萬仁武7020907060說課講解

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。萬仁武7020907060-科學技術學院SCIENCE&TECHNOLOGYCOLLEGEOFNANCHANGUNIVERSITY工程訓練報告REPORTONENGINEERINGTRAINING題目基于51單片機尋跡、音樂小車學科部、系：信息學科部專業(yè)班級：07電子信息工程（2）班學號：7020907060學生姓名：萬仁武指導教師：羅小青、彭嵐峰起訖日期：2010-4-26基于51單片機音樂、尋跡小車專業(yè)：07電子信息工程2班學號：7020907060學生姓名：萬仁武指導教師：羅小青、彭嵐峰目的與要求

2、：學生通過基于51系列單片機的音樂智能尋跡避障小車的設計與控制實訓，除了加深和鞏固學生課程理論學習之外，更重要的是加強實踐、拓展應用，讓學生了解基于51系列單片機的開發(fā)和運用的一個整體開發(fā)流程，包括在訓練中要求學生能夠自己根據(jù)性能指標和功能要求掌握硬件電路的設計和制作、元器件的選用和安裝、軟件的編寫和調試，同時學會硬件仿真、軟件仿真和整機聯(lián)調，其中最關鍵的兩部分：硬件電路設計與制作和控制軟件的編寫以及調試，使得準產品最后達到技術指標的要求。【摘要】本次實訓的硬件主要有車體框架、檢測模塊、控制模塊。檢測模塊中包括聲控部分、傳感部分。控制模塊包括電機驅動部分和單片機控制部分，尋跡音樂小車的驅動采用

3、直流電機驅動方式?？刂颇K是小車系統(tǒng)的核心部分，單片機通過I/O口控制各個模塊。利用黑白線對紅外線吸收的不同的物理特性設計尋跡音樂小車,采用AT89S52單片機進行實時控制,實現(xiàn)小車的尋跡，檢測部分傳感器采用紅外對射式,當小車經(jīng)過黑線時，會先停止，然后后退或轉向，而當小車經(jīng)過白線是，小車直行直到再次遇到黑線時做出相應的反應。技術關鍵是車體框架的設計實現(xiàn)和紅外避障模塊的設計，技術難點是單片機的編程下載來實現(xiàn)預期的功能。.目錄1第一章尋跡音樂小車原理的概述2第二章設計方案的選擇和確定3第三章系統(tǒng)的軟件設計4第四章性能測試與分析5第五章心得體會第一章尋跡音樂小車的原理的概述尋跡是指小車在白色地板上循

4、黑線行走，通常采取的方法是紅外探測法。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質的特點，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色紙質地板時發(fā)生漫反射，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，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線。小車在白色地面行駛時，裝在車下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線信號，經(jīng)白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號，那么圖中光敏三極管將導通，比較器輸出為低電平；當小車行駛到黑色引導線時，紅外線信號被黑色吸收后，光敏三極管截止，比較器輸出高電平，從而實現(xiàn)了通過

5、紅外線檢測信號的功能。將檢測到的信號送到單片機I/O口，當I/O口檢測到的信號為高電平時，表明紅外光被地上的黑色引導線吸收了，表明小車處在黑色的引導線上；同理，當I/O口檢測到的信號為低電平時，表明小車行駛在白色地面上。小車進入循跡模式后，即開始不停地掃描與探測器連接的單片機I/O口，一旦檢測到某個I/O口有信號，即進入判斷處理程序（switch）,先確定4個探測器中的哪一個探測到了黑線，如果左面第一級傳感器或者左面第二級傳感器探測到黑線，即小車左半部分壓到黑線，車身向右偏出，此時應使小車向左轉；如果是右面第一級傳感器或右面第二級傳感器探測到了黑線，即車身右半部壓住黑線，小車向左偏出了軌跡，則

6、應使小車向右轉。在經(jīng)過了方向調整后，小車再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測黑線重復上述動作。本次工程訓練小車的紅外檢測部分采用了8個RPR220,每個間距控制在25mm,在前方150mm范圍內對跑道進行檢測。設計方案的選擇和確定1總體方案整個電路系統(tǒng)分為檢測、控制、驅動三個模塊。首先利用光電對管對路面信號進行檢測，經(jīng)過比較器處理之后，送給軟件控制模塊進行實時控制，輸出相應de信號給驅動芯片驅動系統(tǒng)方案方框圖如圖1所示。電機轉動，從而控制整個小車de運動。系統(tǒng)方案方框圖如圖1所示。2檢測模塊（1）傳感單元市場上用于紅外探測法de器件較多，可以利用反射式傳感器外接簡單電路自制探頭，也可以使用結構簡單、工作

7、性能可靠de集成式紅外探頭。我們采用的是反射型光電探測器RPR-220。RPR-220是一種化反射型光電探測器。其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管，主要應用在游戲機及其他辦公設備中。這里的循跡是指小車在白色地板上循黑線行走，通常采取的方法是紅外探測法。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質的特點，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色紙質地板時發(fā)生漫反射，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，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路

8、線。紅外探測器探測距離有限，一般最大不應超過3cm。光電反射式RPR220RPR-220采集信號信號以后通過電壓比較器，我們采用的是8個RPR-220,8個并排排列，其中第1個和第2個，第3個和第4個分別并聯(lián)通過LM358，其余四個通過LM324。（2）電壓比較單元LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端

9、，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖2。在本檢測部分中，LM358，LM324作用有兩個，分別是對電壓進行比較并且對采集到的信號中的干擾信號進行濾除。車在白色地面行駛時，裝在車下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線信號，經(jīng)白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號，光敏三極管將導通，比較器輸出為低電平；當小車行駛到黑色引導線時，紅外線信號被黑色吸收后，光敏三極管截止，比較器輸出高電平，從而實現(xiàn)了通過紅外線檢測信號的功能。當RPR-220二極管發(fā)射紅外線在白線旁容易產生漫反射，漫反射的光線影響其他R

10、PR-220對信號的檢測，但通過LM358和LM324采集到的信號和基準電壓進行比較能夠很好的濾除干擾信號，從而得到正確的判斷。聲控單元本聲控電路主要是通過將MIC所接收到的聲音信號轉變?yōu)殡娦盘?，并且由電容耦合和牽制電路之后通過三極管Q1放大，從而使得集電極電位上升，在讓放大的信號再次通過三極管Q2,使三極管工作在飽和導通區(qū)，然后比較電平的變化。3.控制模塊本次實訓我們采用的AT89S52單片機，AT89S52能夠實現(xiàn)電擦出，所以可以重復編程下載、1、最小單片機系統(tǒng)1個最小的單片機系統(tǒng)包括復位電路、時鐘電路、電源電路（1）復位電路（2）時鐘電路（3）電源電路2、電機的驅動小車擁有兩個直流電機，

11、通常為了讓小車更好的運轉，我們通常需要對直流電機進行驅動，常用的驅動方式有，H橋電機驅動、PWM原理電機驅動以及芯片驅動一、H橋驅動電路圖4.12中所示為一個典型的直流電機控制電路。電路得名于“H橋驅動電路”是因為它的形狀酷似字母H。4個三極管組成H的4條垂直腿，而電機就是H中的橫杠（注意：圖4.12及隨后的兩個圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅動電路沒有畫出來）。如圖所示，H橋式電機驅動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉，必須導通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉向。圖4.12H橋驅動電路要使電機運

12、轉，必須使對角線上的一對三極管導通。例如，如圖4.13所示，當Q1管和Q4管導通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng)Q4回到電源負極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅動電機順時針轉動。當三極管Q1和Q4導通時，電流將從左至右流過電機，從而驅動電機按特定方向轉動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。圖4.13H橋電路驅動電機順時針轉動圖4.14所示為另一對三極管Q2和Q3導通的情況，電流將從右至左流過電機。當三極管Q2和Q3導通時，電流將從右至左流過電機，從而驅動電機沿另一方向轉動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向）。二、PWM原理驅動電路PWM基本原理脈寬調制（PWM）?？刂品?/p>

13、式就是對逆變電路開關器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個周期中產生多個脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次斜波諧波少。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。.電流控制PWM電流控制PWM的基本思想是把希望輸出的電流波形作為指令信號,把實際的電流波形作為反饋信號,通過兩者瞬時值的比較來決定各開關器件的通斷,使實際輸出隨指令信號的改變而改變.其實現(xiàn)方案主要有以下3種.滯環(huán)比較法1這是一種帶反饋的PWM控制方式,即每相電流反饋回來與電流給定值經(jīng)滯環(huán)比較器

14、,得出相應橋臂開關器件的開關狀態(tài),使得實際電流跟蹤給定電流的變化.該方法的優(yōu)點是電路簡單,動態(tài)性能好,輸出電壓不含特定頻率的諧波分量.其缺點是開關頻率不固定造成較為嚴重的噪音,和其他方法相比,在同一開關頻率下輸出電流中所含的諧波較多.三角波比較法2該方法與SPWM法中的三角波比較方式不同,這里是把指令電流與實際輸出電流進行比較,求出偏差電流,通過放大器放大后再和三角波進行比較,產生PWM波.此時開關頻率一定,因而克服了滯環(huán)比較法頻率不固定的缺點.但是,這種方式電流響應不如滯環(huán)比較法快.預測電流控制法3預測電流控制是在每個調節(jié)周期開始時,根據(jù)實際電流誤差,負載參數(shù)及其它負載變量,來預測電流誤差矢

15、量趨勢,因此,下一個調節(jié)周期由PWM產生的電壓矢量必將減小所預測的誤差.該方法的優(yōu)點是,若給調節(jié)器除誤差外更多的信息,則可獲得比較快速,準確的響應.目前,這類調節(jié)器的局限性是響應速度及過程模型系數(shù)參數(shù)的準確性.如上圖是一個PWM的使用原理圖三、芯片驅動電路一般驅動直流電機的芯片有很多，例如有ML4428,L289N，L298N.本次工程訓練我們采用的是L9110原理接線圖檢測部分控制部分材料清單LM324和14腳的底座各一個2.LM358和8腳的底座各一個3.RPR2208個4.L9110和8腳底座各兩個5.12M晶振一個6.復位開關一個7.發(fā)光二極管一個8.AT89s52和40腳底座各一個9

16、.電解電容2個102電容2個10.10個單排針和單排針插座11。駐極體一個12.三極管兩個12.電阻若干PCB接線圖檢測部分控制部分第三章系統(tǒng)的軟件設計1程序流程圖/*07電子工程訓練項目：自動尋跡音樂小車程序*/*頭文件調用和宏定義*/#include#include#include#include#defineucharunsignedchar/無符號字符類型定義#defineuintunsignedint/無符號整數(shù)類型定義/*變量初始化*/sbitBZ=P16;sbitMIC=P17;sbitQDdcmotor_IA=P20;sbitQDdcmotor_IB=P21;sbitFXdcm

17、otor_IA=P22;sbitFXdcmotor_IB=P23;ucharxunjidecode=0 x00;/*函數(shù)聲明*/voidstopcar();voidZUOZHUANcar();voidQJcar();voidbackcar();voidYOUZHUANcar();voidmusicdelay(uintz)uintx,y;for(x=z;x0;x-)for(y=60;y0;y-);voidstopcar()QDdcmotor_IA=0;QDdcmotor_IB=0;FXdcmotor_IA=0;FXdcmotor_IB=0;voidZUOZHUANcar()FXdcmotor_I

18、A=1;FXdcmotor_IB=0;musicdelay(20);QDdcmotor_IA=1;QDdcmotor_IB=0;musicdelay(200);QDdcmotor_IA=0;QDdcmotor_IB=0;musicdelay(30);voidQJcar()QDdcmotor_IA=1;QDdcmotor_IB=0;musicdelay(300);QDdcmotor_IA=0;QDdcmotor_IB=0;musicdelay(30);FXdcmotor_IA=0;FXdcmotor_IB=0;voidbackcar()QDdcmotor_IA=0;QDdcmotor_IB=1;

19、musicdelay(200);QDdcmotor_IA=0;QDdcmotor_IB=0;musicdelay(20);FXdcmotor_IA=0;FXdcmotor_IB=0;voidYOUZHUANcar()FXdcmotor_IA=0;FXdcmotor_IB=1;musicdelay(20);QDdcmotor_IA=1;QDdcmotor_IB=0;musicdelay(200);QDdcmotor_IA=0;QDdcmotor_IB=0;voidmain()while(1)xunjidecode=P1;if(BZ=1)/遇到障礙物停車，鳴放喇叭stopcar();elseswi

20、tch(xunjidecode)case0 x00:backcar();break;elsestopcar();break;/停止case0 x01:YOUZHUANcar();break;/偏左、應右轉并右轉演示elsestopcar();break;/停止case0 x03:YOUZHUANcar();break;/偏左、應右轉并右轉演示case0 x06:YOUZHUANcar();break;/偏左、應右轉并右轉演示case0 x0C:QJcar();break;/居中、前進并前進演示case0 x18:ZUOZHUANcar();break;/偏右、應左轉并左轉演示elsestopc

21、ar();break;/停止case0 x20:ZUOZHUANcar();break;/偏右、應左轉并左轉演示elsestopcar();break;/停止case0 x30:ZUOZHUANcar();break;/偏右、應左轉并左轉演示elsestopcar();break;/停止case0 x3F:stopcar();break;/到達終點，停止并停車演示第四章性能測試與分析4.1測試方法與儀器：1、測試儀器萬用表、直流穩(wěn)壓電源。2、測試方法1）萬用表主要用來測試各元件是否導通，測試線路是否無誤；2）直流穩(wěn)壓電源在測試期間為各待測系統(tǒng)供電；設計基本要求對制成的循跡小車進行測試。按照要求

22、給檢測模塊供電，用一張白紙擋住光電二極管后迅速移除，檢測電壓比較器輸出電壓是或有高低電平的轉變。按同樣方法檢測其他管子是否正常工作，然后同樣在供電情況下檢測聲控單元，對著駐極體發(fā)出響聲，用萬用表檢測P1.6口電平的輸出.4.2測試結果分析：當檢測到檢測電壓由高電平變成低電平表示RPR-220能正常工作。當檢測到P1.6電平由高電平變成低電平，則證明聲控模塊其作用。2.跑道測試觀察小車能否正常尋跡，并且在跑道上快速行駛參考資料1趙全利.單片機原理及應用教程M.機械工業(yè)出版社.2007.52朱清慧.Proteus教程-電子線路設計、制版及仿真.清華大學出版社.2008年9月3閆勝利.AltiumD

23、esigner實用寶典.電子工業(yè)出版社.4劉剛等.ProtelDXP2004SP2原理圖與PCB設計M.電子工業(yè)出版社.2007.65HYPERLINK/bbs/bbs綜合電子論壇第五章心得體會經(jīng)過兩周的工程訓練我們感受和收獲頗多，在老師認真負責的帶領下，我們基本完成了對玩具小車的改裝。這次工程訓練和以前工程訓練有很多的不同，以前的工程訓練我們用的是一塊PCB版，而這次工程訓練我們要制作兩塊PCB版，所以我們要考慮到兩塊板子的各個單元并把它們很好的組合在一起，這需要豐富的想象力，除此之外以前我們的工程訓練從未涉及到軟件編程，此次的工程訓練需要很好的將軟硬件結合在一起，這對我們有了一個新的要求和

24、高度。這次工程訓練我們跟著羅小青老師的帶領下對這次小車改裝中所涉及到的電路和模塊有了一個比較深入的了解，很好的將我們所學的模數(shù)電和單片機中所學到的硬件知識結合在一塊。同時我們跟隨著彭嵐峰老師一起溫習了單片機的編程知識和KEIL和AltiumDesigner軟件的使用，從中我們受益匪淺。同時經(jīng)過這次工程訓練我發(fā)現(xiàn)了很多自身的不足AltiumDesigner，軟件使用還不夠熟練，尤其是單片機編程技術相當?shù)谋∪?，我想在以后的學習中我應該勤于實踐，樂于鉆研，彌補我現(xiàn)在學習的不足。所以在我之后的學習中我認為應該更注重實踐的學習，尤其是軟硬件結合，它對我們的要求就更高了，除了有良好的模電數(shù)電基礎，更需要把我們所學的內