基于STC89C52單片機(jī)的智能小車設(shè)計(jì)系統(tǒng)

1、目錄摘要3第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)41.1設(shè)計(jì)要求.4 1.2小車循跡路線.4第二章 系統(tǒng)方案選擇52.1車體設(shè)計(jì).52.2控制器模塊.62.3電源和穩(wěn)壓模塊.62.4尋跡傳感器模塊.62.5電機(jī)模塊.62.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊.7第三章 硬件電路原理83.1微控制器電路的設(shè)計(jì)與原理.83.2直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊.83.2.1直流電機(jī)的h橋控制方案.83.2.2l298n芯片的結(jié)構(gòu)與功能93.2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片l298n的典型接法.103.3電動(dòng)小車尋跡原理.103.3.1紅外探測(cè)法簡(jiǎn)介.103.3.2尋跡具體方案介紹.103.4智能小車的硬件連接.113.4.1概況.113.4.2總體結(jié)構(gòu)圖.113.5智能小

2、車的發(fā)揮部分.11第四章 智能小車的軟件設(shè)計(jì)13第五章 結(jié)束語及參考文件.165.1結(jié)束語.165.2參考文件.17附錄：設(shè)計(jì)所需電子器件表18摘要隨科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，智能化和自動(dòng)化技術(shù)越來越普及，各種高科技也廣泛應(yīng)用于機(jī)器人玩具制造領(lǐng)域，使智能機(jī)器人越來越多樣化。智能機(jī)器人是一個(gè)多種高新技術(shù)的集成體，它融合了機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)硬件、軟件、人工智能等許多學(xué)科的知識(shí)，涉及到當(dāng)今許多前沿領(lǐng)域的技術(shù)。而智能電動(dòng)車正是智能機(jī)器人的一種，具有不可估量的實(shí)際意義。本課題為具有較強(qiáng)動(dòng)手能力與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的大學(xué)畢業(yè)生準(zhǔn)備。通過此課題使學(xué)生受到較全面的電子應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究的工程訓(xùn)練。進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)

3、用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和技能，提高分析與解決實(shí)際問題的能力和初步科學(xué)研究的能力。針對(duì)小車在行駛過程中的尋跡和過橋功能，設(shè)計(jì)了以北京民芯電子公司的mxt8051單片機(jī)為核心的控制電路，加以直流減速電機(jī)、光電傳感器和電源電路以及其他電路構(gòu)成。采用模塊化的設(shè)計(jì)方案，通過紅外發(fā)射管和接收管識(shí)別路徑，利用pwm技術(shù)控制直流電機(jī)的前進(jìn)速度和方向，尋跡由tcrt5000光電對(duì)管完成。軟件采用c語言編程簡(jiǎn)單明確，并對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行了理論分析和實(shí)際測(cè)試。結(jié)果表明，該智能小車具有很好的識(shí)別與檢測(cè)的能力，具有定位精度、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的尋跡功能。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 路徑識(shí)別 pwm控制技術(shù) 直流電機(jī) 光電傳感器第一章

4、設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)要求（1）自動(dòng)尋跡小車從安全區(qū)域啟動(dòng)。（2）小車按指定路線運(yùn)行，自動(dòng)區(qū)分直線軌道和彎路軌道，在指定彎路處拐彎，實(shí)現(xiàn)靈活前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、倒退、過橋等功能，在軌道上劃出設(shè)定的地圖。（3）小車完成指定運(yùn)行任務(wù)后，停止在終點(diǎn)位置上。1.2小車尋跡路線小車尋跡線路如圖1所示：圖1第二章.系統(tǒng)方案選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)主要由控制器模塊、電源模塊、尋跡傳感器模塊、直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊、電壓比較模塊等模塊構(gòu)成。為較好的實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，我們分別設(shè)計(jì)了幾種方案并分別進(jìn)行了論證。2.1車體設(shè)計(jì)方案：自己制作電動(dòng)車。經(jīng)過反復(fù)考慮論證，我們制定了左右兩邊分別用兩電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方案（即每個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一邊的兩個(gè)

5、輪子）。即左邊和右邊的兩個(gè)輪子分別用兩個(gè)轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流減速電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這樣，當(dāng)兩個(gè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)向相反同時(shí)轉(zhuǎn)速相同時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實(shí)現(xiàn)小車坐標(biāo)不變的90度和180度的轉(zhuǎn)彎，并且使用金屬結(jié)構(gòu)車架，這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)。小車總體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：圖22.2 控制器模塊方案：采用stc89c52單片機(jī)作為主控制器。stc89c52是一個(gè)低功耗，高性能的單片機(jī)，它具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力高、集成度高、32個(gè)i/o口，易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。2.3電源和穩(wěn)壓模塊由于本系統(tǒng)需要電池供電，我們考慮了如下集中方案為系統(tǒng)供電。方案

6、：電池組供電，采用4節(jié)1.5v可充電式鋰電池串聯(lián)共6v給直流電機(jī)供電，然后將6v電壓經(jīng)7805再次降壓、穩(wěn)壓后串聯(lián)電阻給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。鋰電池的電量比較足，并且可以充電，重復(fù)利用，因此，這種方案比較可行，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)要求。2.4尋跡傳感器模塊方案1：用光敏電阻組成光敏探測(cè)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(huì)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大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。方案2：用tcr

7、t5000型光電傳感器。tcrt5000是一種反射型光電傳感器，采用dip4封裝，其具有如下特點(diǎn)：靈敏度高。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(duì)管調(diào)理電路簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定。綜上考慮，我們選擇了方案2。2.5電機(jī)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇對(duì)本系統(tǒng)的智能電動(dòng)車來說十分重要。，由于本實(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的準(zhǔn)確定位和精確測(cè)量，我們綜合考慮了如下方案。方案：采用直流減速電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力，能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，因此我們選擇了此方案。2.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)

8、模塊方案：對(duì)于直流電機(jī)用分立元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。由分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。我們采用專用芯片l298n作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。l298n是專用驅(qū)動(dòng)集成電路，屬于h橋集成電路，與l293d的差別是其輸出電流增大，功率增強(qiáng)。其輸出電流為2a，最高電流4a，最高工作電壓50v，可以驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載，如大功率直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，減速電機(jī)，伺服電機(jī)，電磁閥等，特別是其輸入端可以與單片機(jī)直接相聯(lián)，從而很方便地受單片機(jī)控制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)時(shí)，可以直接控制步進(jìn)電機(jī)，并可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。一片l298n可以分別控

9、制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。第三章 硬件電路原理3.1微控制器電路的設(shè)計(jì)與原理微控制器電路是整個(gè)智能救援小車系統(tǒng)的核心控制部分，它負(fù)責(zé)對(duì)各路傳感信號(hào)的采集、處理、分析及對(duì)各部分硬件電路進(jìn)行調(diào)整。本設(shè)計(jì)制作的智能小車系統(tǒng)以mxt8051單片機(jī)最小系統(tǒng)電路為整個(gè)系統(tǒng)的控制電路，通過各種傳感器電路，采集各種傳感器信息，以發(fā)出各種控制信號(hào)命令，來完成相應(yīng)的操作，單片機(jī)控制電路原理圖如3所示：圖3 單片機(jī)控制電路原理圖3.2直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3.2.1直流電機(jī)采用h橋控制方案 如圖4圖4通過采用l298n芯片可以達(dá)到目的，整體控制方案如圖5圖5

10、電機(jī)有兩個(gè)分別作為左右輪的驅(qū)動(dòng)，而通過兩路pwm輸出即可控制一個(gè)電機(jī)，故共需4路pwm輸出。3.2.2 l298n芯片結(jié)構(gòu)與功能 l298n內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6圖6真值表如下當(dāng)允許信號(hào) enable 為高時(shí) 輸出才隨輸入變化，否則為高阻態(tài)，所以焊接時(shí)，enable及vs均接vcc。具體控制過程為：1. 通過編程由控制芯片mxt8051經(jīng)pwm發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，pwm輸出作為l298n的輸入，經(jīng)l298轉(zhuǎn)換輸出控制信號(hào)使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使小車前進(jìn)后退。2. pwm輸出信號(hào)的高低則可以控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢，當(dāng)占空比大時(shí)，轉(zhuǎn)速高，占空比小時(shí)，轉(zhuǎn)速低，所以當(dāng)pwm輸出占空比為0時(shí)可控制電機(jī)停止。3

11、. 當(dāng)左輪停止，右輪轉(zhuǎn)時(shí)，小車右轉(zhuǎn)。 當(dāng)右輪停止，左輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小車左轉(zhuǎn)。而兩路pwm輸出的正負(fù)順序轉(zhuǎn)換則可控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制小車的前進(jìn)和后退。3.2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片l298n的典型接法電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的典型接法如圖7所示：圖73.3電動(dòng)小車尋跡原理3.3.1 紅外探測(cè)法簡(jiǎn)介紅外探測(cè)法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線。紅外探測(cè)器探

12、測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過3cm。3.3.2 尋跡具體方案介紹這里的循跡是指小車在黑色地板上循白線行走，采用tcrt5000型光電對(duì)管完成系統(tǒng)循跡任務(wù)，循跡電路是用以實(shí)現(xiàn)小車沿著場(chǎng)地的黑色弧形引導(dǎo)軌跡進(jìn)行前進(jìn)和位置校正的，且小車不能偏離該軌跡。本課題設(shè)計(jì)中采用自制的tcrt5000型光電對(duì)管完成系統(tǒng)循跡任務(wù)，傳感器的數(shù)據(jù)線輸出信號(hào)為開關(guān)量，可直接與單片機(jī)的i/o引腳相連接，硬件電路實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，其靈敏度可以通過調(diào)節(jié)多圈電位調(diào)。在循跡檢測(cè)傳感器設(shè)計(jì)中，我們?cè)谲圀w底盤的前端裝有三個(gè)傳感器，用來檢測(cè)黑色軌跡，起到尋跡前進(jìn)的作用。具體尋線電路如下圖： 圖8 紅外循跡電路3.4 智能小車的硬件連接3.

13、4.1 概況智能小車采用mxt8051開發(fā)板和一塊通用板為基礎(chǔ)，經(jīng)焊接相關(guān)控制芯片而成，通過i/o口檢測(cè)信號(hào)，輸出pwm信號(hào)控制直流電機(jī)、前進(jìn)、停止、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。檢測(cè)信號(hào)則為三組紅外發(fā)射和接收管，黑線時(shí)輸出高電平，白線時(shí)輸出低電平。3.4.2總體結(jié)構(gòu)如圖經(jīng)上所述，我們的最終方案如下圖所示： 3.5 智能小車的發(fā)揮部分本次設(shè)計(jì)小車除了可以智能循跡、過橋之外，還可以為小車加上避障，搬運(yùn)等等功能。由于材料限制，在這里只畫出原理圖：圖9 小車避障電路第四章 智能小車的軟件設(shè)計(jì)經(jīng)過測(cè)試，我們的智能小車程序如下：#includesbit p13=p13;/使能端sbit p14=p14;sbit p10=

14、p10; /循跡口sbit p11=p11;sbit p12=p12;sbit p04=p04; /電機(jī)1左輪sbit p05=p05;sbit p06=p06; /電機(jī)2sbit p07=p07;unsigned int i=0,j=0;void main() p13=1；p14=1； while(1) p04=1;p05=1;p06=1; p07=1; tmod=0x01; ea=1; et0=1; if(p00=0&p01=1&p02=0) / 小車直走 定時(shí)0.002ms th0=0xff; /定時(shí)0.01ms tl0=0xfe; tr0=1; if(p00=0&p01=0&p02=1

15、) /小車右轉(zhuǎn)定時(shí)0.005ms th0=0xff; tl0=0xfb; tr0=1; if(p00=1&p01=0&p02=0) /小車左轉(zhuǎn)定時(shí)0.005ms th0=0xff; tl0=0xfb; tr0=1; if(p00=1&p01=1&p02=1) /全部檢測(cè)到黑線時(shí) 車停 th0=0xff; tl0=0xfb; tr0=1; xiong() interrupt 1 if(p00=0&p01=1&p02=0) /小車直線快走 定時(shí)0.002ms th0=0xff; tl0=0xfe;p04=0;/電機(jī)1左輪p05=1;p06=1; /電機(jī)2 右轉(zhuǎn)p07=0; if(p00=0&p01

16、=0&p02=1) /小車右轉(zhuǎn)定時(shí)0.005ms th0=0xff; tl0=0xfb;p04=1;/電機(jī)1 左輪p05=1; p06=1; /電機(jī)2p07=0;i=1; if(p00=0&p01=0&p02=0&i=1) / 特別 th0=0xff; tl0=0xfb; p04=1; p05=1; p06=1; p07=0; j=0; if(p00=1&p01=0&p02=0) /小車左轉(zhuǎn)定時(shí)0.005ms th0=0xff; tl0=0xfb; p04=0;/電機(jī)1 p05=1; p06=1; /電機(jī)2 p07=1; j=1; if(p00=0&p01=0&p02=0&j=1) / 特別

17、th0=0xff; tl0=0xfb; p04=0; p05=1; p06=1; p07=1; i=0; if(p00=1&p01=1&p02=1) /全部檢測(cè)到黑線時(shí) 車停 th0=0xff; tl0=0xfb; p04=1; p05=1; p06=1; p07=1;第五章 結(jié)束語及參考文件7.1 結(jié)束語首先，感謝北京民芯電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì)和協(xié)辦單位給我這樣一次珍貴的鍛煉機(jī)會(huì)，通過努力，我完成了智能小車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作，本設(shè)計(jì)中的小車能完成了大賽自主命題的要求，同時(shí)也培養(yǎng)了我認(rèn)真分析問題、獨(dú)立解決問題的能力，鞏固了我對(duì)所學(xué)理論的實(shí)際運(yùn)用。還鍛煉了我的動(dòng)手實(shí)踐能力，使我更有信心在電子行業(yè)中繼續(xù)

18、學(xué)習(xí)下去。經(jīng)過我的尋跡小車在完成設(shè)計(jì)要求的前提下，充分考慮到了外觀、成本等問題，在性能和價(jià)格之間作了比較好的平衡。由于設(shè)計(jì)要求并不復(fù)雜，我們沒有在電路中增加冗余的功能，但是我們保留了各種硬件接口和軟件子程序接口，方便以后的擴(kuò)展和進(jìn)一步的開發(fā)。另外，我的車體底盤經(jīng)過充分的論證和專業(yè)的設(shè)計(jì)，兼顧了美觀、廉價(jià)、穩(wěn)固、可靠等各方面的因素，具有較高的穩(wěn)定性和推廣意義。當(dāng)然，由于我的知識(shí)能力和水平有限，有些地方還不是很完善，系統(tǒng)也存在一定的缺陷和不完善的地方，懇請(qǐng)各位前輩批評(píng)指正，以便我下一次做的更好。7.2 參考文件151系列單片機(jī)開發(fā)寶典 趙建領(lǐng). 電子工業(yè)出版社 20072模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程.

19、 楊素行. 高等教育出版社 20073數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程. 余孟嘗. 高等教育出版社 20064傳感技術(shù)及其應(yīng)用 謝文和. 高等教育出版社 2002 5c語言程序設(shè)計(jì)教程譚浩強(qiáng). 高等教育出版社 2007 6集成電子線路設(shè)計(jì)手冊(cè)宋家友. 福建科學(xué)技術(shù)出版社 2002 7全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽技能訓(xùn)練 黃智偉. 北京航空航天大學(xué)出版社 2008 8民芯電子mxt8051芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)附件：本次設(shè)計(jì)所需電子器件器件名稱數(shù)量mxt80511l298n1lm3241tcrt50003直流減速電機(jī)2相關(guān)電阻（1k、10k等等）+小型電位器（20k）3相關(guān)電容（30pf、22uf等等）+萬能實(shí)驗(yàn)板2發(fā)

20、光二極管10穩(wěn)壓二極管5微型開關(guān)5三極管（npn、pnp）10晶振（11.0592m）1小車車架材料+相關(guān)排線+第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)要求（1）自動(dòng)尋跡小車從安全區(qū)域啟動(dòng)。（2）小車按指定路線運(yùn)行，自動(dòng)區(qū)分直線軌道和彎路軌道，在指定彎路處拐彎，實(shí)現(xiàn)靈活前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、倒退、過橋等功能，在軌道上劃出設(shè)定的地圖。（3）小車完成指定運(yùn)行任務(wù)后，停止在終點(diǎn)位置上。1.2小車尋跡路線小車尋跡線路如圖1所示：圖1第二章.系統(tǒng)方案選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)主要由控制器模塊、電源模塊、尋跡傳感器模塊、直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊、電壓比較模塊等模塊構(gòu)成。為較好的實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，我們分別設(shè)計(jì)了幾種方案并分別進(jìn)行了論證。

21、2.1車體設(shè)計(jì)方案：自己制作電動(dòng)車。經(jīng)過反復(fù)考慮論證，我們制定了左右兩邊分別用兩電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方案（即每個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一邊的兩個(gè)輪子）。即左邊和右邊的兩個(gè)輪子分別用兩個(gè)轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流減速電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這樣，當(dāng)兩個(gè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)向相反同時(shí)轉(zhuǎn)速相同時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實(shí)現(xiàn)小車坐標(biāo)不變的90度和180度的轉(zhuǎn)彎，并且使用金屬結(jié)構(gòu)車架，這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)。小車總體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：圖22.2 控制器模塊方案：采用stc89c52單片機(jī)作為主控制器。stc89c52是一個(gè)低功耗，高性能的單片機(jī)，它具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力高、集成度高、32個(gè)i/o口，易擴(kuò)展、可靠性高、功

22、耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。2.3電源和穩(wěn)壓模塊由于本系統(tǒng)需要電池供電，我們考慮了如下集中方案為系統(tǒng)供電。方案：電池組供電，采用4節(jié)1.5v可充電式鋰電池串聯(lián)共6v給直流電機(jī)供電，然后將6v電壓經(jīng)7805再次降壓、穩(wěn)壓后串聯(lián)電阻給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。鋰電池的電量比較足，并且可以充電，重復(fù)利用，因此，這種方案比較可行，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)要求。2.4尋跡傳感器模塊方案1：用光敏電阻組成光敏探測(cè)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(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過

23、比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。方案2：用tcrt5000型光電傳感器。tcrt5000是一種反射型光電傳感器，采用dip4封裝，其具有如下特點(diǎn)：靈敏度高。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(duì)管調(diào)理電路簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定。綜上考慮，我們選擇了方案2。2.5電機(jī)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇對(duì)本系統(tǒng)的智能電動(dòng)車來說十分重要。，由于本實(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的準(zhǔn)確定位和精確測(cè)量，我們綜合考慮了如下方案。方案：采用直流減速電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)

24、機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力，能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，因此我們選擇了此方案。2.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊方案：對(duì)于直流電機(jī)用分立元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。由分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。我們采用專用芯片l298n作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。l298n是專用驅(qū)動(dòng)集成電路，屬于h橋集成電路，與l293d的差別是其輸出電流增大，功率增強(qiáng)。其輸出電流為2a，最高電流4a，最高工作電壓50v，可以驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載，如大功率直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，減速電機(jī)，伺服電機(jī)，電磁閥等，特別是其輸入端可以與單片機(jī)直接相聯(lián)，從而很方便地受單片機(jī)控制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)

25、直流電機(jī)時(shí)，可以直接控制步進(jìn)電機(jī)，并可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。一片l298n可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。第三章 硬件電路原理3.1微控制器電路的設(shè)計(jì)與原理微控制器電路是整個(gè)智能救援小車系統(tǒng)的核心控制部分，它負(fù)責(zé)對(duì)各路傳感信號(hào)的采集、處理、分析及對(duì)各部分硬件電路進(jìn)行調(diào)整。本設(shè)計(jì)制作的智能小車系統(tǒng)以mxt8051單片機(jī)最小系統(tǒng)電路為整個(gè)系統(tǒng)的控制電路，通過各種傳感器電路，采集各種傳感器信息，以發(fā)出各種控制信號(hào)命令，來完成相應(yīng)的操作，單片機(jī)控制電路原理圖如3所示：圖3 單片機(jī)控制電路原理圖3.2

26、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3.2.1直流電機(jī)采用h橋控制方案 如圖4圖4通過采用l298n芯片可以達(dá)到目的，整體控制方案如圖5圖5電機(jī)有兩個(gè)分別作為左右輪的驅(qū)動(dòng)，而通過兩路pwm輸出即可控制一個(gè)電機(jī)，故共需4路pwm輸出。3.2.3 l298n芯片結(jié)構(gòu)與功能 l298n內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6圖6真值表如下當(dāng)允許信號(hào) enable 為高時(shí) 輸出才隨輸入變化，否則為高阻態(tài)，所以焊接時(shí)，enable及vs均接vcc。具體控制過程為：4. 通過編程由控制芯片mxt8051經(jīng)pwm發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，pwm輸出作為l298n的輸入，經(jīng)l298轉(zhuǎn)換輸出控制信號(hào)使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使小車前進(jìn)后退。5. pwm輸出信號(hào)的高

27、低則可以控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢，當(dāng)占空比大時(shí)，轉(zhuǎn)速高，占空比小時(shí)，轉(zhuǎn)速低，所以當(dāng)pwm輸出占空比為0時(shí)可控制電機(jī)停止。6. 當(dāng)左輪停止，右輪轉(zhuǎn)時(shí)，小車右轉(zhuǎn)。 當(dāng)右輪停止，左輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小車左轉(zhuǎn)。而兩路pwm輸出的正負(fù)順序轉(zhuǎn)換則可控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制小車的前進(jìn)和后退。3.2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片l298n的典型接法電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的典型接法如圖7所示：圖73.3電動(dòng)小車尋跡原理3.3.1 紅外探測(cè)法簡(jiǎn)介紅外探測(cè)法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被

28、吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過3cm。3.3.2 尋跡具體方案介紹這里的循跡是指小車在黑色地板上循白線行走，采用tcrt5000型光電對(duì)管完成系統(tǒng)循跡任務(wù)，循跡電路是用以實(shí)現(xiàn)小車沿著場(chǎng)地的黑色弧形引導(dǎo)軌跡進(jìn)行前進(jìn)和位置校正的，且小車不能偏離該軌跡。本課題設(shè)計(jì)中采用自制的tcrt5000型光電對(duì)管完成系統(tǒng)循跡任務(wù)，傳感器的數(shù)據(jù)線輸出信號(hào)為開關(guān)量，可直接與單片機(jī)的i/o引腳相連接，硬件電路實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，其靈敏度可以通過調(diào)節(jié)多圈電位調(diào)。在循跡檢測(cè)傳感器設(shè)計(jì)中，我們?cè)谲圀w底盤的前端裝有

29、三個(gè)傳感器，用來檢測(cè)黑色軌跡，起到尋跡前進(jìn)的作用。具體尋線電路如下圖： 圖8 紅外循跡電路3.4 智能小車的硬件連接3.4.1 概況智能小車采用mxt8051開發(fā)板和一塊通用板為基礎(chǔ)，經(jīng)焊接相關(guān)控制芯片而成，通過i/o口檢測(cè)信號(hào)，輸出pwm信號(hào)控制直流電機(jī)、前進(jìn)、停止、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。檢測(cè)信號(hào)則為三組紅外發(fā)射和接收管，黑線時(shí)輸出高電平，白線時(shí)輸出低電平。3.4.2總體結(jié)構(gòu)如圖經(jīng)上所述，我們的最終方案如下圖所示： 3.5 智能小車的發(fā)揮部分本次設(shè)計(jì)小車除了可以智能循跡、過橋之外，還可以為小車加上避障，搬運(yùn)等等功能。由于材料限制，在這里只畫出原理圖：圖9 小車避障電路第五章 智能小車的軟件設(shè)計(jì)經(jīng)過測(cè)試

30、，我們的智能小車程序如下：#includesbit p13=p13;/使能端sbit p14=p14;sbit p10=p10; /循跡口sbit p11=p11;sbit p12=p12;sbit p04=p04; /電機(jī)1左輪sbit p05=p05;sbit p06=p06; /電機(jī)2sbit p07=p07;unsigned int i=0,j=0;void main() p13=1；p14=1； while(1) p04=1;p05=1;p06=1; p07=1; tmod=0x01; ea=1; et0=1; if(p00=0&p01=1&p02=0) / 小車直走 定時(shí)0.002

31、ms th0=0xff; /定時(shí)0.01ms tl0=0xfe; tr0=1; if(p00=0&p01=0&p02=1) /小車右轉(zhuǎn)定時(shí)0.005ms th0=0xff; tl0=0xfb; tr0=1; if(p00=1&p01=0&p02=0) /小車左轉(zhuǎn)定時(shí)0.005ms th0=0xff; tl0=0xfb; tr0=1; if(p00=1&p01=1&p02=1) /全部檢測(cè)到黑線時(shí) 車停 th0=0xff; tl0=0xfb; tr0=1; xiong() interrupt 1 if(p00=0&p01=1&p02=0) /小車直線快走 定時(shí)0.002ms th0=0xff; tl0=0xfe;p04=0;/電機(jī)1左輪p05=1;p06=1; /電機(jī)2 右轉(zhuǎn)p07=0; if(p00=0&p01=0&p02=1) /小車右轉(zhuǎn)定時(shí)0.005ms th0=0xff; tl0=0xfb;p04=1;/電機(jī)1 左輪p05=1; p06=1; /電機(jī)2p07=0;i=1; if(p00=0&p01=0&p02=0&i=1) / 特別 th0=0xff; tl0=0xfb; p04=1; p05=1; p06=1; p07=0; j=0; if(p00=1&p01=0&p02=0) /小車