編電子行業(yè)哈爾濱理工大學第五屆電子設計大賽技術報告小車

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版本修改日期原因作者目錄1.摘要 12.系統(tǒng)設計要求 13.系統(tǒng)方案的選擇和論證 24.算法設計和分析 35.系統(tǒng)設計 46.系統(tǒng)調(diào)試 57.系統(tǒng)測試結果分析 68.參考文獻. 79.附錄. 8摘要 隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)展，智能技術的開發(fā)受到越來越廣泛的重視，其開發(fā)速度也在快速增加。由于智能化的程度越來越高，使得其應用范圍也在不斷的擴展。和此同時，機器人技術的發(fā)展勢頭迅猛,其應用領域眾多，智能循跡小車就是機器人技術和智能控制技術相結合的一個應用典范。通俗來講，智能循跡小車就是智能機器人的另一種形式，它用輪子代替了機器人的雙腿，因而在機械設計和電路方面都要比智能機器人簡單，另外，其控制系統(tǒng)和智能機器人相比也較為簡單，可是其對行車速度和行駛方向的配合則要求較嚴格，它首先通過傳感器獲取目標道路信息，然后結合智能車當前的行駛狀態(tài)智能地做出決策，對其行駛方向和行車速度進行調(diào)整，從而達到準確快速跟蹤道路的目的。下面將介紹了基于STC12c5a60s2單片機為控制核心的智能循跡小車的設計，該智能循跡小車是一種在控制系統(tǒng)的作用下，能夠準確沿既定路線自動行駛的系統(tǒng)。本設計中，采用STC12c5a60s2單片機為主控制芯片，結合步進電機、傳感器、電源電路及其他外圍電路,設計實現(xiàn)了小車沿黑色軌跡行走的智能循跡小車，其中小車循跡功能由紅外式光電傳感器完成，小車的驅動功能由L298n驅動電路完成。系統(tǒng)設計要求本設計中，循跡指的是小車在白色紙板上沿著2cm寬的黑線行走。紅外傳感器的發(fā)射管發(fā)出紅外線，由接收管接收。同時，接收的物理量被轉化成電信號，經(jīng)過信號放大電路處理，將信息傳遞給單片機，進行一定的算法處理，最后根據(jù)處理過的信息通過驅動L298n芯片，來對小車的狀態(tài)進行控制，從而達到驅動小車行走和循跡的目的。循跡時，由于紅外線在白色地板和黑線上的反射系數(shù)不同，所以能夠根據(jù)三極管接收紅外線的強弱來決定小車的走向，以下是循跡小車能夠實現(xiàn)的具體功能：在白色紙板上沿著2cm寬的黑線行走能排除中途十字線的干擾，且在終點停車能夠識別且通過銳角彎、鈍角彎、直角彎等能夠圓滑的走過弧線形跑道二、系統(tǒng)方案的選擇和論證1、方案選擇本設計采用五對紅外傳感器，采用“一字型”分布。中間傳感器接收不到反射回來的紅外線，而左右各倆個傳感器能接收到反射回來的紅外線，則小車直線前進；當左邊和中間（或只有左邊）的傳感器接收不到反射回來的紅外線，只有右邊傳感器能接收到時，說明小車向右偏離黑色軌道，則小車向左轉動；同理，當中間和右邊（或只有右邊）的傳感器接收不到反射回來的紅外線，只有左邊傳感器能接收到時，說明小車向左偏離黑色軌道，則小車向右轉動，從而實現(xiàn)自動循跡。本設計中紅外傳感器離地面垂直距離為2cm，能在沒有強烈日光干擾或在有日光燈的房間里，完全能滿足探測要求，具有很好的可靠性和抗干擾能力。2、模塊選擇(1)單片機最小系統(tǒng)：STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉換(250K/S),針對電機控制，強干擾場合。（2）紅外探測模塊本模塊使用五個紅外對管，成一字型排列，能夠很好地對黑線進行檢測且對小車的狀態(tài)進行引導。（3）電源模塊輸入12V直流電，輸出為5V、6V和12V。為單片機、紅外探測模塊、電機驅動模塊和步進電機供電。電機驅動模塊采用L298N芯片對步進電機進行控制，L298N有四個輸入口IN1、IN2、IN3、IN4和單片機IO口相連，和四個輸出口OUT1、OUT2、OUT3、OUT4分別于步進電機四線進行控制。三、算法設計和分析1.通過前置的一字型排列的5個紅外傳感器把小車此時的可能狀態(tài)探測出來（探測到黑線返回低電平，否則為高電平）。定義最左邊的紅外對管為左1，左邊第二個為左2，同理，右1，右2，中間的紅外對管定義為中。情況如下：（低—低電平，高—高電平）（1）小左轉的情況：左1（高）左2（低）中（低）右2（高）右1（高）左1（高）左2（低）中（高）右2（高）右1（高）小右轉的情況：左1（高）左2（高）中（低）右2（低）右1（高）左1（高）左2（高）中（高）右2（低）右1（高）直線行走：左1（高）左2（高）中（低）右2（高）右1（高）左1（高）左2（低）中（低）右2（低）右1（高）左1（低）左2（低）中（低）右2（低）右1（低）左1（高）左2（高）中（高）右2（高）右1（高）（4）大右轉的情況：左1（高）左2（高）中（低）右2（低）右1（低） 左1（高）左2（高）中（高）右2（低）右1（低）左1（高）左2（低）中（低）右2（低）右1（低）左1（高）左2（低）中（低）右2（高）右1（低）左1（高）左2（低）中（高）右2（高）右1（低） 左1（高）左2（低）中（高）右2（低）右1（低） 左1（高）左2（高）中（高）右2（高）右1（低） （5）大右轉的情況：左1（低）左2（低）中（低）右2（高）右1（高） 左1（低）左2（低）中（高）右2（高）右1（高）左1（低）左2（高）中（高）右2（高）右1（高）左1（低）左2（低）中（低）右2（低）右1（高）左1（低）左2（高）中（低）右2（低）右1（高）左1（低）左2（高）中（高）右2（低）右1（高）左1（低）左2（低）中（高）右2（低）右1（高）采用if語句對上述情況進行檢測。（1）（2）（3）情況下小車大致在沿直線行走或在過鈍角彎，所以只對小車進行小幅度控制。采用一個輪前轉，一個輪不轉的方式。（4）（5）情況下小車大致在過直角彎，銳角彎。所以需要對小車進行大幅度的調(diào)整。采用一個輪前轉，一個輪后轉的方式。2.采用8拍控制2相4線步進電機，且采用總線的控制方式。這樣電機在運轉時相對比較穩(wěn)定?？偩€型8拍（雙電機）：0x11,0x33,0x22,0x66,0x44,0xcc,0x88,0x99采用FOR循環(huán)驅動電機，例如：前進函數(shù)：Charbit[]={0x11,0x33,0x22,0x66,0x44,0xcc,0x88,0x99};For(i=0;i<8;i++){8_bit[i];Delay（）；}這樣通過不斷地給電機送8拍信號就使電機前轉了，而且能夠通過控制給電機的8拍的數(shù)量來控制電機轉動的角度。系統(tǒng)設計（一）、硬件設計原理：本系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機為控制核心控制循跡模塊及電機驅動模塊。循跡模塊采用五個紅外線發(fā)射管LTH-1550-01，當檢測到黑線時，紅外對管的接收端接收到黑白線返回來的紅外光，其輸出經(jīng)LM358運放后傳給單片機進行分析處理，然后將處理結果發(fā)送到電機驅動模塊。電機驅動模塊采用L298N驅動芯片，由于單片機輸出信號電壓偏低，且負載能力不夠，故不能用來直接驅動電機。L298N驅動芯片是性能優(yōu)越的小型直流電機驅動芯片之一。它能夠被用來驅動倆個直流電機，或一個四線二相步進電機，在4V—6V電壓下，能夠提供2A驅動電流。供電模塊采用LM2596穩(wěn)壓。LM2596是3A電流輸出降壓開關型集成穩(wěn)壓芯片，它內(nèi)含固定頻率振蕩器（150KHZ），和基準穩(wěn)壓器（1.23v），且具有完善的保護電路：電流限制、熱關斷電路等。利用該器件只需極少的外圍器件便可構成高效穩(wěn)壓電路。能夠實現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié)。（二）、硬件原理圖：1、紅外探測模塊原理圖：元件清單：LTH15505個、LM3583個、滑動變阻器5個、電阻若干2、供電模塊：

元件清單：LM25963個、LM11171個、滑動變阻器3個、電感3個、貼片led1個、電阻若干、電容若干、二極管若干3、電機驅動模塊：元件清單：L298N2個、電阻若干控制核心——單片機（三）、程序原理圖：（四）、程序設計原理：************************以下為最終程序*********************#include<STC12C5A60S2.H>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar//******************************************sbitzuo_a=P2^0;sbitzuo_b=P2^1;sbitzuo_c=P2^2;sbitzuo_d=P2^3; //左右電機4線位聲明sbityou_a=P2^4;sbityou_b=P2^5;sbityou_c=P2^6;sbityou_d=P2^7;//******************************************sbitzuo_1=P1^7;sbitzuo_2=P1^6;sbitzhong=P1^5; //5個紅外對管位聲明sbityou_2=P1^4;sbityou_1=P1^3;//******************************************sbitzuo_qian=P1^0;sbityou_qian=P1^1;//***************函數(shù)聲明**************************voiddelay(uintz);voidgo();voidturn_zuo(uinta);voidturn_you(uintb);voidinit();voidjiance(); voidturn_big_zuo(uintbig_zuo);voidgo_(uintgo);voidturn_big_you(uintbig_you);voidtime0_init();//******************************************ucharcodedate[]={0x11,0x33,0x22,0x66,0x44,0xcc,0x88,0x99};//前進碼ucharcodedate_zuo[]={0x10,0x30,0x20,0x60,0x40,0xc0,0x80,0x90};//小左轉碼ucharcodedate_big_zuo[]={0x19,0x38,0x2c,0x64,0x46,0xc2,0x83,0x91};//大左轉碼ucharcodedate_big_you[]={0x91,0x83,0xc2,0x46,0x64,0x2c,0x38,0x19};//大右轉碼ucharcodedate_you[]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09};//小右轉碼//******************************************uintc,turn_you_delay,turn_zuo_delay,small_zuo,small_you,shizi,num,shizi_float,shizi1,o,black;voidmain(){ delay(6000); delay(6000);//延時大約3秒 delay(6000); init();//初始化函數(shù) while(1) { jiance();//檢測函數(shù) }}voidinit(){ shizi1=0; shizi_float=0; shizi=0; time0_init(); turn_zuo_delay=20; turn_you_delay=20; c=40; small_zuo=20; small_you=20; num=0; o=14; black=2;}//**************定時器0初始化50ms*************************voidtime0_init(){ TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; }//****************中斷函數(shù)*******************voidtime0()interrupt1{ TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;//***************終點停止函數(shù)******************************** shizi++; if(shizi==4) { shizi=0; if(zuo_1==0&&zuo_2==0&&zhong==0&&you_1==0&&you_2==0) { go_(10); num++; } if(num==2) { TR0=0; num=0; go_(20); while(1); }//********************************************** }}//******************延時函數(shù)***************************voiddelay(uintz){ uinti; ucharj; for(i=0;i<z;i++) for(j=0;j<110;j++);}//******************前進函數(shù)**************************voidgo(){ uinti; for(i=0;i<8;i++) { P2=date[i]; delay(c); 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