課程設計—自動循跡小車

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文檔簡介

1、　　課程設計—自動循跡小車　　車體設計　　方案1：購買玩具電動車。購買的玩具電動車具有組裝完整的車架車輪、電機及其驅(qū)動電路。但是一般的說來，玩具電動車具有如下缺點：首先，這種玩具電動車由于裝配緊湊，使得各種所需傳感器的安裝十分不方便。其次，這種電動車一般都是前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動，不能適應該題目的方格地圖

2、，不能方便迅速的實現(xiàn)原地保持坐標轉(zhuǎn)90度甚至180度的彎角。再次，玩具電動車的電機多為玩具直流電機，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負載性能差，不易調(diào)速。而且這種電動車一般都價格不菲。因此我們放棄了此方案。 　　方案2：自己制作電動車。經(jīng)過反復考慮論證，我們制定了左右兩輪分別驅(qū)動，后萬向輪轉(zhuǎn)向的方案。即左右輪分別用兩個轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流電機進行驅(qū)動，車體尾部裝一個萬向輪。這樣，當兩個直流電機轉(zhuǎn)向相

3、反同時轉(zhuǎn)速相同時就可以實現(xiàn)電動車的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實現(xiàn)小車坐標不變的90度和180度的轉(zhuǎn)彎。 　　在安裝時我們保證兩個驅(qū)動電機同軸。當小車前進時，左右兩驅(qū)動輪與后萬向輪形成了三點結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進時比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)后輪過低而使左右兩驅(qū)動輪驅(qū)動力不夠的情況。為了防止小車重心的偏移，后萬向輪起支撐作用。對于車架材料的選擇，我們經(jīng)過比較選擇了有機玻璃。用有機玻璃做的車架比塑

4、料車架更加牢固，比鐵制小車更輕便，美觀。 　　綜上考慮，我們選擇了方案2。小車底盤如圖1所示： 　　電機選擇：　　最初我們在東明電子市場上買了兩個舊電機，有計數(shù)脈沖，如下圖所示：　　花費了30元的舊電機<

5、p>　　電機產(chǎn)生的脈沖　　經(jīng)過實際比較，我們發(fā)現(xiàn)電機的軸太短，根本無法固定輪子，并且其中有一個電機的軸有缺陷，軸上有一個凹槽。最終不得不放棄使用這個電機而去西門從新買了兩個新的減速電機，如下圖：　　電機的固定采用的是鋁合金直角墊片加鐵絲捆綁的方式，這樣做非常牢固，但是看起來不是很美觀。&

6、lt;p>　　輪子方案：　　在選定電機后，我們買了一個萬向輪，萬向輪的高度減去電機的半徑就是驅(qū)動輪的半徑。　　輪子是在工程訓練中心用尼龍棒在車床上作出來的，當時我們還戲稱我們的小車是“機電一體化”的產(chǎn)品。　　輪子的截面圖：</

7、p>　　萬向輪：　　當小車前進時，左右兩驅(qū)動輪與后萬向輪形成了三點結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進時比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)后輪過低而使左右兩驅(qū)動輪驅(qū)動力不夠的情況。為了防止小車重心的偏移，后萬向輪起支撐作用。并且可以輕松實現(xiàn)90度甚至180度原地轉(zhuǎn)彎。　　硬件設計</b

8、>　　系統(tǒng)總設計電路圖如下圖，PDF格式，Rrotel99格式。　　各部分電路圖及說明：　　穩(wěn)壓電路：（上部分穩(wěn)壓至12V，下部分穩(wěn)壓至5V）　　L298電機控制驅(qū)動：可以參考http://bbs.avrvi.com/read.php?tid=252&pa

9、ge=1&toread=1　　電壓比較器電路（光電對管檢測電路）：　　可調(diào)電阻R3可以調(diào)節(jié)比較器的門限電壓，經(jīng)示波器觀察，輸出波形相當規(guī)則，可以直接夠單片機查詢使用。而且經(jīng)試驗驗證給此電路供電的電池的壓降較小。因此我們選擇此電路作為我們的傳感器檢測與調(diào)理電路。 　　實物與分析</

10、b>　　電源電路：　　由于本系統(tǒng)需要電池供電，我們考慮了如下幾種方案為系統(tǒng)供電。 　　方案1：采用10節(jié)1.5V干電池供電，電壓達到15V，經(jīng)7812穩(wěn)壓后給支流電機供電，然后將12V電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機系統(tǒng)和其他芯片供電。但干電池電量有限，使用大量的干電池給

11、系統(tǒng)調(diào)試帶來很大的不便，因此，我們放棄了這種方案。　　方案2：采用3節(jié)4.2V可充電式鋰電池串聯(lián)共12.6V給直流電機供電，經(jīng)過7812的電壓變換后給支流電機供電，然后將12V電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機系統(tǒng)和其他芯片供電。鋰電池的電量比較足，并且可以充電，重復利用，因此，這種方案比較可行。但鋰電池的價格過于昂貴，使用鋰電池會大大超出我們的預算，因此，我們放棄了這種方案。

12、　　方案3：采用12V蓄電池為直流電機供電，將12V電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機系統(tǒng)和其他芯片供電。蓄電池具有較強的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。雖然蓄電池的體積過于龐大，在小型電動車上使用極為不方便，但由于我們的車體設計時留出了足夠的空間，并且蓄電池的價格比較低。因此我們選擇了此方案。 　　綜上考慮，我們選擇了方案3。這個黑呼呼的東西，讓我們可愛的小車變得很難看。</

13、p>　　穩(wěn)壓模塊：　　方案1：采用兩片7812將電壓穩(wěn)壓至12V后給直流電機供電，然后采用一片7809將電壓穩(wěn)定至9V，最后經(jīng)7805將電壓穩(wěn)至5V，給單片機系統(tǒng)和其他芯片供電，但7809和7805壓降過大，使7809和7805消耗的功率過大，導致7809和7805發(fā)熱量過大，因此，我們放棄了這種方案。

14、　　方案2：采用兩片7812將電壓穩(wěn)壓至12V后給直流電機供電，然后采用2576將電壓穩(wěn)至5V。2576的輸出電流最大可至3A，完全滿足系統(tǒng)要求。綜上考慮，我們選擇了方案2。穩(wěn)壓模塊如下圖：　　（左圖：穩(wěn)壓模塊）　　循跡傳感器模塊&

15、lt;p>　　方案1：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。當光線照射到白線上面時，光線發(fā)射強烈，光線照射到黑線上面時，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。 　　方案2：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作

16、光電對管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響，因此我們放棄了這個方案。 　　方案3：用RPR220型光電對管。RPR220是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是

17、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。 　　RPR220采用DIP4封裝，其具有如下特點：　　塑料透鏡可以提高靈敏度。 　　內(nèi)置可見光過濾器能減小離散光的影響。 　　體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。 　　當發(fā)光二極

18、管發(fā)出的光反射回來時，三極管導通輸出低電平。此光電對管調(diào)理電路簡單，工作性能穩(wěn)定。 　　此我們選擇了方案3。安裝后效果如下圖： 　　下圖是電壓比較器：　　說明文件：　　設計名稱

19、：循跡小車　　時間：2006-12-9　　關鍵詞：Atemega32 L298 減速電機光電對管 7812 7805　　作者：古欣朱巖王智涌原瑞花喻巧群　　/******************************************

20、***************/　　硬件資源分配1.0：12-9　　PA0-PA5 光電對管檢測　　PB1,PB2,PB3 電機右 PB3為PWM　　PB4,PB5,PD7 電機左 PD7為PWM　　PD2 int0 碼牌行程檢

21、測　　/********************************************************/　　電機轉(zhuǎn)向：　　PB1 = 1　　PB2 = 0 右電機前轉(zhuǎn)</p

22、>　　PB4 = 0　　PB5 = 1 左電機前轉(zhuǎn)　　/********************************************************/　　flag; //小車狀態(tài)　　//

23、0未偏 1左偏 2右偏 3前出線 4后出線 5脫軌　　主程序：　　電機驅(qū)動程序：　　/****************************************************************

24、　　** 文件名：motor.c 電機驅(qū)動函數(shù)　　****************************************************************/　　#include "config.h"　　/**********************

25、**左電機動作*****************************/　　//左電機前進　　void motor_left_forward(uint8 speed)　　{　　motol_uen

26、1;　　motol_en2;　　if(speed!=0) //加入調(diào)速指令　　{　　OCR0=speed;　　}

27、　　T0_EN;　　}　　//左電機后退　　void motor_left_backward(uint8 speed)　　{</b&g

28、t;　　motol_en1;　　motol_uen2;　　if(speed!=0) //加入調(diào)速指令　　{　　OCR0=speed;

29、　　}　　T0_EN;　　}　　//左電機速度設定　　void motor_left_speed_set(uint8 speed)<

30、/p>　　{　　if(speed!=0)　　{　　OCR0=speed;　　} <

31、b>　　}　　//左電機滑行　　void motor_left_stop(void)　　{　　motol_uen1;　　moto

32、l_uen2;　　T0_UEN;　　}　　//左電機急停　　void motor_left_quick_stop(void)<p

33、>　　{　　motol_en1;　　motol_en2;　　T0_UEN;　　}　　/************

34、*************右電機動作*****************************/　　//右電機前進　　void motor_right_forward(uint8 speed)　　{

35、;　　motor_en1;　　motor_uen2;　　if(speed!=0) //加入調(diào)速指令　　{　　OCR2=speed;　　while(ASSR&(1<<TCR2

36、UB)==1) ; //異步操作需要等待 OCR2寫入完畢　　}　　T2_EN;　　}　　//右電機后退</p&g

37、t;　　void motor_right_backward(uint8 speed)　　{　　motor_uen1;　　motor_en2;　　if(speed!=0) //加入調(diào)速指令&

38、lt;p>　　{　　OCR2=speed;　　while(ASSR&(1<<TCR2UB)==1) ; //異步操作需要等待 OCR2寫入完畢　　}

39、T2_EN;　　}　　//右電機速度設定　　void motor_right_speed_set(uint8 speed)　　{</

40、p>　　if(speed!=0)　　{　　OCR0=speed;　　while(ASSR&(1<<TCR2UB)==1) ; //異步操作需要等待 OCR2寫入完畢

41、} 　　}　　//右電機滑行　　void motor_right_stop(void)　　{

42、motor_uen1;　　motor_uen2;　　T2_UEN;　　}　　//右電機急停　　void motor_

43、right_quick_stop(void)　　{　　motor_en1;　　motor_en2;　　T2_UEN;　　}</b&

44、gt;　　延時程序：　　/****************************************************************　　** 文件名：unit.h 定時函數(shù)頭文件　　*************

45、***************************************************/　　#ifndef _UNIT_H__　　#define _UNIT_H__ 1 　　//100us　　extern void

46、Delay100us(uint8 n);　　//1s　　extern void Delay1s(uint16 n);　　//1ms　　extern void Delay1ms(uint16 n);

47、　　#endif　　/****************************************************************　　** 文件名：unit.c 定時函數(shù)　　******************

48、**********************************************/　　#include "config.h"　　/***************************************************************************&

49、lt;b>　　延時公式　　*/　　void Delay100us(uint8 n)　　{　　uint8 i; //4clock

50、 　　for(i=147;n!=0;n--)　　while(--i); //5 * i clock　　}　　void Delay1ms(uint16 n)

51、;　　{ 　　for (;n!=0;n--){　　Delay100us(10);　　}　　}　　void Delay1s

52、(uint16 n)　　{　　n=n*40; 　　for (;n!=0;n--){　　Delay100us(250);　　}

53、　　}　　工程定義頭文件：　　/****************************************************************　　** 文件名：config.h

54、工程頭文件定義　　****************************************************************/　　#ifndef __config_H__　　#define __config_H__ 1　　/***********

55、**********************************/　　#define M8 1　　#define M16 2　　#define M32 3　　#define M64 4　　#define M1

56、28 5　　/*********************************************/　　#define CPU_TYPE M32　　//定義MCU時鐘頻率　　//#define F_CPU 14745600

57、;　　#define F_CPU 7372800　　//**************************************************　　//包含系統(tǒng)頭文件，請根據(jù)實際需要進行裁減　　//**************************************************&l

58、t;/p>　　//#pragma REGPARMS　　#if CPU_TYPE == M128　　#include <iom128v.h>　　#endif　　#if CPU_TYPE == M6

59、4　　#include <iom64v.h>　　#endif　　#if CPU_TYPE == M32　　#include <iom32v.h>　　#

60、endif　　#if CPU_TYPE == M16　　#include <iom16v.h>　　#endif　　#if CPU_TYPE == M8　　#in

61、clude <iom8v.h>　　#endif　　//#include <intrins.h>　　//#include <absacc.h>　　#include <string.h>&l

62、t;/p>　　//#include <FLOAT.H>　　//#include <math.h>　　//#include <stdlib.h>　　#include <macros.h>　　//#i

63、nclude <eeprom.h>　　//#define const code　　//**************************************************　　//系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型定義　　//*********************

64、*****************************　　#ifndef TRUE　　#define TRUE 1　　#endif　　#ifndef FALSE　　#define FAL

65、SE 0　　#endif　　#ifndef NULL　　#define NULL 0　　#endif　　#define MIN(a,b)((a<

66、;b)?(a):(b))　　#define MAX(a,b)((a>b)?(a):(b))　　#define ABS(x)((x>0)?(x):(-x))　　typedef unsigned char uint8; /

67、* 定義可移植的無符號8位整數(shù)關鍵字 */　　typedef signed char int8; /* 定義可移植的有符號8位整數(shù)關鍵字 */　　typedef unsigned int uint16;

68、 /* 定義可移植的無符號16位整數(shù)關鍵字 */　　typedef signed int int16; /* 定義可移植的有符號16位整數(shù)關鍵字 */　　typedef unsigned long ui

69、nt32; /* 定義可移植的無符號32位整數(shù)關鍵字 */　　typedef signed long int32; /* 定義可移植的有符號32位整數(shù)關鍵字 */　　//***

70、***********************************************　　//包含工程頭文件，請根據(jù)需要進行裁減　　//**************************************************　　#include "unit.h"</p

71、>　　//#include "lcddrive.h"　　#include "main.h"　　#include "motor.h"　　//#include "queue.h"<

72、p>　　//#include "TWI.h"　　//#include "sio.h" 　　//**************************************************　　//一下為工程變量、端口定義

73、　　//**************************************************　　/********************************/　　/* "以下為工程配置" */　　/*************************

74、*******/　　#define T0 used　　//#define T1 used　　#define T2 used　　//#define Int0 used　　//#define Int1 used

75、　　//計數(shù)器0比較計數(shù)中斷允許　　#if T0==used　　#define T0_EN TIMSK |= (1<<OCIE0)|(1<<TOIE0)　　#define T0_UEN TIMSK &=~ (1<<OCIE0)|(1<<TO

76、IE0)　　#define T0_start TCCR0 |= (1<<WGM00)|(1<<WGM01)|(1<<COM01)|0x04;　　//0x04 0100B 代表256預分頻　　#define T0_stop TCCR0 = 0x00<

77、p>　　#endif　　//計數(shù)器1定時中斷允許 //OVERflow　　#if T1==used　　#define T1_EN TIMSK |= (1<<TOIE1)|(1<<TOIE1)　　#defi

78、ne T1_UEN TIMSK &=~ (1<<TOIE1)|(1<<TOIE1)　　#define T1_start TCCR1B = 0x02　　#define T1_stop TCCR1B = 0x00　　#endif

79、　　//定時器2允許，PWM輸出　　#if T2==used　　#define T2_EN TIMSK |= (1<<OCIE2)|(1<<TOIE2)　　#define T2_UEN TIMSK &=~ (1<<OCIE2)|(1<<

80、TOIE2)　　#define T2_start TCCR2 = (1<<WGM20)|(1<<WGM21)|(1<<COM21)|0x06　　#define T2_stop TCCR2 = 0x00　　//start timer 快速pwm模式，匹配清零，溢出置位 256分頻

81、　　//高比低為：(OCR2-0X55)/(0XFF-OCR2) OX55++++++(0X77)__________OXFF　　//即OCR2越大，輸出越大　　#endif　　//外部中斷T0</b&g

82、t;　　#if Int0==used　　#define INT0_EN GICR |= (1<<INT0)　　#define INT0_UEN GICR &=~ (1<<INT0)　　#endif<

83、;/p>　　//外部中斷T1　　#if Int1==used　　#define INT1_EN GICR |= (1<<INT1)　　#define INT1_UEN GICR &=~ (1<<INT1)</p

84、>　　#endif　　#endif　　/**********************end****************************************/　　/** moto test 電機

85、運轉(zhuǎn)情況測試程序*********************************************************　　void main(void)　　{　　init_devices();　　straight();&l

86、t;/p>　　Delay1s(5);　　turn_left();　　Delay1s(5);　　turn_right();　　Delay1s(5);　　straight_back();

87、　　Delay1s(5);　　stop();　　while(1)　　;　　}

88、　　*******************************************************************************/　　中斷處理;(這里都是定時器比較匹配和溢出中斷)　　/**********************************************************

89、*********************　　** 文件名：interupts.c 中斷處理函數(shù)　　*******************************************************************************/　　#include "config.h

90、"　　#pragma interrupt_handler timer0_ovf_isr:12　　void timer0_ovf_isr(void)　　{　　TCNT0 = 0x01; //reload counter val

91、ue　　}　　#pragma interrupt_handler timer0_comp_isr:11　　void timer0_comp_isr(void)　　{<

92、p>　　//compare occured TCNT0=OCR0　　}　　#pragma interrupt_handler timer2_ovf_isr:6　　void timer2_ovf_isr(void)

93、;　　{　　TCNT2 = 0x01; //reload counter value　　}　　/******************************************************************************/&

94、lt;/p>　　// T2 控制PWM輸出　　// timer2_comp_isr不需要用，但是必須允許中斷，在中斷時有信號輸出變化　　/******************************************************************************/<

95、p>　　#pragma interrupt_handler timer2_comp_isr:5　　void timer2_comp_isr(void)　　{　　//compare occured TCNT2=OCR2<b&

96、gt;　　}　　小車圖片展示　　flash模擬行進路線　　請點擊開始查看行進情況：　　路徑圖片： 　　小車從發(fā)車區(qū)出發(fā)，按照預定的行進

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