循跡小車的設(shè)計與制作

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>　　（2）驅(qū)動電路的選擇3</p><p>　?。?）傳感器的選擇4</p><p>　　（4）電機的選擇4</p><p>　?。?）電機控制方式的選擇4</p><p>　?。?）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)計是一種基于單片機控制的簡易自動尋跡小車系統(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)計旨在設(shè)計出一款可以

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)計的功能要求出發(fā)，設(shè)計包括小車機械構(gòu)成設(shè)計和控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。我采用簡易三輪構(gòu)架式，用前輪驅(qū)動及換向的控制模式?？刂葡到y(tǒng)以STC89C52為控制核心, 用單片機產(chǎn)生PWM波，控制小車速度。利用紅外光電傳感器對路面黑色軌跡進行檢測,并確定小車當前的位置狀態(tài)，再將路面檢測信號反饋給單片機。單片機對采集到的信號予以分析判斷,及時控制驅(qū)動電機以調(diào)整小車轉(zhuǎn)向,從而使小車能

6、夠沿著黑色軌跡自動行駛,實現(xiàn)小車自動尋跡的目的。</p><p>　　關(guān)鍵詞 ： 循跡小車，單片機，紅外傳感器</p><p><b>　　1.硬件設(shè)計</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單片機作為控制芯片，圖1是其最小系統(tǒng)電路。主要包括：時鐘電路、電源電路、復(fù)位電路。其中各個部分的功能如下： </p><p>　　1、時鐘電路：給單片機提供一個外接的12MHz的石英晶振。</p><p>　　2、電源電路：給單片機提供5V電源。 </p>

8、<p>　　3、復(fù)位電路：在電壓達到正常值時給單片機一個復(fù)位信號。</p><p>　?。?）驅(qū)動電路的選擇</p><p>　　采用L298N直流電機驅(qū)動芯片驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動，通過PWM脈寬平滑調(diào)速控制直流電機運轉(zhuǎn)。工作電壓高，其最高工作電壓可達46V，輸出電流大，其瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直

9、流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載。</p><p><b>　?。?）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法反射因此接收管無法接收到紅外線信號的特性選擇紅外對管為本題目傳感器。</p><p><b

10、>　?。?）電機的選擇</b></p><p>　　采用直流減速電機。直流減速電機轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動機提供原始動力，帶動變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力。</p><p>　?。?）電機控制方式的選擇</p><p>　　采用H型橋式驅(qū)動電路。直流電機驅(qū)動電路使用最廣泛的就是H型全橋式電路，這種

11、驅(qū)動電路可以很方便實現(xiàn)直流電機的四象限運行，分別對應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動。</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)各安裝一個紅外對管集成模塊，當在直道上時兩個對管均可接收到。</p><p><b>　　1.2硬件原理圖</b></p><p><b&

12、gt;　　2.軟件設(shè)計</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; /*左電機驅(qū)動使能*/</p><p>　　sbit ENB=P2^6; /*右電機驅(qū)動使能*/</p><

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

15、P2^2; /*右電機后退*/</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、/*延時函數(shù)，大約50us的延時*/</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)計完成之后對其分別進行調(diào)試，調(diào)試過程與結(jié)果如下：</p><p><

26、b>　　3.1 硬件調(diào)試</b></p><p>　　第一步，對單片機最小系統(tǒng)進行調(diào)試，燒錄一個簡單程序到單片機，上電后檢測對應(yīng)引腳電平，若與程序一致則沒有問題，否則最小系統(tǒng)存在問題（P0口需上拉電阻）；第二步，對L298N驅(qū)動模塊進行調(diào)試，將兩個直流電機接入驅(qū)動電路燒錄測試程序（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止）通電后觀察電機運行情況，若與程序不符檢查L298N各引腳電平并與理論值比較至電機正常運轉(zhuǎn)；第三步，

27、對傳感器進行調(diào)試，分別將對管放在白色與黑色環(huán)境下檢測輸出端電壓，若正常則只需調(diào)節(jié)電位器改變其靈敏度至當前傳感器離地面高度下最佳狀態(tài)。</p><p>　　進過調(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，燒錄至單片機進行軟件調(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左右電機輸入的PWM，增大轉(zhuǎn)彎時左右電機輸入PWM的差值。</p><p><b>　　4.總結(jié)</b></p><p>　　這次循跡小車課程設(shè)計不得不說是個大工程，讓我們從中學(xué)會了許多東西，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語言程序的編寫，都不簡單。我們的循跡板在第一次焊接完畢，經(jīng)過

29、調(diào)試后，能正常工作。但是，當我們把它裝在小車上讓它去跑時，問題就來了，有個燈就不亮了。后來經(jīng)過檢測后，終于又弄好了。然后在寫C語言時，主要就是調(diào)節(jié)小車的速度和轉(zhuǎn)彎時的角度。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，花了我們很多時間才把它寫好。而1602液晶的編寫，用到了我們沒有學(xué)過的狀態(tài)機，經(jīng)過查找資料后，才弄清楚狀態(tài)機到底是什么回事。</p><p>　　由于這次課程設(shè)計的工作量很大，所以我們