能循跡小車控制系統(tǒng)由主控制電路模塊、穩(wěn)壓電源模塊、紅外檢測(cè)模塊、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊等部分組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如下所示：H橋驅(qū)動(dòng)模塊直流電機(jī)紅外光電循跡傳感器模塊電源模塊單片機(jī)電路路 徑小車圖3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖1、 主控制電路模塊：用AT89C52單片機(jī)、復(fù)位電路，時(shí)鐘電路2、 紅外檢測(cè)模塊：光電傳感器,比較器LM3393、 電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊:電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L293D、兩個(gè)直流電機(jī)4、 電源模塊：雙路開關(guān)電源3.3小車循跡流程圖小車進(jìn)入循跡模式后，即開始不停地掃描與探測(cè)器連接的單片機(jī)I/O口，一旦檢測(cè)到某個(gè)I/O口有信號(hào)，即

11、進(jìn)入判斷處理程序，先確定4個(gè)探測(cè)器中的哪一個(gè)探測(cè)到了黑線，如果左面第一級(jí)傳感器或者左面第二級(jí)傳感器探測(cè)到黑線，即小車左半部分壓到黑線，車身向右偏出，此時(shí)應(yīng)使小車向左轉(zhuǎn)；如果是右面第一級(jí)傳感器或右面第二級(jí)傳感器探測(cè)到了黑線，即車身右半部壓住黑線，小車向左偏出了軌跡，則應(yīng)使小車向右轉(zhuǎn)。在經(jīng)過了方向調(diào)整后，小車再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測(cè)黑線重復(fù)上述動(dòng)作。循跡流程圖如圖3.2所示啟動(dòng)循跡模式探測(cè)黑線是否檢測(cè)到黑線判斷處理程序向左轉(zhuǎn)Turn_left2向左轉(zhuǎn)Turn_left1向右轉(zhuǎn)Turn_right1向右轉(zhuǎn)Turn_Lright2繼續(xù)前進(jìn)NY圖3.2循跡流程圖由于第二級(jí)方向控制為第一級(jí)的后備，則兩個(gè)

12、等級(jí)間的轉(zhuǎn)向力度必須相互配合。第二級(jí)通常是在超出第一級(jí)的控制范圍的情況下發(fā)生作用，它也是最后一層保護(hù)，所以它必須要保證小車回到正確軌跡上來，則通常使第二級(jí)轉(zhuǎn)向力度大于第一級(jí)，即Turn_left2 > Turn_left1,Turn_right2 > Turn_right1 (其中Turn_left2，Turn_left1, Turn_right2 , Turn_right1為小車轉(zhuǎn)向力度，其大小通過改變單片機(jī)輸出的占空比的大小來改變)，具體數(shù)值在實(shí)地實(shí)驗(yàn)中得到。第四章 硬件設(shè)計(jì)4.1 單片機(jī)主控電路模塊4.1.1 單片機(jī)的選擇本課題選擇了AT89C52單片機(jī)。AT89C52是一種

13、低功耗、高性能CMOS8位微控制器，是帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器。一個(gè)芯片上擁有8位CPU，并且在系統(tǒng)可編程Flash。AT89C52提供給為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)高靈活、超有效的解決方案。 AT89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。此外，空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。4.1.2 晶振電路在AT89C52單片機(jī)上內(nèi)部有

14、一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。在1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。從XTAL1接入，如圖3.2所示。由于外部時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過二分頻觸發(fā)后作為外部時(shí)鐘電路輸入的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有要求。本設(shè)計(jì)選用的是12MHZ無源晶振、2個(gè)22pF電容，使得一個(gè)機(jī)器周期是1s。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)，而兩個(gè)電容則是起到并聯(lián)諧振的作用，如果沒電容，振蕩電路會(huì)因?yàn)闆]有回路而停振，電路不能正常工作。 圖4.1單片機(jī)晶振

15、電路圖4.1.3 復(fù)位電路復(fù)位電路的作用是在上電或復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時(shí)間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯(cuò)誤的指令、執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用的電容值為10F的電容和1.5K的電阻。如圖3.3所示上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電且開關(guān)復(fù)位的操作。圖4.2 復(fù)位電路4.2 紅外傳

16、感器檢測(cè)模塊4.2.1 LM339模塊及紅外對(duì)管模塊圖4.3和實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的紅外循跡模塊，主要分為兩大部分，LM339比較器模塊和紅外對(duì)管模塊。  圖4.3 LM339模塊及紅外光電管模塊利用黑線對(duì)紅外線不同的反射能力通過光敏二極管或光敏三極管，接收反射回的不同光強(qiáng)信號(hào)，把不同光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，最后通過電阻，轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的高低電平。光電傳感器實(shí)現(xiàn)循跡的基本電路如所示。圖4.4 循跡傳感器電路圖循跡傳感器工作原理：比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同輸入端，用“+”號(hào)表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“”表示。用作比較兩個(gè)電路時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓作參考電壓

17、（也叫門限電壓），另一端則直接接需要比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“”端電壓時(shí)，輸出正電源電壓，當(dāng)“”端電壓高于“+”端電壓時(shí)，輸出負(fù)電源電壓。這種探測(cè)方法，即利用紅外線在不同顏色的表面特征，具有不同的反射性能，汽車行駛過程中接收地面的紅外光。當(dāng)紅外光遇到白色路線，地板發(fā)生漫反射，安裝在小型車的反射光接收器接收；如果是遇到黑色路線，紅外光將被黑線吸收，安裝在小車上的接收管沒有收到紅外光?？刂破鲿?huì)根據(jù)是否收到反射的紅外光為判斷依據(jù)來確定的黑線的位置和小車的路線。紅外探測(cè)器距離通常是不應(yīng)超過15厘米的。紅外發(fā)射和接收紅外線感應(yīng)器，可以使自己或直接使用集成紅外探頭。調(diào)整左右傳感器之間的距離，兩探

18、頭距離約等于黑線寬度最合適，選擇寬度為3 5厘米的黑線。該傳感器的靈敏度是可調(diào)的，傳感器有時(shí)遇到黑線卻不能送出相應(yīng)的信號(hào)，通過調(diào)節(jié)傳感器上的可調(diào)電阻，適當(dāng)?shù)脑龃蠡驕p小可改變靈敏度。另外，循跡傳感器的放置也是有講究的，有兩種方法，一種是兩個(gè)都是放置在黑線內(nèi)側(cè)緊貼黑線邊緣，第二種是都放置在黑線的外側(cè)，同樣緊貼黑線邊緣。4.2.2 檢測(cè)系統(tǒng)的循跡原理檢測(cè)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)光電檢測(cè)，即利用各種傳感器對(duì)電動(dòng)車的位置、行車狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。本系統(tǒng)采用反射式紅外線光電傳感器用于檢測(cè)路面的起始、終點(diǎn)（2cm寬的黑線），玩具車底盤上沿黑線放置一套，以適應(yīng)起始的記數(shù)開始和終點(diǎn)的停車的需要。利用超聲波傳感器檢測(cè)障礙。光線跟蹤

19、，采用光敏三極管接收燈泡發(fā)出的光線，當(dāng)感受到光線照射時(shí)，其c-e間的阻值下降，檢測(cè)電路輸出高電平，經(jīng)LM339電壓比較器整形后送單片機(jī)控制。本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)4個(gè)光電三極管，分別放置在電動(dòng)車車頭的左、右兩個(gè)方向，用來控制電動(dòng)車的行走方向，當(dāng)左側(cè)光電管受到光照時(shí)，單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向左轉(zhuǎn)；當(dāng)右側(cè)光電管受到光照時(shí)，單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向右轉(zhuǎn)；當(dāng)左、右兩側(cè)光電管都受到光照時(shí)，單片機(jī)控制直行。正常行駛時(shí)，發(fā)射管發(fā)射紅外光照射地面，光線經(jīng)白紙反射后被接收管接收，輸出高電平信號(hào)；電動(dòng)車經(jīng)過黑線時(shí)，發(fā)射端發(fā)射的光線被黑線吸收，接收端接收不到反射光線，傳感器輸出低電平信號(hào)后送AT89C52單片機(jī)處理，判斷執(zhí)行。圖4.

20、5 電動(dòng)車的方向檢測(cè)電路4.3 電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4.3.1 L293D芯片的原理 L293D是最常見的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用16引腳DIP封裝，其內(nèi)部集成了雙極型H_橋電路，所有的開量都做成n型。這種雙極型脈沖調(diào)寬方式具有很多優(yōu)點(diǎn)。L293D通過內(nèi)部邏輯生成使能信號(hào)，H_橋電路的輸入量可以用來設(shè)置馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使能信號(hào)可以用于脈寬調(diào)整（PWM）。L293D將2個(gè)H橋電路集成到1片芯片上，這就意味著用1片芯片可以同時(shí)控制2個(gè)電機(jī)。每一個(gè)電機(jī)需要3個(gè)控制信號(hào)EN12、IN1、IN2。具體控制過程為：1通過編程由控制芯片經(jīng)PWM發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，PWM輸出作為L293D的輸入，經(jīng)L293D轉(zhuǎn)換輸出控制信號(hào)使電

21、機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使小車前進(jìn)后退。2PWM輸出信號(hào)的高低則可以控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢，當(dāng)占空比大時(shí)，轉(zhuǎn)速高，占空比小時(shí)，轉(zhuǎn)速低，所以當(dāng)PWM輸出占空比為0時(shí)可控制電機(jī)停止。3當(dāng)左輪停止，右輪轉(zhuǎn)，小車右轉(zhuǎn)。當(dāng)右輪停止，左輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小車左轉(zhuǎn)。4.3.2 L293D芯片的端口功能 圖4.6 L293D引腳圖 圖4.7 L293D輸入輸出關(guān)系VCC：電源輸出端；EN2：第二路驅(qū)動(dòng)使能端/PWM輸入端；EN1：第一路驅(qū)動(dòng)使能端/PWM輸入端；IN4/IN3：電機(jī)方向控制端；IN2/IN1：電機(jī)方向控制端；S2：第一路測(cè)速傳感器接口；S1：第二路測(cè)速傳感器接口；GND：地4.3.3 L293D驅(qū)動(dòng)模

22、塊采用L293D作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L293D具有高電壓、大電流、響應(yīng)頻率高的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，一片 L293D可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，并且?guī)в锌刂剖鼓芏?。該電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。L293D的使能端可以外接電平控制，也可以利用單片機(jī)進(jìn)行軟件控制，滿足各種復(fù)雜電路的需要。另外，L293D的驅(qū)動(dòng)功率較大，能夠根據(jù)輸入電壓的大小輸出不同的電壓和功率，解決了負(fù)載能力不夠的問題。圖4.8 L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路4.3.4 PWM調(diào)速系統(tǒng)脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation），簡稱PWM。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)

23、速。PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá)1：10000左右。由于電流波形比V-M系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。（2）同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。（3）由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。根據(jù)以上綜合比較，以及本設(shè)計(jì)中受控電機(jī)的容量和直流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，本設(shè)計(jì)采用了H型單極型可逆PWM變換器進(jìn)行調(diào)速。脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈

24、寬調(diào)制式變換器，簡稱PWM變換器。脈寬調(diào)速也可通過單片機(jī)控制繼電器的閉合來實(shí)現(xiàn)，但是驅(qū)動(dòng)能力有限。為順利實(shí)現(xiàn)電動(dòng)小汽車的前行與倒車，本設(shè)計(jì)采用了可逆PWM變換器?？赡鍼WM變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有H型、T型等類型。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用了常用的雙極式H型變換器，它是由4個(gè)三極電力晶體管和4個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路。4.3.5 直流電機(jī)采用雙直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)的控制方法比異步電動(dòng)機(jī)簡單，只需給電機(jī)兩條控制線加上適當(dāng)?shù)碾妷壕湍苁闺姍C(jī)旋轉(zhuǎn)，在正常工作電壓范圍，電壓越高直流電機(jī)轉(zhuǎn)速越高。直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法分為兩種：一種是直接調(diào)整電壓，另一種通過PWM調(diào)速。PWM調(diào)速就是使加在直流電機(jī)兩端的電壓波形為矩形

25、波，改變矩形波的占空比就能實(shí)現(xiàn)電壓的改變，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。第五章 軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用C語言來編譯程序。模塊化結(jié)構(gòu)程序的設(shè)計(jì)，可以使系統(tǒng)軟件便于調(diào)試與優(yōu)化，也使其他人更好地理解和閱讀系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。 隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級(jí)語言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機(jī)的軟件， Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。如果使用C語言編程，那么Keil幾乎就是不二之選。5.1 系統(tǒng)整體流程圖

26、圖5.1 系統(tǒng)整體流程圖5.2 循跡內(nèi)環(huán)檢測(cè)子程序流程圖 圖5.2 循跡內(nèi)環(huán)檢測(cè)子程序流程圖5.3 循跡外環(huán)子程序流程圖 圖5.3 循跡外環(huán)子程序流程圖5.4 電路連接原理圖 5.4 電路連接原理圖心得體會(huì) 通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我的更加扎實(shí)的掌握了專業(yè)知識(shí)，經(jīng)歷了系統(tǒng)方案的確定，原理圖的設(shè)計(jì)，程序還有仿真設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過程中也遇到了很多困難，在解決這些問題的過程中，我意識(shí)到了我在專業(yè)方面知識(shí)欠缺，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足等問題。這次親手從設(shè)計(jì)原理圖到最后把仿真做出來，讓我覺得真的學(xué)到了很多很多。這次智能循跡小車的設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)我們的硬件設(shè)計(jì)能力，軟件設(shè)計(jì)能力，還有查閱資料與人溝通等各方面的能力。同時(shí)也將我們的

27、知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中。在設(shè)計(jì)的過程中，我首先設(shè)計(jì)硬件，要畫原理圖。在完成畫完圖之后，買回電子元器件，開始著手焊接。在編寫軟件時(shí)，為了能盡快把程序調(diào)試好，我運(yùn)用了以前學(xué)習(xí)過的protues仿真軟件，因?yàn)槔肞rotues在程序編譯完成后，就可以直接運(yùn)行程序。而如果不仿真，則每次要將編譯完成的代碼通過下載線下載到單片機(jī)里面，再通電運(yùn)行，這樣很浪費(fèi)時(shí)間。所以我先在protues仿真軟件里面進(jìn)行仿真，仿真好了之后，再下載到單片機(jī)里面進(jìn)行檢驗(yàn)。在編寫程序時(shí)，由于自己平時(shí)沒有練習(xí)寫程序，所以在面對(duì)這樣一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，不知道從哪里下手。于是在網(wǎng)上查找了一些資料。經(jīng)過幾天的學(xué)習(xí)，終于了解了一些。在調(diào)試的過程中雖然遇到

28、一些困難，但是通過請(qǐng)教同學(xué)，最終得以解決。完成硬件與軟件的設(shè)計(jì)之后，我感到動(dòng)手實(shí)踐真的很重要，從理論到實(shí)踐，讓我明白了，學(xué)校里面學(xué)了很多東西，都是我們要和實(shí)踐相結(jié)合，只有將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，我們才能正正成為應(yīng)用型人才。參考文獻(xiàn)1 李鵬舉，51單片機(jī)工程師是怎么煉成的，北京：電子工業(yè)出版社，2012年2 Paul Horowitz，電子學(xué)，北京：電子工業(yè)出版社，2011年3 姜學(xué)軍，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，北京：清華大學(xué)出版社，2009年4 裘宗燕譯，程序設(shè)計(jì)語言，北京：電子工業(yè)出版社，2005年附錄 源程序#include<reg52.h>#define uint unsigned int#

29、define uchar unsigned char/*硬件連接定義*/sbit EN1=P10;/電機(jī)A控制 sbit OUT1=P11;/電機(jī)A控制1sbit OUT2=P12;/電機(jī)A控制2sbit EN2=P14;/電機(jī)B控制 sbit OUT3=P15;/電機(jī)B控制1sbit OUT4=P16;/電機(jī)B控制2sbit hw1=P20;/紅外傳感1sbit hw2=P21;/紅外傳感2sbit hw3=P22;sbit hw4=P23;uchar circs;void go_ma()/電機(jī)A前進(jìn) EN1=1;OUT1=1;OUT2=0;void stop_ma()/電機(jī)A停止 EN1=1;OUT1=0;OUT2=0;void go_mb() /電機(jī)B前進(jìn) EN2=1;OUT3=1;OUT4=0;void stop_mb()/電機(jī)B停止 EN2=1;OUT3=0;OUT4=0;void advance() /前進(jìn) go_ma();go_mb();void left_turn() /左轉(zhuǎn) stop_ma();go_mb();void right_