智能小車循跡要點

河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院生產(chǎn)實習(xí)報告業(yè)自動化名一張桂平號指導(dǎo)教師沈小偉2013年7月1日時間2013.6.17-2013.7.1地點河北聯(lián)合大學(xué)電工電子實驗基地實習(xí)目的與內(nèi)容一.實習(xí)目的本課題是基于AT89C52單片機(jī)的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)，小車完成的主要功能是能夠自主識別黑色引導(dǎo)線并根據(jù)黑線走向?qū)崿F(xiàn)快速穩(wěn)定的尋線行駛。小車系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為系統(tǒng)控制處理器；采用紅外傳感獲取賽道的信息，來對小車的方向和速度進(jìn)行控制。此外，對整個控制軟件進(jìn)設(shè)計和程序的編制以及程序的調(diào)試，并最終完成軟件和硬件的融合實現(xiàn)小車的預(yù)期功能。通過對基于ARMLPC2000系列單片機(jī)的智能尋跡小車的設(shè)計與控制實訓(xùn)，除了加深和鞏固學(xué)生課程理論學(xué)習(xí)之外，更重要的是加強(qiáng)實踐、拓展應(yīng)用，讓學(xué)生了解基于ARMLPC2000系列單片機(jī)的開發(fā)和運用的一個整體開發(fā)流程，包括在訓(xùn)練中要求學(xué)生能夠自己根據(jù)性能指標(biāo)和功能要求掌握硬件電路的設(shè)計和制作、元器件的選用和安裝、軟件的編寫和調(diào)試，同時學(xué)會硬件仿真、軟件仿真和整機(jī)聯(lián)調(diào)，其中最關(guān)鍵的兩部分：硬件電路設(shè)計與制作和控制軟件的編寫以及調(diào)試，使得準(zhǔn)產(chǎn)品最后達(dá)到技術(shù)指標(biāo)的要求二實習(xí)內(nèi)容本報告主要分為三個部分。第一部分是對整個系統(tǒng)實現(xiàn)方法的一個概要說明，主要內(nèi)容是對整個技術(shù)原理的概述；第二部分是對硬件電路設(shè)計的說明，主要介紹系統(tǒng)傳感器的設(shè)計及其他硬件電路的設(shè)計原理等；第三部分是對系統(tǒng)軟件設(shè)計部分的說明，主要內(nèi)容是智能模型車設(shè)計中主要用到的控制理論、算法說明及代碼設(shè)計介紹等。技術(shù)方案概要說明本模型車的電路系統(tǒng)包括電源管理模塊、單片機(jī)模塊、路面檢測模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊。電路框圖如下：其工作過程如下：.利用紅外采集模塊中的紅外發(fā)射接收對管檢測路面上的軌跡.將軌跡信息送到單片機(jī).單片機(jī)采用模糊推理求出轉(zhuǎn)向的角度和行走速度，然后去控制行走部分.最終完成智能小車可以按照路面上的軌跡運行。硬件電路設(shè)計.單片機(jī)最小系統(tǒng)：小車采用ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)作為控制芯片，下圖是其最小系統(tǒng)電路。主要包括：時鐘電路、電源電路、復(fù)位電路。其中各個部分的功能如下：1)時鐘電路：給單片機(jī)提供一個外接的16MHz的石英晶振。2)電源電路：給單片機(jī)提供5V電源。3)復(fù)位電路：在電壓達(dá)到正常值時給單片機(jī)一個復(fù)位信號。

T工「2c-.tnuFvcc-POAADOXTAL]POL-ADL-XTAL2PO.1AD2PO3.AD3POIJlENT工「2c-.tnuFvcc-POAADOXTAL]POL-ADL-XTAL2PO.1AD2PO3.AD3POIJlENPD5-AD5PO6-AD6PO?.'AD7RSTEA-VPPP1.OT2PSENPLiBI2E)(ALEPl.2PL3FLT'Pl.3、PJ.rikDPLCPL?P33E1PJWP2.跳A#pjjia電1加9P3上駛P20ALUPJ7KDP2J'ALIPZ4'ALSP2>'A.13P2.6,AL4vssPG^AIS、AFS9552單片機(jī)最小系統(tǒng).電源模塊：模型車通過自身系統(tǒng)，采集賽道信息，獲取自身速度信息，加以處理，由芯片給出指令控制其前進(jìn)轉(zhuǎn)向等動作，各部分都需要由電路支持，電源管理尤為重要。在本設(shè)計中，51單片機(jī)使用5V電源，電機(jī)及舵機(jī)使用6V電源?？紤]到電源為充電電池組，額定電壓為7.2V，實際充滿電后電壓則為6.5-6.8V，所以單片機(jī)及傳感器模塊采用7805穩(wěn)壓后的5V電源供電，電機(jī)直接由電池供電。.路面檢測電路：路面檢測電路由5對光電發(fā)送與接收管組成。由于路面存在黑色引導(dǎo)線，落在黑線區(qū)域內(nèi)的光電接收管接收到反射的光線的強(qiáng)度與白色的路面不同，進(jìn)而在光電接收管兩端產(chǎn)生不同的電壓值，由此判斷路線的走向。傳感器模塊將當(dāng)前采集到的一組電壓值傳遞給單片機(jī)，進(jìn)而根據(jù)一定的算法對電機(jī)進(jìn)行控制，使小車自動尋線行走。下圖是路面檢測電路圖:.單片機(jī)模塊：是智能車的核心部分，主要完成對外圍各個模塊的管理，實現(xiàn)對外圍模塊的信號發(fā)送，以及對傳感器模塊的信號采集，并根據(jù)軟件算法對所采集的信號進(jìn)行處理，發(fā)送信號給執(zhí)行模塊進(jìn)行任務(wù)執(zhí)行，還對各種突發(fā)事件進(jìn)行監(jiān)控和處理，保證整個系統(tǒng)的正常運作。XTAL2-C71=^30pF| Y1」--30Pf12MH早 單片機(jī)時鐘電路GnD Xtali ~o 0^^S2+5V十口| RST22uFJrc6- 單片機(jī)復(fù)位電路1——一| 10kR18 GND5.電機(jī)驅(qū)動電路：電機(jī)驅(qū)動芯片L298N是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號，可驅(qū)動46V、2A以下的電機(jī)。設(shè)計中，驅(qū)動電路的四個輸入端我們只用了兩路輸入分別與ARMLPC2103的P0.15和P0.14連接。這樣四路輸入就有高低電平了，輪子就能轉(zhuǎn)起來。再接入兩路PWM驅(qū)動，就能控制速度。P0.19控制車的右輪，P0.20控制車的左輪。由I/O的脈沖來控制H橋中三極管的通斷，從而來控制直流電機(jī)的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的動作，具體如下表1。采用普通直流電機(jī)，通過控制脈沖占空比算法,實現(xiàn)對小車速度的控制。這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、帶載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點。由三極管Q9、Q10、Q11、Q12構(gòu)成H橋驅(qū)動電路，控制著幾個管子的通斷就可以控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。9H橋驅(qū)動電路59H橋驅(qū)動電路5表1P0.3P0.2P0.1P0.0狀態(tài)1001前行0110后退1010左轉(zhuǎn)0101右轉(zhuǎn)軟件設(shè)計部分.小車循跡規(guī)則：若小車偏左的時候，車輪將向右偏轉(zhuǎn)；若小車偏右，車輪將向左偏轉(zhuǎn)；若沒有偏移，小車將繼續(xù)向前；若小車完全偏離黑色軌跡，小車后退以尋找黑色軌跡。.主程序流程圖：.小車循跡程序：#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintvoidxunji(void);uinttemp;ucharcodetable[]={0xf5/*0前進(jìn)*/,0xfa/*1后退*/,0xf1/*2左轉(zhuǎn)1*/,0xf9/*3左轉(zhuǎn)2*/,0xf4/*4右轉(zhuǎn)1*/,0xf6/*5右轉(zhuǎn)2*/,0xf0/*6停止*/,0xff/*7急停*/};voiddelayms(uintz)//延時函數(shù)1ms{uinti,j;for(i=z;i>0;i--)for(j=125;j>0;j--);}main(){//P1=0xff;while(1){xunji();}}voidxunji(void)//#?temp=P0;switch(temp)case0xe4:P2=table[0];delayms(1);break;case0xe6:P2=table[2];delayms(1);break;case0xe7:P2=table[3];delayms(1);break;case0xef:P2=table[3];delayms(1);break;case0xec:P2=table[4];delayms(1);break;case0xfc:P2=table[5];delayms(1);break;case0xfe:P2=table[5];delayms(1);break;case0xe3:P2=table[3];delayms(1);break;case0xf8:P2=table[5];delayms(1);break;case0xe1:P2=table[3];delayms(1);break;case0xf0:P2=table[5];delayms(1);break;case0xe8:P2=table[4];delayms(1);break;case0xe2:P2=table[2];delayms(1);break;case0xee:P2=table[0];delayms(1);break;case0xf6:P2=table[5];delayms(1);break;case0xed:P2=table[3];delayms(1);break;case0xff:P2=table[0];delayms(1);break;default:P2=table[6];delayms(1);break; 實習(xí)收獲 根據(jù)本次設(shè)計要求，我們兩人系統(tǒng)地閱讀了大量的資料，并認(rèn)真分析了設(shè)計課題的需求，還系統(tǒng)學(xué)習(xí)了51系列單片機(jī)的工作原理及其使用方法，并獨自設(shè)計編寫了小車運行的程序，經(jīng)過一系列的修改完善，仿真正確后寫進(jìn)小車，經(jīng)過調(diào)試，小車最終平穩(wěn)快速的運行在軌道上。以前總感覺學(xué)的東西是比較虛的，經(jīng)過這一次的動手實踐，讓我感覺到這是一門真實的、很有應(yīng)用的一門學(xué)科。通過本次課題設(shè)計，不僅是對我們課本所學(xué)知識的考查，更是對我的自學(xué)能力和收集資料能力以及動手能力的考驗。本次小車循跡設(shè)計使我們對一個項目的整體設(shè)計有了初步認(rèn)識，還認(rèn)識了幾種傳感器，并能獨立設(shè)計出其接口電路，再有對電路板的制作有了一定的了解，并學(xué)會了使用Protel設(shè)計電路。這次設(shè)計使我們意識到了實驗的重要性，在硬件制作和軟件調(diào)試的過程中，出現(xiàn)了很多問題，最終都是通過實驗的方法來解決的。還有以前對程序只是一個很模糊的概念，通過這次的課題設(shè)計使我對程序完全有了一個新的認(rèn)識，并能使用C熟練的進(jìn)行編程了。通過本次課題設(shè)計，極大的鍛煉了我們的思考和分析問題的能力，并對單片機(jī)有了一個更深的認(rèn)識?？傊?，在課題設(shè)計的過程中，無論是對于學(xué)習(xí)方法還是理論知識，我們都有了新的認(rèn)識，受益匪淺。通過本次設(shè)計我掌握了很多以前不熟練的東西，認(rèn)識了很多以前不熟悉得東西，同時，我更也了解自己在自動化專業(yè)上的優(yōu)缺點，使我在人生上又進(jìn)了一步，找到了奮斗目標(biāo)，明確了人生方向。這將激勵我們在今后再接再厲，不斷完善自己的理論知識，提高實踐運作能力，鍛煉工作能力。參考資料[1]郭惠，吳迅.單片機(jī)C語言程序設(shè)計完全自學(xué)手冊[M].電子工業(yè)出版社,2008.10：1-200.[2]邊春元李文濤江杰杜平等；C51單片機(jī)典型模塊設(shè)計與應(yīng)用；機(jī)械