(精品論文)尋跡小車 論文

智能尋跡小車摘要：本系統(tǒng)基于AT89S52單片機的小車尋跡系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用兩組高靈敏度的紅外反射式光電傳感器，對路面的黑色軌跡進行檢測，將檢測的數據送入單片機進行處理，并利用單片機產生PWM波，并以最短時間完成尋跡。采用一定的算法使得小車在直到上加速行駛，在彎道上可以實現減速轉彎，因此，本系統(tǒng)由紅外光電傳感器，單片機和驅動單元共同作用，保證小車能在預先設定的軌跡上行駛。關鍵詞：單片機 尋跡 傳感器 本設計的主要特色：1. 自制的三輪結構小車，采用PWM調速。2. 采用直流穩(wěn)壓整流電路，能夠提供持久穩(wěn)定的電路，可使小車在不斷行駛過程中更換電源。 3. 采用紅外發(fā)射傳感器接收對黑線標志進行識別，具有高精度和高靈敏度。，1.系統(tǒng)的基本原理與方案；1.1系統(tǒng)基本原理分析 系統(tǒng)可以分為幾個基本功能模塊，如圖1-1STC 8 9 S5 2光電傳感器電機驅動芯片系統(tǒng)電源兩組電機 圖 1-1 對各功能模塊的設計，分別有以下不同的設計方案；1.2傳感器選擇方案； 方案一：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接收； 發(fā)光二極管發(fā)出的可見光照射到黑帶時，光線被黑帶吸收，光敏二極管為檢測到信號。呈高阻抗，使輸出端為低電平。當發(fā)光二極管發(fā)出的可見光照射到地面時，它發(fā)出的可見光反射回來被光敏二極管檢測到，其阻抗迅速降低，此時輸出端為高電平。但是由于光敏二極管受環(huán)境中可見光影響較大，電路的穩(wěn)定性很差。 方案二： 采用反射式紅外光電傳感器。 用ST198A型反射式紅外對管組成的路徑識別傳感器模塊，檢測距離和靈敏度均能達到系統(tǒng)要求，該器件具有如下特點：當發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時，三極管導通輸出低電平，該光電對管調理電路簡單，工作性能穩(wěn)定。綜上所述，本設計采用反射行光電傳感器，型號為 ST198A 。1.3電機驅動芯片選擇方案方案一：采用分立元件的H橋驅動電路。方案二：采用集成的H橋驅動電路芯片。由于集成的H橋驅動電路芯片體積小，穩(wěn)定性高，因此選用集成的驅動電路芯片作為電機的驅動芯片，型號為L298N。 1.4電機方案選擇方案一：采用步進電機，步進電機的一個顯著特點就是具有快速啟停能力可實現電機正反轉及調速，啟動性能好，啟動轉矩大。工作電壓可達到36V，4A?？赏瑫r驅動兩臺直流電機。適合應用于機器人設計及智能小車的設計中，如果符合不超過步進電機所能提供的動態(tài)轉矩值，就能夠立即使步進電機的啟功或者反轉。調速方式：直流電動機采用PWM信號平滑調速。方案二;采用普通直流電機，直流電動機具有優(yōu)良的調速特性，調速平滑，方便，調整范圍廣，過載能力強，能承受頻繁的沖擊負載，可實現頻繁的無極快速啟動，制動，和反轉，能滿足各種不同的特殊運行要求。綜上所訴，我們選擇步進電機。1.5電源方案選擇 方案一：直接使用AA干電池進行供電它的結構十分簡單，但是供電能力差，不易長時間供電。方案二;使用9V干電池配合直流穩(wěn)壓整流電路輸入端口接9V的干電池，經電容濾波和L7805穩(wěn)壓后輸出約5v電壓?？杀ＷC長時間穩(wěn)定的輸出電壓。這樣可以提供持久穩(wěn)定的電流，穩(wěn)壓后給單片機系統(tǒng)和其他芯片供電?？紤]到系統(tǒng)穩(wěn)定工作的要求，所以選擇方案二：1.6設計總體要求自動尋跡小車是以單片機為控制核心的一階閉環(huán)控制系統(tǒng)，在實驗室條件下，在一張白紙上用黑色膠紙制定出小車預先設計的運行軌跡，小車尋跡場地的黑白兩種顏色，發(fā)射管發(fā)出同樣的光強，接收管接收到的光強不同，因此輸出的電壓值不同，給定一個基準電壓，通過對不同輸出電壓值進行比較，則電路的輸出為高低電平，當檢測到黑白線時分別輸出高低電平，當光線照射到路面并反射，由于黑線和白紙的反射系數不同，根據接收到的反射光強度不同，獲得傳感器傳回來的路徑信息，控制小車的轉向及其方向，尋跡小車可以沿著黑線行走。 硬件設計2.基本電路設計與傳感器，驅動器等的應用說明基本電路模塊連接圖1-2單片機最小系統(tǒng)電路模塊檢測電路模塊電機驅動電路模塊 圖 1-22.1.檢測電路模塊黑線檢測傳感器電路圖見附錄圖2-1由于有4個紅外傳感器排成一排均勻的安裝在小車底部，當光線照射到路面并反射，由于黑線和白紙的反射系數不同，根據接收到的反射光強度判斷是否眼黑線前進。在一般情況下，當黑線位于中間的兩個紅外傳感器之間，不管小車偏向哪一邊，都能檢測出小車的偏移方向?；蛘弋斝≤嚻蜃筮厱r，右邊的傳感器檢測到黑線，輸出低電平給電機，否則，輸出高電平。2.2顯示鳴笛電路模塊電路圖見附錄圖2-2在小車到達終點時，蜂鳴器鳴笛。2.3電機驅動電路模塊本設計采用L298N橋芯片。電路圖見2.3在設計中采用PWM驅動方式加上H橋驅動電路的方法，H橋電路可是實現轉速和方向的控制，是一種廣泛采用的PWM調試技術，作用是控制電機正反轉及調速。2.4電機動力電路應用說明 基本思路為使能端輸入使能信號，即接高電平，控制輸入端A端輸入PWM 信號，控制輸出端B輸入方向信號，在一個PWM周期內，電動機只承受單極性的電壓，電機的選擇方向由控制信號決定，電機的速度由PWM決定，PWM占空比為0%-100%對應于電機轉速0-MAX。因此，當接收到由檢測模塊的信號時，單片機處理該信號，根據該信號產生對應的PWM 波，從而可以根據調節(jié)電機的轉速與方向。2.5電源電路模塊本系統(tǒng)采用直流穩(wěn)壓電路，電路圖見附錄圖2.5輸入端接9V的干電池，經電容濾波和L7805穩(wěn)壓后輸出余額5V電壓?？梢员ＷC長時間穩(wěn)定的輸出電壓。2.6單片機最小系統(tǒng)電路模塊本系統(tǒng)采用AT89S52的單片機，電路圖見附錄圖2.6作為整個系統(tǒng)的控制核心接收檢測信號及輸出PWM波，及相關數據。 軟件設計3.1 程序設計總體思路小車通過紅外傳感器獲得路徑信息。通過AT89S52進行判斷小車所處的狀態(tài)，通過控制H橋驅動芯片來控制電機加速或減速及轉向進行相應的動作，小車的速度通過PWM控制進行調速，小車轉彎的力度通過PWM控制。3.2小車狀態(tài)定義，小車通過兩組傳感器獲得信息，因此可將小車分成5種狀態(tài)，不同的狀態(tài)下，小車有不同的動作。 3.2.1黑線正中狀態(tài) 傳感器 黑線 黑線處在中間位置時，中間兩個傳感器都能檢測到黑線存在，當小車處于此狀態(tài)時，小車方向不變，如果小車沒有達到最大速度則逐漸加速到最大速度。3.2.2黑線偏左狀態(tài) 只有左傳感器檢測到黑線存在，當小車處于此狀態(tài)時，小車必須保證能尋找黑線而必須減速，并且小車略微左轉。3.2.3黑線偏右狀態(tài) 傳感器 黑線 只有右傳感器檢測到黑線存在，當小車處于此狀態(tài)時，小車必須保證能尋找到黑線而必須減速，并且小車略微右轉。3.2.4避免左邊有傳感器壞掉，或防止左邊有一個傳感器檢測不到黑線存在，當小車處于此狀態(tài)時，小車必須保證能尋找黑線而必須減速，并且小車盡最大可能向左轉。3.2.5避免右邊有傳感器壞掉，或者右邊防止一個傳感器檢測不到黑線，所以右傳感器檢測到黑線存在，當小車處于此狀態(tài)時，小車必須保證能尋找到黑線而必須減速，并且小車盡最大可能向右轉。3.3程序主函數流程圖小車初始化函數開始獲得小車狀態(tài)函數根據得到的狀態(tài)實時調節(jié)小車的速度 圖 程序主函數流程圖4總結 通過各種方案的討論和嘗試，在經過多次的整體軟硬件結合調試，不斷地對系統(tǒng)進行優(yōu)化，能比較流暢的沿著黑線運動，小車在直道上可以加速行駛，在彎道上又可以減速轉彎，如果增加傳感器的個數可以實現更為精確的黑線識別。使得小車跑得更快更穩(wěn)?！緟⒖嘉墨I】【1】 王秋爽，曾兆龍 單片機開發(fā)基礎與經典設計實例 北京 機械工業(yè)出版社 2008年3月第一版【2】華成英 童詩白 模擬電子技術基礎 第四版 高等教育出版社【3】吳錘紅 MCS-51微機原理與接口技