基于單片機(jī)控制的循跡小車(chē)設(shè)計(jì)

1、摘 要 本循跡小車(chē)采用現(xiàn)在較為流行的8位單片機(jī)作為系統(tǒng)大腦，以STC89C52單片機(jī)為 控制核心。用其控制行進(jìn)中的小車(chē)，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系 統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車(chē)的自動(dòng)控制，而在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來(lái)它的優(yōu)勢(shì) 控制簡(jiǎn)單、方便、快捷。40腳的DIP封裝使它擁有32個(gè)完全I(xiàn)O(GPIO-通用輸入輸出) 端口，通過(guò)這些端口加以信號(hào)輸入電路，將各傳感器的信號(hào)傳至單片機(jī)分析處理， 從而控制L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制小車(chē)。利用紅外對(duì)管檢測(cè)黑線(xiàn)，通過(guò)循跡模塊里的紅 外對(duì)管是否尋到黑線(xiàn)產(chǎn)生的電平信號(hào)返回到單片機(jī)紅外對(duì)管來(lái)實(shí)現(xiàn)循跡功能。單片 機(jī)根據(jù)程序設(shè)計(jì)的要求做出相應(yīng)的判斷送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)

2、模塊。讓小車(chē)來(lái)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)，左 轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，停車(chē)等基本功能。集成紅外線(xiàn)傳感器即光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行避障。整個(gè)系統(tǒng)的 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能高。根據(jù)小車(chē)各部分功能，分析硬件電路，并調(diào)試電路。 將調(diào)試成功的各個(gè)模塊逐個(gè)地融合成整體，再進(jìn)行軟件編程調(diào)試，直至完成。 關(guān)鍵詞：循跡小車(chē) STC89C52 單片機(jī) 紅外對(duì)管 L293D 電機(jī)驅(qū)動(dòng) Abstract This tracking car adopts the now popular 8-bit single chip microcomputer as the system of the brain, with the STC89C52 single-chip

3、 microcomputer as the core. To control the traveling car with it, in order to realize the given performance index. Full analysis of our system, the key is to achieve the automatic control cars, but at this point, single-chip microcomputer control will show its advantage is simple, convenient and fas

4、t. 40 feet DIP package makes it has 32 completely IO (GPIO - general input/output port, signal input circuit, through these ports will transmit the signals to single chip microcomputer analysis of each sensor to control L293D motor drive and control the car. The use of infrared for detecting tube bl

5、ack line, through infrared tracking module for tube whether find level signal produced by the black thread returns to the SCM infrared tube to realize tracking function. SCM according to the requirement of the program design make the corresponding judgment for motor driver module. Let the car to ach

6、ieve forward, turn left, turn right, the basic function such as parking. Integrated infrared sensor photoelectric switch for obstacle avoidance. The circuit of the whole system structure is simple, reliable performance is high. According to the function of car parts, analyze the hardware circuit, an

7、d debug the circuit. Debugging success of each module individually merged into a whole, and then software programming and debugging, until completion. KEY WORDS: STC89C52 dc motor infrared sensors the pipe tracing cars L293D motor drive 目錄目錄 第一章 緒論.1 第二章 方案設(shè)計(jì)與論證.2 第一節(jié) 主控系統(tǒng).2 第二節(jié) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊.3 第三節(jié) 循跡模塊.5

8、第四節(jié) 避障模塊.6 第五節(jié) 機(jī)械系統(tǒng)和電源模塊.6 第六節(jié) 電源模塊.6 第三章 硬件設(shè)計(jì).8 第一節(jié) 總體設(shè)計(jì).8 第二節(jié) 信號(hào)檢測(cè)模塊.11 第四章 軟件設(shè)計(jì).13 第一節(jié) 小車(chē)運(yùn)行主程序流程圖.13 第二節(jié) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序.14 第三節(jié) 循跡模塊.15 第五章 制作安裝與調(diào)試.18 結(jié) 論.19 致 謝.20 參考文獻(xiàn).21 第一章第一章 緒論緒論 自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來(lái)，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交 通、宇航、國(guó)防等領(lǐng)域。近年來(lái)機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人 們的生活方式。人們?cè)诓粩嗵接?、改造、認(rèn)識(shí)自然的過(guò)程中，制造能替代人勞動(dòng)的 機(jī)器一直是人類(lèi)的夢(mèng)想。

9、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的感覺(jué)傳感器種類(lèi)越來(lái)越多，其中視覺(jué)傳感器成 為自動(dòng)行走和駕駛的重要部件。視覺(jué)的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)于 視覺(jué)的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后， 機(jī)器視覺(jué)需要通過(guò)大量的運(yùn)算也只能識(shí)別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡(jiǎn)單的目標(biāo)。視覺(jué)傳感器 的核心器件是攝像管或 CCD，目前的 CCD 已能做到自動(dòng)聚焦。但 CCD 傳感器的價(jià)格、 體積和使用方式上并不占優(yōu)勢(shì)，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺(jué)的系統(tǒng)中考 慮使用接近覺(jué)傳感器是一種實(shí)用有效的方法。 機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線(xiàn)和障礙物，感知導(dǎo) 引線(xiàn)相當(dāng)給機(jī)器人一個(gè)視覺(jué)功能。

10、避障控制系統(tǒng)是基于自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)（AVGauto- guide vehicle）系統(tǒng)，基于它的智能小車(chē)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別路線(xiàn)，判斷并自動(dòng)避開(kāi)障礙， 選擇正確的行進(jìn)路線(xiàn)。使用傳感器感知路線(xiàn)和障礙并作出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。 該智能小車(chē)可以作為機(jī)器人的典型代表。它可以分為三大組成部分：傳感器檢 測(cè)部分、執(zhí)行部分、CPU。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能，還可以擴(kuò)展循跡等功能，感 知導(dǎo)引線(xiàn)和障礙物?？梢詫?shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)識(shí)別路線(xiàn)，選擇正確的行進(jìn)路線(xiàn)，并檢測(cè)到 障礙物自動(dòng)躲避?；谏鲜鲆螅瑐鞲袡z測(cè)部分考慮到小車(chē)一般不需要感知清晰的 圖像，只要求粗略感知即可，所以可以舍棄昂貴的CCD傳感器而考慮使用價(jià)廉物美的 紅外反射式傳

11、感器來(lái)充當(dāng)。智能小車(chē)的執(zhí)行部分，是由直流電機(jī)來(lái)充當(dāng)?shù)模饕?制小車(chē)的行進(jìn)方向和速度。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)一般有兩種方案：第一，勿需占用 單片機(jī)資源，直接選擇有PWM功能的單片機(jī)，這樣可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速；第二，可以由 軟件模擬PWM輸出調(diào)制，需要占用單片機(jī)資源，難以精確調(diào)速，但單片機(jī)型號(hào)的選擇 余地較大?？紤]到實(shí)際情況，本文選擇第二種方案。CPU使用STC89C52單片機(jī)，配合 軟件編程實(shí)現(xiàn)。 第二章第二章 方案設(shè)計(jì)與論證方案設(shè)計(jì)與論證 根據(jù)要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車(chē)的基礎(chǔ)上，加裝光電檢測(cè)器，實(shí) 現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行 處理，然后由單片機(jī)

12、根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的智能控制。這種方案能 實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿(mǎn)足對(duì)系統(tǒng) 的各項(xiàng)要求。 第一節(jié)第一節(jié) 主控系統(tǒng)主控系統(tǒng) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我認(rèn)為此設(shè)計(jì)屬于多輸入量的復(fù)雜程序控制問(wèn)題。據(jù)此，擬定 了以下兩種方案并進(jìn)行了綜合的比較論證，具體如下： 方案一： 選用一片 CPLD（如 EPM7128LC84-15）作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的 功能。CPLD 具有速度快、編程容易、資源豐富、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用 VHDL 語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)開(kāi)發(fā)。但 CPLD 在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢(shì)。同時(shí)，CPLD 的處理 速度非?？欤≤?chē)的行進(jìn)速度不可

13、能太高，那么對(duì)系統(tǒng)處理信息的要求也就不會(huì) 太高，在這一點(diǎn)上，MCU 就已經(jīng)可以勝任了。若采用該方案，必將在控制上遇到許 許多多不必要增加的難題。為此，我們不采用該種方案，進(jìn)而提出了第二種設(shè)想。 方案二： 采用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，用其控制行進(jìn)中的小車(chē)，以實(shí)現(xiàn)其既定的性 能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車(chē)的自動(dòng)控制，而在這一點(diǎn)上， 單片機(jī)就顯現(xiàn)出來(lái)它的優(yōu)勢(shì)控制簡(jiǎn)單、方便、快捷。這樣一來(lái)，單片機(jī)就可以 充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu) 點(diǎn)。因此，這種方案是一種較為理想的方案。 針對(duì)本設(shè)計(jì)特點(diǎn)多開(kāi)關(guān)量輸入的復(fù)雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長(zhǎng)處理多開(kāi)關(guān)

14、量的標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)，而不能用精簡(jiǎn) I/O 口和程序存儲(chǔ)器的小體積單片機(jī)，D/A、A/D 功 能也不必選用。根據(jù)這些分析,我選定了 P89C52RA 單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控裝置， 52 單片機(jī)具有功能強(qiáng)大的位操作指令，I/O 口均可按位尋址，程序空間多達(dá) 8K，對(duì) 于本設(shè)計(jì)也綽綽有余，更可貴的是 52 單片機(jī)價(jià)格非常低廉。 在綜合考慮了傳感器、兩部電機(jī)的驅(qū)動(dòng)等諸多因素后，我們決定采用一片單片 機(jī)，充分利用 STC89C52 單片機(jī)的資源。 第二節(jié)第二節(jié) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 方案一： 采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)或關(guān)進(jìn)行控制,通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換對(duì)小車(chē)的速度進(jìn)行調(diào)整.此 方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是繼電

15、器的響應(yīng)時(shí)間慢,易損壞,壽命較短,可靠性 不高。 方案二： 采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到分壓的目的。但電阻 網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要的問(wèn)題在于一 般的電動(dòng)機(jī)電阻很小，但電流很大，分壓不僅回降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。 方案三： 采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線(xiàn)性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu) 和原理簡(jiǎn)單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的 H 型橋式電路(如圖 2.1)。用單 片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這 種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H 型橋式電路保證了簡(jiǎn)單 的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和

16、方向的控制，電子管的開(kāi)關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采 用的 PWM 調(diào)速技術(shù)?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，我選用了 L293D 如圖 2.2)。 這種調(diào)速方式有采用 16 引腳 DIP 封裝，其內(nèi)部集成了雙極型 H-橋電路，所有 的開(kāi)量都做成 n 型。這種雙極型脈沖調(diào)寬方式具有很多優(yōu)點(diǎn)，如電流連續(xù)；電機(jī)可 四角限運(yùn)行；電機(jī)停止時(shí)有微振電流，起到“動(dòng)力潤(rùn)滑”作用，消除正反向時(shí)的靜 摩擦死區(qū)：低速平穩(wěn)性好等。我選取第三種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)循跡。 圖 2.1 橋式電路 圖 2.2 L293D 第三節(jié)第三節(jié) 循跡模塊循跡模塊 方案一： 采用簡(jiǎn)易光電傳感器結(jié)合外圍電路探測(cè)，但實(shí)際效果并不理想，對(duì)行駛過(guò)程中

17、的穩(wěn)定性要求很高，且誤測(cè)幾率較大、易受光線(xiàn)環(huán)境和路面介質(zhì)影響。在使用過(guò)程 極易出現(xiàn)問(wèn)題，而且容易因?yàn)?該部件造成整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。故最終未采用該方案。 方案二： 采用兩只紅外對(duì)管(如圖 2.3)，分別置于小車(chē)車(chē)身前軌道的兩側(cè)，根據(jù)兩只光 電開(kāi)關(guān)接受到白線(xiàn)與黑線(xiàn)的情況來(lái)控制小車(chē)轉(zhuǎn)向來(lái)調(diào)整車(chē)向，測(cè)試表明，只要合理 安裝好兩只光電開(kāi)關(guān)的位置就可以很好的實(shí)現(xiàn)循跡的功能。 方案三： 采用四只紅外對(duì)管，兩只置于軌道中間，兩只置于軌道外側(cè)，當(dāng)小車(chē)脫離軌道 時(shí)，即當(dāng)置于中間的兩只光電開(kāi)關(guān)脫離軌道時(shí)，等待外面任一只檢測(cè)到黑線(xiàn)后，做 出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向調(diào)整，直到中間的光電開(kāi)關(guān)重新檢測(cè)到黑線(xiàn)（即回到軌道）再恢復(fù)正 向行駛

18、?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，小車(chē)在循跡過(guò)程中有一定的左右搖擺不定，但能夠很成功 的尋跡。我選取第三種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)循跡。 圖 2.3 紅外對(duì)管 第四節(jié)第四節(jié) 避障模塊避障模塊 方案一： 采用一只紅外對(duì)管置于小車(chē)中央。其安裝簡(jiǎn)易，也可以檢測(cè)到障礙物的存在， 但難以確定小車(chē)在水平方向上是否會(huì)與障礙物相撞，也不易讓小車(chē)做出精確的轉(zhuǎn)向 反應(yīng)。 方案二： 采用二只紅外對(duì)管分別置于小車(chē)的前端兩側(cè)，方向與小車(chē)前進(jìn)方向平行，對(duì)小 車(chē)與障礙物相對(duì)距離和方位能作出較為準(zhǔn)確的判別和及時(shí)反應(yīng)。但此方案過(guò)于依賴(lài) 硬件、成本較高、缺乏創(chuàng)造性，而且置于小車(chē)左方的紅外對(duì)管用到的幾率很小，所 以最終未采用。 方案三： 采用超聲波置于小車(chē)前端。

19、通過(guò)測(cè)試此種方案就能很好的實(shí)現(xiàn)小車(chē)避開(kāi)障礙物， 且充分的利用資源而不浪費(fèi)。 通過(guò)比較我采用方案三。 第五節(jié)第五節(jié) 機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)和電源模塊和電源模塊 本題目要求小車(chē)的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定、靈活、簡(jiǎn)單，而三輪運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具備以上特點(diǎn)。 驅(qū)動(dòng)部分：由于玩具汽車(chē)的直流電機(jī)功率較小，而小車(chē)上裝有電池、電機(jī)、電子器 件等，使得電機(jī)負(fù)擔(dān)較重。為使小車(chē)能夠順利啟動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，在直流電機(jī)和輪 車(chē)軸之間加裝了三級(jí)減速齒輪。電池的安裝：將電池放置在車(chē)體的電機(jī)前后位置， 降低車(chē)體重心，提高穩(wěn)定性，同時(shí)可增加驅(qū)動(dòng)輪的抓地力，減小輪子空轉(zhuǎn)所引起的 誤差。簡(jiǎn)單，而三輪運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具備以上特點(diǎn)。 第六節(jié)第六節(jié) 電源模塊電源模塊 方案一

20、： 采用實(shí)驗(yàn)室有線(xiàn)電源通過(guò)穩(wěn)壓芯片供電，其優(yōu)點(diǎn)是可穩(wěn)定的提供 5V 電壓，但占 用資源過(guò)大。 方案二： 采用 4 支 1.5V 電池單電源供電，但 6V 的電壓太小不能同時(shí)給單片機(jī)與與電機(jī) 供電。 方案三： 采用 12V 蓄電池給單片機(jī)與電機(jī)供電可解決方案二的問(wèn)題且能讓小車(chē)完成其功 能。 所以，我選擇了方案三來(lái)實(shí)現(xiàn)供電。 第三章第三章 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 第一節(jié)第一節(jié) 總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì) 智能小車(chē)采用前后輪驅(qū)動(dòng)，前后輪左右兩邊各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)制前面兩個(gè) 輪子的轉(zhuǎn)速起停從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的。將循跡光電對(duì)管分別裝在車(chē)體下的左右。 當(dāng)車(chē)身下左邊的傳感器檢測(cè)到黑線(xiàn)時(shí)，主控芯片控制左輪電機(jī)停止，車(chē)向左

21、修正， 當(dāng)車(chē)身下右邊傳感器檢測(cè)到黑線(xiàn)時(shí)，主控芯片控制右輪電機(jī)停止，車(chē)向右修正。 避障的原理和循線(xiàn)一樣，在車(chē)身右邊裝一個(gè)光電對(duì)管，當(dāng)其檢測(cè)到障礙物時(shí)， 主控芯片給出信號(hào)報(bào)警并控制車(chē)子倒退,轉(zhuǎn)向，從而避開(kāi)障礙物。 主板設(shè)計(jì)框圖如圖 3.1，所需元件清單如表 3.1。 圖 3.1 主板設(shè)計(jì)框圖 Stc89c52 循跡紅外對(duì)管 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 避障紅外對(duì) 管 表 3.1 元件清單 一、 直一、流電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 該驅(qū)動(dòng)板可驅(qū)動(dòng)2 路直流電機(jī)，使能端ENA、ENB 為高電平時(shí)有效，控制方 式及直流電機(jī)狀態(tài)表如下所示： 表 3.2 控制方式及直流電機(jī)狀態(tài)表 ENAIN1IN2 直流電機(jī)狀態(tài) 0XX

22、 停止 100 制動(dòng) 101 正轉(zhuǎn) 110 反轉(zhuǎn) 111 制動(dòng) 若要對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行PWM 調(diào)速，需設(shè)置IN1 和IN2，確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，然后 對(duì)使能端輸出PWM 脈沖，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。注意當(dāng)使能信號(hào)為0 時(shí)，電機(jī)處于 自由停止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)使能信號(hào)為1，且IN1 和IN2 為00 或11 時(shí)，電機(jī)處于制動(dòng)狀 態(tài)，阻止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)原理如圖3.2。 元件數(shù)量元件數(shù)量元件數(shù)量 直流電機(jī)4 只電阻若干集成電路芯片若干 單片機(jī)1 塊二極管若干電容若干 紅外對(duì)管4 只超聲波探頭1 只電位器若干 12M 晶振1 只杜邦線(xiàn)若干玩具小車(chē)1 個(gè) 排針若干 圖 3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 二、尋跡檢測(cè)電路二、尋跡檢測(cè)電路

23、TCRT5000 傳感器的工作原理與一般的紅外傳感器一樣,一傳一感.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,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來(lái),而經(jīng)過(guò) ADC 轉(zhuǎn)換 或 LM324 等電路整形后得到處理后的輸出結(jié)果.電阻的變化起取于接收管所接收的紅 外信號(hào)強(qiáng)度,常表現(xiàn)在反射面的顏色和反射面接收管的距離兩二方面.硬件參考原理 如圖 3.3。 圖 3.3 驅(qū)動(dòng)原理圖 第二節(jié)第二節(jié) 信號(hào)檢測(cè)模塊信號(hào)檢測(cè)模塊 小車(chē)循跡原理是小車(chē)在畫(huà)有黑線(xiàn)的白紙 “路面”上行駛，由于黑線(xiàn)和白紙對(duì)光 線(xiàn)的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光

24、的強(qiáng)弱來(lái)判斷“道路”黑線(xiàn)。筆者在 該模塊中利用了簡(jiǎn)單、應(yīng)用也比較普遍的檢測(cè)方法紅外探測(cè)法。 紅外探測(cè)法，即利用紅外線(xiàn)在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。 在小車(chē)行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫發(fā)射， 反射光被裝在小車(chē)上的接收管接收；如果遇到黑線(xiàn)則紅外光被吸收，則小車(chē)上的接 收管接收不到信號(hào)，再通過(guò) LM324 作比較器來(lái)采集高低電平，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢測(cè)。 避障亦是此原理。電路圖如圖 3.4。市面上有很多紅外傳感器，在這里我選用 TCRT5000 型光電對(duì)管。 圖 3.4 循跡原理圖 第三節(jié)第三節(jié) 主控電路主控電路 本模塊主要是對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行分析，用單片機(jī)

25、控制電機(jī)速度，起停。以及再檢 測(cè)到障礙報(bào)警等作用。其電路圖如圖 3.5。 圖 3.5 主控電路 第四章第四章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù) 每個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)控制系統(tǒng)中占重要 地位。對(duì)于本系統(tǒng)，軟件更為重要。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、 過(guò)程控制兩個(gè)基本類(lèi)型。為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常把過(guò)程分為 若干個(gè)部分，每一部分叫做一個(gè)模塊。 根據(jù)總體設(shè)計(jì)的思想及本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，在設(shè)計(jì)中完成以下功能。 1、循跡模塊主程序：由是否遇到黑線(xiàn)，測(cè)到光源，測(cè)到擋板產(chǎn)生信號(hào)的操作，信號(hào) 返回

26、到單片機(jī)，再通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。 2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主程序：主要用來(lái)控制兩個(gè)直流減速電機(jī)，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、前左 轉(zhuǎn)、前右轉(zhuǎn)、后左轉(zhuǎn)、后右轉(zhuǎn)、停止等功能。 第一節(jié)第一節(jié) 小車(chē)運(yùn)行主程序流程圖小車(chē)運(yùn)行主程序流程圖 圖 4.1 主程序框圖 啟動(dòng) 循跡 是否檢測(cè)到黑線(xiàn) 停止 是否檢測(cè)到障 礙 N Y 避障 Y N 第二節(jié)第二節(jié) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序 void goahead() s1=1; s2=0; s3=1; s4=0; void goback() s1=0; s2=1; s3=0; s4=1; void turnleft() s3=1; s4=0; void turnright() s

27、1=1; s2=0; void stop en1=0; en2=0; 第三節(jié)第三節(jié) 循跡模塊循跡模塊 當(dāng)小車(chē)循跡時(shí)，偏離循跡曲線(xiàn)時(shí)，偏離曲線(xiàn)調(diào)整子程序如圖 4.2 所示： 圖 4.2 循跡子程序 循跡程序 void xunji() if (left_red)=1) en2=1; goahead(); delay(150); en1=0; en2=0; delay(50); else if(left_red=0) en2=1; p0_0=!p0_0; turnleft(); delay(150); en1=1; en2=0; delay(50); else if(left_red=1) en2=

28、0; P0_1=!p0_1; turnright(); delay(150); en1=0; en2=1; delay(50); else stop(); 第五章第五章 制作安裝與調(diào)試制作安裝與調(diào)試 通過(guò)改變循跡板滑動(dòng)變阻器器的大小來(lái)調(diào)試紅外對(duì)管的靈敏度，通過(guò)改變延時(shí) 程序來(lái)改變速度的大小。下表為小車(chē)運(yùn)行的情況： 表 5.1 小車(chē)調(diào)試情況 圖 5.1 實(shí)物圖 小車(chē)運(yùn)行次數(shù)成功循跡次數(shù)成功避障次數(shù) 110 210 320 420 . 結(jié)結(jié) 論論 整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，利用了多種傳感器，將軟件和硬件相結(jié)合。 本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)如下功能： 自動(dòng)沿預(yù)設(shè)軌道行駛小車(chē)在行駛過(guò)程中，能夠自動(dòng)檢測(cè)預(yù)先設(shè)好的

29、軌道，實(shí)現(xiàn) 直道和弧形軌道的前進(jìn)。若有偏離，能夠自動(dòng)糾正，返回到預(yù)設(shè)軌道上來(lái)。本系統(tǒng) 能夠基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，小車(chē)能夠較快較平穩(wěn)的沿著引導(dǎo)線(xiàn)行駛，但由于經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰?有限，該系統(tǒng)還存在著許多不盡人意的地方有待進(jìn)一步的完善和改進(jìn)。 通過(guò)本次課題設(shè)計(jì)，不僅是對(duì)我們課本所學(xué)知識(shí)的考查，更是對(duì)我的自學(xué)能力 和收集資料能力以及動(dòng)手能力的考驗(yàn)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我們意識(shí)到了實(shí)驗(yàn)的重要性， 在硬件制作和軟件的調(diào)試過(guò)程中，出現(xiàn)了很多問(wèn)題，最終都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法解決 的。通過(guò)本次課題設(shè)計(jì)，極大的鍛煉了我們的思考和分析問(wèn)題能力，并對(duì)單片機(jī)有 了更深一步的認(rèn)識(shí)。 總之，在課題設(shè)計(jì)過(guò)程中，無(wú)論是對(duì)于學(xué)習(xí)方法還是理論知識(shí)，我們都

30、有了新 的認(rèn)識(shí)，受益匪淺，這將激勵(lì)我們?cè)诮窈笤俳釉賲?，不斷完善自己的理論知識(shí)，提 高實(shí)踐運(yùn)作能力。 致致 謝謝 在本次課題設(shè)計(jì)中，我感受到了老師對(duì)學(xué)生的那種誨人不倦的精神，每天的固 定時(shí)間，田老師都來(lái)給我們指導(dǎo)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的忙碌和工作，本次設(shè)計(jì)已經(jīng)接近 尾聲，作為一個(gè)專(zhuān)科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地 方，如果沒(méi)有田老師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè) 計(jì)是難以想象的。在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師，每次發(fā)現(xiàn)不明白或是自己不能 解決的問(wèn)題時(shí)，田老師都會(huì)耐心的為我們講解其中的問(wèn)題所在，并為我們提出解決 的方法和思路。這為我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)少走了許多彎路。我

31、的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是 田老師仍然細(xì)心地糾正我的錯(cuò)誤。除了敬田老師的專(zhuān)業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科 學(xué)研究的精神也是我們永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我們今后的學(xué)習(xí)和工作。在 此，向在課程設(shè)計(jì)中給予我們提供幫助的田老師說(shuō)一聲“老師您辛苦了！”預(yù)祝老 師在今后的生活及工作中，身體健康、工作順利！ 其次要感謝與我朝夕相處的同學(xué)們。這些日子，在遇到不懂的問(wèn)題上，他們和 我一塊努力奮斗共進(jìn)共退，相互鼓勵(lì)相互扶持，互通有無(wú)，及時(shí)溝通。正因?yàn)槿绱?我才能順利的完成設(shè)計(jì)，我要感謝我的母校重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院，是母校給我們 提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我教授過(guò)課的每一位老師，是 你們教會(huì)我專(zhuān)業(yè)知識(shí)

32、。 在此，我再說(shuō)一次謝謝！ 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1郭惠、吳迅：,電子工業(yè)出版社,2008 年第 10 版，第 1-200 頁(yè)。 2王東鋒、王會(huì)良、董冠強(qiáng)：, 電子工業(yè)出版社, 2009 年第 3 版，第 145-300 頁(yè)。 3韓毅、楊天： ,學(xué)術(shù)期刊， 2008 年第 29 期，第 1535-1955 頁(yè)。 4 王曉明：， 學(xué)術(shù)期刊，2002 年。 內(nèi)部資料 僅供參考 內(nèi)部資料 僅供參考 9JWKffwvG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$U

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