基于单片机的智能循迹小车答辩PPT.ppt

基于单片机的智能循迹小车 的研究与设计 指导老师：刘义杰 报告人 ：于海 日期： 2012.4.14 主要内容： 选题背景 1 循迹小车总体设计 2 循迹小车硬件设计 3 循迹小车软件设计 4 总结 5 选题背景 : 第一代 可编程的示教 在线 型 循迹小车 第二代 离线编程 型 循迹小车 第三代 智能型 循迹小车 以多种外部传感器构成感官系统，通过采集外部的环境信 息，精确地描述外部环境的变化。 装有简单的传感器，可以感觉到自身的的运动位置，速度等 其他物理量，电路是一个闭环反馈的控制系统，能适应一定 的外部环境变化。 不装载任何传感器，只是采用简单的开关控制，通过编程 来设置循迹小车的路径与运动参数 。 世界上诞生第一台循迹小车诞生于 1959年，至今已有 50多年的 历史，机器人技术也取得了飞速的发展和进步，现已发展成一门 包含：机械、电子、计算机、自动控制、信号处理，传感器等多 学科为一体的性尖端技术。循迹小车共历了三代技术创新变革： 循迹小车特点 : 1 智能循迹小车是指装备如电磁，光学或其他自动导 引装置，通过电脑程序来控制，沿设定的引导路径 行驶，也可把电磁轨道黏贴在地板上来确定其行进 路线，无需驾驶员操作，将货物自动从起始点运送 到目的地。 2 循迹小车的另一个特点是高度自动化，可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变行驶路径，而且改变运行路径的费用与传统的输 送带和传送线相比非常低廉。 3 此外，循迹小车小车依靠蓄电池提供动力，具有清洁生产、运行过程中无噪音、无污染的特点，可用在工作环境清洁的地方。 循迹小车总体设计 : 循迹小车控制系统结构框图 本系统采用简单明了的设计 方案。通过高发射功率红外光电 二极管和高灵敏度光电晶体管组 成的传感器循迹模块判断黑线路 经，然后由 STC89C52单片机 通 过 IO口控制 L298N驱动模块改变 两个直流电机的工作状态，最后 实现小车循迹。 晶振电路 : 1 在 STC89S52单片机上内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1和 XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。 2 在 XTAL1和 XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。 3 本设计选用 12MHZ无源晶振、 2个 22pF电容，使得一个机器周期是 1 s。晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号，两个电容则是起到并联谐振的作用。 晶振电路图 复位电路 : 1 89系列单片机的复位信号是从 RST引脚输入到芯片内 的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时， 且振荡器稳定后，如果 RST引脚上有一个高电平并维 持 2个机器周期 (24个振荡周期 )以上，则 CPU就可以 响应并将系统复位。 2 当系统 上电后，由于电容充电，使 RST持续一段高电平时间。当单片机已在运行之中时，按下复位键也能使 RST持续一段时间的高电平，从而实现上 电且开关复位的操作 。 复位电路图 循迹传感器 : 1 TC端是传感器工作控制端，为高电平时，发光二极管不工作，传感器休眠，为低电平时，传感器启动。 2 Signal端为检测信号输出，当遇到黑线，黑线吸收大量的红外线，反射的红外线很弱，光敏三极管不导通， Signal输出高电平；当遇到白线，与黑线相反， 反射的红外线很强，使光敏三极管导通， Signal输出 低电平。 循迹传感器电路图 驱动电路 : 1 L298N是一个内部有两个 H桥的驱动芯片， 这样电机的运转只需要用三个信号控制：两个 方向信号和一个使能信号。 2 如果 OUT1信号为“ 0” ， OUT2 信号为“ 1” ，并且使能信号是 “ 1” ，那么三极管 Q1和 Q4导通， 电流从左至右流经电机；如果 OUT1信号变为：“ 1” ，而 OUT2信号变为“ 0” ，那么 Q2和 Q3将导通，电流则反向流过电机。 L298N驱动芯片和直流电机接线图 循迹小车软件设计 : 1 本设计采用 C语言来编译程序。模块化结构程序的设计，可 以使系统软件便于调试与优化，也使其他人更好地理解和 阅读系统的程序设计。因此，软件的设计上，运用了模块 化程序的结构对软件进行设计，使得程序变得更加直观易 懂。程序的主要模块有：主程序、定时溢出中断服务程序、 外部中断服务程序。 2 Keil C51单片机软件开发系统可用于编辑 C或汇编源文件。然后分别由 C51编译器编译生成目标文件（ .OBJ）。目标文件与库文件一起经 LIB51连 接定位生成绝对目标文件（ .ABS）。 ABS文件由 OH51转换成标准的 Hex文件 。 3 在软件调试中，使用功能强大且的 WAVE 6000软件进行软件编译与调试 ,使用 Microcontroller ISP Software及其配套的单片机对程序进行烧录。 主要程序功能 /*第一部分 管脚声明 */ sbit PWM1=P10; /电机 A/B使能端 sbit PWM2=P11; sbit IN1=P12; /电机控制端 sbit IN2=P13; sbit IN3=P14; sbit IN4=P15; sbit RP1=P20; /传感器管脚位声明 sbit RP2=P21; sbit RP3=P22; sbit RP4=P23; /*第二部分 电机控制子函数 */ void forward1() /电机 1前进 IN1=0; IN2=1; void forward2() /电机 2前进 IN3=0; IN4=1; void back1() /电机 1后退 IN1=1; IN2=0; void back2() /电机 2后退 IN3=1; IN4=0; /*第三部分 主函数 */ void main() int num=0; TMOD=0 x01; /中断模式设置 EA=1; TH0=(65536-1000)/256; /定时 1ms /*第四部分 中断服务函数 */ void time0()interrupt 1 TH0=(65536-1000)/256; /定时 1ms TL0=(65536-1000)%256; count1+; count2+; if(count1=500) /周期是 500ms count1=0; if(count2=500) /周期是 500ms count2=0; TL0=(65536-1000)%256; ET0=1; TR0=1; turn(count1,250,count2,250); /使小车冲上黑色轨道 delay(350); /延时等待小车冲上黑色轨道 结论： 本课题研究的内容主要是智能小车的循迹系统。以实验组装小车为基 础，使用了 4个光电传感器来探测周围环境，同时对采集到的数据信 息进行融合。取得了以下成果： 2 经过 多 次的测试证明，循迹传感器呈 M型布局时 更 适合检 测多弯道的轨迹。由于传感器不在同一直线上，故小车转 弯时，左右两边后部的传感器有较大的采样空间，两边前 端的传感器则对采集的信号有更好的前瞻性。整个布局有 利于在弯道处提高小车速度。但相对一字型布局， M型布 局容易产生不稳定信号，从而产生信号震荡，影响小车行 驶的稳定性。 3 小车保留了扩展功能。循迹小车在完成设计预想的前提下，考虑 到 车体结构设计的简单化，降低了制作成本，使之更具有普及性。保留了各种硬件接口和软件子程序 接口，方便以后的扩展和进一步的开发。 1 小车可以实现按照预定轨道在无外部环境影响或改变时，小车将一直在轨道上循迹。 展望： 智能循迹小车属于应用开发项目，涉及了多种学科，由于本课题的试 验性和不完善性。智能循迹小车在以下两个方面还有提升的空间： 1 环境信息采集功能：环境信息采集的实时性和完整性。 增加避障控制功能：包括避障的精确性和灵活度这两 个指标。 2 Thank You For Your Attention! 16