紅外尋跡小車實驗報告.doc

重慶交通大學計算機與信息學院綜合性設(shè)計性實驗報告班 級： 電子信息工程 專業(yè)2013 級01 班 姓名（學號）： 楊云森（631306020101） 實驗項目名稱： 紅外循跡智能小車 實驗項目性質(zhì)： 設(shè) 計 性 實驗所屬課程： 電子設(shè)計實踐 實驗室(中心)： 現(xiàn)代電子實驗中心 指 導 教 師 ： 李星星 實驗完成時間： 2016 年 6 月 17日教師評閱意見： 簽名： 年 月 日實驗成績：一、實驗?zāi)康膶W習智能小車的制作流程，加深對單片機開發(fā)的理解和應(yīng)用二、實驗內(nèi)容及要求做好單片機外擴，電源模塊，尋跡模塊，驅(qū)動模塊四塊板子，使小車能夠正常的循跡。三、實驗原理這里的循跡是指小車在地板白紙上循黑線行走，通常采取的方法是紅外探測法。激光探測法，即利用激光激光在黑白顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射激光，當激光遇到白色紙質(zhì)地板時發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則激光被吸收，小車上的接收管接收不到激光。單片機就是否收到反射回來的激光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線。激光探測器探測距離可以比較遠，一般有60cm左右。1. 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)采用5V供電，并接有指示燈， 5mA左右電流足以驅(qū)動LED，LED導通電壓1.7V左右，因此配上1K電阻；蜂鳴器由8550驅(qū)動，1N4007二極管起到保護左右。單片機根據(jù)接收的按鍵輸入數(shù)據(jù)和傳感器輸出電平信號，輸出一定脈沖數(shù)控制電機A和電機B的轉(zhuǎn)動，從而控制小車的運動。2. 電源電路設(shè)計智能車控制系統(tǒng)中，不同電路模塊需要的工作電壓和電流容量各不相同。芯片需要提供5V的工作電壓，而電機所需的電壓為9V，本設(shè)計中用到的是9V的電源供電，然后通過三端穩(wěn)壓器LM7805將電壓變換為5V電壓供給電路系統(tǒng)。電源系統(tǒng)的電路圖如圖所示。3.電機驅(qū)動電路設(shè)計電路采用PWM（脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有（ON），要么完全無（OFF）。電壓或電流源是以一種通（ON）或斷（OFF）的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼）驅(qū)動形式，四路輸入和輸出以控制電機運轉(zhuǎn)。電路主要由L298N、光電耦合器、穩(wěn)壓二極管組成，驅(qū)動電路可控制電機的正反轉(zhuǎn)。電路是由單片機控制的，與單片機的接口采用光電耦合器，利用光電耦合器傳輸信號可以消除相互之間的干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單片機的輸入/輸出口P1.0輸出為高電平，P1.1輸出低電平，這時左邊的光耦導通，右邊的光耦不導通，電機正轉(zhuǎn)。反之，P1.0為低電平，P1.1為高電平，電機反轉(zhuǎn)。若P1.0和P1.1都為低電平。則電機不轉(zhuǎn)動。4.循跡電路設(shè)計循跡是指小車在白色地板上循黑線行走通常采取的方法是紅外探測法,紅外探測法即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點,在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光,當紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時發(fā)生漫反射反射光被裝在小車上的接收管接收,如果遇到黑線則紅外光被吸收小車上的接收管接收不到紅外光 ,單片機就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線 ,從而實現(xiàn)小車的循跡功能。四、實驗儀器、材料筆記本電腦，51單片機，電機，紅外對管模塊，電機驅(qū)動模塊。五、方案設(shè)計在進行單片機控制系統(tǒng)設(shè)計時，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計以外，大量的工作就是如何根據(jù)系統(tǒng)每一個現(xiàn)象或者作用設(shè)計應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計在單片機控制系統(tǒng)設(shè)計中占有重要的地位。對于本系統(tǒng)，軟件更為重要。本次軟件設(shè)計需要完成以下兩個任務(wù)。1：單片機根據(jù)傳感器I/O口的輸入狀態(tài)，來相應(yīng)的執(zhí)行判斷程序，來達到小車的前進，后退，停止；2：單片機兩個I/O口同時產(chǎn)生兩個占空比不相同的方波，來控制小車電機的車速，來達到小車的左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎；為了完成上述任務(wù)，在進行軟件設(shè)計時，通常把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊。所謂“模塊”，實際上就是完成一定功能，相對獨立的程序段，這中程序設(shè)計方法叫做模塊化程序設(shè)計法。六、實驗過程及原始記錄 /stc12c5a60s2# include #include intrins.h#include /黑1 白0#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define FOSC 12000000L#define uchar unsigned charsfr CCON = 0xD8;sbit CCF0 = CCON0; sbit CCF1 = CCON1;sbit CR = CCON6; sbit CF = CCON7; sfr CMOD = 0xD9;sfr CL = 0xE9;sfr CH = 0xF9;sfr CCAPM0 = 0xDA;sfr CCAP0L = 0xEA;sfr CCAP0H = 0xFA;sfr CCAPM1 = 0xDB;sfr CCAP1L = 0xEB;sfr CCAP1H = 0xFB;sfr PCA_PWM0= 0xf2;sfr PCA_PWM1= 0xf3;/*/*/*/*端口設(shè)置/*/*/*/左探測sbit zuo1=P04;sbit zuo2=P21;/右探測sbit you1=P05;sbit you2=P06; /中探測sbit qian1=P07;sbit qian2=P20;/電機sbit Left1 = P02;sbit Left2 = P03;sbit Right1 = P00; sbit Right2 = P01;sbit infrared_out_pin=P22;/*/*/*/*變量定義/*/*/*/int flag = 0;/標志線數(shù)int flag1 = 0;/出普通while循環(huán)標志int flag2 = 0;/轉(zhuǎn)彎結(jié)束標志int inFlag = 1;/ 后車第三個彎，內(nèi)循跡標志int stopFlag = 0;int starFlag = 0;int countTime0 = 0;int countTime1 = 0;int com = 0; /藍牙命令int carFlag = 0;/小車前后標志，0為前車，1為后車/*/*/*/*函數(shù)部分/*/*/*/void delay(uint x)while(x-);void initPWM_line() /*PWM調(diào)速CCON=0;CL=0;CH=0;CMOD = 0x02;CCAP0H = CCAP0L = 0x00; / 右 越小越快CCAPM0 = 0x42; CCAP1H = CCAP1L = 0x00; /左 CCAPM1 = 0x42; CR=1;/zuo1 = 1;you1 = 1;you2 = 1;qian1 = 1;void left() /*左轉(zhuǎn)CCAP0H = CCAP0L = 0x49; /49 59 44 54CCAP1H = CCAP1L = 0x59;Right1=0;Right2=1;Left1=1;Left2=1;void right() /*右轉(zhuǎn)CCAP0H = CCAP0L = 0x59;CCAP1H = CCAP1L = 0x49;Right1=0;Right2=1; Left1=0;Left2=1;void little_right()CCAP0H = CCAP0L = 0x55;CCAP1H = CCAP1L = 0x50;Right1=0;Right2=1; Left1=0;Left2=1; void righter() /*右死轉(zhuǎn)CCAP0H = CCAP0L = 0x50;CCAP1H = CCAP1L = 0x50;Right1=1;Right2=0; Left1=0;Left2=1;void lefter() /*左死轉(zhuǎn)CCAP0H = CCAP0L = 0x50;CCAP1H = CCAP1L = 0x50;Right1=0;Right2=1; Left1=1;Left2=0;delay(20);void stop() /*停止Right1=0;Right2=0;Left1=0;Left2=0;void in_line()/內(nèi)循跡if(!zuo1)left();if(zuo1|zuo2)right();void out_line()/直線外循跡if(you2|you1)left();if(!you2)right();if(qian1|qian2)flag+;flag2 = 1;void out_line2()/直線外循跡if(you2|you1)left();if(!you2)right();/普通彎道void smallCurve()TR0 = 1;/開始計時while(flag1 = 0)in_line();flag1 = 0;flag2 = 0; /轉(zhuǎn)彎結(jié)束標志/出超車道，慢慢右轉(zhuǎn)，然后外循跡void outCurve()int outflag = 1;int finishflag = 1; while(outflag) little_right();if(you2=1)|(you1=1)while(finishflag)out_line();if(flag=4)outflag = 0;finishflag = 0;starFlag = 0; /進超車道,一直內(nèi)循跡，后車發(fā)出信號后，停車讓行void bigCurve()int flag3 = 1;/到達直角標志while(flag1 = 0)if(you2=1)|(you1=1) while(flag3)righter();/右死轉(zhuǎn)if(zuo1=1)&(you2=0)flag3 = 0;elsein_line();flag1 = 0;if(com = 0x01)while(stopFlag)stop();if(com = 0x02)while(starFlag)outCurve();void rightCurve()uint goFlag = 1;uint leftFlag = 1;while(goFlag)out_line2();if(zuo1&zuo2)while(leftFlag)lefter();if(you2=1)&(zuo1=0) leftFlag = 0;goFlag = 0;flag2 = 0;/* Init_time0 */50毫秒void InitTimer0(void) TMOD = 0x01; TH0 = 0x4C; TL0 = 0x00; EA = 1; ET0 = 1; TR0 = 0;/* time0 */void Timer0Interrupt(void) interrupt 1 TH0 = 0x4C; TL0 = 0x00; /add your code here!countTime0+;if(countTime0 = 70) /定時3.5秒轉(zhuǎn)彎countTime0 = 0; TR0 = 0;/取消計時flag1 = 1; /*Init blue tooth*/void InitBlueTooth()SCON = 0x50; / SCON: 模式1, 8-bit UART, 使能接收TMOD |= 0x20;TH1=0xfd; /波特率9600TL1=0xfd;TR1= 1;EA= 1; ES= 1; /* 串口中斷程序*/void UART_SER () interrupt 4if(RI) RI=0;if(!carFlag)com = SBUF;if(com = 0x01)/停車flag1 = 1;stopFlag = 1;if(com = 0x02)starFlag = 1;stopFlag = 0;if(TI)TI=0;void Initexter()EA=1;EX0=1;IT0=0;void exter0() interrupt 0stop(); /* main */void main (void)InitTimer0();InitBlueTooth();Initexter();initPWM_line(); while(1)if(!flag2) /如果沒到標志線走直線out_line();elsewhile(flag2)/如果過標志線轉(zhuǎn)彎switch(flag)/若flag為1,2,4是普通彎道，flag為3為超車道case 1 :smallCurve();break;case 2 :smallCurve();break;case 3 :if(carFlag)SBUF = 0x01;if(TI)TI = 0;if(carFlag = 0)/前車內(nèi)彎bigCurve();elserightCurve();break;case 4 :if(carFlag)SBUF = 0x02;if(TI)TI = 0;if(carFlag)carFlag = 0;elsecarFlag = 1;smallCurve();flag = 0;break;default:break; 七、實驗結(jié)果及分析在調(diào)試過程中，遇到了小車左右擺動幅度過大，和彎道容易跑出的問題。解決的方法有：不斷調(diào)整兩邊紅外對管的間距與黑線跑道之間的關(guān)系，反復調(diào)試，找到最快的方案。左右兩邊各增加了一對紅外對管，也就是左右兩邊各有兩對紅外對管，可以一定程度上“度量”小車偏移軌道的程度，并對電機速度做出不同的調(diào)整。四對紅外對管增大了檢測的精度，一定程度上有助于提高小車速度。當檢測到直道時，提高小車行進速度，彎道時，降低速度，可以讓小車跑的既快又穩(wěn)。八、實驗體會以前總感覺學的東西是比較虛的，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)用的一門學科。一開始在制作電源板時，