智能遙控循跡小車設(shè)計(jì)報(bào)告(20210313125100)

1、智能遙控循跡小車報(bào)告課題名稱:學(xué)院：專業(yè)：班級：成員：.指導(dǎo)老師:智能遙控循跡小車長沙民政電子信息工程學(xué)院機(jī)電一體化機(jī)電1034班劉佳譚佳興游敬德曾向東黃有全2011 年 12 月 29目錄摘要 3項(xiàng)目分工3時(shí)間安排3課題目標(biāo)3設(shè)計(jì)要求4模塊設(shè)計(jì) 5軟硬件調(diào)試9實(shí)訓(xùn)總結(jié) 9附錄10-4-摘要：本次設(shè)計(jì)是一種基于單片機(jī)控制的簡易智能尋跡小車系統(tǒng)，其 中包括智能小車軟硬件的設(shè)計(jì)、焊接、調(diào)試。智能小車以 AT89C51 為控制核心 , 利用紅外探測法對路面黑色軌跡進(jìn)行檢測 , 從而路面檢 測信號反饋給單片機(jī)予以分析判斷 ,驅(qū)動電機(jī)調(diào)整小車前進(jìn)方向 , 從 而使小車能夠沿著黑色軌跡自動行駛 , 實(shí)現(xiàn)小

2、車自動尋跡。項(xiàng)目分工：軟件編寫：C51模塊：曾向東 游敬德；FPGA模塊：曾向東 游敬 德軟硬件調(diào)試：劉佳 譚佳興設(shè)計(jì)報(bào)告：譚佳興 劉佳時(shí)間安排： 十六周：材料購買及焊接十七周：軟件編寫十八周：軟硬件調(diào)試和設(shè)計(jì)報(bào)告 十九周：作品驗(yàn)收及答辯課題目標(biāo)：1、掌握基于單片機(jī)及FPGA的軟件的編寫。2、通過智能小車的的軟硬件調(diào)試掌握各種工具的運(yùn)用。3、培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作、溝通、創(chuàng)新能力設(shè)計(jì)要求1、電路原理方框圖顯示尋跡狀態(tài)2、主要功能:尋跡板送過來的5路檢測信號送到FPGA板，F(xiàn)PGA將此5 路信號送出至5個(gè)LED燈顯示狀態(tài)（檢測至黑線滅，否則亮）；同 時(shí)將此5路信號送到單片機(jī)。FPGA發(fā)出一個(gè)啟動信號給單片

3、機(jī)， 從而啟動小車。小車在接收到FPGA送過來的啟動指令后，讀取尋 跡信號，根據(jù)尋跡信號確定小車的運(yùn)行狀態(tài)，將小車的運(yùn)行狀態(tài)送 至FPGA，同時(shí)根據(jù)相應(yīng)算法，驅(qū)動小車的左右電機(jī)前進(jìn)。并實(shí)現(xiàn) 前進(jìn)、左拐彎、右拐彎、后退等功能。模塊設(shè)計(jì)1 、尋光的原理利用光敏電阻的特性，遇到光電阻減小。通過比較器 LM339 進(jìn) 行電壓比較，測到光則輸出高電平，沒測到光則輸出低電平。用三 個(gè)光電阻來實(shí)現(xiàn)尋找光源，左，中，右三個(gè)，左邊測到則向左轉(zhuǎn)， 中間測到直走，右邊測到向右走。2、模塊方案比較與論證 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)主要由控制器模塊、尋跡傳感器模塊、 直流電機(jī)及其驅(qū)動模塊。1）車體設(shè)計(jì)方案 1：購買玩具電動車

4、。購買的玩具電動車具有組裝完整的車 架車輪、電機(jī)及其驅(qū)動電路。但是一般的說來，玩具電動車具有如 下缺點(diǎn)：首先，這種玩具電動車由于裝配緊湊，使得各種所需傳感 器的安裝十分不方便。其次，這種電動車一般都是前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū) 動，不能適應(yīng)該題目的方格地圖，不能方便迅速的實(shí)現(xiàn)原地保持坐 標(biāo)轉(zhuǎn) 90 度甚至 180度的彎角。再次，玩具電動車的電機(jī)多為玩具直 流電機(jī)，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負(fù)載性能差，不易調(diào)速。因此我們 放棄了此方案。方案 2：通過網(wǎng)絡(luò)購買買四輪專用車。經(jīng)過反復(fù)考慮論證，四輪 車子行駛更平穩(wěn)，所以我們選擇了這種方案。2、控制器模塊采用Atmel公司的AT89C51單片機(jī)作為主控制器。它是一個(gè)低功

5、耗，高性能的8 位單片機(jī)，片內(nèi)含32k空間的可反復(fù)擦寫100,000次Flash只讀存儲器，具有4K 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器 （RAM），32 個(gè)I/O 口，2個(gè)8位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，且可在線編 程、調(diào)試，方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試。時(shí)鐘電路和復(fù)位 電路如圖3-1 （與單片機(jī)構(gòu)成最小系統(tǒng)）it 廠r廠r廠r廠r廠r廠riI 1，I、，I、，I、，I、，I、，I、，I、J4J5P0.123456781 23456784 HeaderP0.85P0.6P0.7P1.4 HeaderP1.85P1.6P1.7J6P2.0P2.1P2.2P2.3P2.J7U6XT AL118XT AL1XT AL

6、2+5V rsRST EA/VPP PSEN ALEP3.031293010P3.1P3.0/RxDP3.1/TxDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WRP3.7/RD11VVCCP0.0/AD0393P0.1/AD13P0.2/AD23g0.3/AD33P0.4/AD430.5/AD53P0.6/AD63$0.7/AD7P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.312345678P3.12345678+5VC2丄4 HeaderP2.85P2.74 HeaderP3.5P3.6 P37+540 PUTP0 1P0.2P1.0P0.4P0.5pn

7、 aP0.7+5VP1.1P1.2P1.3P1 4P1 5P1.6P1 7P2.01 P2.1P2.2P2.33 P2.44 P2.5 r P2 61kP3.3P3.4P3.5P3.6P3.7121314151617VSSSTC89C52RC20P1.4P1.5P1.6P1.7P2.0/A812 P2.1/A93 P2.2/A104 P2.3/A11匚 P2.4/A125c P2.5/A1365 P2.6/A146 P2.7/A15P2.722222222C121uFC1333F9 8 7 6 C5RP3.11 C1 +C1C2+C2-1011 U7T1IN10=3J2 49GND2 T2IN

8、1R1OUTR2OUT10uFRSTSW4 SW-PBR5910KVDDVCCT1OUTC14+5F V6T2OUTR1INR2INVEETlout1uFC1l5n Tlout2丄6丄占/0l 1 IJ8Y1XT AL230pC11圖3.1主控原理圖3、尋跡方案的設(shè)計(jì) 這里的尋跡是指小車在白色地板上，尋著黑線行走。方案一：用光敏電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟 隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā) 射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在 白線和黑線上方時(shí)，阻值會發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很

9、大，不能 夠穩(wěn)定的工作。方案二：用RPR22(型光電對管，RPR22(是一種一體化反射型 光電探測器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接受器是 一個(gè)高靈敏度，硅平面光電三極管。RPR22特點(diǎn)：(1)、塑料透鏡可以提高靈敏度(2) 、內(nèi)置可見光過濾器能減小離散光的影響(3) 、體積小，結(jié)構(gòu)緊湊當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光 電對管調(diào)理電路簡單，工作性能穩(wěn)定。綜上所述，我們選擇方案一，但是這種方案受光照影響很大，不能 夠穩(wěn)定的工作，所以用黑色布隔開一些外部光源，減少影響。原理圖：4、電源模塊光雅電鵡模擬壯輸出申a . ati ZJ實(shí)物圖:-9-方案1：用9V的電池

10、電源給電機(jī)供電，然后使用 7805穩(wěn)壓管 來把高電壓穩(wěn)成5V分別給單片機(jī)和電機(jī)驅(qū)動芯片供電。這種接法 比較簡單，但小車的車體重量過大會導(dǎo)致電機(jī)動力不足。方案2:采用雙電源。為了確保單片機(jī)控制部分和電機(jī)驅(qū)動的 部分的電壓不會互相影響，要把單片機(jī)的供電和驅(qū)動電路分開來， 即：用4節(jié)干電池6V為單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。電機(jī)的電源 采用將220V交流電進(jìn)行整流、濾波、穩(wěn)壓使輸出值為 12V的電源。 結(jié)合車體重量和實(shí)際考慮，我們采用方案二。5、遙控模塊1）控制流程圖：信號檢測|做件控制I一驅(qū)勵(lì)左，右 一y電機(jī)逹制小車 運(yùn)動方向2）器材選擇超再生接收模塊采用 LC振蕩電路，內(nèi)含放大整形，輸出的數(shù)據(jù)信號為

11、解碼后的高電平信 號，使用極為方便，并且價(jià)格低廉，所以被廣泛使用。帶四路解碼 輸出（同時(shí)也可改為六路點(diǎn)動或互鎖輸出），使用方便；數(shù)據(jù)腳輸出 的電平是瞬時(shí)的而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對應(yīng)， 有遙控信號時(shí)數(shù)據(jù) 腳是高電平， 即驅(qū)動電機(jī)工作。 遙控信號消失時(shí)數(shù)據(jù)腳立即恢復(fù) 為低電平， 驅(qū)動電機(jī)停止。各腳位名稱以及功能說明：1 VT 輸出狀態(tài)指示2 D3 數(shù)據(jù)輸出（前進(jìn)）3 D2 數(shù)據(jù)輸出（后退）4 D1 數(shù)據(jù)輸出（右轉(zhuǎn)）5 D0 數(shù)據(jù)輸出（左轉(zhuǎn)）6 5V 電源正極7 GND電源負(fù)極8 ANT接天線端6、小車各模塊分布 小車的總體布局應(yīng)以盡量減少互相干擾為原則，兼顧美觀整齊?；谶@兩點(diǎn)，通過調(diào)試，在小車底

12、板下面只安放了兩個(gè)減速電機(jī)， 防止電機(jī)磁對電氣信號的干擾。車頭部分放置傳感器模塊，這樣和 別的電流通路基本隔離，有利于信號的穩(wěn)定。單片機(jī)置于車的中央 且用銅柱將其支起來，于電機(jī)、電源等干擾源遠(yuǎn)離，很好地保證單 片機(jī)的穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。總體布局圖如下圖所示。遙住模塊（宙干村機(jī)顯示.應(yīng)于 屯池蠱F直i）循跡模塊控制模塊軟硬件調(diào)試：此次調(diào)試主要是在實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行的，通過實(shí)訓(xùn)室提供的各類工具 進(jìn)行檢測、試驗(yàn)。硬件調(diào)試的內(nèi)容主要有循跡電路板的檢測、小車 電機(jī)、開發(fā)板。軟件調(diào)試則通過硬件部分實(shí)現(xiàn)。調(diào)試中遇到的問題及解決方案：1、循跡板焊接處接口脫落：重新進(jìn)行焊接2、芯片引腳配置錯(cuò)誤：正確配置引腳3、小車行駛方向

13、錯(cuò)誤，無法正確循跡：檢查程序并改正實(shí)訓(xùn)總結(jié)：這次的實(shí)訓(xùn)已不是大學(xué)里面的第一次實(shí)訓(xùn)，但絕對是我態(tài)度最認(rèn)真，最看重的一次實(shí)訓(xùn)，當(dāng)然也是付出最多的一次實(shí)訓(xùn)，至于收獲那是 可想而知的，實(shí)訓(xùn)一般是一組為單位，小組成員分工合作的形式完成的.我 的主要任務(wù)是完成報(bào)告的撰寫，附加任務(wù)為在整個(gè)實(shí)訓(xùn)過程中配合其 他成員完成實(shí)訓(xùn) ,表面上看起來 ,我的任務(wù)是最簡單最輕松的 ,其實(shí)不 然,因?yàn)槲倚枰獏⑴c整個(gè)過程 ,并熟悉每個(gè)流程的作用 ,要達(dá)到的目的 和效果 ,這次的實(shí)訓(xùn)覆蓋面很廣 .它牽涉到很多的專業(yè)知識 ,如何設(shè)計(jì) 車體,如何編寫程序 ,如何讓它達(dá)到預(yù)期效果 ,每一步都要花費(fèi)很多時(shí) 間去專研 ,去調(diào)試 .雖然最后

14、的結(jié)果不是讓我們很滿意 ,但在看到小車 跑起來的那一刻 ,每位小組成員內(nèi)心都有洋溢著喜悅 ,這是一種前所未 有的體驗(yàn) ,結(jié)果對我們已不是很重要 ,重要的是我們在整個(gè)實(shí)訓(xùn)過程中 的所感所悟 ,它讓我們認(rèn)識到學(xué)科之間的緊密聯(lián)系，培養(yǎng)了我們的相 互合作協(xié)調(diào)的團(tuán)隊(duì)意識 ,拓展了我們思維空間想象能力 ,還有調(diào)試中出 現(xiàn)的種種問題讓我們學(xué)會獨(dú)立思考 ,加強(qiáng)了我們解決問題的能力 ,在解 決問題的同時(shí)，同時(shí)還鞏固了對專業(yè)知識的認(rèn)知及加強(qiáng)了我們的求 知欲,所以這次實(shí)訓(xùn)目的不僅僅只是打一個(gè)好的分?jǐn)?shù)為求不掛科 ,它對 我們實(shí)現(xiàn)了一次專業(yè)知識綜合運(yùn)用能力的大考察 ,也是一次將理論結(jié) 合于實(shí)踐的一次大演練 ,這樣我們的

15、學(xué)習(xí)不再局限于課本上的理論知 識 ,實(shí)踐才會讓我們收獲更多 .附錄單片機(jī)程序：#include #define uint unsigned intvoid delay()uint m,n;for (m=1;m100;m+)for(n=1;n0;i-)for (j=121;j0;j-);- 12 -void main()/* if(P1=0xe4)P1=0xff;P2=0xff; while(1) /P1=0xff; switch(P1) case 0xe4: P2=0x55; break; case0xe8: P2=0x95; break; case0xf0: P2=0x95;break; case0xe2: P2=0x59;break; case0xe1: P2=0x59;break; case0xff: P2=0x55;break; case0xe0: P2=0xee;break; delay(); */if(P1=0xfb)/黑底白色軌跡賽道程序/前進(jìn)，兩燈燈/左轉(zhuǎn)，右燈亮/左轉(zhuǎn)，右燈亮/右轉(zhuǎn)，左燈亮/右轉(zhuǎn)，左燈亮/全速前進(jìn)/后退，兩燈不亮/白底黑色軌跡賽道程序P1=0xff;P2=0xff;while (1)switch (P1) case 0xfb:P2=0x55;break; case0xf9:P2=0x55;break; case0x