智能循跡小車設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 智能循跡小車設(shè)計(jì)專 業(yè)： 自動(dòng)化班 級(jí)： 自動(dòng)化132姓 名：羅植升 莫柏源 梁桂賓指導(dǎo)老師： 2014年4月2010年6月摘要： 本課題是基于stc89c52單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，小車完成的主要功能是能夠自主識(shí)別黑色引導(dǎo)線并根據(jù)黑線走向?qū)崿F(xiàn)快速穩(wěn)定的尋線行駛。小車系統(tǒng)以 stc89c52單片機(jī)為系統(tǒng)控制處理器；采用紅外傳感獲取賽道的信息，來對(duì)小車的方向和速度進(jìn)行控制。此外，對(duì)整個(gè)控制軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和程序的編制以及程序的調(diào)試，并最終完成軟件和硬件的融合，實(shí)現(xiàn)小車的預(yù)期功能。引 言當(dāng)今世界，傳感器技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)正在飛速發(fā)展，機(jī)械、電氣和電子信息已經(jīng)不再明顯分家，自動(dòng)控制在工業(yè)領(lǐng)域中的

2、地位已經(jīng)越來越重要，“智能”這個(gè)詞也已經(jīng)成為了熱門詞匯?，F(xiàn)在國外的自動(dòng)控制和傳感器技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，特別是日本，比如日本本田制作的機(jī)器人，其仿人雙足行走已經(jīng)做得十分逼真，而且具有一定的學(xué)習(xí)能力，還據(jù)說其智商已達(dá)到6歲兒童的水平。作為機(jī)械行業(yè)的代表產(chǎn)品汽車，其與電子信息產(chǎn)業(yè)的融合速度也顯著提高，呈現(xiàn)出兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：一是電子裝置占汽車整車（特別是轎車）的價(jià)值量比例逐步提高，汽車將由以機(jī)械產(chǎn)品為主向高級(jí)的機(jī)電一體化方向發(fā)展，汽車電子產(chǎn)業(yè)也很有可能成為依托整車制造業(yè)和用車提升配置而快速成為新的增長(zhǎng)點(diǎn)；二是汽車開始向電子化、多媒體化和智能化方向發(fā)展，使其不僅作為一種代步工具、同時(shí)能具有交通、娛

3、樂、辦公和通訊等多種功能。無容置疑，機(jī)電一體化人才的培養(yǎng)不論是在國外還是國內(nèi)，都開始重視起來，主要表現(xiàn)在大學(xué)生的各種大型的創(chuàng)新比賽，比如：亞洲廣播電視聯(lián)盟亞太地區(qū)機(jī)器人大賽（abu robcon）、全國大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競(jìng)賽等眾多重要競(jìng)賽都能很好的培養(yǎng)大學(xué)生對(duì)于機(jī)電一體化的興趣與強(qiáng)化機(jī)電一體化的相關(guān)知識(shí)。但很現(xiàn)實(shí)的狀況是，國內(nèi)不論是在機(jī)械還是電氣領(lǐng)域，與國外的差距還是很明顯的，所以作為機(jī)電一體化學(xué)生，必須加倍努力，為逐步趕上國外先進(jìn)水平并超過之而努力。為了適應(yīng)機(jī)電一體化的發(fā)展在汽車智能化方向的發(fā)展要求，提出簡(jiǎn)易智能小車的構(gòu)想，目的在于：通過獨(dú)立設(shè)計(jì)并制作一輛具有簡(jiǎn)單智能化的簡(jiǎn)易小車，

4、獲得項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)的能力，并掌握多通道多樣化傳感器綜合控制的方法。所以立“智能循跡小車”一題作為嘗試。此項(xiàng)設(shè)計(jì)是在以楊老師提供的小車為基礎(chǔ)上，采用at89c52單片機(jī)作為控制核心，實(shí)現(xiàn)能夠自主識(shí)別黑色引導(dǎo)線并根據(jù)黑線走向?qū)崿F(xiàn)快速穩(wěn)定的尋線行駛。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^設(shè)計(jì)進(jìn)一步掌握單片機(jī)的應(yīng)用，特別是在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用。進(jìn)一步學(xué)習(xí)單片機(jī)在系統(tǒng)中的控制功能，能夠合理設(shè)計(jì)單片機(jī)的外圍電路，并使之與單片機(jī)構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)。二、 設(shè)計(jì)方案： 該智能車采用紅外傳感器對(duì)賽道進(jìn)行道路檢測(cè)，單片機(jī)根據(jù)采集到的信號(hào)的不同狀態(tài)判斷小車當(dāng)前狀態(tài)，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片l9110發(fā)出控制命令，控制電機(jī)的工作狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)對(duì)小車姿態(tài)的控制

5、。三、 報(bào)告內(nèi)容安排：本技術(shù)報(bào)告主要分為三個(gè)部分。第一部分是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法的一個(gè)概要說明，主要內(nèi)容是對(duì)整個(gè)技術(shù)原理的概述；第二部分是對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)的說明，主要介紹系統(tǒng)傳感器的設(shè)計(jì)及其他硬件電路的設(shè)計(jì)原理等；第三部分是對(duì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分的說明，主要內(nèi)容是智能模型車設(shè)計(jì)中主要用到的控制理論、算法說明及代碼設(shè)計(jì)介紹等。 技術(shù)方案概要說明 本模型車的電路系統(tǒng)包括電源管理模塊、單片機(jī)模塊、傳感器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。工作原理： 利用紅外采集模塊中的紅外發(fā)射接收對(duì)管檢測(cè)路面上的軌跡 將軌跡信息送到單片機(jī) 單片機(jī)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

6、運(yùn)行。 硬件電路的設(shè)計(jì)1、最小系統(tǒng)：小車采用stc89c52單片機(jī)作為控制芯片，圖1是其最小系統(tǒng)電路。主要包括：時(shí)鐘電路、電源電路、復(fù)位電路。其中各個(gè)部分的功能如下：1、時(shí)鐘電路：給單片機(jī)提供一個(gè)外接的12mhz的石英晶振。2、電源電路：給單片機(jī)提供5v電源。3、復(fù)位電路：在電壓達(dá)到正常值時(shí)給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號(hào)。圖1 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖2、電源電路設(shè)計(jì)：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(jìn)轉(zhuǎn)向等動(dòng)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(jì)中，51單片機(jī)使用5v電源，電機(jī)及舵機(jī)使用6v電源?？紤]到電源為充電電池組，額定電壓為7.2v

7、，實(shí)際充滿電后電壓則為6.5-6.8v，所以單片機(jī)及傳感器模塊采用7805穩(wěn)壓后的5v電源供電，舵機(jī)及電機(jī)直接由電池供電。3、傳感器電路：光電尋線方案一般由多對(duì)tcrt5000紅外收發(fā)管組成，通過檢測(cè)接收到的反射光強(qiáng)，判斷黑白線。原理圖由紅外對(duì)管和電壓比較器兩部分組成，紅外對(duì)管輸出的模擬電壓通過電壓比較器轉(zhuǎn)換成數(shù)字電平輸出到單片機(jī)。圖2 賽道檢測(cè)原理圖：4、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路： 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片l9110，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè)h橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)ttl邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46v、2a以下的電機(jī)。其引腳排列如圖1中u4所示，1腳和1

8、5腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號(hào)。l9110可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī)，out1、out2和out3、out4之間分別接2個(gè)電動(dòng)機(jī)。5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ena，enb接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。也利用單片機(jī)產(chǎn)生pwm信號(hào)接到ena，enb端子，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。l9110的邏輯功能：表1 sharp gp2d12實(shí)物圖外形及封裝：圖3 l9110實(shí)物圖l9110電路原理圖：由于一片l298n可以直接驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)，但是為了加大驅(qū)動(dòng)力，我們采用兩路并聯(lián)的方式來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。圖3.3 l9110電路圖軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)小車循跡規(guī)則：若小車偏左的時(shí)候，車輪將向右偏

9、轉(zhuǎn)；若小車偏右，車輪將向左偏轉(zhuǎn)；若沒有偏移，小車將繼續(xù)向前；若小車完全偏離黑色軌跡，小車后退以尋找黑色軌跡。小車程序：#include /調(diào)用51單片機(jī)的頭文件#include #include #define uchar unsigned char/宏定義#define uint unsigned int/宏定義sbit you1=p13;/定義單片機(jī)控制右邊電機(jī)的引腳sbit you2=p14;/定義單片機(jī)控制右邊電機(jī)的引腳sbit zuo1=p15;/定義單片機(jī)控制左邊電機(jī)的引腳sbit zuo2=p16;/定義單片機(jī)控制左邊電機(jī)的引腳sbit z=p11;/定義單片機(jī)連接循跡板左邊光電

10、管的引腳sbit y=p10;/定義單片機(jī)連接循跡板右邊光電管的引腳sbit q=p12;/定義單片機(jī)連接循跡板前邊光電管的引腳sbit chongshua=p36;/定義單片機(jī)控制沖刷的引腳sbit tuodi=p37;/定義單片機(jī)控制拖地的引腳/-/1602液晶相關(guān)i/o設(shè)置sbit e=p23; /1602液晶的e腳接在p2.3口上sbit rw=p24; /1602液晶的rw腳接在p2.4口上sbit rs=p25; /1602液晶的rs腳接在p2.5口上/hc-sr04相關(guān)i/o設(shè)置sbit tirg=p34; /定義io口，具體可以去查看原理圖sbit echo=p32; /定義i

11、o口，具體可以去查看原理圖bit flag =0;uchar k;uchar a=0;/定義一個(gè)變量a，用來讀取串口的數(shù)據(jù)void delay(uint z)/一個(gè)帶參數(shù)的延時(shí)程序int i,j;/定義兩個(gè)變量for(i=10;i0;i-)for(j=z;j0;j-);/將參數(shù)z賦值給jvoid init()/初始化子程序tmod=0x20;/設(shè)置定時(shí)器t1為工作方式2th1=0xfd;tl1=0xfd;/t1定時(shí)器裝初值tr1=1;/啟動(dòng)定時(shí)器t1ren=1;/允許串口接收sm0=0;sm1=1;/設(shè)置串口工作方式1ea=1;/開總中斷es=1;/開串口中斷void qian()/左右輪協(xié)同

12、前進(jìn)子函數(shù)you1=0;you2=1;zuo1=0;zuo2=1;delay(6);/pwm調(diào)速 此為pwm有效值you1=1;you2=1;zuo1=1;zuo2=1;delay(4);void zuo()/左右輪協(xié)同左轉(zhuǎn)子函數(shù)you1=0;you2=1;zuo1=1;zuo2=0;delay(9);/pwm調(diào)速 此為pwm有效值you1=1;you2=1;zuo1=1;zuo2=1;delay(1);void mzuo()/左右輪協(xié)同左轉(zhuǎn)子函數(shù)you1=0;you2=1;zuo1=1;zuo2=0;delay(10);/pwm調(diào)速 此為pwm有效值you1=1;you2=1;zuo1=1;

13、zuo2=1;delay(5);void you()/左右輪協(xié)同右轉(zhuǎn)子函數(shù)you1=1;you2=0;zuo1=0;zuo2=1;delay(9);/pwm調(diào)速 此為pwm有效值you1=1;you2=1;zuo1=1;zuo2=1;delay(1);void myou()/左右輪協(xié)同右轉(zhuǎn)子函數(shù)you1=1;you2=0;zuo1=0;zuo2=1;delay(10);/pwm調(diào)速 此為pwm有效值you1=1;you2=1;zuo1=1;zuo2=1;delay(5);void hou()/左右輪協(xié)同前進(jìn)子函數(shù)you1=1;you2=0;zuo1=1;zuo2=0;delay(9);/pwm

14、調(diào)速 此為pwm有效值you1=1;you2=1;zuo1=1;zuo2=1;delay(1);void ting()/左右輪都停止轉(zhuǎn)動(dòng)you1=1;you2=1;zuo1=1;zuo2=1;void delay1602(unsigned int t) unsigned int k; /定義一個(gè)16位寄存器用來做延時(shí)用 for(k=0;k0) /維持約17us，符合不低于10us的要求 i-; /維持約17us，符合不低于10us的要求 tirg=0; /撤銷觸發(fā)信號(hào)tr0=0;/關(guān)閉定時(shí)器tl0=0; /設(shè)置定時(shí)器0初值低8位為0 th0=0; /設(shè)置定時(shí)器0初值高8位為0k=0; /清除溢

15、出標(biāo)志flag=0;timeout=0; while(echo=0)&(timeout+)50000);/等待回響高電平 tr0=1; /回響高電平來后啟動(dòng)定時(shí)器 timeout=0; while(echo=1)&(timeout+)400)/超出測(cè)量范圍顯示“-” lcd1602_disp(0, 0, -); /顯示百位- lcd1602_disp(1, 0, -); /顯示十位- lcd1602_disp(2, 0, -); /顯示個(gè)位- lcd1602_disp(3, 0, c); /顯示c lcd1602_disp(4, 0, m);/顯示melse lcd1602_disp(0, 0

16、, s%1000/100+0); /顯示百位 lcd1602_disp(1, 0, s%1000%100/10+0); /顯示十位 lcd1602_disp(2, 0, s%1000%100%10+0);/顯示個(gè)位 lcd1602_disp(3, 0, c); /顯示c lcd1602_disp(4, 0, m);/顯示mi=18000; /維持約77400us，符合不低于60ms的要求 while(i0) /維持約77400us，符合不低于60ms的要求 i-; /維持約77400us，符合不低于60ms的要求void main()/主程序init();/調(diào)用初始化子程序while(1)/死

17、循環(huán)switch(a)/判斷a從串口讀取到的數(shù)據(jù)case 0x00:/如果是0x1f就前進(jìn)xunji();break;case 0x01:/如果是0x2f就后退qian();break;case 0x02:/如果是0x3f就左轉(zhuǎn)csb();break;case 0x03:/如果是0x4f就右轉(zhuǎn)mzuo();zd=1;break;case 0x04:/如果是0x00就停止hou();break;case 0x05:/如果是0xa0車燈打開myou();yd=1;break;case 0x06:/如果是0xb0車燈關(guān)閉chongshua=1;break;case 0x07:/如果是0xc0蜂鳴器鳴

18、響ting();hd=1;break; case 0x08:/如果是0xc0蜂鳴器鳴響tuodi=1;break;void chuan() interrupt 4/串口中斷服務(wù)程序ri=0;/軟件清除串口響應(yīng)a=sbuf;/讀取單片機(jī)串口接受的藍(lán)牙模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)結(jié)論根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求，我們小組系統(tǒng)地閱讀了大量的資料，并認(rèn)真分析了設(shè)計(jì)課題的需求，還系統(tǒng)學(xué)習(xí)了51系列單片機(jī)的工作原理及其使用方法，并獨(dú)自設(shè)計(jì)智能小車的整個(gè)項(xiàng)目。雖然條件艱苦，但經(jīng)過不懈鉆研和努力，購買到了所有所需的元器件，并系統(tǒng)的進(jìn)行了多項(xiàng)試驗(yàn)，最終做出了整個(gè)小車的硬件系統(tǒng)，然后結(jié)合課題任務(wù)和小車硬件進(jìn)行了程序的編制，本系統(tǒng)能夠基本滿足設(shè)計(jì)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(yàn)?zāi)芰τ邢?，該系統(tǒng)還存在著許多不盡人意的地方有待于進(jìn)一步的完善與改進(jìn)。通過本次課題設(shè)計(jì)，不僅是對(duì)我們課本所學(xué)知識(shí)的考查，更是對(duì)我的自學(xué)能力和收集資料能力以及動(dòng)手能力的考驗(yàn)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我們對(duì)一個(gè)項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)有了初步認(rèn)識(shí)，還認(rèn)識(shí)了幾