智能小車實(shí)驗(yàn)報(bào)告

智能小車實(shí)驗(yàn)報(bào)告用心整理的精品word文檔，下載即可編輯！！用心整理的精品word文檔，下載即可編輯??！精心整理，用心做精品PAGE精心整理，用心做精品PAGE9用心整理的精品word文檔，下載即可編輯??！精心整理，用心做精品PAGE智能小車實(shí)驗(yàn)報(bào)告摘要為了實(shí)現(xiàn)智能小車按照題目要求運(yùn)動(dòng)，從指定位置進(jìn)入規(guī)定區(qū)域，并尋找到障礙物，駛向障礙物，將障礙物推出規(guī)定區(qū)域，并實(shí)時(shí)顯示障礙物的位置。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分為兩個(gè)小系統(tǒng)，控制端與運(yùn)動(dòng)端。控制端以單片機(jī)C8051F020作為控制核心，運(yùn)動(dòng)端采用DSP2812作為控制核心。并以無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)控制端與運(yùn)動(dòng)端之間的交流，以實(shí)現(xiàn)智能小車按照題目要求運(yùn)動(dòng)，并將信息實(shí)時(shí)反饋給控制端，顯示出來(lái)；對(duì)于關(guān)鍵的小車運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件，經(jīng)過(guò)充分比較、論證，最終選用了步進(jìn)電機(jī)，能夠準(zhǔn)確定位并且具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)是以L298N為芯片的驅(qū)動(dòng)模塊；小車的電源模塊采用16V的鋰電池供電；通過(guò)紅外對(duì)管TCRT5000判斷黑線為循跡，實(shí)現(xiàn)了小車在規(guī)定區(qū)域上行駛并將信息實(shí)時(shí)反饋給控制端等功能；并且小車的控制端顯示部分選用LCD12864液晶屏來(lái)顯示所需的參數(shù)。最后的實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，不但完成了所有基本和發(fā)揮部分的要求，并增加了路程顯示、全程時(shí)間顯示等創(chuàng)新功能。關(guān)鍵詞：C8051F020單片機(jī)、DSP2812、L298N、紅外對(duì)管TCRT5000、循跡、LCD12864液晶屏一、系統(tǒng)方案1.1總體方案設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)需要智能小車在規(guī)定的120cm*120cm區(qū)域內(nèi)。從起點(diǎn)位置出發(fā)，檢測(cè)障礙物所在位置并實(shí)施清除動(dòng)作。在重力感應(yīng)傳感器控制下實(shí)現(xiàn)智能小車的前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)等操作，控制智能小車行駛到障礙物位置，并且停留至少3秒鐘，給出聲或光的信號(hào)。然后將障礙物推出規(guī)定區(qū)域。為了完成實(shí)驗(yàn)要求，控制端在單片機(jī)控制下，顯示模塊，重力傳感器模塊、無(wú)線通信模塊的協(xié)同配合，共同完成控制端的工作。運(yùn)動(dòng)端以DSP2812為核心，超聲波模塊、紅外避障模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊、循跡模塊和電源模塊的統(tǒng)一調(diào)配下，讓小車符合條件的行駛、通信、并清除障礙物，完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，我們?cè)O(shè)計(jì)的總體方案為控制端以SiliconLaboratories公司生產(chǎn)的單片機(jī)C8051F020為控制核心，運(yùn)動(dòng)端以TI公司新推出的功能強(qiáng)大的32位定點(diǎn)的DSP2812為核心，采用步進(jìn)電機(jī)和LM298芯片控制小車運(yùn)動(dòng)，用鋰電池提供16V電壓，用TCRT5000保證小車能在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)正常行駛，并以超聲和紅外共同確定障礙物位置，并在遠(yuǎn)程控制端通過(guò)重力傳感器控制小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等功能，將障礙物推出指定區(qū)域。并用無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制端和運(yùn)動(dòng)端之間的交流。1.2總體方案比較方案一：以C8051F020單片機(jī)作為控制端核心，DSP2812作為運(yùn)動(dòng)端的核心，并通過(guò)超聲波測(cè)定障礙物的位置，用TCRT5000防止智能小車沖出區(qū)域，用步進(jìn)電機(jī)精確定位小車行駛的距離，并以無(wú)線來(lái)使控制端和運(yùn)動(dòng)端通信。以此來(lái)實(shí)現(xiàn)將障礙物推出規(guī)定區(qū)域。方案二：以C8051F020單片機(jī)為控制端和運(yùn)動(dòng)端的核心，用TCRT5000來(lái)保證小車在規(guī)定區(qū)域正常行駛。使用無(wú)線來(lái)實(shí)現(xiàn)控制端和運(yùn)動(dòng)端的交流，使用超聲模塊來(lái)檢測(cè)障礙物，并將障礙物推出區(qū)域。由于DSP2812具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，十分符合實(shí)驗(yàn)中的對(duì)于步進(jìn)電機(jī)以及坐標(biāo)控制。所以我們采用第二個(gè)方案。1.3各個(gè)部分模塊方案比較與論證（1）控制端核心控制器模塊控制端的控制器是實(shí)驗(yàn)中的控制核心部分，它用來(lái)控制智能小車的前進(jìn)后退等動(dòng)作，又要顯示相關(guān)信息。所以，一個(gè)合理的控制中心必不可少的。方案一：采用SiliconLaboratories公司的C8051F020單片機(jī)對(duì)電動(dòng)小車進(jìn)行控制。C8051F020單片機(jī)的功能比較強(qiáng)大。片內(nèi)含CIP－51的CPU內(nèi)核，它的指令系統(tǒng)與MCS－51完全兼容。其中的C8051F020單片機(jī)含有64kB片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，4352B的RAM、8個(gè)I／O端口共64根I／O口線、一個(gè)12位A／D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)8位A／D轉(zhuǎn)換器以及一個(gè)雙12位D／A轉(zhuǎn)換器、2個(gè)比較器、5個(gè)16位通用定時(shí)器、5個(gè)捕捉／比較模塊的可編程計(jì)數(shù)／定時(shí)器陣列、看門(mén)狗定時(shí)器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器等部分。C8051F020單片機(jī)支持雙時(shí)鐘，其工作電壓范圍為2．7～3．6V（端口I/O,RST和JTAG引腳的耐壓為5V）。與以前的51系列單片機(jī)相比，C8051F020增添了許多功能，同時(shí)其可靠性和速度也有了很大提高。而且價(jià)格適中，各種功能也易于實(shí)現(xiàn)控制。方案二：采用STC公司的STC89C52RC。其價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛，但是功能單一，需要添加多個(gè)附加的模塊，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜；運(yùn)行速度一般，抗干擾能力不是很強(qiáng)。 通過(guò)對(duì)以上兩種方案的比較，我們選擇了方案一，方案一采用的C8051F020單片機(jī)功能強(qiáng)大，價(jià)格適中，應(yīng)用方便，是個(gè)合理的選擇運(yùn)動(dòng)端核心控制器的選擇方案一：采用C8051F020單片機(jī)，該微處理器具體情況同上。方案二：采用DSP2812微處理器。DSP2812是TI公司新推出的功能強(qiáng)大的TMS320F2812的32位定點(diǎn)DSP，是TMS320LF2407A的升級(jí)版本，最大的特點(diǎn)是速度比TMS320LF2407A有了質(zhì)的飛躍，從最高40M躍升到TMS320F2812的150M，處理數(shù)據(jù)位數(shù)也從16位定點(diǎn)躍升到32位定點(diǎn)。最大的亮點(diǎn)是其擁有EVA、EVB事件管理器和配套的12位16通道的AD數(shù)據(jù)采集，使其對(duì)電機(jī)控制得心應(yīng)手。DSP2812微處理器具有強(qiáng)大的分析、計(jì)算和可視化功能，利用DSP2812提供的數(shù)十個(gè)專業(yè)工具箱，可以方便、靈活地實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)控制、信號(hào)處理、通信系統(tǒng)等的算法分析和仿真。通過(guò)比較，我們需要強(qiáng)大的計(jì)算能力與速度，故而選擇第二種方案，采用DSP2812微處理器作為運(yùn)動(dòng)端的核心。（3）車體的選擇車體是實(shí)驗(yàn)最基礎(chǔ)的部分，涉及到小車能否穩(wěn)定快速的按照預(yù)定軌跡行駛并實(shí)現(xiàn)超車。選擇好車體尤為重要。方案一：采用三輪小車用兩獨(dú)立電機(jī)分別帶動(dòng)兩車輪，再加一個(gè)萬(wàn)向輪，機(jī)械加工簡(jiǎn)單，成本低，但該小車不適合爬坡、倒退行駛。方案二：采用履帶式小車履帶式玩具電動(dòng)小車的車體、車架和電機(jī)都是現(xiàn)成的，在上面架一塊板子就可以放下電路板，各種傳感器的安裝也較方便；其次，所購(gòu)買(mǎi)的電動(dòng)小車是由兩直流電機(jī)控制的。電機(jī)一個(gè)控制左輪，另一個(gè)控制右輪，這小車的前樣可以很好地實(shí)現(xiàn)進(jìn)、后退、原地轉(zhuǎn)彎等各種運(yùn)動(dòng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，我們選擇方案二，履帶式小車穩(wěn)定快速且裝卸方便。（2）電源模塊方案一：鉛酸電池供電，優(yōu)點(diǎn)電流大，缺點(diǎn)重量太沉，攜帶不方便，也不便于在車上安裝。方案二：16V鋰電池組供電，雖然它的持續(xù)供電時(shí)間不是很長(zhǎng)時(shí)，但優(yōu)點(diǎn)是體積小重量輕，電壓也穩(wěn)定得多。便于安裝于車上且攜帶方便。經(jīng)過(guò)比較，我們選擇方案二，16V電源經(jīng)7812模塊轉(zhuǎn)化可以輸出12V電壓供給直流電機(jī)，其他模塊可用7805轉(zhuǎn)換成5V后再供電。（3）驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī)模塊選擇是整個(gè)方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，根據(jù)題目的要求，這需要對(duì)小車的精確控制，所以要產(chǎn)生不同的方波來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)使小車精確行駛。方案一：采用內(nèi)部集成H橋式芯片L298驅(qū)動(dòng)電路。方案二：采用分立元件的H橋驅(qū)動(dòng)電路。由于采用內(nèi)部集成H橋式芯片每一組PWM波用來(lái)控制一個(gè)電機(jī)的速度，而另外兩個(gè)I/O口可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制比較簡(jiǎn)單，電路也很簡(jiǎn)單，一個(gè)芯片內(nèi)包含有8個(gè)功率管，這樣簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜性，所以采用方案一。（4）運(yùn)動(dòng)控制模塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，控制好小車在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)運(yùn)功是小車完成任何題目要求的基礎(chǔ)。為此，系統(tǒng)將對(duì)小車行駛線路控制、信息傳遞進(jìn)行有效的控制。線路控制：在規(guī)定區(qū)域上，智能小車?yán)貌竭M(jìn)電機(jī)，準(zhǔn)確控制行走的距離。利用超聲尋到障礙物冰將其推出規(guī)定區(qū)域，并將信息反饋給控制端。在不同的階段，小車執(zhí)行不同的程序。系統(tǒng)最終采取步進(jìn)電機(jī)的精確計(jì)數(shù)以及DSP2812精確快速的計(jì)算能力以保證小車正常行駛。信息傳遞：使用無(wú)線模塊來(lái)進(jìn)行控制端和運(yùn)動(dòng)端之間的交流，確定小車和障礙物的坐標(biāo)位置，并在控制端顯示器顯示出來(lái)。（5）顯示模塊方案一：采用使用起來(lái)比較方便的LCD1602液晶顯示屏。屏幕較小、便于放置，采用的而是并行接口，但是顯示簡(jiǎn)單。方案二：采用LCD12864顯示屏，12864顯示屏的尺寸大，亮度高，可以支持漢字的顯示，顯示效果好、顯示的信息多。通過(guò)對(duì)以上方案的比較，我們采用方案二。因?yàn)長(zhǎng)CD12864能同時(shí)多行顯示，而且亮度好，符合實(shí)驗(yàn)要求。（6）尋物模塊智能小車需要在規(guī)定區(qū)域確定障礙物的位置，故而需要尋物模塊尋找障礙物。方案一：使用超聲模塊，超聲波可以探射到很廣的范圍，雖然反應(yīng)比較慢，但總體效果不錯(cuò)，調(diào)試也很簡(jiǎn)單。方案二：使用紅外模塊，紅外的探測(cè)更加精準(zhǔn)，反應(yīng)速度也較快，但它容易受到白色地面的干擾。通過(guò)比較，我們采用了方案一。因?yàn)槌暷K探測(cè)范圍廣，干擾容易控制。1.4結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)上面的分析論證，我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。二、理論分析與計(jì)算2.1信號(hào)檢測(cè)與控制小車從規(guī)定區(qū)域啟動(dòng)后，在入口探測(cè)障礙物的位置，并將坐標(biāo)傳給控制端，自動(dòng)行駛至障礙物前，將障礙物推出區(qū)域，并以是否遇到黑線來(lái)判斷障礙物是否出了規(guī)定區(qū)域。本實(shí)驗(yàn)小車使用DSP2812作為運(yùn)動(dòng)端控制核心，控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，超聲采集的信號(hào)，由無(wú)線通信端將信息反饋給控制端，再由單片機(jī)將需要顯示的數(shù)據(jù)傳輸給顯示屏進(jìn)行顯示。2.2控制端和運(yùn)動(dòng)端之間的通信方法本實(shí)驗(yàn)需要控制端和運(yùn)動(dòng)端相互配合工作才能實(shí)現(xiàn)，所以必須要有通信設(shè)備使兩車可以實(shí)現(xiàn)交流，我們兩車之間通信使用nRF24L01單片無(wú)線收發(fā)器，它可以發(fā)射和接收無(wú)線信息，從而實(shí)現(xiàn)兩者之間的交流，顯示障礙物坐標(biāo)。2.3節(jié)能本實(shí)驗(yàn)選取16V環(huán)保鋰電池作為供電電源，各模塊都使用5V電壓供電，電流消耗較小，12864LED顯示屏處于低耗能的背光模式，符合當(dāng)今社會(huì)綠色節(jié)能環(huán)保的理念。三、電路與程序設(shè)計(jì)3.1電路設(shè)計(jì)3.1.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)的核心部件是LM298，它通過(guò)DSP2812的指令直接控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而來(lái)使小車行駛。在LM298應(yīng)用中，我們要注意各引腳的分辨。驅(qū)動(dòng)圖如圖1所示：圖1驅(qū)動(dòng)模塊電路3.1.2循跡模塊智能小車的循跡共有4路，通過(guò)TCRT5000是否接受到紅外反射光來(lái)改變電壓大小，從而使DSP發(fā)出指令，使小車停止前進(jìn)，確定退出。循跡電路圖如圖2所示：圖2循跡模塊電路焊接電路時(shí)，可用一個(gè)電位器來(lái)代替四個(gè)電位器，這樣即省材料，也使電路板更加精巧。甚至還能將除TCRT5000以外的部件全部安放到車體板上面。TCRT5000工作原理：TCRT5000具有一個(gè)紅外發(fā)射管和一個(gè)紅外接收管.當(dāng)發(fā)射管的紅外信號(hào)經(jīng)反射被接收管接收后,接收管的電阻會(huì)發(fā)生變化。3.1.3電源模塊電源主要是將12V電壓降為5V，輸給小車的各部分模塊。電源圖如圖3所示：圖3電源模塊電路電源最好需由兩組并聯(lián)而成，以免7805過(guò)載而燒壞。J2與外電源12V相連，需要兩個(gè)引腳，5V引腳與GND引腳都需要多個(gè)，以滿足對(duì)各模塊的供電需求。3.1.4無(wú)線模塊實(shí)驗(yàn)要求兩輛小車相互交替超車領(lǐng)跑，所以無(wú)線通信設(shè)備必不可少，nRF24L01是一款工作在2.4~2.5GHz，世界通用ISM頻段的單片無(wú)線收發(fā)器芯片。無(wú)線收發(fā)器包括:頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型SchockBurstTM、模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器、解調(diào)器。輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過(guò)SPI接口進(jìn)行設(shè)置。3.1.5顯示模塊顯示模塊電路圖如圖4所示：圖4顯示模塊電路本模塊功能是顯示屏可以用來(lái)顯示小車在行駛過(guò)程中的時(shí)間，遇到黑線的次數(shù)，漢字解釋，以及偏轉(zhuǎn)情況。3.2程序設(shè)計(jì)對(duì)于系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，控制器方面我們是在Keil編程環(huán)境中，利用C語(yǔ)言對(duì)程序進(jìn)行編輯下載。利用C8051F020單片機(jī)對(duì)無(wú)線和顯示器進(jìn)行控制。運(yùn)動(dòng)端我們采用CCS編譯環(huán)境，利用C語(yǔ)言對(duì)程序進(jìn)行編輯。通過(guò)對(duì)PWM的輸出控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車行走軌跡進(jìn)行閉環(huán)控制，采用比例調(diào)節(jié)算法。在程序的調(diào)試過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)程序的可讀性和可靠性，我們采用模塊化處理的方式，將各個(gè)階段的程序用子程序的形式進(jìn)行處理運(yùn)算，使程序一目了然并盡量減少程序出錯(cuò)的概率，從而使小車能更好的完成任務(wù)。系統(tǒng)軟件流程圖如圖6所示。圖6流程圖四、系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果分析4.1測(cè)試儀器數(shù)字萬(wàn)用表、秒表4.2測(cè)試方法及結(jié)果各模塊可以單獨(dú)檢查是否好用，因?yàn)楦髂K向單片機(jī)和DSP2812發(fā)送的數(shù)據(jù)都是數(shù)字信號(hào)，在對(duì)各模塊進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，可以用萬(wàn)用表對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，觀測(cè)是否輸出相應(yīng)的電壓變化即檢測(cè)出各模塊的工作狀態(tài)。在小車調(diào)試完成后我們對(duì)小車的整體完成情況進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表一所示：表一小車測(cè)試狀況表測(cè)試次數(shù)檢測(cè)障礙物情況推出障礙物情況實(shí)時(shí)顯示障礙物坐標(biāo)情況控制端控制小車運(yùn)動(dòng)情況1正常正常正常反應(yīng)稍慢2正常稍有偏差有偏差正常3正常正常正常正常根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以看出小車能較好的完成題目要求。五、