基于STC89C52單片機(jī)-紅外智能循跡小車(同名9240)

1、基于STC89C52單片機(jī)紅外智能循跡小車實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè) 學(xué) 院 ： 電氣工程學(xué)院 協(xié) 會(huì) ： 電子科技協(xié)會(huì) 班 級(jí) ： 電氣 1206 班 姓 名 ： 蔡 申 申 學(xué) 號(hào) ： 201223910625 聯(lián)系方式 ： 151 3714 7607摘 要本報(bào)告論述了自己參加第八屆河南工業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新大賽基于STC89C52RC單片機(jī)紅外智能循跡小車的方案論證、制作過程、調(diào)試過程。設(shè)計(jì)采用STC89C52RC單片機(jī)為核心控制器件，采用TCRT5000紅外反射式開關(guān)傳感器作為小車的循跡模塊來識(shí)別白色路面中央的黑色引導(dǎo)線，采集信號(hào)并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為能被單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)獲取路面信息后，進(jìn)行分析、處理，

2、最后控制減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。實(shí)驗(yàn)表明：該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、電路結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低，運(yùn)行平穩(wěn)、可靠性好。關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī)、反射式光電對(duì)管、PWM調(diào)速 減速電機(jī)目 錄摘要.21 緒 論.41.1 智能循跡小車概述.41.1.1 循跡小車的發(fā)展歷程回顧.41.1.2 智能循跡分類.41.1.3 智能循跡小車的應(yīng)用.52 智能循跡小車總體設(shè)計(jì)方案.52.1 整體設(shè)計(jì)方案.52.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟.52.1.2 系統(tǒng)基本組成.52.2 整體控制方案確定.63 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).63.1 單片機(jī)電路的設(shè)計(jì).63.1.1 單片機(jī)的功能特性描述.63.1.2 晶振電路.73.1.3 復(fù)位電路

3、.73.2 光電傳感器模塊.83.2.1 傳感器分布.83.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路.93.3.1 L298N引腳結(jié)構(gòu).93.3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理.94 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).104.1 軟件設(shè)計(jì)的流程.104.2 本系統(tǒng)的編譯器.105 系統(tǒng)的總體調(diào)試.115.1 硬件的測試.115.2 系統(tǒng)的軟件調(diào)試.11結(jié) 論.11致 謝.11參考文獻(xiàn).12附錄A 原理圖與模塊電路圖.12附錄B 程序代碼.13附錄C 硬件實(shí)物圖.15 1 緒 論 智能汽車作為一種智能化的交通工具，體現(xiàn)了車輛工程、人工智能、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域理論技術(shù)的交叉和綜合，是未來汽車發(fā)展的趨勢。尋跡小車可以看作是縮小化的智能汽車，它

4、實(shí)現(xiàn)的基本功能是沿著指定軌道自動(dòng)尋跡行駛。1.1 智能循跡小車概述 智能循跡小車又被稱為Automated Guided Vehicle，簡稱AGV，是二十世紀(jì)五十年代研發(fā)出來的新型智能搬運(yùn)機(jī)器人。智能循跡小車是指裝備如電磁，光學(xué)或其他自動(dòng)導(dǎo)引裝置，可以沿設(shè)定的引導(dǎo)路徑行駛，安全的運(yùn)輸車。工業(yè)應(yīng)用中采用充電蓄電池為主要的動(dòng)力來源，可通過電腦程序來控制其選擇運(yùn)動(dòng)軌跡以及其它動(dòng)作，也可把電磁軌道黏貼在地板上來確定其行進(jìn)路線，無人搬運(yùn)車通過電磁軌道所帶來的訊息進(jìn)行移動(dòng)與動(dòng)作，無需駕駛員操作，將貨物或物料自動(dòng)從起始點(diǎn)運(yùn)送到目的地。1.1.1 循跡小車的發(fā)展歷程回顧隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷

5、提高，人們希望創(chuàng)造出一種來代替人來做一些非常危險(xiǎn)，或者要求精度很高等其他事情的工具，于是就誕生了機(jī)器人這門學(xué)科。世界上誕生第一臺(tái)機(jī)器人誕生于1959年，至今已有50多年的歷史，機(jī)器人技術(shù)也取得了飛速的發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)已發(fā)展成一門包含：機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、信號(hào)處理，傳感器等多學(xué)科為一體的性尖端技術(shù)。循跡小車共歷了三代技術(shù)創(chuàng)新變革： 第一代循跡小車是可編程的示教再現(xiàn)型，不裝載任何傳感器，只是采用簡單的開關(guān)控制，通過編程來設(shè)置循跡小車的路徑與運(yùn)動(dòng)參數(shù)，在工作過程中，不能根據(jù)環(huán)境的變化而改變自身的運(yùn)動(dòng)軌跡。第二代循跡小車具有一定感知和適應(yīng)環(huán)境的能力，這類循跡小車裝有簡單的傳感器，可以感覺到自身

6、的的運(yùn)動(dòng)位置，速度等其他物理量，電路是一個(gè)閉環(huán)反饋的控制系統(tǒng)，能適應(yīng)一定的外部環(huán)境變化。第三代循跡小車是智能的，目前在研究和發(fā)展階段，以多種外部傳感器構(gòu)成感官系統(tǒng)，通過采集外部的環(huán)境信息，精確地描述外部環(huán)境的變化。智能循跡小車，能獨(dú)立完成任務(wù)，有其自身的知識(shí)基礎(chǔ)，多信息處理系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的工作環(huán)境中，根據(jù)環(huán)境變化作出決策，有一定的適應(yīng)能力，自我學(xué)習(xí)能力和自我組織的能力。為了讓循跡小車能獨(dú)立工作，一方面應(yīng)具有較高的智慧和更廣泛的應(yīng)用，研究各種新機(jī)傳感器，另一方面，也掌握多個(gè)多類傳感器信息融合的技術(shù)，這樣循跡小車可以更準(zhǔn)確，更全面的獲得所處環(huán)境的信息。1.1.2 智能循跡分類智能循跡小車

7、從發(fā)明至今已經(jīng)有50多年的歷史，隨著應(yīng)用領(lǐng)域范圍的不斷擴(kuò)大，其種類和形式也變得更加多樣化。根據(jù)行駛的導(dǎo)航方式將智能循跡小車分為以下幾種類型：(1)電磁感應(yīng)式 (2)激光式 (3)視覺式1.1.3 智能循跡小車的應(yīng)用智能循跡小車發(fā)展歷史及主要應(yīng)用場所如下： （1）軍事偵察與環(huán)境探測 (2)探測危險(xiǎn)與排除險(xiǎn)情 (3) 探測危險(xiǎn)與排除險(xiǎn)情 (4)智能家居2 智能循跡小車總體設(shè)計(jì)方案2.1 整體設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)采用簡單明了的設(shè)計(jì)方案。通過高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成的傳感器循跡模塊判斷黑線路經(jīng)，然后由STC89C52通過IO口控制L298N驅(qū)動(dòng)模塊改變兩個(gè)直流電機(jī)的工作狀態(tài)，最后實(shí)現(xiàn)

8、小車循跡。2.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟(1)確定控制方案。(2)利用Protel 99se設(shè)計(jì)合理的硬件原理圖。(3)畫出程序流程圖，使用C語言進(jìn)行編程，進(jìn)行模擬調(diào)試。(4)各模塊電路焊接。(5)進(jìn)行調(diào)試以實(shí)現(xiàn)控制功能。2.1.2 系統(tǒng)基本組成 智能循跡小車主要由STC89C52單片機(jī)電路、TCRT5000循跡模塊、L298N驅(qū)動(dòng)模塊、直流電機(jī)、小車底板、電源模塊等組成。(1)單片機(jī)電路：采用STC89C52芯片作為控制單元。STC89C52單片機(jī)具有低成本、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、超低功耗、低電磁干擾，并且與傳統(tǒng)的8051單片機(jī)程序兼容，無需改變硬件，支持在系統(tǒng)編程技術(shù)。使用ISP可不用編程器直接

9、在PCB板上燒錄程序，修改、調(diào)速都很方便。(2)TCRT5000循跡模塊：采用脈沖調(diào)制反射式紅外發(fā)射接收器作為循跡傳感器，調(diào)制信號(hào)帶有交流分量，可減少外界的大量干擾。信號(hào)采集部分就相當(dāng)于智能循跡小車的眼睛，由它完成黑線識(shí)別并生產(chǎn)高、低平信號(hào)傳送到控制單元，然后單片機(jī)生成指令來控制驅(qū)動(dòng)模塊來控制兩個(gè)直流電機(jī)的工作狀態(tài)，來完成自動(dòng)循跡。JY043W型光電管和電壓比較器LM393為核心部分，再加上必要的外圍電路。(3)L298N驅(qū)動(dòng)模塊：采用L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L298N具有高電壓、大電流、響應(yīng)頻率高的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，一片 L298N可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，并且?guī)в锌刂剖鼓芏?。該電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片

10、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。L298N的使能端可以外接電平控制，也可以利用單片機(jī)進(jìn)行軟件控制，滿足各種復(fù)雜電路的需要。另外，L298N的驅(qū)動(dòng)功率較大，能夠根據(jù)輸入電壓的大小輸出不同的電壓和功率，解決了負(fù)載能力不夠的問題。(4)直流電機(jī)：采用雙直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)的控制方法比異步電動(dòng)機(jī)簡單，只需給電機(jī)兩條控制線加上適當(dāng)?shù)碾妷壕湍苁闺姍C(jī)旋轉(zhuǎn)，在正常工作電壓范圍，電壓越高直流電機(jī)轉(zhuǎn)速越高。直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法分為兩種：一種是直接調(diào)整電壓，另一種通過PWM調(diào)速。PWM調(diào)速就是使加在直流電機(jī)兩端的電壓波形為矩形波，改變矩形波的占空比就能實(shí)現(xiàn)電壓的改變，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。(5)電源模塊

11、：由6個(gè)串聯(lián)1.5V干電池作為電源。通過7805穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓，通過0.1uF和100F電容進(jìn)行濾波。2.2 整體控制方案確定 圖2.2為循跡小車的系統(tǒng)控制框圖。引導(dǎo)線是小車跟蹤的目標(biāo)，檢測系統(tǒng)檢測車的相對(duì)路徑，然后將此信息輸入到單片機(jī)，單片機(jī)處理此信息后，將控制命令輸出到驅(qū)動(dòng)模塊，以控制小車的直流電機(jī)，保證小車快速平穩(wěn)地沿預(yù)先設(shè)定好的路線行駛。采用5V的可充電池組作為主電源。STC89C52單片機(jī)作為主控制器。因?yàn)樾≤囯姍C(jī)內(nèi)部裝有減速齒輪組，所以不需考慮調(diào)速功能，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N控制直流電機(jī)，而不使用步進(jìn)電機(jī)。L298N是利用TTL電平進(jìn)行控制，通過改變芯片控制端的輸入電平，即可以對(duì)

12、電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止操作，亦能滿足直流減速電機(jī)的要求，用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有的操作方便、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。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(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。這樣單片機(jī)和循跡傳感器組成了一個(gè)帶有反饋信號(hào)的系統(tǒng)。3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)電路的設(shè)計(jì) 一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如ROM、RAM、I/O、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計(jì)相應(yīng)的電路；二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能

13、要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等。3.1.1 單片機(jī)的功能特性描述單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜。單片機(jī)內(nèi)部也有和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲(chǔ)器件。單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片

14、上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本課題選擇了STC公司的生產(chǎn)的STC89C52單片機(jī)。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，是帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器。一個(gè)芯片上擁有8位CPU，并且在系統(tǒng)可編程Flash。STC89C52提供給為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)高靈活、超有效的解決方案。 STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。此外，空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)

15、方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。3.1.2 晶振電路在STC89C52單片機(jī)上內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。在1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。從XTAL1接入，如圖3.2所示。由于外部時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過二分頻觸發(fā)后作為外部時(shí)鐘電路輸入的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有要求。本設(shè)計(jì)選用的是11.0592MHZ無源晶振、2個(gè)22pF電容。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基

16、本的時(shí)鐘信號(hào)，而兩個(gè)電容則是起到并聯(lián)諧振的作用，如果沒電容，振蕩電路會(huì)因?yàn)闆]有回路而停振，電路不能正常工作。 圖3.2 單片機(jī)晶振電路圖3.1.3 復(fù)位電路復(fù)位電路的作用是在上電或復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時(shí)間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯(cuò)誤的指令、執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。施密特觸發(fā)電路是一種波形整形電路，當(dāng)任何波形的信號(hào)進(jìn)入電路時(shí)，輸出在正、負(fù)飽和之間跳動(dòng)，產(chǎn)生方波或脈波輸出。不同于比較器，施密特觸發(fā)電路有兩個(gè)臨界電壓且形成一個(gè)滯后區(qū)，可以防止在滯后范圍內(nèi)

17、之噪聲干擾電路的正常工作。如遙控接收線路，傳感器輸入電路都會(huì)用到它整形。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用的電容值為10F的電容和電阻采用1.5K和200的電阻。如圖3.3所示上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電且開關(guān)復(fù)位的操作。 圖3.3 單片機(jī)復(fù)位電路圖3.2 光電傳感器模塊循跡光電傳感器原理，就是利用黑線對(duì)紅外線不同的反射能力通過光敏二極管或光敏三極管，接收反射回的不同光強(qiáng)信號(hào)

18、，把不同光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，最后通過電阻，轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的高低電平。光電傳感器實(shí)現(xiàn)循跡的基本電路如3.4所示。 圖3.4 循跡傳感器電路圖循跡傳感器工作原理：TC端是傳感器工作控制端，為高電平時(shí)，發(fā)光二極管不工作，傳感器休眠，為低電平時(shí)，傳感器啟動(dòng)。Signal端為檢測信號(hào)輸出，當(dāng)遇到黑線，黑線吸收大量的紅外線，反射的紅外線很弱，光敏三極管不導(dǎo)通，Signal輸出高電平；當(dāng)遇到白線，與黑線相反，反射的紅外線很強(qiáng)，使光敏三極管導(dǎo)通，Signal輸出低電平。這種探測方法，即利用紅外線在不同顏色的表面特征，具有不同的反射性能，汽車行駛過程中接收地面的紅外光。當(dāng)紅外光遇到白色路線，地板發(fā)生漫反射，

19、安裝在小型車的反射光接收器接收；如果是遇到黑色路線，紅外光將被黑線吸收，安裝在小車上的接收管沒有收到紅外光?？刂破鲿?huì)根據(jù)是否收到反射的紅外光為判斷依據(jù)來確定的黑線的位置和小車的路線。紅外探測器距離通常是不應(yīng)超過15厘米的。紅外發(fā)射和接收紅外線感應(yīng)器，可以使自己或直接使用集成紅外探頭。調(diào)整左右傳感器之間的距離，兩探頭距離約等于黑線寬度最合適，選擇寬度為3 5厘米的黑線。該傳感器的靈敏度是可調(diào)的，傳感器有時(shí)遇到黑線卻不能送出相應(yīng)的信號(hào)，通過調(diào)節(jié)傳感器上的可調(diào)電阻，適當(dāng)?shù)脑龃蠡驕p小可改變靈敏度。另外，循跡傳感器的放置也是有講究的，有兩種方法，一種是兩個(gè)都是放置在黑線內(nèi)側(cè)緊貼黑線邊緣，第二種是都放置在

20、黑線的外側(cè)，同樣緊貼黑線邊緣。本設(shè)計(jì)采用第二種方法。單片機(jī)燒錄程序后，就可以執(zhí)行循跡指令了。如果小車向前行駛時(shí)向左偏離了黑線，那么右邊傳感器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平，單片機(jī)判斷這個(gè)信號(hào)，然后向右拐回到黑線。兩傳感器輸出信號(hào)為低電平時(shí)，小車前進(jìn)。如果小車向右偏離黑線，左邊傳感器產(chǎn)生一個(gè)高電平，單片機(jī)判斷這個(gè)信號(hào)，然后向左拐。這樣，小車一定不會(huì)偏離黑線。若兩個(gè)光電傳感器同時(shí)輸出的信號(hào)為高電平，即單片機(jī)判斷的都為高電平時(shí)，小車向前直走。3.2.1 傳感器分布一字型布局即所有傳感器在同一直線上。一字型布局分為等距排布型和非等距排布型。等距排布型不利于采集準(zhǔn)確的彎道信息?？紤]到弧度信息采集的連貫性，非等距排布采

21、用等角原則，即在垂直平分線上方處某點(diǎn)，以等角的引射線與直線的交點(diǎn)就是傳感器的分布點(diǎn)，此種方法檢測連貫簡單，更容易控制小車。3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路本設(shè)計(jì)采用L298N電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片帶動(dòng)兩個(gè)12V的直流電動(dòng)機(jī)。直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器等組成。其中L298N是ST公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部包

22、含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路?？梢则?qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)或驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可單獨(dú)驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V。直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓，直接通過單片機(jī)的IO端口提供信號(hào)，使得電路簡單，使用更方便。L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號(hào)VSS，VSS通常接4.57V的電壓。4腳VS接電壓源，VS可接電壓范圍VIH為2.546V。L298N芯片輸出電流可達(dá)2.5 A，可驅(qū)動(dòng)電感負(fù)載。L298N是一個(gè)內(nèi)部有兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)芯片，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。使用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制，直接連接單片機(jī)管腳，具有兩個(gè)使能控制端，使能端在不受輸入信號(hào)影響的情況下不允許器件工作。L

23、298N有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作。3.3.1 L298N引腳結(jié)構(gòu)圖3.5 L298N 驅(qū)動(dòng)芯片表3.3 L298N引腳編號(hào)與功能3.3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理電路的形狀很像字母H。四個(gè)三極管就是H橋的四條垂直線，而電機(jī)就是H中的橫線。圖3.6 L298N內(nèi)部H橋驅(qū)動(dòng)電路 圖3.6為一個(gè)典型的直流電機(jī)的控制電路。被命名為“H橋驅(qū)動(dòng)電路”主要是因?yàn)殡娐返男螤詈芟褡帜窰。四個(gè)三極管就是H橋的四條垂直線，而電機(jī)就是H中的橫線。如圖所示，H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包含四個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須遵循導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管?；诓煌龢O管對(duì)的導(dǎo)通情況可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，電流可可以從

24、左至右流過電機(jī)，也可以從右至左流過電機(jī)。如圖3.6所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右流過電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件設(shè)計(jì)的流程本設(shè)計(jì)采用C語言來編譯程序。模塊化結(jié)構(gòu)程序的設(shè)計(jì)，可以使系統(tǒng)軟件便于調(diào)試與優(yōu)化，也使其他人更好地理解和閱讀系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。因此，軟件的設(shè)計(jì)上，運(yùn)用了模塊化程序的結(jié)構(gòu)對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得程序變得更加直觀易懂。程序的主要模塊有：主程序、定時(shí)溢出中斷服務(wù)程序、外部中斷服務(wù)程序。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要

25、看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢。4.2 本系統(tǒng)的編譯器 Keil C51單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)可用于編輯C或匯編源文件。然后分別由C51編譯器編譯生成目標(biāo)文件（.OBJ）。目標(biāo)文件與庫文件一起經(jīng)LIB51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件（.ABS）。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM 中。5 系統(tǒng)的總體調(diào)試5.1 硬件的測試 按照之前設(shè)計(jì)好的智能循跡小車原理圖，詳細(xì)計(jì)算系統(tǒng)中各個(gè)元件的參數(shù)，選擇相應(yīng)

26、器件，制作實(shí)際電路板。然后選取萬用表的200歐姆檔來測試電路板。用紅、黑表筆來測試電路板上每條走線，如果測量的電阻值非常小時(shí)，證明走線沒有斷開，當(dāng)其電阻值很大時(shí)，證明該條走線斷了，應(yīng)該重新制作走線，使電路板在電氣上得到正確地連接。(1)晶振電路的測試 在單片機(jī)正常運(yùn)行的必要條件是單片機(jī)系統(tǒng)的時(shí)鐘穩(wěn)定正常。實(shí)際中，因?yàn)楦鞣N原因?qū)е孪到y(tǒng)時(shí)鐘不正常而出現(xiàn)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行的情況時(shí)有，因此系統(tǒng)時(shí)鐘是否振是通電檢查的首要環(huán)節(jié)。在系統(tǒng)通電的狀況下，用萬用表的直流電壓檔(20V)，分別測量XTAL1和XTAL2引腳的電壓，看是否正常，在調(diào)試過程中，測得電壓XTAL1引腳應(yīng)為2.05V,XTAT2應(yīng)為2.15V

27、。(2)復(fù)位電路的測試 復(fù)位不正常也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不能工作。如果復(fù)位引腳始終為高電平，系統(tǒng)將始終處于復(fù)位狀態(tài)；如果始終為低電平，不能產(chǎn)生復(fù)位所需的高電平信號(hào)脈沖，則系統(tǒng)也可能無法正常工作。單片機(jī)正常工作時(shí)，RST復(fù)位引腳應(yīng)為0V，按下復(fù)位按鍵時(shí)，復(fù)位引腳為高電平5V左右11。結(jié) 論本課題研究的內(nèi)容主要是智能小車的循跡系統(tǒng)。以實(shí)驗(yàn)組裝小車為基礎(chǔ)，使用了4個(gè)光電傳感器來探測周圍環(huán)境，同時(shí)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行融合。取得了以下成果：(1)小車可以實(shí)現(xiàn)按照預(yù)定軌道在無外部環(huán)境影響或改變時(shí)，小車將一直沿著黑色標(biāo)記線運(yùn)動(dòng)。(2)小車保留了擴(kuò)展功能。循跡小車在完成設(shè)計(jì)預(yù)想的前提下，主要考慮了車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡單化

28、，降低了制作成本，使之更具有普及性。由于設(shè)計(jì)要求并不復(fù)雜，沒有在電路中增加冗余的功能，但是保留了各種硬件接口和軟件子程序接口，方便以后的擴(kuò)展和進(jìn)一步的開發(fā)。致 謝在此次參加第八屆河南工業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新大賽學(xué)習(xí)到了很多知識(shí)，感謝學(xué)長對(duì)我知識(shí)上的輔導(dǎo)，同時(shí)感謝協(xié)會(huì)其他參賽人員，讓我有了機(jī)會(huì)與這么多電子愛好者互相學(xué)習(xí)。題目的選定、電路的設(shè)計(jì)得到了學(xué)長好多的引導(dǎo)和支持，同時(shí)電子科技協(xié)會(huì)實(shí)驗(yàn)室的開放讓我的電路焊接、調(diào)試都得到了很多方便。在C語言編程方面更是有了同學(xué)的支持才使我順利完成本次小車的設(shè)計(jì)制作。祝：電子科技協(xié)會(huì)明天更美好！ 所有心懷“電氣夢(mèng)”人明天更美好！參考文獻(xiàn)1 郭天祥.51單片機(jī)C語言教程.

29、電子工業(yè)出版社.20092 蔡自興編著. 中國的智能循跡小車研究J. 莆田學(xué)院學(xué)報(bào), 2002,9 (3):36-39.3 恒盛杰資訊編著Protel電路板設(shè)計(jì)從入門到精通. 第1版. 中國青年出版 社.2006:1-1484 陳曉莉，張俊濤KEIL C51單片機(jī)仿真器的設(shè)計(jì). 第二版. 陜西科技大學(xué)出版社，5 周潤景.等Proteus在MCS-51&ARM7系統(tǒng)中的應(yīng)用百例.20066 周偉偉BF-1餐飲服務(wù)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)附錄A：電路圖與模塊實(shí)物 附錄B：程序 第 16 頁 共 16 頁第八屆河南工業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新大賽 智能小車設(shè)計(jì)制作2013年 蔡申申 /河南工業(yè)大學(xué)電子科技協(xié)會(huì) /第八屆電子創(chuàng)新大賽 /電氣1206班 蔡申申 /基于89C52智能紅外循跡小車 #include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char/*硬件連接定義*/sbit ma0=P22;/電機(jī)A控制