智能遙控循跡小車設(shè)計報告

1、智能遙控循跡小車報告課題名稱：智能遙控循跡小車學(xué) 院：長沙民政電子信息工程學(xué)院專業(yè)：機電一體化班級：機電1034班成員： 劉佳譚佳興游敬德曾向東指導(dǎo)老師：黃有全2011 年 12 月 29目錄摘要 3項目分工 3時間安排3課題目標(biāo)3設(shè)計要求4模塊設(shè)計5軟硬件調(diào)試9實訓(xùn)總結(jié)9附錄10摘要:本次設(shè)計是一種基于單片機控制的簡易智能尋跡小車系統(tǒng)，其中包括智能小車軟硬件的設(shè)計、焊接、調(diào)試。智能小車以 AT89C51 為控制核心，利用紅外探測法對路面黑色軌跡進(jìn)行檢測，從而路面檢 測信號反饋給單片機予以分析判斷，驅(qū)動電機調(diào)整小車前進(jìn)方向，從 而使小車能夠沿著黑色軌跡自動行駛，實現(xiàn)小車自動尋跡。項目分工：軟件

2、編寫：C51模塊：曾向東 游敬德；FPGA模塊：曾向東 游敬 德軟硬件調(diào)試：劉佳譚佳興設(shè)計報告：譚佳興劉佳時間安排：十六周：材料購買及焊接十七周：軟件編寫十八周：軟硬件調(diào)試和設(shè)計報告十九周：作品驗收及答辯課題目標(biāo)：1、 掌握基于單片機及FPGA的軟件的編寫。2、 通過智能小車的的軟硬件調(diào)試掌握各種工具的運用。3、培養(yǎng)團(tuán)隊合作、溝通、創(chuàng)新能力設(shè)計要求1、電路原理方框圖顯示尋跡狀態(tài)2、主要功能：尋跡板送過來的5路檢測信號送到FPGA板，F(xiàn)PGA將此5 路信號送出至5個LED燈顯示狀態(tài)（檢測至黑線滅，否則亮）；同 時將此5路信號送到單片機。FPGA發(fā)出一個啟動信號給單片機， 從而啟動小車。小車在接收

3、到FPGA送過來的啟動指令后，讀取尋 跡信號，根據(jù)尋跡信號確定小車的運行狀態(tài)，將小車的運行狀態(tài)送 至FPGA,同時根據(jù)相應(yīng)算法，驅(qū)動小車的左右電機前進(jìn)。并實現(xiàn) 前進(jìn)、左拐彎、右拐彎、后退等功能。模塊設(shè)計1、尋光的原理利用光敏電阻的特性，遇到光電阻減小。通過比較器 LM339進(jìn) 行電壓比較，測到光則輸出高電平，沒測到光則輸出低電平。用三 個光電阻來實現(xiàn)尋找光源，左，中，右三個，左邊測到則向左轉(zhuǎn)， 中間測到直走，右邊測到向右走。2、模塊方案比較與論證根據(jù)設(shè)計要求，本系統(tǒng)主要由控制器模塊、尋跡傳感器模塊、 直流電機及其驅(qū)動模塊。1）車體設(shè)計方案1:購買玩具電動車。購買的玩具電動車具有組裝完整的車 架

4、車輪、電機及其驅(qū)動電路。但是一般的說來，玩具電動車具有如 下缺點：首先，這種玩具電動車由于裝配緊湊，使得各種所需傳感 器的安裝十分不方便。其次，這種電動車一般都是前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū) 動，不能適應(yīng)該題目的方格地圖，不能方便迅速的實現(xiàn)原地保持坐 標(biāo)轉(zhuǎn)90度甚至180度的彎角。再次，玩具電動車的電機多為玩具直 流電機，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負(fù)載性能差，不易調(diào)速。因此我們 放棄了此方案。方案2:通過網(wǎng)絡(luò)購買買四輪專用車。經(jīng)過反復(fù)考慮論證，四輪 車子行駛更平穩(wěn)，所以我們選擇了這種方案。2、控制器模塊采用Atmel公司的AT89C51單片機作為主控制器。它是一個 低功耗，高性能的8位單片機，片內(nèi)含32k 空間的

5、可反復(fù)擦寫100,000次Flash只讀存儲器，具有4K 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM ), 32 個I/O 口，2個8位可編程定時計數(shù)器，且可在線編 程、調(diào)試，方便地實現(xiàn)程序的下載與整機的調(diào)試。時鐘電路和復(fù)位 電路如圖3-1 (與單片機構(gòu)成最小系統(tǒng))單單單單單單單J4.4 HeaderP0.85 P0.6P0.7P1.10P1.314P1.2. 6P1.738P1.4HeaderP1.85P1.6P1.7J5J64 P2.5 P2.P2.7Header.4 Header6P3.798P3. 5P3.U6+5XT AL118XT AL1XT AL2RSTEA/VPP+5VRSPSENALET

6、 93 1 - -P3.0/RxD30P3.1/TxDP3.2/INT0P3.0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1r10P3.6/WRP3.7/RDP3.111VVCCP0.0/AD0393P0.1/AD1 3P0.2/AD23P0.3/AD33P0.4/AD43P0.5/AD53P0.6/AD63P0.7/AD7P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.340P0.0P0 1P0.2P0.4P0.5P0.6P0.7+5VP1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.01P2.1P2.2P2.33P2.44P2.5AP2 612VSSP1.4P1.56P2.7P

7、3.3STC89C52RP1.67813P1.7P3.4C14P2.0/A82P3.5151P3.6c P2.1/A92162P3.7。P2.2/A1021734 P2.3/A11220匚 P2.4/A1252c P2.5/A13 627 P2.6/A142o P2.7/A15 82P3.1C121uFACK1C1 +C1-C2+C2-C13%0 1k432 T2IN 一11 U7T1IN10方J2 4亙GND+5VC20 110uFR5910KVDDVCCSW4SW-PBRSTC14FT1OUTT2OUTR1INR2INVEE713 RlinTlout+5R1OUTR2OUTJ8Y1XT A

8、L230pC11圖3.1主控原理圖3、尋跡方案的設(shè)計這里的尋跡是指小車在白色地板上，尋著黑線行走。方案一：用光敏電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟 隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時，光線發(fā) 射強烈，光線照射到黑線上面時，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在 白線和黑線上方時，阻值會發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能 夠穩(wěn)定的工作。方案二：用RPR22理光電對管，RPR22皿一種一體化反射型 光電探測器，其發(fā)射器是一個碎化錢紅外發(fā)光二極管，而接受器是 一個高靈敏度，硅平面光電三極管。RPR22特點：(1)、塑料透鏡可以提高

9、靈敏度(2)、內(nèi)置可見光過濾器能減小離散光的影響(3)、體積小，結(jié)構(gòu)緊湊當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時，三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光 電對管調(diào)理電路簡單，工作性能穩(wěn)定。綜上所述，我們選擇方案一，但是這種方案受光照影響很大，不能 夠穩(wěn)定的工作，所以用黑色布隔開一些外部光源，減少影響。原理圖：光敏也郵極報是 者在軌逐線上元敬度博節(jié)士珞j 3舊不門電收器實物圖:4、電源模塊方案1：用9V的電池電源給電機供電，然后使用 7805穩(wěn)壓管 來把高電壓穩(wěn)成5V分別給單片機和電機驅(qū)動芯片供電。這種接法 比較簡單，但小車的車體重量過大會導(dǎo)致電機動力不足。方案2:采用雙電源。為了確保單片機控制部分和電機驅(qū)動的 部分

10、的電壓不會互相影響，要把單片機的供電和驅(qū)動電路分開來， 即：用4節(jié)干電池6V為單片機系統(tǒng)和其他芯片供電。電機的電源 采用將220V交流電進(jìn)行整流、濾波、穩(wěn)壓使輸出值為 12V的電源。 結(jié)合車體重量和實際考慮，我們采用方案二。5、遙控模塊1）控制流程圖：西電0尹皿嚼薩右口 I!監(jiān)2）器材選擇超再生接收模塊采用 LC振蕩電路，內(nèi)含放大整形，輸出的數(shù)據(jù)信號為解碼后的高電平信號，使用極為方便，并且價格低廉，所以被廣泛使用。帶四路解碼 輸出（同時也可改為六路點動或互鎖輸出），使用方便；數(shù)據(jù)腳輸出 的電平是瞬時的而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對應(yīng)，有遙控信號時數(shù)據(jù)腳是高電平， 即驅(qū)動電機工作。遙控信號消失時數(shù)據(jù)腳

11、立即恢復(fù)為低電平， 驅(qū)動電機停止。各腳位名稱以及功能說明：1 VT輸出狀態(tài)指示2 D3數(shù)據(jù)輸出（前進(jìn)）3 D2數(shù)據(jù)輸出（后退）4 D1數(shù)據(jù)輸出（右轉(zhuǎn)）5 D0數(shù)據(jù)輸出（左轉(zhuǎn)）6 5V電源正極7 GND電源負(fù)極8 ANT接天線端6、小車各模塊分布小車的總體布局應(yīng)以盡量減少互相干擾為原則，兼顧美觀整齊。 基于這兩點，通過調(diào)試，在小車底板下面只安放了兩個減速電機， 防止電機磁對電氣信號的干擾。車頭部分放置傳感器模塊，這樣和 別的電流通路基本隔離，有利于信號的穩(wěn)定。單片機置于車的中央 且用銅柱將其支起來，于電機、電源等干擾源遠(yuǎn)離，很好地保證單 片機的穩(wěn)定可靠地運行?？傮w布局圖如下圖所示?？囟四K循跡模

12、塊遙拽模塊 （由于杓根 角度-無法 顯示.位于 電池邕F 面）片系和他片番 單機統(tǒng)其芯電軟硬件調(diào)試：此次調(diào)試主要是在實訓(xùn)室進(jìn)行的，通過實訓(xùn)室提供的各類工具 進(jìn)行檢測、試驗。硬件調(diào)試的內(nèi)容主要有循跡電路板的檢測、小車 電機、開發(fā)板。軟件調(diào)試則通過硬件部分實現(xiàn)。調(diào)試中遇到的問題及解決方案：1、 循跡板焊接處接口脫落：重新進(jìn)行焊接2、 芯片引腳配置錯誤：正確配置引腳3、 小車行駛方向錯誤，無法正確循跡：檢查程序并改正實訓(xùn)總結(jié)：這次的實訓(xùn)已不是大學(xué)里面的第一次實訓(xùn)，但絕對是我態(tài)度最認(rèn)真，最看重的一次實訓(xùn)，當(dāng)然也是付出最多的一次實訓(xùn)，至于收獲那是 可想而知的，實訓(xùn)一般是一組為單位，小組成員分工合作的形式

13、完成的.我 的主要任務(wù)是完成報告的撰寫，附加任務(wù)為在整個實訓(xùn)過程中配合其他成員完成實訓(xùn)I,表面上看起來，我的任務(wù)是最簡單最輕松的，其實不 然，因為我需要參與整個過程，并熟悉每個流程的作用，要達(dá)到的目的 和效果，這次的實訓(xùn)覆蓋面很廣.它牽涉到很多的專業(yè)知識，如何設(shè)計 車體,如何編寫程序，如何讓它達(dá)到預(yù)期效果，每一步都要花費很多時 間去專研，去調(diào)試.雖然最后的結(jié)果不是讓我們很滿意，但在看到小車 跑起來的那一刻，每位小組成員內(nèi)心都有洋溢著喜悅，這是一種前所未 有的體驗，結(jié)果對我們已不是很重要，重要的是我們在整個實訓(xùn)過程中 的所感所悟，它讓我們認(rèn)識到學(xué)科之間的緊密聯(lián)系，培養(yǎng)了我們的相 互合作協(xié)調(diào)的團(tuán)隊

14、意識，拓展了我們思維空間想象能力，還有調(diào)試中出 現(xiàn)的種種問題讓我們學(xué)會獨立思考，加強了我們解決問題的能力，在解 決問題的同時，同時還鞏固了對專業(yè)知識的認(rèn)知及加強了我們的求知欲,所以這次實訓(xùn)I目的不僅僅只是打一個好的分?jǐn)?shù)為求不掛科，它對我們實現(xiàn)了一次專業(yè)知識綜合運用能力的大考察，也是一次將理論結(jié) 合于實踐的一次大演練，這樣我們的學(xué)習(xí)不再局限于課本上的理論知 識，實踐才會讓我們收獲更多.附錄單片機程序：#include <reg52.h>#define uint unsigned int void delay()uint m,n;for (m=1;m<100;m+)for(n=1

15、;n<121;n+);void delay1 (uint a) uint i,j;for (i=a;i>0;i-)for (j=121;j>0;j-);void main()(/* if(P1=0xe4)/黑底白色軌跡賽道程序(P1=0xff;P2=0xff;while(1)/P1=0xff;switch(P1)case 0xe4:/前進(jìn)，兩燈燈P2=0x55; break;case0xe8:/左轉(zhuǎn)，右燈亮P2=0x95; break;case0xf0:/左轉(zhuǎn)，右燈亮P2=0x95;break;case0xe2:/右轉(zhuǎn)，左燈亮P2=0x59;break;case0xe1:/右轉(zhuǎn)，左燈亮P2=0x59;break;case0xff:/全速前進(jìn)P2=0x55;break;case0xe0:/后退，兩燈不亮P2=0xee;break;)delay();*/if(P1=0xfb)/白底黑色軌跡賽道程序P1=0xff;P2=0xff; while (1)前進(jìn)，兩燈燈前進(jìn)，兩燈燈switch (P1) case 0xfb:P2=0x55;break;case0xf9:P