循跡小車的設(shè)計(jì)與制作

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　緒論2</b></p><p><b>　　1.硬件設(shè)計(jì)3</b></p><p><b>　　1.1方案選擇3</b></p><p>　?。?）主控芯片的選擇3</p

2、><p>　?。?）驅(qū)動(dòng)電路的選擇3</p><p>　?。?）傳感器的選擇4</p><p>　?。?）電機(jī)的選擇4</p><p>　?。?）電機(jī)控制方式的選擇4</p><p>　　（6）循跡方案的選擇4</p><p>　　1.2硬件原理圖5</p><p&g

3、t;<b>　　2.軟件設(shè)計(jì)6</b></p><p>　　2.1軟件流程圖6</p><p>　　2.2軟件工作原理介紹6</p><p><b>　　3.調(diào)試8</b></p><p>　　3.1 硬件調(diào)試8</p><p>　　3.2 軟件調(diào)試8</p

4、><p><b>　　4.總結(jié)9</b></p><p><b>　　附錄10</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是一種基于單片機(jī)控制的簡(jiǎn)易自動(dòng)尋跡小車系統(tǒng)，其研究意義涵蓋了工業(yè)、生活、勘探以及人類關(guān)注的探月工程。設(shè)計(jì)旨在設(shè)計(jì)出一款可以

5、自主按照人類預(yù)設(shè)的軌跡行走（或者完全自主行走）并完成指定任務(wù)的小車。從設(shè)計(jì)的功能要求出發(fā)，設(shè)計(jì)包括小車機(jī)械構(gòu)成設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。我采用簡(jiǎn)易三輪構(gòu)架式，用前輪驅(qū)動(dòng)及換向的控制模式。控制系統(tǒng)以STC89C52為控制核心, 用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波，控制小車速度。利用紅外光電傳感器對(duì)路面黑色軌跡進(jìn)行檢測(cè),并確定小車當(dāng)前的位置狀態(tài)，再將路面檢測(cè)信號(hào)反饋給單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)采集到的信號(hào)予以分析判斷,及時(shí)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)以調(diào)整小車轉(zhuǎn)向,從而使小車能

6、夠沿著黑色軌跡自動(dòng)行駛,實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)尋跡的目的。</p><p>　　關(guān)鍵詞 ： 循跡小車，單片機(jī)，紅外傳感器</p><p><b>　　1.硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.1方案選擇</b></p><p>　?。?）主控芯片的選擇</p><p>　　

7、圖 1 AT89C51最小系統(tǒng)</p><p>　　小車采用STC89C52單片機(jī)作為控制芯片，圖1是其最小系統(tǒng)電路。主要包括：時(shí)鐘電路、電源電路、復(fù)位電路。其中各個(gè)部分的功能如下： </p><p>　　1、時(shí)鐘電路：給單片機(jī)提供一個(gè)外接的12MHz的石英晶振。</p><p>　　2、電源電路：給單片機(jī)提供5V電源。 </p>

8、<p>　　3、復(fù)位電路：在電壓達(dá)到正常值時(shí)給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號(hào)。</p><p>　?。?）驅(qū)動(dòng)電路的選擇</p><p>　　采用L298N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)PWM脈寬平滑調(diào)速控制直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。工作電壓高，其最高工作電壓可達(dá)46V，輸出電流大，其瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直

9、流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載。</p><p><b>　　（3）傳感器的選擇</b></p><p>　　本題目中循跡小車需要在跑道上尋找到由黑色膠帶形成的路徑，根據(jù)紅外線在白色環(huán)境中可反射被接收管接收，而在黑色環(huán)境中紅外線被吸收無(wú)法反射因此接收管無(wú)法接收到紅外線信號(hào)的特性選擇紅外對(duì)管為本題目傳感器。</p><p><b

10、>　　（4）電機(jī)的選擇</b></p><p>　　采用直流減速電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力。</p><p>　?。?）電機(jī)控制方式的選擇</p><p>　　采用H型橋式驅(qū)動(dòng)電路。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用最廣泛的就是H型全橋式電路，這種

11、驅(qū)動(dòng)電路可以很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。</p><p>　?。?）循跡方案的選擇</p><p>　　在車模前方正中間位置的左右兩側(cè)各安裝一個(gè)紅外對(duì)管集成模塊，當(dāng)在直道上時(shí)兩個(gè)對(duì)管均可接收到。</p><p><b>　　1.2硬件原理圖</b></p><p><b&

12、gt;　　2.軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1軟件流程圖</b></p><p>　　圖 2 小車軟件流程圖</p><p>　　2.2軟件工作原理介紹</p><p>　　#include <reg51.h></p><p>　　#define uin

13、t unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　sbit ENA=P2^7; /*左電機(jī)驅(qū)動(dòng)使能*/</p><p>　　sbit ENB=P2^6; /*右電機(jī)驅(qū)動(dòng)使能*/</p><

14、p>　　sbit in1=P2^5; /*左電機(jī)前進(jìn)*/</p><p>　　sbit in2=P2^4; /*左電機(jī)后退*/</p><p>　　sbit in3=P2^3; /*右電機(jī)前進(jìn)*/</p><p>　　sbit in4=

15、P2^2; /*右電機(jī)后退*/</p><p>　　sbit senle=P1^4; /*左傳感器*/</p><p>　　sbit senri=P1^5; /*右傳感器*/</p><p>　　void delay_50us(uint t)

16、/*延時(shí)函數(shù)，大約50us的延時(shí)*/</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar j;</b></p><p>　　for(;t>0;t--)</p><p>　　for(j=19;j>0;j--);</p><p><b

17、>　　}</b></p><p>　　void straight() /*小車直線行走函數(shù)*/</p><p><b>　　{</b></p><p>　　in1=1;in2=0;</p><p>　　delay_50us(50);</p><p>　　in1=1;in

18、2=1;</p><p>　　delay_50us(20);</p><p>　　in3=1;in4=0;</p><p>　　delay_50us(50);</p><p>　　in3=1;in4=1;</p><p>　　delay_50us(20); </p><p><b>　

19、　}</b></p><p>　　void turnleft() /*小車左轉(zhuǎn)函數(shù)*/</p><p><b>　　{</b></p><p>　　in1=1;in2=0;</p><p>　　delay_50us(10);</p><p>　　in1=1;in2=1;&l

20、t;/p><p>　　delay_50us(20);</p><p>　　in3=1;in4=0;</p><p>　　delay_50us(50);</p><p>　　in3=1;in4=1;</p><p>　　delay_50us(20);</p><p><b>　　}</

21、b></p><p>　　void turnright() /*小車右轉(zhuǎn)函數(shù)*/</p><p><b>　　{</b></p><p>　　in1=1;in2=0;</p><p>　　delay_50us(50);</p><p>　　in1=1;in2=1;</

22、p><p>　　delay_50us(20);</p><p>　　in3=1;in4=0;</p><p>　　delay_50us(10);</p><p>　　in3=1;in4=1;</p><p>　　delay_50us(20);</p><p><b>　　}</b&g

23、t;</p><p>　　void main(void) /*主函數(shù)*/</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ENA=1;ENB=1;</p><p><b>　　while(1)</b></p><p>　　if((senle==1&a

24、mp;&senri==1)||(senle==0&&senri==0))</p><p>　　straight();</p><p>　　else if(senle==0&&senri==1)</p><p>　　turnleft();</p><p>　　else if(senle==1&&a

25、mp;senri==0)</p><p>　　turnright();</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　3.調(diào)試</b></p><p>　　在硬件電路搭建與軟件設(shè)計(jì)完成之后對(duì)其分別進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試過(guò)程與結(jié)果如下：</p><p><

26、b>　　3.1 硬件調(diào)試</b></p><p>　　第一步，對(duì)單片機(jī)最小系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，燒錄一個(gè)簡(jiǎn)單程序到單片機(jī)，上電后檢測(cè)對(duì)應(yīng)引腳電平，若與程序一致則沒有問(wèn)題，否則最小系統(tǒng)存在問(wèn)題（P0口需上拉電阻）；第二步，對(duì)L298N驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行調(diào)試，將兩個(gè)直流電機(jī)接入驅(qū)動(dòng)電路燒錄測(cè)試程序（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止）通電后觀察電機(jī)運(yùn)行情況，若與程序不符檢查L(zhǎng)298N各引腳電平并與理論值比較至電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；第三步，

27、對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)試，分別將對(duì)管放在白色與黑色環(huán)境下檢測(cè)輸出端電壓，若正常則只需調(diào)節(jié)電位器改變其靈敏度至當(dāng)前傳感器離地面高度下最佳狀態(tài)。</p><p>　　進(jìn)過(guò)調(diào)試后，小車硬件各模塊均能正常工作。</p><p><b>　　3.2 軟件調(diào)試</b></p><p>　　按循跡原理編寫程序，燒錄至單片機(jī)進(jìn)行軟件調(diào)試，觀察調(diào)試結(jié)果，若出現(xiàn)彎道沖出跑

28、道或轉(zhuǎn)彎不流暢情況需減小直道時(shí)左右電機(jī)輸入的PWM，增大轉(zhuǎn)彎時(shí)左右電機(jī)輸入PWM的差值。</p><p><b>　　4.總結(jié)</b></p><p>　　這次循跡小車課程設(shè)計(jì)不得不說(shuō)是個(gè)大工程，讓我們從中學(xué)會(huì)了許多東西，特別是分工與合作。從最開始的買元器件，到焊接、調(diào)試循跡板，再到FGPA的VHDL程序和C語(yǔ)言程序的編寫，都不簡(jiǎn)單。我們的循跡板在第一次焊接完畢，經(jīng)過(guò)

29、調(diào)試后，能正常工作。但是，當(dāng)我們把它裝在小車上讓它去跑時(shí)，問(wèn)題就來(lái)了，有個(gè)燈就不亮了。后來(lái)經(jīng)過(guò)檢測(cè)后，終于又弄好了。然后在寫C語(yǔ)言時(shí)，主要就是調(diào)節(jié)小車的速度和轉(zhuǎn)彎時(shí)的角度。而最難的是FPGA程序的編寫，特別是音樂的編程，真的很復(fù)雜，花了我們很多時(shí)間才把它寫好。而1602液晶的編寫，用到了我們沒有學(xué)過(guò)的狀態(tài)機(jī)，經(jīng)過(guò)查找資料后，才弄清楚狀態(tài)機(jī)到底是什么回事。</p><p>　　由于這次課程設(shè)計(jì)的工作量很大，所以我們