自動(dòng)往返小車(chē).doc

河南科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告（機(jī)電一體化工程）地 市： 三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 準(zhǔn)考證號(hào) 120110100505 姓 名： 傅敏勇 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握電路設(shè)計(jì)的方法和技巧，將學(xué)習(xí)到的單片機(jī)理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中去，做到活學(xué)活用。2、深入了解電子元器件的使用方法，了解各種元器件的基本用途和方法，靈活敏捷的判斷電路中出現(xiàn)的故障，學(xué)會(huì)獨(dú)立設(shè)計(jì)電路，積累更多的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。3、加強(qiáng)焊接能力和技巧，完成基本的要求。二、模塊選擇：1尋跡傳感器的選擇探測(cè)路面黑線(xiàn)的基本原理：光線(xiàn)照射到路面并反射，由于黑線(xiàn)和白紙對(duì)光的反射系數(shù)不同，可以根據(jù)接收到的反射光強(qiáng)弱來(lái)判斷是否是黑線(xiàn)。利用這個(gè)原理，可以控制小車(chē)行走的路跡。下面幾種可行的方案是根據(jù)本原理設(shè)計(jì)的：方案一：采用普通的發(fā)光二極管及光敏電阻組成的發(fā)射接收方案，如圖1-1所示。其工作原理：當(dāng)無(wú)光照時(shí)，光敏電阻呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，又分壓公式可知，電阻R2無(wú)壓降三極管截止，三極管的集電極輸出高電平；反之，當(dāng)有光照的時(shí)候，光敏電阻接收到反射的光，其阻值下降，由分壓公式，R2有壓降三極管導(dǎo)通，輸出低電平，利用高低電平可以判斷控制小車(chē)的形程和方向。本方案能達(dá)到基本的控制要求，但是它的缺點(diǎn)在于容易受到外界光線(xiàn)的干擾，不易于控制小車(chē)的行跡，損壞了信號(hào)采集的效果。主要是因?yàn)榭梢?jiàn)光的反射效果跟地表的平坦程度、材料的反射情況有關(guān)直接影響到檢測(cè)效果。1-1發(fā)光二極管及光敏電阻組成的發(fā)射接收方案方案二：脈沖調(diào)制的反射式紅外發(fā)射接收器。由于采用該有交流分量的調(diào)制信號(hào)，側(cè)可大幅度減少外界干擾；另外紅外發(fā)射接收管的最大工作電流取決于平均電流。如果采用占空比小的調(diào)制信號(hào)，再平均電流不變的情況下，瞬時(shí)電流很大（50100mA），大大提高了信噪比。如圖1-2所示。它的優(yōu)點(diǎn)是消除了外界光線(xiàn)的干擾提高了靈敏度。1-2脈沖調(diào)制的反射式紅外發(fā)射接收方案由以上兩種方案比較可知。方案二雖然比方案一優(yōu)勢(shì)大，但是我們做的小車(chē)要求不是很高，方案一基本能滿(mǎn)足要求，并且電路簡(jiǎn)單，工作還比較可靠，因此我們選擇方案一作為小車(chē)的尋跡傳感器。3電動(dòng)機(jī)的選擇方案一：采用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是具有快速啟動(dòng)和停止能力，能夠達(dá)到我們所要求的標(biāo)準(zhǔn)。如果負(fù)荷不超過(guò)步進(jìn)電機(jī)所能提供的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能夠立即是步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)或反轉(zhuǎn)。其轉(zhuǎn)換靈敏度比較高。正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制靈活。但是步進(jìn)電機(jī)的價(jià)格比較昂貴，對(duì)于我們的現(xiàn)狀相差太遠(yuǎn)。方案二：采用普通的直流電機(jī)。直流電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便。調(diào)整范圍廣；過(guò)載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)極快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。能滿(mǎn)足各種不容的特殊運(yùn)行要求。由于普通直流電機(jī)價(jià)格適宜，更易于購(gòu)買(mǎi)，并且電路相對(duì)簡(jiǎn)單，因此采用直流電機(jī)作為動(dòng)力源。4電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的選擇方案一：采用電路網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)整速度目的。但是組織網(wǎng)絡(luò)只能是先有極調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴，且可能存在于干擾。更主要的問(wèn)題在于一般電動(dòng)機(jī)的電阻比較小丹電流很大，分壓不僅會(huì)降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。方案二：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)關(guān)控制，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的切換速度實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)的速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)電路的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，易于損壞，壽命較短、可靠性小。方案三：采用四個(gè)大功率晶體管組成H橋式電路，四個(gè)大功率晶體管分為兩組，交替導(dǎo)通和截止，用單片機(jī)控制使之工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)行。該控制電路由于四個(gè)大功率晶體管只工作在飽和與截止?fàn)顟B(tài)下，效率非常高，并且大功率晶體管開(kāi)關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的電路。由以上三種方案，我們選擇了四個(gè)大功率晶體管組成H橋式電路的298集成芯片如圖1-3所示運(yùn)用方便簡(jiǎn)單，軟件也簡(jiǎn)單。1-3 L298集成芯片5供電方案的選擇方案一：采用兩個(gè)電源供電，將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源與電片機(jī)以及其周邊電路電源完全隔離，利用光電耦合器傳輸信號(hào)。這樣可以使電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所造成的干擾徹底消除，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是多一組電池，增加了小車(chē)的重量，同時(shí)也增加了小車(chē)的慣性，消弱因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的控制性能，降低了靈敏度。方案二：采用單一電源8V供電。電源直接給電動(dòng)機(jī)供電，通過(guò)電阻來(lái)分壓，其供電也比方案一簡(jiǎn)單。我們?cè)谶x用的時(shí)候，根據(jù)自己的實(shí)際情況采用了第二種方案。6控制核心CPU的選擇方案一:市場(chǎng)上流通很多種類(lèi)的單片機(jī)，在一般性能上都可以達(dá)到要求，例如AT89C51、AT89C52等都可以用于控制小車(chē)，唯一缺點(diǎn)在于不能在線(xiàn)下載，造成了不便的煩惱，下載器，AT系列單片機(jī)價(jià)錢(qián)比較貴。不利于小資本實(shí)驗(yàn)。方案二:飛利浦系列單片機(jī)價(jià)錢(qián)容易接受，可以在線(xiàn)下載，下載器也比較容易購(gòu)買(mǎi)到，方便攜帶應(yīng)用。例如，P89C51 其可以用于控制小車(chē)，性能功能上要比AT系列突出，因此，我選擇了第二種方案，作為控制核心，以便控制小車(chē)。如圖1-4所示。1-4P89C51引腳圖通過(guò)以上各部分方案比較，我們選擇P89C51作為控制核心器件、普通數(shù)碼管顯示、普通發(fā)光二極管發(fā)射與接收作為尋跡器件、反射式紅外發(fā)射接收器作為蔽障器件、采用普通直流電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)小車(chē)、采用四個(gè)大功率晶體管組成H橋式電路驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)、采用單一電源供電為整個(gè)系統(tǒng)供電。整個(gè)系統(tǒng)我們做了細(xì)心的比較、與現(xiàn)實(shí)情況相聯(lián)系起來(lái)，最終選取的。三、硬件設(shè)計(jì)：如下圖1-5所示，是本次設(shè)計(jì)智能小車(chē)的電路框圖。以P89C51為電路的中央處理器，來(lái)處理傳感器采集來(lái)的數(shù)據(jù)，處理完畢之后以便去控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電源部分是為整個(gè)電路模塊提供電源，以便能正常工作。1-5智能小車(chē)的電路框圖1CPU中央處理器的設(shè)計(jì)P89C51是40腳的集成芯片如下圖1-6所示?？梢栽诰€(xiàn)下載，減少了插拔芯片的工作。根據(jù)我們?cè)O(shè)計(jì)的電路的要求，為了保證芯片和電路能正常的工作，選擇了12.0000MHz晶振，和兩個(gè)30pF的電容作為中央處理理器的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，這樣就保證了正常的工作時(shí)序。本次設(shè)計(jì)，P1.0、P1.7接收避障信號(hào)，P1.1P1.6控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片293，P2.0P2.2是接受尋跡傳感器發(fā)送來(lái)的信號(hào)。P2.4P2.7、P0控制數(shù)碼管顯示接口。 1-6 STC89C51引腳圖，以及晶振連接圖2黑線(xiàn)測(cè)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)當(dāng)檢測(cè)到黑線(xiàn)時(shí)，紅外光敏二極管接收到反射回來(lái)紅外光，其輸出立即發(fā)生高低點(diǎn)平轉(zhuǎn)換，該信號(hào)經(jīng)放大器放大后送到單片機(jī)進(jìn)行分析處理。在碰到相應(yīng)的黑線(xiàn)時(shí)，會(huì)作出不同的控制動(dòng)作，例如加速、減速、變化運(yùn)動(dòng)方向等3電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)四大功率管組成H橋式電路。是十六腳封裝的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路芯片，能夠同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)。圖1-7-1是L298N的邏輯關(guān)系圖表，根據(jù)1-7和1-7-1，我們可以使用L298N成芯片了。四、軟件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)焊接完畢后，進(jìn)行調(diào)試無(wú)誤，根據(jù)老師基本的要求和自己的發(fā)揮，聯(lián)