智能迷宮尋跡小車報告全解

1、目名稱：迷宮尋跡機器人（EJ1參賽隊員:*摘要：本尋跡小車選用8位89C52單片機為控制器，通過6個紅外光電傳感器 TCRT5000對信號進行釆集，采集到的信號經(jīng)比較器LM393處理后傳給89C52 單片機，經(jīng)單片機處理后，發(fā)出控制命令給L298N,驅(qū)動2臺直流電動機進行 相應的動作。該小車能夠識別出黑色軌跡并能沿著黑色軌跡前進直到終點，并 能顯示出運行時間。1方案論證與比較1.1傳感器的選擇與比較方案一釆用攝像頭，然后用CCD處理技術，對采集的信號進行分析。方案二使用光敏傳感器，能夠采集回來黑與白兩種信號，然后進行處理與 分析。由于釆用攝像頭進行CCD處理所用的硬件搭接較為繁瑣，并且處理起來

2、還 比較麻煩，而光敏傳感器TCRT5000可以雖然智能識別黑與白兩種顏色由于現(xiàn) 場條件，并不能對其造成干擾，而且其反應速度快，響應時間短，故此，我們 選用光敏傳感器TCRT5000o1.2車體的選擇與比較方案一采用4輪小車，前輪由舵機控制轉(zhuǎn)彎，后輪由動力電機控制前進與 后退。方案二釆用三輪小車，前面兩輪由兩個電機分別控制，用其速度差來實現(xiàn) 轉(zhuǎn)彎與調(diào)整，后前輪為萬向輪，用來維持小車的平衡由于釆用4輪車，小車在轉(zhuǎn)彎時會產(chǎn)生轉(zhuǎn)彎半徑，會偏離軌跡，不能按照 黑色軌跡前進，而轉(zhuǎn)彎半徑無法縮小到滿意的程度，由于三輪小車用兩個電機 來控制兩個輪子，故很容易來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎與調(diào)整，是理想的車體模型。1.3前進路徑與

3、返回路徑的最優(yōu)選擇由于小車需要按照黑色軌跡尋到終點，并且按最優(yōu)路徑返回，故小車應能 識別迷宮的路況，普通尋跡小車智能按照黑色軌跡走，但不能識別路況，這樣 小車尋到終點的效率很低，乂不能按照最優(yōu)路徑返回?？紤]到以上情況，我們 給小車加上了識別路口程序，并且讓小車按照右手原則前進，在每個路口處讓 小車記錄出所走過的路況，并且記憶，以便于在返航時調(diào)用記錄信息，使小車 順利返回。14傳感器個數(shù)的比較與選擇方案一總共5個傳感器，兩個傳感器用來檢測小車是否偏離軌跡，另外三 個傳感器用來檢測小車是否遇到路口（前方.左方及右方各一個），由前方傳感 器來檢測終點。（如圖1.1）方案二總共6個傳感器，其中兩個傳感

4、器用來檢測小車是否偏離軌跡，另 外三個傳感器用來檢測小車是否遇到路口（前方左方及右方各一個），還有一 個傳感器配合前方的傳感器來檢測終點。（如圖1.2）圖1.1五個傳感器示意圖圖1.2六個傳感器示意圖圖1.3八個傳感器示意圖方案三總共8個傳感器，兩個傳感器用來檢測小車是否偏離軌跡，另外五 個傳感器用來檢測小車是否遇到路口（前方一個，左方及右方各兩個），還有一 個傳感器配合前方的傳感器來檢測終點。檢測路口左右方向時用2個傳感器， 是以使能減少誤判，讓小車更好的尋跡。（如圖1.3）方案一比方案二多一個傳感器，是為了更好的檢測終點，方案一檢測終點的 方法是前當方傳感器檢測到死胡同時在讓其延時繼續(xù)前進

5、如圖1.4,當再檢測到 黑色信號時即使終點，但是實際運作時發(fā)現(xiàn)由于2cm對于運動的小車來說過小， 而且即便檢測到終點在返回時，會再次遇到黑色信號，和死胡同標志容易產(chǎn)生 混淆，不易于小車更好的判別路口，而當有第6個傳感器輔助前方傳感器檢測 到終點時，則能避免以上問題，當檢測到死胡同標志時，只要再繼續(xù)往前走， 輔助檢測傳感器便會檢測到白色信號小車就會認為到達終點如圖1.5,避免了小 車混淆死胡同與終點標志，同時讓終點標志更好的被識別。而方案三，將檢測 左右路口的傳感器增加至每側(cè)2個，以防出現(xiàn)如圖1.6所示的誤判，而圖1.7的 方案三只要兩個傳感器不全進入黑線就不會認為有路口，能大大的避免誤判的 幾

6、率。但是后來在軟件編寫和實際測試的時候，發(fā)現(xiàn)了用軟件可以進行防誤判，而 由于這種防誤判方法的引入，是傳感器的個數(shù)從8個減少到了 6個，其具體如 何防誤判將在后面說明。圖1.4 一個傳感器檢測終點示意圖圖1.5兩個傳感器檢測終點示意圖圖1.6路II誤判示意圖圖17路II防誤判示意圖1.5傳感器位置擺放的比較與選擇1 為了讓小車在檢測到路口時就進行轉(zhuǎn)彎，在轉(zhuǎn)完后其中線仍與軌跡中線 重合，避免了其每次轉(zhuǎn)彎后都進行調(diào)整，我們經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)小車輪距為10cm,而 軌跡寬度為2cm,故檢測路口的傳感器與輪子軸承間的距離D= (10-2)/2=4cm, 如圖1.8所示。2.為了讓小車剛剛檢測偏離軌跡就做出調(diào)整，

7、同時乂給小車在走直線時留 有余量，經(jīng)過不斷實踐測試，認為檢測偏離軌跡的兩個傳感器間距以2.1cm為 最佳。如圖19所示3圖1.8檢測轉(zhuǎn)彎路I 1傳感器位置的計算7圖19檢測偏離軌跡的傳感器示意圖3為了兩檢測終點的傳感器能夠準確快速的檢測并識別出終點，設定兩傳感器 間距離為2.1cnioc圖1.10兩檢測終點傳感器間距4總體擺放如下圖1.1L A=l.lcm, B=3.2cm圖1.11總體擺放圖2硬件系統(tǒng)設計2.1總體設計有光敏傳感器進行信號釆集，經(jīng)電壓比較器LM393處理后直接傳給 AT89C52，單片機對信號按照預定的程序進行處理，將處理的結(jié)果通過10 口傳 給74LS08,通過與PWM波合

8、成后給L298N （直流電機驅(qū)動芯片）信號，通過 L298N進行控制小車兩輪子，以實現(xiàn)左右微調(diào)，左右轉(zhuǎn)彎,前進與原地旋轉(zhuǎn)等 動作。小車每到路口都進行相關的記憶處理，以便最優(yōu)返回。圖2.1總體設計框架圖2.2單元電路設計2.2.1傳感器單元電路的設計圖2.2傳感器單元電路當傳感器進入黑色軌跡中時，由發(fā)射管發(fā)射的不可見光被吸收，不能被接 收器接收到，故接收一側(cè)電路不導通，LM393的同向輸入為高，輸入比較器輸 出為高，其輸出高電壓為5V,低電壓為0V,故可以直接傳給單片機。而電壓 比較器的輸出端所接的LED能夠?qū)崟r的顯示傳感器的工作狀況。本題目要求小車能夠不偏離中心軌跡，由于軌跡交窄小車相對運動速

9、度快, 故要求傳感器單元必須較為靈敏，相應時間短，反應速度快。我們采用的LM393 電壓比較器，其工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，消耗電流小, 輸入失調(diào)電壓小，共模輸入電壓范圍寬，反應時間快，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2.3 所示。2.2.2電機驅(qū)動單元電路的設計bEN1EN2翥常VCCVDDOUT1OUT2OUTSOUT4圖2.4電機驅(qū)動電路圖由于要對電機實行加速減速剎車的控制，故采用由L298N和74LS08構(gòu)成 的驅(qū)動電路，由1.0和1.1 口負責控制1號電機的前進與后退，而與他們一起走 與門74LS08的1.4 口負責輸出PWM波,由PWM波負責控制小車的減速與加 速以及制動的控制。

10、同時與門也起到了擴大單片機輸出電流的作用，由于L298N 需要的輸入電流AT89C52無法驅(qū)動，與門在此起到一定的上拉作用。因為要用單片機對電動機進行四象限的控制，由于控制象限的復雜以及驅(qū) 動電機功率的問題，這里我們需要采用電動機驅(qū)動芯片來實現(xiàn)，我們釆用的是 L298N這款電機驅(qū)動芯片，該芯片具備控制簡單，反應快，輸出功率大，支持 外接電機工作電源等一系列優(yōu)點。其結(jié)構(gòu)圖如圖2.5所示。圖2.5 L298N內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.2.3電源模塊單元電路的設計圖2.6電源模塊單元電路圖由于整個控制板都需要5V電壓，考慮到電池隨著使用時間的增強，電壓 會有所下降，故我們選用直流穩(wěn)壓電源9V進行供電，由于多方同

11、時分流，有 可能造成電量不足，為了保持電壓能夠穩(wěn)定在5V,故選用L7805進行穩(wěn)壓。在 其輸出輸入端口各并聯(lián)一個電容，以起到保護芯片的作用。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如2.7 所示。$兀 04圖27 L7805內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖224液晶顯示單元電路設計PL1JZEX；PL2 軋PL6MS0)PL?tsoo y i p?3jynT CZ Jpmxn;P34TOfTvpnXTALlXIAL2XS7p=.?T p油應(ADLJP0.1 AD2：P0J CADJJPOJ 0.4 AD5 昨 (AD5)m UDW7CADP2CCAW11 (A】沁2 (All)?： 3 (A】2陽 (ABp：5 (AU)P： d (A15p

12、：7vcc GNDRJO7衛(wèi)汕40200091圖2.8液晶顯示單元電路圖釆用1602液晶進行時間和方向的顯示，我們采用單獨的AT89S52來控制 液晶，減少其對小車控制的干擾，然后由2根數(shù)據(jù)線讓其與主控AT89S52進行 通信，以此來顯示小車運行的時間和方向。圖2.8中R38用來控制液晶字幕的 清晰度，R37用來控制液晶屏幕的對比度。3軟件系統(tǒng)設計3.1總體設計小車自上電時程序開始運行，我們依著右手原則為小車尋跡方法，右為先。 自上電后小車進入初始化階段之后轉(zhuǎn)入主函數(shù)，我們將小車能遇到的各種情況進行一一排列出來，這樣無論傳感器反饋回來什么樣的信號都有與之對應的命 令，分為以下10種情況：左微調(diào)

13、，右微調(diào)，前進，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，T型，左T, 右T，十字路口，死胡同。其流程圖如圖3.1所不。113.2各子模塊的設計3.2.1轉(zhuǎn)彎模塊的設計為了讓小車能夠順利并且及時的停止轉(zhuǎn)彎，我們將其轉(zhuǎn)彎的停止標志設為當 檢測前方是否有路的傳感器遇到黑色軌跡，即表示其己完成轉(zhuǎn)彎，這樣避免了 小車轉(zhuǎn)彎過大或者過小的問題。3.2.2終點識別模塊的設計為了讓小車能夠準確的識別終點標志，釆用2個傳感器來檢測終點標志， 當且僅當前后檢測終點的傳感器同時檢測到終點信號時，才認定到達終點，即 當前后前后檢測終點的傳感器323防誤判模塊的設計列出了小車在行走時可能碰到的各種誤判情況，對其一一分析后判別出應 是那種路況，將其對

14、應情況列出，并給出小車應該正確運行的指令。4附加功能增加了小車轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)向燈模擬功能，轉(zhuǎn)向燈能隨小車的轉(zhuǎn)向?qū)崟r的閃爍起來，以此一 次來表示小車的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，還在車尾處額外增加了兩組led小燈，以此表示小車現(xiàn)在處于 的狀態(tài)即狀態(tài)前進最優(yōu)路徑返回歿占起點綠色1010綠色1010藍色0110藍色011015附錄1主控程序清單存include 存include 存include /char pro_left,pro_nght,iJ； 左右占空比標志 extein iiit a24=3,4O0O0,0Q0,0,OOOOOQOQQO;extein iiit n=2Jogo=0;/sbit leftl=PlzO

15、;sbit left2=Pr 1;sbit right 1=P1A2;sbit right2=PlA3;sbit enl=PlA4; sbit en2=PlA5; sbitpl6=PlA6; sbitp!7=PlA7;/左電機正反轉(zhuǎn)/右電機正反轉(zhuǎn)輸出PWM1波控制左電機輸出PWM2波控制左電機/sbitp23=P2A3; sbit p24=P2A4; sbit p25=P2A5; sbitp26=P2A6;sbit lefCtuin=POAO;sbit left=POAl;sbit midb=P0A2;sbit midf=P0A3;sbit right=POA4;sbit iight_aini

16、=POA5;左側(cè)傳感器（識別路II）微調(diào)左位置后中間傳感器（識別路|丨）/前中間（識別路1）微調(diào)右位置右側(cè)傳感器（識別路II）7/sbit p20=P2A2; sbit p21=P2T;左拐直走右拐sbit p22=P2A0:void fiist_stiaight(); 啟動直走void stiaight();直走void sd_straight();左岔直走void stopQ;終點稍停void endQ;回到起點停車void wleft();左微調(diào)void wright();右微調(diào)void ftJeftQ;左轉(zhuǎn)90由黑到白void sd_left();左轉(zhuǎn)90由白到黑void ft_rig

17、ht();右轉(zhuǎn)90由黑到白void sdjightO;右轉(zhuǎn)90由白到黑void ft_180nQ;左轉(zhuǎn)180由黑到白void sd_18Ort0;左轉(zhuǎn)180由白到黑7/void iiifraredQ;初次循跡void comebackQ;返航void memoi-y(mt x);/記憶void delay(int z); 延時 1ms7/void delay(int z)延時 z*lnischai k;while(z-) fbr(k=O ;k121 ;k+);延時 1 ms啟動走直線/void fiist_stiaightQ p20=l;p21=0；p22=l;pro_left=85; pio

18、_right=85; leftl=l; 嚴 2=0;right 1=1;nght2=0;delay(5);/void stiaight() /走直線函數(shù)p20=l;p21=0；p22=l;pro_left=80; pro_right=80; leftl=l;嚴 2=0;right 1=1; nght2=0;/void sd_straightQ 左岔走直線函數(shù) p20=l;p21=0；p22=l;straightQ;if(left_turn= 1 )/&(right_turn=O)&(nudf= 1) sdsUaightQ;elsestraight();/void wleft() 微調(diào)左轉(zhuǎn)函數(shù)

19、pio_left=0;pio_right=85;leftl=O;left2=0;light 1=1; iight2=0;/void wHght() /微調(diào)右轉(zhuǎn)函數(shù) pro_left=85;pro_right=0: leftl=l;left2=0;light 1=0;iight2=0;31/void ftJeftQ p20=0;p21=l；p22=l; pro_left=0;pro_right=80; leftl=O; 嚴 2=0;right 1=1; nght2=0; if(niidf=l) elsesdjeft(); void sd_left() p20=0;p21=l；p22=l;左轉(zhuǎn)90

20、由黑到白左輪不動右輪動左轉(zhuǎn)90由白到黑pro_left=0; pio_right=80;leftl=O;嚴 2=0;right 1=1;nght2=0; if(nudf=0)sd_left();else fiist_straightQ; sUaightQ;左輪不動右輪動/void ft_right() p20=l;p21=l；右轉(zhuǎn)90由黑到白p22=0;pro_left=85; pro_right=0: leftl=l; 嚴 2=0; right 1=0; nght2=0;if(nudf=l) ft.nghtO； elsesdnghtQ； void sdjightQ p20=l;p21=l；p

21、22=0;左輪動右輪不動右轉(zhuǎn)90由白到黑pro_left=80; pio_right=0: leftl=l;/左輪動嚴 2=0;right 1=0;nght2=0;if(nudf=0) sd_nght(); else fiist_straightQ; suaight();右輪不動7/void ft_ 180110 p20=0;p21=0；p22=0;左轉(zhuǎn)由黑到白pro_left=80; pio_right=80; leftl=0; left2=l; right 1=1; nght2=0;if(nudf=l) ft_180rt0； elseif(nudf=0) sd_180rt();左輪反轉(zhuǎn)右輪

22、正轉(zhuǎn)void sd_18Ort0 p20=0;p21=0;左轉(zhuǎn)由白到黑p22=0;左輪反轉(zhuǎn)右輪正轉(zhuǎn)pro_left=80; pio_right=80; leftl=0; left2=l; right 1=1;nght2=0;if(nudf=O)sd_180rt0；elsefiist_straightQ; suaight();/void stopQ 回到起點 while(l) pl7=l;pl6=l; p23=0;p24=0;p25=0;p26=0; pio_left=0;或是全等于0pio_right=0: leftl=l;left2=l;light 1=1;iight2=l;/或是全等于1v

23、oid endQpro_left=0; pro_right=0; leftl=0;嚴 2=0; right 1=0; nght2=0; delay(150);單程剎車/循跡 char flag=10;pl6=0;pl7=l;p23=0;p24=0;p25=l;p26=l;&(nght_niin=0)&(niidf=l)&(niidb=l)&(left=0)&(right=0)flag=7;直線elseif(left_tuin=0)&(right_tuin=0)&(nudf=0)&(midb=0)&(left=0)&(nght=0)flag=4; / memoiy(4); 死胡同else&(ri

24、ght_turn=0)&(midf=0)&(midb=l)flag=3;/memory(3);左拐else&(right_tuin=0)&(midf=0)&(midb=0)flag=13;誤認為左拐左拐elseif(left_turn=0)&(right_turn=l)&(midf=0)&(midb= 1)fhg= 1;/memory( 1);右拐elseif(left_tuin=0)&(right_tuin=l)&(midf=0)&(midb=0)flag=ll;誤認為右拐右拐elseif(left_turn= 1 )&(right_turn=0)&(nudf= 1 )&(midb= 1)f

25、lag=2;/memory(2);左岔else&(right_turn=0)&(nudf=l)&(midb=0)flag=12;誤認為左岔直走elseif(left_turn= 1 )&(right_turn= 1 )&(midf=0)&(midb= 1)flag=l;/memoiy(l); 丁字elseif(left_turn=l)&(right_turn=l)&(midf=O)&(midb=O)flag=ll;誤認為丁字右拐elseif(left_turn=O)&(right_turn=l)&(nudf=l)&(midb= 1)flag=l; /memory(l); 右岔elseif(le

26、ft_turn=O)&(right_turn=l)&(nudf=l)&(midb=O)flag=ll; /誤認為右岔右拐elseif(left_tuin= 1 )&(right_tuin= 1 )&(nndf= 1 )&(midb= 1) flag=l; /memoiy(l);十字else1 )&(right_tuin= 1 )&(nndf= 1 )&(midb=O) flag=ll； 誤判十字 右拐elseif(left_tuin=O)&(right_tuin=O)&(nndf=l)&(midb=O)&(left=O)&(nght=O )flag=O;/memorv(O); 終點elseif

27、(left_turn=O)&(right_turn=O)&(left=O)&(right= 1)flag=5;左偏(light)elseif(left_turn=O)&(right_turn=O)&(1 亡 ft= 1 )&(right=O)flag=6;右偏(left)elseflag=7;直走switch (flag)case 0: pl7=0;pl6=0;p23=0;p24=0;p25=0;p26=0;end();ft_180rt();memoiy(0); logo=l; break; /p!7=0:pl6=0;終點兩個燈全亮case 1: ft_nght();memoiy(1);log

28、o=0;break:右拐case 2: sd_stiaight();memory(2);logo=0;break:直走case 3:memory(3);logo=0;break:左拐case 4: ft_l 80rt();memoiy(4);logo=0;break;死胡同case 5: wrightQ;logo=0;break:左偏case 6: vleft();logo=0;break:右偏case 7: straight();logo=0;break:直走case 11: ft_right();logo=0;break:誤認為右case 12: stiaightQ;logo=0;brea

29、k:誤認為直case 13: ft_left();logo=0;break:誤認為左default: straight();logo=0;break;/記憶程序void memoiy(mt mflag) if(niflag=l)an+=l;if(an=4)an=O; n=n-2;n+;elseif(niflag=2)an+=2； n+；else if(niflag=3)an+=3； n+；elseif(niflag=4)an=O;11;else if(niflag=O)n; void comeback()/p23=I;p24=I;p25=0;p26=0;pl 7=0;pl6=l;if(left

30、_nirn=0)&(right_nirn=O)&(nudf=l)&(midb= 1 )&(left=O)&(nglit=0else1 )&(nudb= 1)i左邊有路iswitch(an)tcase 1: ft_left();case 2: sd_straight();case 3: ft_iightQ;logo=l;n-; logo=l;n-; logo=l;n;break; break; break;) straightO；logo=l;直線elseif(iighcturn= 1 )&(midb= 1)i右邊有路iswitch(an)tcase 1: ft_left();case 2: s

31、d_straight();case 3: ft_iightQ;logo=l;n-; logo=l;n-; logo=l;n;break; break; break;elseif(left_tuin=O)&(right_tuin=O)&(midf=O)&(midb=O)&(left=O)&(right=O )&(n=l) pl7=l;pl6=l;stop();回到起點兩個燈全滅elseif(left_turn=O)&(right_turn=O)&(left=O)&(right=l)wrightQ;logo= 1;左 偏(motoi_right)elseif(left_turn=O)&(right

32、_turn=O)&(left= 1 )&(right=O)wleft();logo= 1;右偏(motor_left)/* elsestraightO；logo=l;*/void uiitQTMOD=0x01;TH0=(65536-100)/256;TL0=(65536-100)%256;EA=1;中斷總開關ETO=1;開啟定時器0TRO=1;/定時器0啟動enl=l;使能1端eii2=l;使能2端void timeO(void)internipt 1i+;片；if(i=projeft) enl=l;else enl=0;if(i=100) enl=enl;i=0;if(j =pro_righ

33、t) eii2= 1;else eii2=0;if(j=100) en2=en2;j=0;TH0=(65536J 00)/256;TL0=(65536J00)%256;/void mam(void)nutQ；delay(l);while(l)if(logo=0)infiared();if(logo=l)comebackQ;void mtO(void)mtermpt 0附錄2液晶驅(qū)動源代碼程序#include#defiiie ucliar unsigned char#defiiie umt unsigned int sbitrs=PlAO;sbit lcden=PlAl;sbit p20=P2A0;sbit p21=P2Al;uchar countaium;chai nuao,shi,fen;uchar code table=n2010-6-22 ROBOT1; uchar code table 1=M0090: