壁障循跡智能小車

1、.湖北理工學(xué)院電賽預(yù)選賽論文題目；智能壁障循跡小車參賽人員：許金利 陳雄班級(jí)：10電氣本一. v.智能壁障循跡小車摘要：本系統(tǒng)是以msp430單片機(jī)為控制核心,利用TRCT5000紅外對(duì)管檢測(cè)黑線，控制小車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡功能，利用E18D80NKN紅外壁障傳感器實(shí)現(xiàn)壁障功能。小車驅(qū)動(dòng)采用L293D驅(qū)動(dòng)電路，速度由單片機(jī)控制，通過L293D芯片驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，結(jié)合光電開關(guān)，可有效控制小車在特定位置轉(zhuǎn)彎角度；另利用紅外解碼原理，通過遙控器實(shí)現(xiàn)小車的功能轉(zhuǎn)換。由以上各種功能的結(jié)合，使小車更加智能化，自動(dòng)化，該系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和技術(shù)上都顯得更加科學(xué)化。關(guān)鍵字：msp430單片機(jī)；TRCT5000紅外對(duì)管；E18

2、D80NKN紅外壁障傳感器；L293D芯片。. v.2 方案設(shè)計(jì)2.1 主控系統(tǒng) 采用msp430F149單片機(jī)加8MHZ的晶振為整個(gè)系統(tǒng)的核心，TI公司的msp430系列16位單片機(jī)具有超低功耗性能，用其控制智能小車，實(shí)現(xiàn)既定的功能。2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（L293D） 采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)，線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。2.3 循跡模塊 采用4只紅外對(duì)管并排至于小車后，中央黑

3、線的兩側(cè)分別有兩只，紅外對(duì)管的紅外發(fā)射管不斷發(fā)射紅外線，光敏三極管會(huì)不斷接受反射的紅外線，通過對(duì)黑線的檢測(cè)，光電對(duì)管會(huì)向單片機(jī)發(fā)送脈沖信號(hào)，單片機(jī)則會(huì)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，繼而實(shí)現(xiàn)循跡功能。紅外對(duì)管的電路實(shí)物圖如下： 圖2 TRCT5000傳感器模塊布局圖 2.4 壁障模塊E18-D80NK-N 這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，發(fā)射光經(jīng)過調(diào)制后發(fā)出，接收頭對(duì)反射光進(jìn)行解調(diào)輸出。有效的避免了可見光的干擾。透鏡的使用，也使得這款傳感器最遠(yuǎn)可以檢測(cè)80厘米距離的問題。如遇障礙物，光電開關(guān)向單片機(jī)發(fā)去信號(hào)繼而控制小車轉(zhuǎn)彎以實(shí)現(xiàn)壁障功能。 E18-D80NK-N光電傳感器的實(shí)物圖與原理圖2.

4、5 機(jī)械系統(tǒng) 本題目要求小車的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定、靈活、簡(jiǎn)單，而運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具備以上特點(diǎn)。 驅(qū)動(dòng)部分：由于玩具汽車的直流電機(jī)功率較小，而小車上裝有電池、電機(jī)、電子器件等，使得電機(jī)負(fù)擔(dān)較重。電池的安裝：將電池放置在車體的電機(jī)前后位置，降低車體重心，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。2.6 電源模塊 電源采用12V電源轉(zhuǎn)5V，通過7805的穩(wěn)壓片及濾波電容。 電源電路3 硬件設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì) 智能小車采用前輪驅(qū)動(dòng)，前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)管并排安裝在車體后。當(dāng)車身下左邊的傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制左輪

5、電機(jī)停止，車向左修正，當(dāng)車身下右邊傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制右輪電機(jī)停止，車向右修正。紅外光電開關(guān)裝在車上中間部分，當(dāng)檢測(cè)到障礙物時(shí)，主控芯片控制小車轉(zhuǎn)彎。 Msp430 單片機(jī) 主板設(shè)計(jì)框圖紅外對(duì)管模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊光電開關(guān)模塊液晶顯示模塊紅外遙控模塊3.2 驅(qū)動(dòng)電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)一般采用H橋式驅(qū)動(dòng)電路，L293D內(nèi)部集成了H橋式驅(qū)動(dòng)電路，從而可以采用L293D電路來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。通過單片機(jī)給予L293D電路PWM信號(hào)來控制小車的速度，起停。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路3.3 信號(hào)檢測(cè)模塊小車循跡原理是小車在畫有黑線的白紙 “路面”上行駛，由于黑線和白紙對(duì)光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷“道

6、路”黑線。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)。在小車行駛過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，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號(hào)，再通過LM324作比較器來采集高低電平，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢測(cè)。市面上有很多紅外傳感器，在這里我選用TCRT5000型光電對(duì)管。 光電對(duì)管傳感器原理圖3.4 主控電路 本模塊主要是對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行分析，同時(shí)給出PWM波控制電機(jī)速度，起停，以及驅(qū)動(dòng)液晶顯示等作用。 主控電路4 軟件設(shè)計(jì)啟動(dòng) 4.1 主

7、程序框圖壁障NN循跡Y是否檢測(cè)到障礙是否檢測(cè)停止Y停止 主程序圖框 4.2 C程序*include<msp430x14x.h>*include<intrinsics.h>/延時(shí)函數(shù)頭文件*define uint unsignedint*define uchar unsignedchar*define mcu_xtal 8 /對(duì)8M的晶振*define delay_us(x) _delay_cycles (x * mcu_xtal) /延時(shí)1us*define delay_ms(x) _delay_cycles (unsignedlong)x * mcu_xtal*100

8、0)/延ms*define delay_s(x) _delay_cycles (unsignedlong)x * mcu_xtal*1000000)/延stypedefunsignedchar UCHAR;typedefunsignedint UINT;*define CPU_F (double)8000000) /8000000為當(dāng)前的晶振頻率*define DelayUs(x) _delay_cycles(long)(CPU_F*(double)x/1000000.0) *define DelayMs(x) _delay_cycles(long)(CPU_F*(double)x/1000.

9、0) UCHAR table =" Xu Jin Li "UCHAR FLAG =" Chen Xiong"*define ComDir P3DIR /控制端輸入輸出定義*define RS_L P3OUT &=BIT0 /液晶的RS端低電平*define RS_H P3OUT |= BIT0 /液晶的RS端高電平*define RW_L P3OUT &=BIT1 /液晶的RW端低電平*define RW_H P3OUT |= BIT1 /液晶的RW端高電平*define EN_L P3OUT &=BIT2 /液晶的EN端低電平*

10、define EN_H P3OUT |= BIT2 /液晶的RW端高電平*define DatDir P4DIR /數(shù)據(jù)端輸入輸出定義*define DatBus P4OUT /數(shù)據(jù)端輸出*define WriDat P4IN /數(shù)據(jù)端輸入void CheBusy(); /讀忙函數(shù)/*/void WriteCom(UCHAR ) CheBusy(); /讀忙 DatDir = 0XFF; /數(shù)據(jù)口為輸入 RW_L; /RW端拉低 RS_L; /RS端拉低 DatBus = ; /將指令寫入 EN_H; /EN端拉高 DelayMs(1); /延時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù) EN_L; /EN端拉低/*/void

11、 WriteData(UCHAR dat) CheBusy(); /讀忙 DatDir = 0XFF; /數(shù)據(jù)端輸入 RW_L; /RW端拉低 RS_H; /RS端拉高 DatBus = dat; /將數(shù)據(jù)寫入 EN_H; /EN端拉高 DelayMs(1); /延時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù) EN_L; /EN端拉低 /*/void Init1602() EN_L; WriteCom(0x38); /設(shè)置16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8為數(shù)據(jù)口 WriteCom(0x0c); /開顯示，不顯示光標(biāo) WriteCom(0x06); /讀寫一個(gè)字符后，指針自動(dòng)加1，整不移動(dòng) WriteCom(0x01); /清屏/*

12、/void CheBusy() RS_L; RW_H; EN_H; DatDir = 0X00;while(WriDat & 0x80) /判斷數(shù)據(jù)第八位 EN_L; DelayUs(1); EN_H; DelayUs(1);/*/void DispChar(UCHAR x,UCHAR y,UCHAR data)if(y = 2) WriteCom(0x80 + 0x40 + x);else WriteCom(0x80 + x); WriteData(data); /*/void DispString(UCHAR x,UCHAR y,UCHAR n,UCHAR *pstr) UCHAR

13、 i;for (i=0;i<n;i+) DispChar(x+,y,pstri);if (x = 0x0f) x = 0; y = 1;uchar Flag_1 = 0,Flag_2 = 0,Flag_3 = 0;uchar Num = 0;uint Table_dat33;uchar Table_inf4;uchar xunji=0,bizhang=0;/*/int xunji_turn_flag;void I0_Init() /端口定義 定義P10 P11 P12 P13為紅外接口 P1DIR =0XF0; P1OUT = 0X00; void xunji_hanshu() /尋跡函

14、數(shù)if(P1IN = 0X0B)xunji_turn_flag=1; /左轉(zhuǎn)標(biāo)志if(P1IN = 0X07) xunji_turn_flag=1;if(P1IN = 0X0D)xunji_turn_flag=2; /右轉(zhuǎn)標(biāo)志if(P1IN = 0X0E) xunji_turn_flag=2;if(P1IN = 0X0F)xunji_turn_flag=0; /直走標(biāo)志/*/int BIZHANG_turn_flag;/遇到障礙物顯示低電平0void xu_Init() /端口定義 定義P60 為光電開關(guān)接口 P6DIR |= 0x00;void BIZHANG() /避障函數(shù)if(P6IN&

15、amp;0X01) = 0x01)BIZHANG_turn_flag=1; /左轉(zhuǎn)標(biāo)志if(P6IN&0X01) = 0x00 )BIZHANG_turn_flag=0; /直走標(biāo)志/*/void Init(void) uint i; BCSCTL1 &=XT2OFF;do IFG1 &=OFIFG;for(i=0XFF;i>0;i-);while(IFG1 & OFIFG) != 0); BCSCTL2 |=SELM_2 + SELS + DIVS_3;/MCLK和SMCLK選的是XT2（8M晶振）/+SMCLK時(shí)鐘8分頻/*/void deal_inf

16、(void) uchar i,j,k,value; uint Temp = 0; k = 1;for(i=0;i<4;i+)for(j=0;j<8;j+) Temp = Table_datk;if(Temp > 2000)value=value| 0x80;elsevalue=value;if(j < 7)value=value>> 1; k +; Table_infi =value;value= 0; Flag_3 = 1;/*/void main() WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; /關(guān)狗 P1IE |= BIT6; /P1.6開中斷

17、 P1IES |= BIT6; /P1.6下降沿產(chǎn)生中斷 P1IFG |= BIT6; Init(); TACTL |= TASSEL_2 + MC_2 + TACLR;/時(shí)鐘SMCLK+連續(xù)計(jì)數(shù)+TAR清零 _EINT(); P3DIR = 0XFF; P4DIR = 0XFF; Init1602(); DispString(1,1,14,table); DispString(1,2,12,FLAG);while(1)if(Flag_2 = 1) /說明將波形的客戶碼，客戶反碼，數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù)反碼裝入了Table_dat33 Flag_2 = 0; deal_inf(); /進(jìn)行波形處理if(F

18、lag_3 = 1) /說明波形處理完畢 Flag_3 = 0;if(Table_inf2=0x00) /1 bizhang=1;if(Table_inf2=0x21) /2 bizhang=0; if(Table_inf2=0x04) /3 xunji=1;if(Table_inf2=0x06) /4 xunji=0; P2DIR=0XFF; P2OUT=0XF0;while(bizhang) xu_Init(); /初始化端口 BIZHANG(); /初始化蔽障if(BIZHANG_turn_flag = 1) /左轉(zhuǎn)處理 P2DIR = 0XFF; P2OUT = 0XF3; delay_ms(1); P2OUT =0XFa; delay_ms(280);if(BIZHANG_turn_flag = 0) /直走處理 P2DIR = 0XFF; P2OUT = 0XFC; delay_ms(100); P2OUT = 0XF0; delay_ms(10);while(xunji) I0_Init(); /初始化端口