基于89s51單片機的循跡小車設(shè)計報告

PAGEPAGE1基于89s51單片機的循跡小車設(shè)計報告基于89s51單片機的循跡小車設(shè)計報告第I頁共I頁摘要本文介紹了基于at89s52單片機的智能小車的設(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單片機為系統(tǒng)控制處理器；采用紅外對管獲取賽道的信息；通過數(shù)字PID控制策略和PWM控制技術(shù)來對小車的方向和速度進(jìn)行控制。本文介紹了小車硬件和軟件系統(tǒng)的設(shè)計過程。關(guān)鍵字：at89s52單片機；光電管；PID； 第11頁共10頁目錄摘要 2第一章引言 21.1設(shè)計目的 21.2設(shè)計方案介紹 21.3技術(shù)報告內(nèi)容安排 2第二章技術(shù)方案概要說明 3第三章硬件電路的設(shè)計 43.1單片機最小系統(tǒng) 43.2傳感器電路 43.3電源電路設(shè)計 53.4舵機及電機驅(qū)動電路設(shè)計 5第四章軟件系統(tǒng)的實現(xiàn) 64.1主程序設(shè)計 64.2程序思路 6第五章結(jié)論 7附錄：源程序主代碼 8第一章引言1.1設(shè)計目的通過設(shè)計進(jìn)一步掌握５１單片機的應(yīng)用，特別是在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用。進(jìn)一步學(xué)習(xí)５１單片機在系統(tǒng)中的控制功能，能夠合理設(shè)計單片機的外圍電路，并使之與單片機構(gòu)成整個系統(tǒng)。1.2設(shè)計方案介紹該智能車采用紅外對管方案進(jìn)行道路檢測，單片機根據(jù)采集到的紅外對管的不同狀態(tài)判斷小車當(dāng)前狀態(tài)，通過ｐｉｄ控制發(fā)出控制命令，控制舵機和電機的工作狀態(tài)以實現(xiàn)對小車姿態(tài)的控制。1.3技術(shù)報告內(nèi)容安排本技術(shù)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)方案的概述；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。第二章技術(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、單片機模塊、傳感器模塊、電機驅(qū)動模塊、舵機控制模塊。在整個系統(tǒng)中，由電源管理模塊實現(xiàn)對其他各模塊的電源管理。其中，對單片機、光電管、舵機提供5V電壓，對電機提供6V電壓。路徑識別電路由8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，進(jìn)而根據(jù)一定得算法對舵機進(jìn)行控制，使小車自動尋線行走。單片機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。舵機控制模塊則根據(jù)檢測情況經(jīng)單片機處理后發(fā)出相應(yīng)的PWM波對舵機進(jìn)行轉(zhuǎn)向的控制。電機驅(qū)動模塊采用Ｈ橋驅(qū)動，通過PWM波對電機進(jìn)行控制，以實現(xiàn)對小車速度的調(diào)節(jié)。第三章硬件電路的設(shè)計3.1單片機最小系統(tǒng)小車采用atmel公司的at89s52單片機作為控制芯片，圖3-1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：給單片機提供一個外接的16MHz的石英晶振。2、電源電路：給單片機提供5V電源。3、復(fù)位電路：在電壓達(dá)到正常值時給單片機一個復(fù)位信號。圖3-1單片機最小系統(tǒng)原理圖3.2傳感器電路光電尋線方案一般由多對紅外收發(fā)管組成，通過檢測接收到的反射光強，判斷黑白線。原理圖由紅外對管和電壓比較器兩部分組成，紅外對管輸出的模擬電壓通過電壓比較器轉(zhuǎn)換成數(shù)字電平輸出到單片機。3-2賽道檢測原理圖：3.3電源電路設(shè)計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單片機使用5V電源，電機及舵機使用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，所以單片機及傳感器模塊采用7805穩(wěn)壓后的5V電源供電，舵機及電機直接由電池供電。3.4舵機及電機驅(qū)動電路設(shè)計舵機的驅(qū)動電路比較簡單，電源直接由電池組提供，其輸入信號為單片機輸出的pwm波。本系統(tǒng)使用的電機驅(qū)動板為一個由分立元件制作的直流電動機可逆雙極型橋式驅(qū)動器，其功率元件由四支N溝道功率MOSFET管組成，由此電路，通過設(shè)置51輸出的PWM波的占空比可以達(dá)到控制電機轉(zhuǎn)速的效果。3-3H橋驅(qū)動電路第四章軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)4.1主程序設(shè)計單片機系統(tǒng)需要接收路徑識別電路的信號，采用某種路徑搜索算法進(jìn)行尋線判斷，進(jìn)而控制舵機和直流驅(qū)動電機的工作。小車系統(tǒng)的軟件使用C語言實現(xiàn)。主體控制框架：模型車采用的控制方法是根據(jù)傳感器采集到的路況信息，通過計算得到具體的方向偏移量和速度，控制小車的行走狀態(tài)。路況信息路況信息數(shù)據(jù)處理偏轉(zhuǎn)方向車速4.2程序思路智能車?yán)昧艘蛔中闻挪嫉模競€傳感器來探測道路，并將每個傳感器采集到的信息轉(zhuǎn)換成了數(shù)字電平。因此８個傳感器的數(shù)據(jù)正好構(gòu)成一個字節(jié)，由單片機Ｐ２口讀入。由于讀入的數(shù)據(jù)并不方便直接參與控制計算，因此先將該數(shù)據(jù)集分成１６類，分別對應(yīng)于小車不同的位置信息，由0-15表示，其中０表示引導(dǎo)線位于小車最左側(cè)，7表示引導(dǎo)線位于小車中部，14表示引導(dǎo)線位于小車最右側(cè)，15表示未檢測到引導(dǎo)線或其他錯誤情況。將上面的轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)作為控制計算的反饋輸入，與７相減即得到小車偏差信息，然后通過增量型pid算法計算出舵機的控制信息。將小車偏差信息的微分作為速度pid的輸入，依然通過增量型pid算法得到電機的控制信息。至此小車完成一次控制周期。由于at89s51單片機沒有PWM模塊，因此需要通過通用I/O口進(jìn)行模擬來輸出舵機和電機所需的PWM波?？梢苑謩e使用一個定時器來作為一路PWM波的計時器。先將I/O口置位，設(shè)定高電平時間及定時器的初值，當(dāng)定時器產(chǎn)生中斷時，再將I/O口清零，并設(shè)定低電平時間，由此循環(huán)即可產(chǎn)生PWM波。其中，高電平時間有控制計算得出，低電平時間有PWM周期減去高電平時間得到。第五章結(jié)論本設(shè)計主要用到了單片機的通用IO口的讀寫，定時器，中斷等基本功能，通過實際操作進(jìn)一步掌握了51單片機的使用。同時，通過單片機外圍電路的設(shè)計，更深入學(xué)習(xí)了51單片機在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過實際焊接電路，編寫程序，也進(jìn)一步提高了我的動手能力以及分析解決錯誤的能力，是我能夠更好的將所學(xué)知識應(yīng)用到實際中來。本系統(tǒng)能夠基本滿足設(shè)計要求，能夠較快較平穩(wěn)的是小車沿引導(dǎo)線行駛，但由于經(jīng)驗?zāi)芰τ邢?，該系統(tǒng)還存在著許多不盡人意的地方有待于進(jìn)一步的完善與改進(jìn)。附錄：源程序主代碼#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include<math.h>#defineucharunsignedchar #defineuintunsignedint#defineMIDDLE1390//舵機中心位置#defineLEFT1600#defineRIGHT1000#defineT20000#defineHIGH7300//電機基準(zhǔn)速度sbitrudder=P1^0; //定義舵機PWM波輸出端口為P1.0口sbitpulse=P1^1; //定義后輪PWM波輸出端口為P1.1口charflag1=0,flag2=0; //定義全局變量（flag1用于控制舵機//PWM標(biāo)志位,flag2用于控制電機PWM）uintb=0,a=0; //b用來裝載電機所需的高電平時間，a用于保存電機所需高電平時間voidmain(){ucharreceive,ek[4]={7,7,7,7};uintpidr=0;uintpidlr=0;uintppid=0;IE=0x8a;TMOD=0x11; TH0=0x00;TL0=0x00;TR0=1;TH1=0x00;TL1=0x00;TR1=1;while(1){receive=P2; //采集光電傳感器的值/*switch*/ switch(receive) //根據(jù)采集到的值進(jìn)行判斷 { case0x7f:ek[3]=0;break; //01111111最左邊（或右邊）1個光電傳感器檢測到黑線 case0x3f:ek[3]=1;break; //00111111最左邊（或右邊）2個光電傳感器檢測到黑線 case0xbf:ek[3]=2;break; //10111111依次類推 case0x9f:ek[3]=3;break; //10011111 case0xdf:ek[3]=4;break; //11011111 case0xcf:ek[3]=5;break; //11001111 case0xef:ek[3]=6;break; //11101111 case0xe7:ek[3]=7;break; //11100111 case0xf7:ek[3]=8;break; //11110111 case0xf3:ek[3]=9;break; //11110011 case0xfb:ek[3]=10;break; //11111011 case0xf9:ek[3]=11;break; //11111001 case0xfd:ek[3]=12;break; //11111101 case0xfc:ek[3]=13;break; //11111100 case0xfe:ek[3]=14;break; //11111110default:ek[3]=15;break; //11111111沒有檢測到黑線（是需要保持上一次測量值的） }/*switch*/ if(ek[3]==15) {pidr=pidlr; } else{pidr=0.2*pidlr+0.8*(23*(ek[3]-7)+2*(ek[3]+ek[2]+ek[1]+ek[0]-28)+7*(ek[3]-ek[2]));if(ek[2]!=ek[3])ppid=-160*(cabs(ek[3]-7))+220*(cabs(ek[1]-7)-cabs(ek[3]-7));}a=HIGH+ppid;//a是電機高電平時間b=pidr+MIDDLE;//b就是舵機PWM波高電平時間if(b>LEFT)b=LEFT;if(b<RIGHT)b=RIGHT;{chari;for(i=0;i<3;i++)ek[i]=ek[i+1];} pidlr=pidr;}}voidzhongduan_t0(void)interrupt1 //產(chǎn)生舵機PWM波中斷子程序(T0中斷）{if(flag1==0){ TH0=(uchar)((65536-b)/256); TL0=(uchar)((65536-b)%256);flag1=1;rudder=1; }else{TH0=(uchar)((38869+b)/256);TL0=(uchar)((38869+b)%256);flag1=0;rudder=0;}}voidzhongduan_t1(void)interrupt3{if(flag2==0){TH1=(uchar)((65536-HIGH)/256); TL1=(uchar)((65536-HIGH)%256); flag2=1; pulse=0; }else{ TH1=(65536-T+HIGH)/256; TL1=(65536-T+HIGH)%256; flag2=0; pulse=1; }}基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進(jìn)電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學(xué)方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應(yīng)用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)與應(yīng)用單片機在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡(luò)水表的設(shè)計基于MSP430單片機具有數(shù)據(jù)存儲與回放功能的嵌入式電子血壓計的設(shè)計基于單片機的氨分解率檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)\t"_blan