循跡智能車的設(shè)計(jì)與制作實(shí)驗(yàn)報(bào)告.docx

電子技術(shù)選修課姓名： 學(xué)號(hào)： 專業(yè)： 題目：循跡智能車的設(shè)計(jì)與制作實(shí)驗(yàn)報(bào)告 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 設(shè)計(jì)日期： 成績： 指導(dǎo)老師： 2015年4月10日一、硬件組裝：1、車模套件1萬向輪2車底板3驅(qū)動(dòng)輪4主控板5傳感器2、車模組裝車模組裝一：萬向輪的安裝車模組裝二：驅(qū)動(dòng)輪安裝1上長腳螺絲2上專用緊固件3固定輪子4固定到小車底盤上（提前焊接電機(jī)連接線）二、硬件電路設(shè)計(jì)與制作1硬件構(gòu)成原理圖2硬件組成1檢測單元 控制器利用安裝于車體前方的循跡傳感器實(shí)時(shí)檢測小車的位置，根據(jù)小車所處的位置及時(shí)調(diào)整小車的運(yùn)行速度和方向，使得小車能夠始終沿著引導(dǎo)線運(yùn)行。紅外對(duì)管光電傳感器，采用軟件編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化編碼。紅外對(duì)管：檢測原理：當(dāng)發(fā)射管發(fā)出的光線照射在賽道的不同位置時(shí)，接收管的狀態(tài)發(fā)生較大變化，通過相應(yīng)的處理電路就可以獲得此時(shí)的狀態(tài)值，進(jìn)行路徑的判斷。貼近白色賽道，傳感器輸出電壓達(dá)到最大值：約4.7V； 遠(yuǎn)離白色賽道，傳感器輸出電壓達(dá)到最小值：約0.2V；貼近黑色賽道，傳感器輸出電壓：約為0.7V。為保證循跡智能汽車能夠按照賽道引導(dǎo)線運(yùn)行，一般需要多個(gè)傳感器同時(shí)檢測賽道。 理論上講，所用的傳感器越多，對(duì)賽道的檢測則越精確，控制越靈活，但是，當(dāng)傳感器數(shù)量增多時(shí)，占用的單片機(jī)管腳增多，處理電路也增多，消耗的電量也越多。 因此，從實(shí)際應(yīng)用的角度考慮，需合理選擇傳感器的數(shù)量。 另外，傳感器的不同排列方式也會(huì)對(duì)賽道的檢測有不同的作用。循跡傳感器采用的是灰度傳感器，當(dāng)傳感器位于不同的位置（黑色引導(dǎo)線、白板）時(shí)，輸出電壓值不同，控制器通過對(duì)循跡傳感器電壓值的采樣，獲取道路信息。2電機(jī)驅(qū)動(dòng) 智能汽車由直流電機(jī)提供動(dòng)力，電機(jī)由車載直流電源供電，小車在運(yùn)行過程中需要根據(jù)賽道設(shè)定合適的速度，即需要對(duì)電機(jī)速度進(jìn)行控制。因此，一般需要通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路向電機(jī)提供可以調(diào)節(jié)輸出電壓的電源，以控制小車的速度。 使用L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片： L298N硬件電路原理圖L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15腳封裝。該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。L298N控制功能表：控制方式： 1、IN1接正轉(zhuǎn)PWM1，IN2接反轉(zhuǎn)PWM2，EN控制啟停； 2、EN接一路PWM，IN1接方向控制端DIR，DIR經(jīng)反向后接IN2。 比較：第二種方式比第一種方式要節(jié)省單片機(jī)管腳，控制更方便！ 3、電源管理電路 作用：為芯片及元件提供電壓使其能正常穩(wěn)定的工作！智能車的運(yùn)行僅由一個(gè)電池提供電源！智能車的運(yùn)行僅由一個(gè)電池提供電源！不同的電路需要不同的電壓，而電源僅由一個(gè)7.2V電池供電，因此，電源管理電路需要將7.2V的電壓變換為各種需要的電壓等級(jí)！當(dāng)輸入端電壓降低至6V左右時(shí)，7805穩(wěn)壓效果變差！穩(wěn)壓電路二極管的D1和D2的作用為：是需要把電源提供的電壓兩級(jí)降壓，為mcl提供合適的電壓工作環(huán)境 。7085前加一組，是為了抑制電源中的高頻和低頻成分，在7805后再加一組，是問了抑制7085在穩(wěn)壓過程中產(chǎn)生的高頻和低頻成分。4、控制電路控制電路是智能車的核心，均采用數(shù)字處理器?？刂齐娐吩O(shè)計(jì)內(nèi)容： 控制芯片的選型； 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)； 傳感器輸入接口電路設(shè)計(jì)； 舵機(jī)控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM設(shè)計(jì)； 按鍵與顯示電路設(shè)計(jì)。STC12系列單片機(jī)（1） 增強(qiáng)型8051 CPU，1時(shí)鐘/機(jī)器，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。 （2） 工作電壓范圍： 5V單片機(jī)：3.4V5.5V，3V單片機(jī)：2.2V3.8V。 （3）工作頻率范圍：035MHZ，相當(dāng)于普通8051單片機(jī)的0420MHZ。 （4）用戶程序空間：根據(jù)單片機(jī)型號(hào)配置不同的用戶程序空間，有1KB、2KB、4KB、6KB、8KB、12KB等。(5）片內(nèi)RAM：STC125410AD系列片上集成512字節(jié)RAM，而STC122052AD系列只有256字節(jié)RAM。 （6）通用I/O口：27、23或15個(gè)，可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉、推挽/強(qiáng)上拉、僅為輸入/高阻、開漏輸出，復(fù)位后為準(zhǔn)雙向口/弱上拉狀態(tài)，開漏輸出狀態(tài)時(shí)每個(gè)I/O口的驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片的驅(qū)動(dòng)能力最大不超過55mA。（7）ISP（在系統(tǒng)編程）和IAP（在應(yīng)用編程）功能：無需專用編程器/仿真器，可通過單片機(jī)串口直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。EEPROM功能 （8）看門狗功能 （9）內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，外部晶體20MHZ以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路。 （10）時(shí)鐘源：外部高精度晶體時(shí)鐘，內(nèi)部RC振蕩器。用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇使用RC振蕩器，還是使用外部晶體時(shí)鐘；內(nèi)部RC振蕩器的振蕩頻率為：5.2MHZ6.8MHZ。（11）16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：T0、T1，STC125410AD系列可利用4個(gè)PCA模塊實(shí)現(xiàn)4個(gè)16定時(shí)器，STC122052AD系列可利用2個(gè)PCA模塊實(shí)現(xiàn)2個(gè)16定時(shí)器。（12）Power Down模式的喚醒：由外部中斷喚醒。（13）PWM/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列）：STC125410AD系列有4路，STC122052AD系列有2路；PWM/PCA還可用作D/A，或用作定時(shí)器，或用作外部中斷。（14）A/D轉(zhuǎn)換：STC125410AD系列有8路10位A/D，STC122052AD系列有8路8位A/D。（15）SPI同步通信接口：主模式/從模式。 （16）工作溫度范圍：有075和-4085兩種。 （17）封裝：LQFP32，SOP32/28/20、SKDIP28，PDIP20，TSSOP20。LQFP32、SOP32有27個(gè)I/O口，SOP28、SKDIP28有23個(gè)I/O口，SOP20 、PDIP20，TSSOP20有15個(gè)I/O口。小車行進(jìn)速度和方向的控制：速度控制： 小車行進(jìn)速度受電機(jī)兩端電壓控制，通過改變電機(jī)兩端電壓可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。 電池是小車唯一的電源，電壓值基本恒定，需通過專門的驅(qū)動(dòng)電路將恒定的電壓變?yōu)榭烧{(diào)電壓。 通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路控制端PWM信號(hào)的占空比可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電壓的調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變小車行進(jìn)速度。單片機(jī)C程序函數(shù)：void Right_moto_Run(uchar action, uchar speed_buf) 小車行進(jìn)速度和方向的控制方向控制： 小車行進(jìn)方向是通過調(diào)節(jié)左、右輪的差速實(shí)現(xiàn)的，列舉如下： 直行：左輪轉(zhuǎn)速 = 右輪轉(zhuǎn)速 左轉(zhuǎn)：左輪轉(zhuǎn)速 右輪轉(zhuǎn)速單片機(jī)C程序函數(shù)：void Right_moto_Run( uchar action, uchar speed_buf)0：停止 1：前進(jìn) 2：后退三、調(diào)試軟件的安裝與說明1、智能小車程序調(diào)試流程Step1：1. 車模的硬件電路結(jié)構(gòu)；2. 車模運(yùn)行可能遇到的路況及處理方法；3. 編寫車模運(yùn)行流程框圖。Step2：1. 根據(jù)程序流程圖，編寫程序； 2. 編譯、調(diào)試、修改程序； 3. 掌握程序調(diào)試的方法與技巧。 Step3：1. 下載程序； 2. 車模調(diào)試； 3. 修改、完善程序。 STC-ISP程序下載方法1安裝驅(qū)動(dòng)PL2303_Prolific_DriverInstaller_v1.7.0.exe用USB連接線將控制板和計(jì)算機(jī)連接，檢測COM端口號(hào)點(diǎn)擊檢測軟件：PL2303CheckChipVersion.exe2利用下載軟件下載 stc-isp-15xx-v6.19.exe四、程序設(shè)計(jì)與調(diào)試1程序調(diào)試流程劃分程序功能模塊：1. 初始化程序模塊設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行的初始狀態(tài)，配置相應(yīng)的寄存器；2. 路徑檢測與編碼模塊采集路徑信息，并將4路傳感器的采樣值統(tǒng)一編碼，供其他程序調(diào)用；3. 行進(jìn)速度與方向控制模塊根據(jù)路徑檢測結(jié)果，對(duì)小車的行進(jìn)速度、方向進(jìn)行控制；4. 按鍵掃描與數(shù)碼管顯示模塊 程序控制流程圖（基本功能框圖）1. 運(yùn)行控制按鍵S5按下2. 停止控制按鍵S6按下2程序流程圖3各模塊流程圖1. 初始化程序模塊Init_sys( )AD模擬量采集初始化；數(shù)碼管顯示與按鍵掃描初始化；定時(shí)器初始化；IO口初始化；PWM產(chǎn)生環(huán)節(jié)初始化；電機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)初始化；循跡傳感器初始化；2. 路徑檢測與編碼模塊現(xiàn)場采集、產(chǎn)生中值的具體步驟：step0. 開機(jī)時(shí)按住S4，顯示0，啟動(dòng)，進(jìn)入傳感器校準(zhǔn)；step1. 傳感器都放置在白線上，按S2鍵，顯示1；step2. 傳感器都放置在黑線上，按S1鍵，顯示2step3. 兩個(gè)標(biāo)志位都滿足，計(jì)算產(chǎn)生中值，寫入EEPROM，顯示3；為了便于控制，節(jié)省單片機(jī)資源，通常將所有傳感器的狀態(tài)進(jìn)行全部編碼，即：在程序中用一個(gè)變量表示各傳感器的狀態(tài)。if(Sensor_bufi color_bz_Hi) / 窗口上限，檢測到白板 sensor_status &= sensor_PINi; / 位清零3. 行進(jìn)速度與方向控制模塊獲取路徑信息后，控制器應(yīng)根據(jù)小車所處的狀態(tài)對(duì)行進(jìn)速度和方向及時(shí)調(diào)整，使得小車始終能夠沿著黑色引導(dǎo)線運(yùn)行。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制原理action：方向控制0：停止； Left_C = H Left_D = H 1：正轉(zhuǎn)；Left_C = H Left_D = L 2：反轉(zhuǎn)。Left_C = L Left_D = H speed_buf：PWM占空比控制4. 按鍵掃描與數(shù)碼管顯示模塊單片機(jī)通過兩個(gè)管腳P4.0、4.1將需要顯示的數(shù)據(jù)以串行的方式發(fā)送到74HC164的輸入端， 74HC164最終以并行的方式發(fā)送，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示字形。void LED_display ( uchar buf ) .uchar get_key (void)uchar temp;temp = P2 & 0xf0;/取出P2高四位temp = temp 4;/將P2