智能循跡小車論文

2015年湖北省職業(yè)技能大賽智能循跡壁障小車2015年11月21日摘要：隨著現(xiàn)代化的不斷開(kāi)展，自動(dòng)化越來(lái)越普及，對(duì)傳感器的應(yīng)用越來(lái)越多，要求精度越來(lái)越搞高，本設(shè)計(jì)面向機(jī)械自動(dòng)化開(kāi)展，采用了STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制核心，利用紅外對(duì)管傳感器檢測(cè)黑線到達(dá)循跡，超聲波檢測(cè)障礙物避開(kāi)障礙物的目的，以及自動(dòng)停車，自動(dòng)尋跡，整體系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能高。采用技術(shù)主要有：STC12C5A60S2單片機(jī)應(yīng)用；L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)及PWN電機(jī)調(diào)速；傳感器的有效應(yīng)用；程序算法的應(yīng)用；關(guān)鍵字：STC12C5A60S2紅外對(duì)管循跡L298NPWM調(diào)速18B201、系統(tǒng)方案的選擇1.1智能循跡小車的主控芯片的選擇方案一：采用ST公司的STC12C5A60S2單片機(jī)作為智能小車的主控芯片，STC12C5A60S2是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，工作電壓為5V，32個(gè)I/O口，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。該芯片價(jià)格廉價(jià)，應(yīng)用廣泛，操作簡(jiǎn)單，硬件與軟件設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。大學(xué)生廣泛用于單片機(jī)學(xué)習(xí)與創(chuàng)作。資源足夠用于智能小車的設(shè)計(jì)。因此，本設(shè)計(jì)選擇了此芯片。方案二：采用德州儀器公司生產(chǎn)的F系列單片機(jī)MSP430F1611作為智能小車的主控芯片，MSP430F1611是一款超低功耗單片機(jī)，工作電壓范圍為1.8V-3.6V,48位I/O口線，16-BitRISC架構(gòu)，但相應(yīng)硬件復(fù)雜，軟件編寫(xiě)相對(duì)難度大，而且價(jià)格昂貴，用于智能小車資源過(guò)剩，造成浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)討論，我們放棄了此方案。1.2智能循跡小車電源模塊的選擇方案一：直接用直流電源供電。采用LM7812和LM7805穩(wěn)壓后產(chǎn)生12V和5V的直流電壓，供應(yīng)系統(tǒng)各個(gè)模塊用。雖然直接用直流電源供電，功率大，但由于有電源供電線的限制，這樣就會(huì)對(duì)小車的行動(dòng)造成諸多不便，為了能使小車能夠簡(jiǎn)便地行駛，只能放棄這一方案。方案二:采用容量為9000mA的充電電池供電，充電電池質(zhì)量輕，容量大，能為小車較長(zhǎng)時(shí)間地供電，更重要的是它體積小安裝方便，因此，本設(shè)計(jì)選擇了這一方案。1.3智能循跡小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的選擇方案一：采用分立元件制作而成的H橋驅(qū)動(dòng)電路作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。由分立元件制作的H橋驅(qū)動(dòng)電路雖然可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)，本錢也低廉，但是由于各個(gè)元件的參數(shù)不一樣，穩(wěn)定性難以保證，因此本設(shè)計(jì)放棄了這一方案。方案二：采用專門的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N驅(qū)動(dòng)電機(jī)，性能穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)不斷試驗(yàn)，L298N能夠很穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，也易于控制，所以，本設(shè)計(jì)采用了這一方案。1.4智能小車循跡模塊的選擇方案一：采用紅外對(duì)管進(jìn)行黑線檢測(cè)。紅外對(duì)管的工作原理是：由紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，紅外線遇到黑線后反射回來(lái)，再被紅外接收管接收，再經(jīng)過(guò)電壓比擬器輸出上下電平給單片機(jī)識(shí)別。該方案受外界影響小，使用簡(jiǎn)單。方案二：采用交流調(diào)制紅外避障電路。其工作原理是，使音頻鎖相環(huán)芯片LM567發(fā)出調(diào)制脈沖驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線，然后再給紅外接收管接收信號(hào)，再經(jīng)過(guò)信號(hào)放大，輸入到音頻鎖相環(huán)芯片LM567，如果LM567接收到的信號(hào)的頻率和它本身產(chǎn)生的頻率相同，那么LM567輸出一個(gè)低電平，否那么，輸出高電平。然后再給單片機(jī)識(shí)別。但是，示波器檢測(cè)一直有低電平跳變，電路在受到外界紅外線的干擾。因此，這一方案不可靠。綜上考慮，根據(jù)小車的需要，本設(shè)計(jì)選擇了紅外對(duì)管進(jìn)行黑線檢測(cè)。1.5溫度測(cè)量模塊該方案采用溫度傳感器DH11AS18B20測(cè)量溫度，DS18B20是Dallas公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器，具有體積小、可靠性強(qiáng)，適用電壓寬、經(jīng)濟(jì)靈活的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)選擇了18B20進(jìn)行測(cè)量溫度。1.6超聲波測(cè)距模塊該方案采用超聲波傳感器HC-SR04測(cè)量距離，該傳感器具有體積小、可靠性強(qiáng)，適用電壓寬、經(jīng)濟(jì)靈活的特點(diǎn)。最終方案的選擇:經(jīng)過(guò)反復(fù)的比擬論證，本設(shè)計(jì)最終確定了以下方案：采用AT89S52作為主控芯片。采用L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的主芯片。采用紅外對(duì)管制作黑線檢測(cè)模塊。采用容量為9000mA的充電電池作為小車的供電電源。采用溫度傳感器DH11AS18B2測(cè)量溫度采用超聲波模塊HC-SR04測(cè)障礙物2硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1主控芯片AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)板電路2.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用專用驅(qū)動(dòng)芯片L298N作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。L298N是一種具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它的響應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流減速電機(jī)，而且還帶有控制使能端，用它作為驅(qū)動(dòng)芯片，操作方便，穩(wěn)定，性能優(yōu)良。L298N的5、7引腳為一個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸入端，10、12引腳為另一個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸入端，2、3引腳為一個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸出端，13、14引腳為另一個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸出端，通過(guò)單片機(jī)對(duì)L298N的輸入端進(jìn)行指令控制，就能實(shí)現(xiàn)直流減速電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而控制小車前進(jìn)和后退。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖表1。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖2.3紅外對(duì)管制作黑線檢測(cè)模塊電路采用紅外對(duì)管制作循跡電路，當(dāng)檢測(cè)到黑線時(shí)，紅外接受管導(dǎo)通，否那么紅外對(duì)管截止，通過(guò)比擬器LM393電壓比擬，把電平狀態(tài)送給單片機(jī)進(jìn)而單片機(jī)處理。原理圖附表1。紅外對(duì)管電路2.4溫度傳感模塊設(shè)計(jì)DS18B20是Dallas公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器，具有體積小、適用電壓寬、經(jīng)濟(jì)靈活的特點(diǎn)。它內(nèi)部使用了onboard專利技術(shù)，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在一個(gè)形如三極管的集成電路內(nèi)。DS18B20有電源線、地線及數(shù)據(jù)線3根引腳線，工作電壓范圍為3～5.5V，支持單總線接口。準(zhǔn)確的溫度測(cè)量是很多嵌入式系統(tǒng)中重要的一點(diǎn)。在Linux操作系統(tǒng)下使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，不僅可以得到高精度的溫度測(cè)量值，而且硬件簡(jiǎn)單可靠。DS18