電子實習智能循跡小車制作

1、電子技術(shù)電子實習報告學 院： 專業(yè)班級： 學 號： 學生姓名： 指導(dǎo)教師： 完成時間： 成 績： 評閱意見： 評閱教師 日期 電子實習-智能循跡小車制作一實習目的通過設(shè)計進一步掌握單片機的應(yīng)用，特別是在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用。進一步學習單片機在系統(tǒng)中的控制功能，能夠合理設(shè)計單片機的外圍電路，并使之與單片機構(gòu)成整個系統(tǒng)。該智能車采用紅外傳感器對賽道進行道路檢測，單片機根據(jù)采集到的信號的不同狀態(tài)判斷小車當前狀態(tài)，通過電機驅(qū)動芯片l298n發(fā)出控制命令，控制電機的工作狀態(tài)以實現(xiàn)對小車姿態(tài)的控制。一. 實習的內(nèi)容、安排本模型車的電路系統(tǒng)包括電源管理模塊、單片機模塊、傳感器模塊、電機驅(qū)動模塊。工作原理：利用

2、紅外采集模塊中的紅外發(fā)射接收對管檢測路面上的軌跡將軌跡信息送到單片機單片機采用模糊推理求出轉(zhuǎn)向的角度和行走速度，然后去控制行走部分最終完成智能小車可以按照路面上的軌跡運行。實習的具體實現(xiàn)1 系統(tǒng)概述小車的硬件主要包括51單片機最小系統(tǒng)以及3大模塊：即電源模塊、電機驅(qū)動模塊、紅外循跡模塊。智能小車循跡系統(tǒng)框圖紅外尋跡是利用紅外光電對管對路面信號進行檢測，經(jīng)過比較器處理之后，送給軟件控制模塊進行實時控制，輸出相應(yīng)的信號給驅(qū)動芯片驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，從而控制整個小車的運動1.電源模塊 供電系統(tǒng)的原理圖如下 7805的5v輸出給單片機以及各個功能模塊供電，7806的6v輸出給點擊供電作為動力電源。7805與

3、7806要公地。電源pcb安裝圖2.電機驅(qū)動模塊 驅(qū)動芯片比較常見的是15腳multiwatt封裝的l298n，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路?？梢苑奖愕尿?qū)動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。l298內(nèi)部的原理圖如下 out1與out2與小車的一個電機的正負極相連，out3與out4與小車的另一個電機的正負極相連，單片機通過控制in1與in2,in3與in4分別控制電機的正反轉(zhuǎn)。ena與enb分別控制兩個電機的使能。l298控制表in1in2ena電機狀態(tài)xx0停止101順時針011逆時針001停止111停止 注意：x表示狀態(tài)不定 電機驅(qū)動模塊原理圖 l298有兩路電源分別為邏輯電源和動力電源，上

4、圖中6v為邏輯電源， 12v為動力電源。j4接入邏輯電源，j6接入動力電源，j1與j2分別為單片機控制兩個電機的輸入端，j3與j5分別與兩個電機的正負極相連。ena與enb直接接入6v邏輯電源也就是說兩個電機時刻都工作在使能狀態(tài)，控制電機的運行狀態(tài)只有通過j1與j2兩個接口。由于我們使用的電機是線圈式的，在從運行狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到停止狀態(tài)和從順時針狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到逆時針狀態(tài)時會形成很大的反向電流，在電路中加入二極管的作用就是在產(chǎn)生反向電流的時候進行泄流，保護芯片的安全。l298的pcb安裝圖3.紅外循跡模塊在智能機器人小車的設(shè)計中使用的是一體反射式紅外對管，所謂一體就是發(fā)射管和接受管固定在一起，反射

5、式的工作原理就是接收管接收到的信號是發(fā)射管發(fā)出的紅外光經(jīng)過反射物的反射后得到的，所以使用紅外對管進行循跡時必須是白色地板加黑色引導(dǎo)條。下圖為紅外循跡電路的原理圖。上面電路由一組紅外對管、電位器、運算放大器和電阻組成的，r1起到限流的作用，用來控制反光管發(fā)出紅外信號的強弱。接收管實際上是一個光敏三極管，基極的光電流經(jīng)過放大后流經(jīng)電阻r2產(chǎn)生電壓與電位器調(diào)節(jié)后得到的電壓進行比較。a1與電阻組成一個比較器。在有紅外信號返回時out端輸出高電平，反之輸出低電平。說明：信號的檢測通過紅外傳感器發(fā)射紅外線，判斷接受管能否接受到反射回來的信號，若接收到說明探管下面是白線，反之由于黑線對紅外線的吸收，使之不能

6、接收到發(fā)射出去的紅外線，因此判斷是黑線，當接收到反射的光時，三極管c e極導(dǎo)通，通過比較器輸出高電平，反之截止輸出低電平，這樣通過將輸出端與單片機的p口相接，判斷p口的高低電位，進而間接的判斷出檢測到的信號，從而實現(xiàn)信號的檢測功能。紅外探測檢測到黑線輸出低電平 0 v，檢測白線為高電平 3.75v。紅外循跡對管的安裝圖 4接口電路連接方式電源模塊連接： +12v接電池正極 gnd負極電源模塊與單片機連接：j4與電源+5v gnd相連接，方塊為正紅外模塊與電源模塊連接：1接電源模塊+5v 2 接電源模塊對應(yīng)地紅外模塊與單片機連接：7針連接p1.0 6針連接p1.1 5針連接p1.24針連接p1.

7、3 3針連接p1.4電機驅(qū)動與電源模塊連接：+12v 與+6v連接 +12v旁的gnd與+6v旁的gnd連接+6v gnd +6v gnd 與電源模塊 +5v gnd +5v gnd連接電機驅(qū)動與單片機連接：in1與p2.0連接 in2與p2.1連接 in3與p2.2連接 in4與p2.3連接2單元電路設(shè)計與分析 小車采用atmel公司的at89c52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：1、時鐘電路：給單片機提供一個外接的16mhz的石英晶振。2、電源電路：給單片機提供5v電源。3、復(fù)位電路：在電壓達到正常值時給單片機一個復(fù)

8、位信號。圖1 單片機最小系統(tǒng)原理圖2、電源電路設(shè)計：模型車通過自身系統(tǒng)，采集賽道信息，獲取自身速度信息，加以處理，由芯片給出指令控制其前進轉(zhuǎn)向等動作，各部分都需要由電路支持，電源管理尤為重要。在本設(shè)計中，51單片機使用5v電源，電機及舵機使用6v電源?？紤]到電源為充電電池組，額定電壓為7.2v，實際充滿電后電壓則為6.5-6.8v，所以單片機及傳感器模塊采用7805穩(wěn)壓后的5v電源供電，舵機及電機直接由電池供電。3、傳感器電路：光電尋線方案一般由多對紅外收發(fā)管組成，通過檢測接收到的反射光強，判斷黑白線。原理圖由紅外對管和電壓比較器兩部分組成，紅外對管輸出的模擬電壓通過電壓比較器轉(zhuǎn)換成數(shù)字電平輸

9、出到單片機。圖2 賽道檢測原理圖：4、電機驅(qū)動電路： 電機驅(qū)動芯片l298n是sgs公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路。是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含二個h橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標準ttl邏輯電平信號，可驅(qū)動46v、2a以下的電機。其引腳排列如圖1中u4所示，1腳和15腳可單獨引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號。l298可驅(qū)動2個電機，out1、out2和out3、out4之間分別接2個電動機。5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)，ena，enb接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。也利用單片機產(chǎn)生pwm信號接到ena，enb端子，對電機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)

10、。l298n的邏輯功能：外形及封裝：l298n電路原理圖：由于一片l298n可以直接驅(qū)動兩個電機，但是為了加大驅(qū)動力，我們采用兩路并聯(lián)的方式來驅(qū)動電機。3電路的安裝與調(diào)試5. 硬件測試小車的硬件主要包括51單片機最小系統(tǒng)以及3大模塊，單片機的測試可以通過簡單程序燒錄進去測試，各硬件模塊在焊接前先模擬仿真，仿真無誤后按照原理圖焊接電路板，焊接后用萬用表檢測有無虛焊，短接等錯誤，檢測無誤后小心接通電源用萬用表測模塊各端電壓，是否與理論值一致。檢測輸出是否穩(wěn)定，用示波器觀察紋波合理調(diào)整各個模塊元器件的參數(shù)。紅外探測檢測到黑線輸出低電平 0 v，檢測白線為高電平 3.75v；激光發(fā)射管輸入為4.95

11、v ，光敏電阻接收到激光返回高電平 3.7 v；7805電源模塊輸入12v，輸出5.04v；7806電源模塊輸入12v，輸出5.98v。6. 信號控制分析與循跡功能首先根據(jù)p口的高低電位，判斷檢測到的信號，再根據(jù)所檢測到的信號執(zhí)行相應(yīng)的命令，便實現(xiàn)了循跡控制的功能。 1）行駛直線的控制：利用紅外傳感器的左右最外端倆個探頭檢測黑線，全白說明在道中間，沒有偏離軌道，走直線；一旦右側(cè)探管檢測到黑線，說明小車外側(cè)探頭已跑出軌道，讓車左拐；同理一旦左側(cè)檢測到黑線，說明左測探頭已經(jīng)出線，執(zhí)行右拐命令。2）拐直角彎的控制：當車前探頭檢測到黑線，執(zhí)行直走，讓車中心探頭去檢測，一旦車中心探頭檢測到黑線開始左拐，

12、直到車位探頭檢測到跳出左拐命令，繼續(xù)開始執(zhí)行循跡，通過設(shè)置車中間探頭與車尾探頭的間距，便可以實現(xiàn)拐彎的角度，進而順利入彎。7. 元件識別方法電阻由三位數(shù)組成abc；計算方法：r=(a10+b)10c。例如“100”，其阻值應(yīng)為（110+0）100=10r。電容電容與電阻的計算方法相似，但貼片的瓷片電容上并沒有數(shù)字標識，到時候我們會在電容上貼標簽以作區(qū)分。電解電容如error! reference source not found.所示，在電解電容的表面標注有容值和耐壓值，例如100uf/16v，表示其容值為100uf，耐壓值為16v。led如error! reference source no

13、t found.所示，led燈有綠線或綠點的一端為反向端。二極管二極管有黑色線條的一端為反向端。按鍵及開關(guān)按鍵或開關(guān)沒有反正，直接插上焊接即可。芯片有小圓點的一端為芯片的正方向，在pcb板上豁口的左邊第一個引腳為芯片的1引腳。7注意事項焊接順序，先貼片后插件。芯片及其它元件正方向： l 芯片：有小圓點的一端為正方向標志；l 電解電容：引腳較長的一端為正，帶白色陰影的一端為負，在pcb上表現(xiàn)為有陰影的一端為負，空白的一端為正；l led：有綠線或綠點的一端為反向端，在pcb板上表現(xiàn)為有尖的一端；芯片引腳序號及封裝四心得體會、存在問題和進一步的改進意見等根據(jù)本次設(shè)計要求，我們小組系統(tǒng)地閱讀了大量的

14、資料，并認真分析了設(shè)計課題的需求，還學習了單片機的工作原理及其使用方法，了解了智能小車的整個制作過程。雖然條件艱苦，但經(jīng)過不懈鉆研和努力，最終做出了整個小車的硬件系統(tǒng)，然后結(jié)合課題任務(wù)和小車硬件完成嘗試，本系統(tǒng)能夠基本滿足設(shè)計要求，能夠較快較平穩(wěn)的是小車沿引導(dǎo)線行駛，但由于經(jīng)驗?zāi)芰τ邢蓿撓到y(tǒng)還存在著許多不盡人意的地方有待于進一步的完善與改進。通過本次課題設(shè)計，不僅是對我們課本所學知識的考查，更是對我的自學能力和收集資料能力以及動手能力的考驗。本次電子實習使我們對一個項目的整體設(shè)計有了初步認識，還認識了幾種傳感器，并能獨立設(shè)計出其接口電路，再有對電路板的制作有了一定的了解，并學會了設(shè)計電路。本

15、次畢業(yè)設(shè)計使我們意識到了實驗的重要性，在硬件制作和軟件調(diào)試的過程中，出現(xiàn)了很多問題，最終都是通過實驗的方法來解決的。還有以前對程序只是一個很模糊的概念，通過這次的課題設(shè)計使我對程序完全有了一個新的認識，并能使用c熟練的進行編程了。通過本次課題設(shè)計，極大的鍛煉了我們的思考和分析問題的能力，并對單片機有了一個更深的認識?？傊?，在課題設(shè)計的過程中，無論是對于學習方法還是理論知識，我們都有了新的認識，受益匪淺，這將激勵我們在今后再接再厲，不斷完善自己的理論知識，提高實踐運作能力。五附錄序號器件名稱型號封裝要求數(shù)量1歐式晶振12m插件12三極管8550插件13自鎖開關(guān)6腳插件14單排插座8腳插件15單排

16、插座4腳插件16單排插座2腳插件 17排阻 10k插件18電解電容10uf/25v插件19電解電容100uf/25v插件210瓷片電容15p插件211瓷片電容104插件312發(fā)光二極管5紅色插件113發(fā)光二極管5白色插件414按鍵4腳插件315雙排插座10腳插件116蜂鳴器dc51插件117ic緊鎖插座40腳插件118ic插座16腳插件119單片機at89s52插件120電機驅(qū)動芯片l293d121二極管1n4007插件122電阻2k插件123電阻4.7k插件124電阻5.1k插件125電阻10k插件226電阻330插件527三端穩(wěn)壓塊78057805插件128散熱片+螺絲插件1六參考文獻1郭惠，吳迅.單片機c語言程序設(shè)計完全自學手冊m.電子工業(yè)出版社,2008.10：1-200.2王東鋒，王會良，董冠強. 單片機c語言應(yīng)用100例m. 電子工業(yè)出版社,2009.3：145-300.3韓毅，楊天. 基于hcs12單片機的智能尋跡模型車的設(shè)計與實現(xiàn)j.學術(shù)期刊，2008，29（18）：1535-1955.4 王曉明.