智能小車畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　　題目: 智能循跡小車 </p><p>　　填寫日期：2013年01月18日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文論述了基于單片機(jī)的智能循跡小車的控制過程。智能循跡是基于自動引導(dǎo)機(jī)器人系

2、統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)小車自動識別路線以及選擇正確的路線。智能循跡小車是運(yùn)用傳感器、單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動及自動控制等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)按照預(yù)先設(shè)定的模式下不用人來控制的能夠達(dá)到自動在跑道上尋跡使小車行走。循跡導(dǎo)航的高新科技。該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于無人駕駛機(jī)動車無人工廠倉庫服務(wù)機(jī)器人等多種領(lǐng)域。 </p><p>　　本設(shè)計(jì)采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為小車的控制核心采用TCRT5000紅外光電對管的傳感作為小車的循跡模塊來識別白色

3、跑道中的黑色引導(dǎo)線采集信號并將信號轉(zhuǎn)換為能被單片機(jī)識別的數(shù)字信號，同時由單片機(jī)進(jìn)行PWM控制小車的轉(zhuǎn)速，采用驅(qū)動芯片L298N構(gòu)成雙H橋控制直流電機(jī)中，軟件系統(tǒng)采用C語言程序，設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)簡單容易實(shí)現(xiàn)可靠性高。</p><p><b>　　采用的技術(shù)主要有：</b></p><p>　　通過編程來控制小車的速度；</p><p><b

4、>　　傳感器的有效應(yīng)用；</b></p><p>　　電機(jī)驅(qū)動L298N的采用.</p><p>　　關(guān)鍵詞：智能小車 STC89C52單片機(jī) 紅外光電對管 L298N</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 引言1</b>&

5、lt;/p><p>　　1.1 研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 研究目的和意義1</p><p>　　1.3 研究內(nèi)容2</p><p>　　第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)方案2</p><p>　　2.1 智能小車的設(shè)計(jì)要求2</p><p>　　2.1.2任務(wù)內(nèi)容2

6、</p><p>　　2.1.2功能要求3</p><p>　　2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體思路3</p><p>　　第3章 主要電路模塊的實(shí)現(xiàn)方案比較和選擇4</p><p>　　3.1 循跡模塊4</p><p>　　3.1.1 采用簡易光電傳感器4</p><p>　　3.1.2采用

7、10對紅外光電對管4</p><p>　　3.1.3采用7對紅外對管4</p><p>　　3.1.4尋跡模塊最終選定方案5</p><p>　　3.2 主控系統(tǒng)5</p><p>　　3.2.1采用CPLD5</p><p>　　3.2.2采用單片機(jī)5</p><p>　　3.2.

8、3主控系統(tǒng)最終選定方案6</p><p>　　3.3電機(jī)驅(qū)動模塊6</p><p>　　3.3.1采用繼電器6</p><p>　　3.3.2采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器6</p><p>　　3.3.3采用功率三極管6</p><p>　　3.3.4電機(jī)驅(qū)動模塊最終選定方案7</p><p

9、>　　3.4 電機(jī)模塊7</p><p>　　3.4.1采用直流減速電機(jī)7</p><p>　　3.4.2采用步進(jìn)電機(jī)7</p><p>　　3.4.3電機(jī)模塊最終選定方案8</p><p><b>　　3.5電源模塊8</b></p><p>　　3.5.1采用4支AAA電池供電

10、8</p><p>　　3.5.2采用6支AA電池供電8</p><p>　　3.5.3電源模塊最終選定方案8</p><p>　　第4章 系統(tǒng)電路圖8</p><p>　　4.1 循跡模塊8</p><p><b>　　4.2復(fù)位電路9</b></p><p&g

11、t;　　4.3 時鐘電路10</p><p>　　4.4直流電動機(jī)驅(qū)動電路10</p><p>　　4.5電路原理圖11</p><p>　　第5章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)12</p><p>　　5.1 主程序設(shè)計(jì)12</p><p>　　5.2 判別X、Y路口程序設(shè)計(jì)14</p><p&g

12、t;　　5.3 左拐子程序設(shè)計(jì)15</p><p>　　5.4 右拐子程序設(shè)計(jì)16</p><p>　　5.5 定時中斷程序設(shè)計(jì)17</p><p>　　第6章 畢業(yè)設(shè)計(jì)遇到的主要問題以及解決辦法18</p><p>　　第7章 結(jié)論19</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b&

13、gt;</p><p><b>　　致謝21</b></p><p>　　附錄A 元件使用清單22</p><p>　　附錄B X、Y路口前后兩排光電對管示意圖22</p><p>　　附錄C 小車行走到路口示意圖23</p><p><b>　　第1章 引言</b

14、></p><p>　　1.1 研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能控制技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品的智能化和小型化越來越成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。各種智能小車在智能化玩具中占了很大的比例。近年來，傳統(tǒng)玩具的市場逐步縮水，高科技智能化的電子類玩具則逐步成為市場的主流。因此，自動智能化小車的研究是非常有意義的，具有很大潛在市場價值。 </p><

15、;p>　　智能小車，也被稱之為輪式機(jī)器人。我們知道，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展是一個國家高科技水平和工業(yè)自動化程度的重要標(biāo)志和體現(xiàn)。機(jī)器人由于具有高度的靈活性、可以幫助人們提高生產(chǎn)率、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量和改善勞動條件等優(yōu)點(diǎn)，在世界各地的生產(chǎn)生活領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。智能小車正是模仿機(jī)器人的一種嘗試。它是一種以汽車電子為背景，涵蓋控制，模式識別，電子、電氣、單片機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科的科技創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，一般主要由路徑識別、速度采集、角度控制以及車速控制等組

16、成。這種智能小車能夠自動搜尋前進(jìn)路線和判別路口，體現(xiàn)出智能化和人性化的一面。 </p><p>　　1.2 研究目的和意義 </p><p>　　隨著人們物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，智能化的電子玩具深受人們的喜愛，尤其是各種智能小車，由于這類玩具具有較好的交互性，可控性，能夠給人們帶來很好的娛樂以及參與其中的體驗(yàn)，高科技智能化的電子類玩具逐漸成為市場的主流。與此同時，智能小車可以應(yīng)用于考古

17、、機(jī)器人、醫(yī)療器械等許多方面，尤其在足球機(jī)器人研究方面具有很好的發(fā)展前景。因此，智能化小車的研究不僅具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，還具有極為廣闊的應(yīng)用前景和市場價值。</p><p>　　通過構(gòu)建智能小車系統(tǒng)，培養(yǎng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的能力。在實(shí)踐過程中，熟悉以單片機(jī)為核心控制芯片，設(shè)計(jì)小車的檢測、驅(qū)動等外圍電路，實(shí)</p><p>　　現(xiàn)小車的智能循跡。靈活應(yīng)用應(yīng)電等相關(guān)學(xué)科的理論知識，聯(lián)系實(shí)際

18、電路設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方法，達(dá)到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。在此過程中，加深對控制理論的理解和認(rèn)識。</p><p><b>　　1.3 研究內(nèi)容</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的智能電動小車具有自動尋跡功能，可用過PWM編碼控制行駛速度。整體設(shè)計(jì)可以分為如下幾個模塊，控制核心STC89C52單片機(jī)芯片，循跡是通過紅外光電對管采集信號實(shí)現(xiàn)的，利用紅外光電對管檢測跑道上的黑色軌跡

19、，時刻調(diào)整車體位置使車不離開軌道。整個系統(tǒng)具有自動尋跡和路口判別功能。直流電機(jī)啟動通過L298N驅(qū)動芯片來驅(qū)動，同時利用單片機(jī)對PWM方式進(jìn)行直流電機(jī)的調(diào)速控制。軟件中主要用到紅外光電管對黑色軌跡采集到信號來進(jìn)行判別。整個系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)較簡單，可靠性能高。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果滿足要求。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 智能小車的設(shè)計(jì)要求</p

20、><p><b>　　2.1.2任務(wù)內(nèi)容</b></p><p>　　圖2.1 小車結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　圖2.2 場地示意圖</p><p>　　（1） 設(shè)計(jì)并制作一個智能小車。兩輪驅(qū)動、一輪為萬向輪，如圖2.1。</p><p>　?。?） 基于51單片機(jī)C程序來設(shè)計(jì)智能小車，在設(shè)計(jì)

21、中采用Keil軟件來完成小車的單道尋跡、Y口尋跡、X口尋跡和單雙循環(huán)尋跡的程序設(shè)計(jì)。其中場地示意圖如圖2.2。</p><p>　　2.1.2功能要求 </p><p>　　（1）萬向輪在前，可沿引導(dǎo)線逆時針方向運(yùn)行一周，全程時間不超過3分鐘；</p><p>　　（2）萬向輪在前，可沿引導(dǎo)線逆時針方向運(yùn)行兩周，并且每周E到F必須經(jīng)過不同的S形路徑；</p&g

22、t;<p>　　(3) 萬向輪在前，小車每一圈行駛的S形路線要與上一圈行駛的路線不同。 </p><p>　　2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體思路</p><p>　　圖2.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)由十對紅外光電對管（TCRT5000）檢測模塊、單片機(jī)STC89C52、直流電機(jī)驅(qū)動電路模塊、電源模塊和直流電機(jī)等部分組成（如圖2.3）。利用紅外

23、光電對管對黑線進(jìn)行檢測，再利用單片機(jī)對紅外光電管所反饋的信號進(jìn)行處理及判斷是否接收到黑線軌跡，從而識別當(dāng)前的路線情況。經(jīng)由單片機(jī)對路線進(jìn)行判斷后，再利用單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號對電機(jī)驅(qū)動電路進(jìn)行控制，使得兩路直流電動機(jī)可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、快慢轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)，從而使小車能夠?qū)崿F(xiàn)直走、左拐、右拐功能。</p><p>　　第3章 主要電路模塊的實(shí)現(xiàn)方案比較和選擇</p><p><b>　　3.

24、1 循跡模塊</b></p><p>　　3.1.1 采用簡易光電傳感器</p><p>　　采用簡易光電傳感器結(jié)合外圍電路探測，實(shí)際效果并不理想，小車對行駛過程中的穩(wěn)定性要求很高，且誤測幾率較大、易受光線環(huán)境和路面介質(zhì)影響。在使用過程極易出現(xiàn)問題，而且容易因?yàn)樵摬考斐烧麄€系統(tǒng)的不穩(wěn)定。故最終未采用該方案。</p><p>　　3.1.2采用10對紅外

25、光電對管</p><p>　　采用10對紅外光電對管（如圖3.1），4對紅外光電對管作尋路置于小車萬向輪后面（2只夾線），6對紅外光電對管作判斷置于小車萬向輪前，根據(jù)10對光電對管接受到白線與黑線的情況來控制小車轉(zhuǎn)向來調(diào)整車向，測試表明，只要合理安裝好10對光電對管的位置就可以很好的實(shí)現(xiàn)循跡的功能。</p><p>　　圖3.1 紅外電對管</p><p>　　3

26、.1.3采用7對紅外對管</p><p>　　采用7對紅外對管（如圖3.2），3對紅外對管作尋路置于小車萬向輪后（1只在線中間）， 4對紅外對管作判斷置于小車萬向輪前。當(dāng)小車脫離軌道時，即當(dāng)置于中間的一只光對管脫離軌道時，等待外面任一只檢測到黑線后，做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向調(diào)整，直到中間的光電開關(guān)重新檢測到黑線（即回到軌道）再恢復(fù)正</p><p>　　向行駛?，F(xiàn)場實(shí)測表明，小車在尋跡過程中有一定的

27、左右搖擺不定，雖然可以正確的循跡但其穩(wěn)定性都次于第二種方案。</p><p>　　圖3.2 循跡模塊比較</p><p>　　3.1.4尋跡模塊最終選定方案</p><p>　　通過比較，對于方案一與方案三來說，容易導(dǎo)致小車的不穩(wěn)定，容易偏離跑道，而方案二可以通過紅外光電對管采集回來的信號通過單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)小車自我調(diào)整，到達(dá)一定穩(wěn)定性，故選取方案二來實(shí)現(xiàn)循跡。&l

28、t;/p><p><b>　　3.2 主控系統(tǒng)</b></p><p>　　3.2.1采用CPLD</p><p>　　選用一片CPLD（可編程邏輯器件如EPM7128LC84-15）作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。CPLD具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用VHDL語言進(jìn)行編寫開發(fā)。但CPLD在控制上較單片機(jī)有較大的

29、劣勢。同時，CPLD的處理速度非常快，而小車的行進(jìn)速度不可能太高，那么對系統(tǒng)處理信息的要求也就不會太高，在這一點(diǎn)上，MCU就已經(jīng)可以勝任了。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。為此，我們不采用該種方案，進(jìn)而提出了第二種設(shè)想。</p><p>　　3.2.2采用單片機(jī)</p><p>　　采用單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的核心，用其控制行進(jìn)中的小車，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析

30、我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車的自動控制，而在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢——控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，這種方案是一種較為理想的方案。</p><p>　　3.2.3主控系統(tǒng)最終選定方案</p><p>　　通過上述的對比選定了STC89C52單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控裝置，因?yàn)榇藛纹瑱C(jī)具

31、有功能強(qiáng)大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，程序空間多達(dá)8K，對于此設(shè)計(jì)也綽綽有余，更可貴的是此單片機(jī)價格非常低廉，同時自己手上剛好有這片芯片，節(jié)省資源，同時綜合考慮了傳感器、兩部電機(jī)的驅(qū)動等諸多因素后，我們決定采用STC89C52單片機(jī)作為主控電路。</p><p><b>　　3.3電機(jī)驅(qū)動模塊</b></p><p>　　3.3.1采用繼電器</p>

32、;<p>　　采用繼電器對電動機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制,通過開關(guān)的切換對小車的速度進(jìn)行調(diào)整.此方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡單,缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時間慢、易損壞、壽命較短、可靠性不高。</p><p>　　3.3.2采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器</p><p>　　采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電動機(jī)的分壓，從而達(dá)到分壓的目的。但電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴。更主要的

33、問題在于一般的電動機(jī)電阻很小，但電流很大，分壓不僅會降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。</p><p>　　3.3.3采用功率三極管</p><p>　　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)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的 H型橋式電路(如圖4.4)。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截

34、止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，</p><p>　　是一種廣泛采用的 PWM調(diào)速技術(shù)?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，方便購買。</p><p>　　3.3.4電機(jī)驅(qū)動模塊最終選定方案</p><p>　　圖3.4 L298N</p><p>　　通過上述的對比，選用了L29

35、8N(如圖3.4)，因?yàn)檫@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)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(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)。</p><p><b>　　3.4 電機(jī)模塊</b></p><p>　　3.4.1采用直流減速電機(jī)</p><p>　　采用直

36、流減速電機(jī)，配合L298N驅(qū)動芯片組合。由于其內(nèi)部由高速電動機(jī)提供原始動力,帶動變速(減速)齒輪組,可以產(chǎn)生較大扭力，外加額定直流電壓時，轉(zhuǎn)速幾乎相等。</p><p>　　3.4.2采用步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　采用步進(jìn)電機(jī)，配合L298N驅(qū)動芯片組合。其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的定位,可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位。</p><p>　　3.4.3電機(jī)模塊最

37、終選定方案</p><p>　　綜上所述，我們采取了方案一，因?yàn)閮?yōu)點(diǎn)在于硬件電路的設(shè)計(jì)簡單，轉(zhuǎn)速幾乎相等，并且能夠較好的滿足系統(tǒng)要求，而方案二優(yōu)點(diǎn)較多,但步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低,隨轉(zhuǎn)速的升高而下降,且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降,其轉(zhuǎn)速較低,不能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，故我們選擇方案一。</p><p><b>　　3.5電源模塊</b></p><p&

38、gt;　　3.5.1采用4支AAA電池供電</p><p>　　采用4支AAA電池單電源供電，但由于4支串聯(lián)后的電壓太小不能同時給單片機(jī)和電機(jī)供電。</p><p>　　3.5.2采用6支AA電池供電</p><p>　　采用6支AA電池供電，通過6支AA電池串接成7.2V電源后分別對單片機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行供電。</p><p>　　3.5.3

39、電源模塊最終選定方案</p><p>　　綜上所述，方案一的方式可見是有比較不好的缺點(diǎn)，但采用方案二可以解決方案一的問題，讓小車更好的完成其功能。故選擇了方案二來實(shí)現(xiàn)供電。</p><p>　　第4章 系統(tǒng)電路圖</p><p><b>　　4.1 循跡模塊</b></p><p>　　小車循跡原理是小車在貼有黑線的白

40、紙 “跑道”上行駛，由于黑線和白紙對光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷“道路”。在該模塊中利用了簡單而又普遍的檢測方法——紅外探測法。</p><p>　　此電路由5對紅外光電對管組成如圖4.1（注：原10對紅外對管是由兩塊5對紅外對管電路板構(gòu)成的）， LED發(fā)光二極管用于指示是否檢測到“黑道”，與它們相連接的電阻為限流電阻。其中兩個集成芯片為LM324，共有8路比較器。</p>

41、<p>　　在比較器的正向端設(shè)置一個參考電壓，反向端與光電接收管連接。當(dāng)光電接收管沒有接收到紅外光信號時，同向端電壓大于反向端電壓，使得比較器輸出高電平，指示燈熄滅。當(dāng)光電接收管有接收到紅外光信號時，反向端電壓大于同向端電壓，使得比較器輸出低電平，指示燈發(fā)亮。由此高低電平作為單片機(jī)的輸入信號（注：低電平為有效信號），使得單片機(jī)能夠?qū)π盘栠M(jìn)行采集與處理。</p><p>　　圖4.1 光電管電路圖<

42、;/p><p><b>　　4.2復(fù)位電路</b></p><p>　　按鍵按下系統(tǒng)復(fù)位時，電容處于放電狀態(tài)，此時MCU的9腳為高電平。本復(fù)位電路參數(shù)采用1k的電阻，22uf的電容（只要參數(shù)選取應(yīng)保證復(fù)位高電平持續(xù)時間大于兩個機(jī)器周期以上的時間即可）。計(jì)算時間可以用t=R×C來粗略計(jì)算，（t的單位是秒，R的單位是歐姆，C的單位是法拉。）復(fù)位電路如圖4.2所示。&

43、lt;/p><p>　　圖4.2 復(fù)位電路</p><p><b>　　4.3 時鐘電路</b></p><p>　　時鐘電路是晶體振蕩器和兩個微調(diào)電路組成的在單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個高增益方向放大器，其輸入端為引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。只需要在片外通過XTAL1和XTAL2引腳跨接晶體振蕩器或在引腳與地之間加接微調(diào)電容，形成反饋電路

44、，震蕩即可工作。由于此電路晶振使用的為12MHz的晶體，因此它的時鐘周期是0.083us，機(jī)器周期為1us（一個機(jī)器周期由6個狀態(tài)周期構(gòu)成，每個狀態(tài)周期包括兩個時鐘脈沖）。時鐘電路如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 時鐘電路</p><p>　　4.4直流電動機(jī)驅(qū)動電路</p><p>　　圖4.4 H橋式電路</p><p>

45、;　　該驅(qū)動芯片（L298N）有兩路H型PWM電路(如圖4.4)， In1為高電平，In2為低電平，ENA為高電平時，電機(jī)向正方向轉(zhuǎn)。In1為低電平，In2為高電平，ENA為高電平，電機(jī)向相反方向轉(zhuǎn)。In1、In2同時為高電平或低電平，電機(jī)會快速停轉(zhuǎn)。如果ENA端為低電平，整個H型PWM電路關(guān)閉，電機(jī)停止。</p><p>　　通過單片機(jī)的I/O控制L298N的四個輸入端(如圖4.5)，分別實(shí)現(xiàn)對電機(jī)正反轉(zhuǎn)、加減

46、速的控制。并且通過控制使能端（EN）或PWM輸入端，控制電機(jī)的停止與轉(zhuǎn)動，也用于PWM控制調(diào)速。</p><p>　　圖4.5 直流電機(jī)驅(qū)動電路</p><p><b>　　4.5電路原理圖</b></p><p>　　根據(jù)各模塊方案分析后，確定最后的電路圖（如圖4.6）。采用7.2V電源驅(qū)動L298N，利用7805穩(wěn)壓管輸出5V電源供給單片

47、機(jī)和兩塊循跡電路。通過循跡模塊的光電對管藍(lán)色管檢測，黑色管接收信號，，讓相對應(yīng)的LED亮，來判斷出小車所在的位置，用主控單片機(jī)來檢測LED的狀態(tài)，將信號傳送到單片的I/O口，與我們設(shè)定的信號相比較，如果與我們的設(shè)定信號相等，輸出相對應(yīng)的命令到L298N，從而控制電機(jī)驅(qū)動模塊，改變兩個直流電機(jī)的速度，從而控制小車位置,其中器件清單件附錄A。</p><p>　　圖4.6 電路原理圖</p><

48、p>　　第5章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　整個軟件采用模塊化設(shè)計(jì),由主程序、XY路口判斷子程序、左拐子程序、右拐子程序等模塊程序組成。系統(tǒng)軟件主要完成路口判斷、控制小車直走、左拐、右拐等功能。中斷子程序是用定時中斷來產(chǎn)生一定頻率的PWM脈沖信號，從而提高小車運(yùn)動的速度。</p><p><b>　　5.1 主程序設(shè)計(jì)</b></p>&

49、lt;p>　　主程序先對中斷定時初值進(jìn)行初始化，接著判斷萬向輪前6只光電對管接收到的信號與P2口設(shè)定好的信號相比，如果相等小車遇到X、Y路口，將繼續(xù)判斷萬向輪后4只光電管是否接收到這兩個路口的信號，檢測到讓小車執(zhí)行相對應(yīng)X、Y路口命令。例如：小車從起點(diǎn)逆時針行駛， 4只光電對管接收到信號為“1001”小車直走、“1011”小車左拐、“1101”小車右拐，當(dāng)前一排6只光電對管接收到信號為“100011”時，則小車遇到Y(jié)路口，在等后一

50、排4只光電對管接收到信號為 “0001”時，如果是奇數(shù)圈命令小車左拐，偶數(shù)圈命令小車右拐，使上下兩圈在EF之間實(shí)現(xiàn)S型路線行駛不一致。其主程序流程圖如5.1。</p><p>　　圖5.1 主程序流程圖</p><p>　　5.2 判別X、Y路口程序設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)小車在行駛中遇到X、Y路口，讓小車做出相應(yīng)的判斷。利用光電對管所反饋的信號進(jìn)行分析和處理

51、，對小車當(dāng)前所在的路線情況進(jìn)行判斷并輸出相應(yīng)的控制信號，使小車能夠在分叉路口里實(shí)現(xiàn)直走、左拐、右拐功能。被判斷的路口情況可以分為X路口、Y路口，由實(shí)驗(yàn)測得小車經(jīng)過這兩個路口時6只光電對管能采集到相同的信號，小車行駛一圈光電對管采集到這種信號共4次，因此可通過對經(jīng)過的路口進(jìn)行計(jì)數(shù)，來判別小車此時在某兩個路口之間，這樣我們就可以很好的控制小車在規(guī)定路線上實(shí)現(xiàn)S路線行駛。其中小車行駛一圈分別經(jīng)過的X、Y路口前后兩排光電管的示意圖見附錄B。&

52、lt;/p><p>　　小車行駛每一圈所要經(jīng)過的S路線要與上一圈的不同。當(dāng)小車從起點(diǎn)行駛一圈回到起點(diǎn)，所經(jīng)過的最后一個Y路口時，我們對圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)一次（m++），同時分叉路口信號計(jì)數(shù)清除，在新的一圈里從新計(jì)數(shù)（n=1）。就這樣判別小車行駛在奇數(shù)圈還是偶數(shù)圈，并在所經(jīng)過的X、Y路口給以相應(yīng)命令，使之兩次行駛的S路線不同。</p><p>　　例如：當(dāng)小車開始從起點(diǎn)來到第一個分叉路口時，萬向輪前并

53、排的6只光電對管先經(jīng)過分岔路口，并會接收回來一個分叉路口的信號為“100011”并將這個信號記錄下來，等到萬向輪后的一排做尋跡的紅外對管也到分叉路口時，4個紅外對管檢測到黑線信號為“0001”，我們就讓小車執(zhí)行左大拐命令，并在1s后路口計(jì)數(shù)（此時n+1=2，n初值為1）。接著來到三個分岔口，前后兩排光電管也得到相同信號，同樣執(zhí)行左拐命令，它們分別是左微調(diào)、左大拐、左小拐，實(shí)現(xiàn)S路線行駛。其程序流程圖如圖5.3。 </p>

54、<p>　　圖 5.3 判別X、Y路口程序流程圖</p><p>　　5.3 左拐子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　左拐子程序主要用于控制小車進(jìn)行左拐彎的程序。其主要設(shè)計(jì)原理是利用一個光電對管傳感器作為一個標(biāo)記點(diǎn)，來判斷小車是否旋轉(zhuǎn)到了目標(biāo)角度。也就是此時這個光電管在黑線上，小車左拐。同時，此光電對管從黑線移動到白紙區(qū)域中，這樣重復(fù)，最終完成左拐的任務(wù)。如果信號為：1011、01

55、11、0011變化為1001結(jié)束左拐。其流程圖如5.4。</p><p>　　圖5.4 左拐子程序流程圖</p><p>　　5.4 右拐子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　右拐子程序的設(shè)計(jì)原理與左拐子程序基本原理是一樣的。該程序與左拐子程序利用相對稱一個光電管傳感器進(jìn)行判斷是否進(jìn)行右拐，執(zhí)行此程序時，小車會一直進(jìn)行右拐彎，直到此光電管從黑線移動到白紙區(qū)域中，最后小車

56、停止右拐彎。如果信號為：如果信號為：1101、1110、1100變化為1001結(jié)束左拐。其程序流程圖如圖5.5。</p><p>　　圖5.5 右拐子程序流程圖</p><p>　　5.5 定時中斷程序設(shè)計(jì)</p><p>　　定時中斷程序主要用于產(chǎn)生占空比可調(diào)的PWM脈寬，不同的占空比直接影響著小車行走的速度。該程序先定義兩個變量用于控制使能端的高低電平的時間，

57、每次中斷進(jìn)入后，兩個變量自動加1，當(dāng)兩個變量分別滿足一定值的時候，改變使能端的值，使能端實(shí)現(xiàn)高低電平，控制兩個電機(jī)的行駛。例如：兩個電機(jī)占空比為：3：3小車直走、5：3小車左微調(diào)、3：5小車右微調(diào)。其中定時中斷程序流程圖如圖5.6。</p><p>　　圖 5.6 定時中斷程序流程</p><p>　　第6章 畢業(yè)設(shè)計(jì)遇到的主要問題以及解決辦法</p><p>

58、　　問題一：紅外對管的安裝，如果沒有合理的安裝紅外對管將會對小車行駛的路線不穩(wěn)定，就容易偏出跑道；</p><p>　　解決一：通過幾種不同的方案分別對紅外對管安裝，并在實(shí)踐運(yùn)行中進(jìn)行比較，最后確定最合理的安裝方案。</p><p>　　問題二：場地不過平坦，小車跑道紙張有些鄒，這兩點(diǎn)紅外對管的干擾很嚴(yán)重，影響小車的正常行駛；</p><p>　　解決二：通過改變紅

59、外對管與跑道紙張的距離，提高紅外對管的靈敏度；通過重做跑道，并且找一塊平坦的場地對跑道進(jìn)行固定。</p><p>　　問題三：小車X、Y口計(jì)數(shù)時出現(xiàn)計(jì)數(shù)紊亂，根本達(dá)不到我們想要的結(jié)果。</p><p>　　解決三：小車當(dāng)遇到X、Y口采集回來的信號時先不計(jì)數(shù)等待一秒后計(jì)數(shù)。</p><p><b>　　第7章 結(jié)論</b></p>

60、<p>　　本次設(shè)計(jì)在同學(xué)及老師的指導(dǎo)下，完成了課題的基本要求。此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了利用單片機(jī)STC89C52為核心，光電傳感器以及L298N直流電機(jī)控制電路作為輔助電路，使小車能夠在黑線上實(shí)現(xiàn)直走、左拐、右拐等功能，小車行走狀態(tài)見附錄C。</p><p>　　其中兩個附加功能，我完成了小車自動識別分岔路口。在行駛到分叉路口時，通過作判斷的紅外光電對管在經(jīng)過分岔路口的瞬間產(chǎn)生了一個唯一的信號會與我們采集的信號

61、相同，并將其記錄起來。同時尋路的紅外光電對管也到了分岔路口，并且在這一瞬間也產(chǎn)生了一個不同的信號，這時我們就命令小車執(zhí)行我們的指令。因此，小車先開始走哪一條S路線，可通過我們編程，令小車執(zhí)行直走或左拐。另一個附加功能是：當(dāng)小車遇到X路口時，會根據(jù)我們前面分岔路口所行駛的路線決定它的在X路口所要行駛的路線。同樣我采用了小車經(jīng)過分岔路口的判斷方法，但由于小車行駛在X路口時，出現(xiàn)了太多的不定狀態(tài)，采集回來的信號與我們想要的信號時有不一致，所以

62、這過程中，我采取將確定不可能出現(xiàn)的信號給排除，將剩余的信號都作為有用信號，雖然信號多了，但小車行駛到X路口時，小車能更準(zhǔn)確判別出信號，小車更穩(wěn)定的行走S路線了。</p><p>　　我認(rèn)為，本課題是非常具有理論聯(lián)系實(shí)踐的意義。因此，在今后我會不斷的實(shí)踐本課題，我想終究會讓我找到理想中的信號的，我會繼續(xù)努力的，我會做到的，我相信。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&

63、gt;</p><p>　　[1] 張義和，王敏男，許宏昌，等.人民郵電出版社，2010-6</p><p>　　[2]高吉祥主編.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽培訓(xùn)系列教程.北京：電子工業(yè)出版社，2007.6</p><p>　　[3]譚浩強(qiáng)著.C語言程序設(shè)計(jì)（第三版）.北京：清華大學(xué)出版社，2005.7</p><p>　　[4]黃智偉編著.全國

64、大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽制作實(shí)訓(xùn).北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2007.2</p><p>　　[5]郭天祥編著.51單片機(jī)C語言程序教程.北京：電子工業(yè)出版社，2009.12</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　歷時三個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)告一段落。經(jīng)過自己不斷的搜索努力以及楊老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成。在

65、這段時間里，楊老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩，他的指導(dǎo)使我受益非淺。同時學(xué)校實(shí)訓(xùn)樓的開放也為我的設(shè)計(jì)提供了實(shí)習(xí)場地。在此對楊俊鳴老師和林龍森老師表示深深的感謝。</p><p>　　通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識到學(xué)好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)三年的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計(jì)中對于知識的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這三個月

66、的設(shè)計(jì)是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　由于自身水平有限，設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處，敬請各位老師批評指正。</p><p>　　附錄A 元件使用清單</p><p>　　附錄B X、Y路口前后兩排光電對管示意圖</p><p>　　附錄C 小車行走到路口示意圖</p>