智能循迹小车

目录Q.摘 要： 错误!未定义书签。1 .任务及要求1.1.1 任务1.2 .系统设计方案1.2.1 小车循迹原理 1.2.2 控制系统总体设计2.3 .系统方案2.3.1 寻迹传感器模块2.3.1.1 红外传感器ST188简介23.1.2 比较器 LM324K介33.1.3 具体电路3.3.1.4 传感器安装4.3.2 控制器模块4.3.3 电源模块5.3.4 电机及驱动模块5.3.4.1 电机5.3.4.2 驱动6.3.5 自动循迹小车总体设计 7.3.5.1 总体电路图错误!未定义书签。3.5.2 系统总体说明7.4 .软件设计7.4.1 PWM 控制7.4.2 总体软件流程图 8.4.3 小车循迹流程图8.4.4 中断程序流程图 1.04.5 单片机测序1.15 .参考资料1.1智能循迹小车小组成员：韦韬，林绍辉，吴尚平1 .任务及要求1.1 任务设计一个基于直流电机的自动寻迹小车，使小车能够自动检测地面黑色轨迹，并沿着黑色车轨迹行驶。系统方案方框图如图1-1所示。检测（黑线）一软件控制 f驱动电机*控制小车图1-1系统方案方框图2 .系统设计方案2.1 小车循迹原理这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走， 由于黑线和白色地板对光线 的反射系数不同，可以根据接收到的反射光的强弱来判断“道路” 。通常采取的 方法是红外探测法。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的 特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸 收，小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依 据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限，2.2 控制系统总体设计自动循迹小车控制系统由主控制电路模块、稳压电源模块、红外检测模块、 电机及驱动模块等部分组成，控制系统的结构框图如图2-1所示。世图1、主控制电路模块：用 AT89C51I片机、复位电路，时钟电路2、红外检测模块：光电传感器 ST188,比较器LM3243、电机及驱动模块：电机驱动芯片L298N两个直流电机4、电源模块：9V干电池。3 .系统方案3.1 寻迹传感器模块STS列反射式光电传感器是经常使用的传感器。这个系列的传感器种类齐 全、价格便宜、体积小、使用方便、质量可靠、用途广泛。我们采用ST188乍为红外检测传感器。在黑线检测的测试中，若检测到白色区域，发射管发射的红外线没有反射到 接收管，测量接收管的电压为4. 8V ,若检测到黑色区域，接收管接受到发射管 发射的红外线，电阻发生变化，所分得的电压也就随之发生变化， 测的接收管的 电压为0. 5V,测试基本满足要求。判断有无黑线我们用的一块比较器LM324 比较基准电压由30K勺变阻器调 节，各个接收管的参数都不一致，每个传感器的比较基准电压也不尽相同， 我们 为每个传感器配备了 一个变阻器。3.1.1 红外传感器ST188简介含一个反射模块（发光二极管）和一个接收模块（光敏三极管）。通过发射红外信号，看接收信号变化判断检测物体状态的变化。A、K之间接发光二极管,G E之间接光敏三极管（二者在电路中均正接，但要串联一定阻值的电阻）图3-1 ST188实物图 国怎口 早甲军口口匚口：川媪底视图 1；部电路图3-2 ST188管脚图及内部电路3.1.2 比较器LM324简介LM32妁四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。内部有四个运算放 大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，工作电压范围宽，可用正电源 330V, 或正负双电源 1. 5V15VU乍。在黑线检测电路中用来确定红外接收信号电平的高低，以电平高低判定黑线图3-3 LM324内部电路C反相输入端）（同相输入端】0图3-4集成运放的管脚图有无。在电路中，LM324勺一个输入端需接滑动变阻器，通过改变滑动变阻器的 阻值来提供合适的比较电压。3.1.3 具体电路通过ST188佥测黑线，输出接收到的信号给LM324,接收电压与比较电压比 较后，输出信号变为高低电平，再输入到单片机中，用以判定是否检测到黑线。图3-5 传感器模块电路图3.1.4 传感器安装在小车具体的循迹行走过程中，将红外传感器放置在车头前方，提前对路 况采集信息，再由单片机控制两轮转速来进行两级方向纠正控制， 提高其循迹的 可靠性。小车前方循迹传感器全部在一条直线上。其中中间连个传感器为第一级方 向控制传感器，旁边两个为第二级方向控制传感器， 并且黑线同一边的两个传感 器之间的宽度不得大于黑线的宽度。 小车前进时，始终保持轨迹黑线在中间两个 第一级传感器之间，当小车偏离黑线时，第一级传感器就能检测到黑线，把检测 的信号送单片机处理、控制系统，控制系统发出信号对小车轨迹予以纠正。 若小 车回到了轨道上，即4个探测器都只检测到白纸，则小车会继续行走；若小车由 于惯性过大依旧偏离轨道，越出了第一级两个探测器的探测范围，这时第二级探 测器动作，再次对小车的运动进行纠正，使之回到正确轨道上去。可以看出，第 二级方向探测器实际是第一级的后备保护，从而提高了小车循迹的可靠性。3.2 控制器模块采用Atmel公司的AT89C51单片机作为主控制器。它是一个低功耗，高性 能的8位单片机，片内含32k空间的可反复擦写100,000次Flash只读存储器，具有4K的随机存取数据存储器（RAM ）, 32个I/O 口，2个8位可编程定时计 数器，且可在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。时钟电路和复位电路 如图3-7 （与单片机构成最小系统）1）采用外部时钟，晶振频率为12MHZ2）采用按键复位XTAL2RSTNE E-SMAIEA01-4567 11 ,fl fl fl fl rfj 1 .1 p p p p p p p pPii ATfl PO VAD1 P0二华口管PO 4iyD4 PO *AL5 PO 5/AD6 PO.HADTP2 0/ASPS 1/A& P2 2/A10P2 A nP2 1/A12 P2 HAi3 P2 的 14 P2 了伊 FP3C.-RXD P3 1HXD P3.2flNrrr P-.iiNTlP3 4ZT0PS5TT17 G/V7PP3 7/RD图3-7时钟电路和复位电路3.3 电源模块采用6节1.5V南孚电池供电。可以供给小车正常行驶。3.4 电机及驱动模块3.4.1 电机电机采用直流减速电机，直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装 配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速） 齿轮组，可以产生较大扭力。可选用减速比为1: 74的直流电机，减速后电机的转速为 100r/min 。若车 轮直径为6cm,则小车的最大速度可以达到V=2 Turn_left1,Turn_right2 Turn_right1 （其中Turn_left2 , Turn_left1, Turn_right2 , Turn_right1为小车转向力度，其大小通过改变单片机输出的占空比的大小来改变），具体数值在实地实验中得到。4.4 中断程序流程图这里利用的是51单片机的T0定时计数器，从而让单片机 P0 口的P0.4和 P0.5引脚输出占空比不同的方波，然后经驱动芯片放大后控制直流电机。定时 计数器若干时间（比如0.1ms）比如中断一次,就使P0.4或P0.5产生一个高电 平或低电平。中断程序流程图如图 4-3所小4.5 单片机测序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*电机控制端口 */ sbit in1=P2A7;sbit in2=P2A6; /* 左电机 *7/ sbit ena=P2A1； sbit in3=P2A5;sbit in4=P2A4; /* 右电机 */ sbit enb=P2AQ;/*传感器检测端 口 */ sbit L_1=P1A0; 左内传感器sbit L_2=P1A1； / 左外传感器 /sbit R_1=PW2; 右内传感器sbit R_2=PW3; 右外传感器uchar i,j;uint w0,w1;uint p1;/uint k=0;/*1毫秒延时函数 */void delay(uint z)/延时一毫秒uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);/* 定时器初始化函数 */ void chuhua (void)TMOD=0x11;TH0=(65535-100)/256;TL0=(65535-100)%256;TH1=(65535-100)/256;TL1=(65535-100)%256;EA=1;/总中断开ET0=1;/定时器T0中断TR0=1;/允许T0中断ET1=1;/定时器T1中断TR1=1;ena=1;enb=1;/允许T1中断/* 主函数 */ void main(void)chuhua();in1=1;in2=0;in3=1;in4=0;while(1)p1=P1|0xf0;/ if(p1=0xf0)/ k+;switch(pl)(case 0xff:/未检测到黑带直行(w0=11;w1=11;)break;case 0xfe:/左大拐弯(w0=1;w1=12;) break;case 0xf7:/右大拐弯(w0=12;w1=1;)break;case 0xfd:/左小拐弯(w0=4;w1=9;) break;case 0xfb:/右小拐弯(w0=9;w1=4;)break;/* case 0xf0:/加减速带(if(k=1)w0=25;w1=18;delay(200);w0=7;w1=7;delay(200);w0=11;w1=11;) break; */)/* 定时器T0中断服务函数*/void t0(void) interrupt 1 定时器T0用来对左电机的调节(TH0=(65535-500)/256;/定时器重装初值TL0=(65535-500)%256;i+；if(i=w0)/PWM 波的占空比 W0/21*100%(ena=0;else if(i=21) /PWM 波的周期为 21*500us(ena=1;i=0;/*定时器T1中断服务函数*/void t1(void) interrupt 3 定时器T1用来对左电机的调节(TH1=(65535-500)/256;/定时器重装初值TL1=(65535-500)%256;j+;if(j=w1)/PWM 波的占空比 W1/21*100%(enb=0;)else if(j=21)/PWM 波的周期为 21*500usenb=1;j=0;)5.参考资料1徐煜名，C51单片机及应用系统设计.电子工业出版社，2009.22金建设 于晓海；C51单片机系统及应用试验教程；北京邮电大学出版社;2010.33单成祥 牛彦文 张春.传感器原理与应用.国防工业出版社2006.9