畢業(yè)設(shè)計(jì)智能循跡小車

1、電&卅軌女參成都學(xué)院CHENGDU DOLLEGE OF UESTC大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽（論 文）智能循跡小車學(xué)生姓名:學(xué)號:張旭朱兀派王輝10408306231040710625, 1040710637完成日期2011 年4月27日摘要本次設(shè)計(jì)的智能循跡小車是以單片機(jī) STC89S52為主控制器，運(yùn)用反射式紅 外傳感器來進(jìn)行路徑檢測和霍爾傳感器監(jiān)測行駛路程，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送到 LCD1223顯示模塊，同時(shí)傳感器組成的循跡模塊路徑檢測狀態(tài)傳回單片機(jī)進(jìn)行處 理，用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 波等方式來控制小車的行進(jìn)速度，實(shí)時(shí)控制小車的行 進(jìn)狀態(tài)。另外， 在小車上還擴(kuò)展了 LCD12232 作為人機(jī)

2、交互界面， 以便于實(shí)時(shí)了解 監(jiān)測傳感器的狀態(tài)和小車行駛中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， 由于本次設(shè)計(jì)的是智能自動(dòng)循跡小 車，整個(gè)任務(wù)過程無需人工的任何干預(yù)， 故而沒有進(jìn)行鍵盤及遙控等的人工操作 設(shè)備。用多路傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)測和算法的緊密配合來保證小車的順暢完成任務(wù)。關(guān)鍵字：智能循跡小車 ， 紅外傳感器，霍爾傳感器， 12232液晶AbstractThis design's intelligence follows the mark car is by the monolithic integrated circuit STC89S52 primarily controller, carries on th

3、e way examination and the Hall sensor monitor travel distance using the reflection type infrared sensor, and transmits the real-time data to the LCD12232 display module, simultaneously the sensor composes follows the mark module way examination condition to feed in the monolithic integrated circuit

4、to carry on processing, has ways and so on PWM wave with the monolithic integrated circuit to control car's approaching speed, the real-time control car marches forward the condition.other, also expanded LCD12232 on the car to take the man-machine interaction contact surface, was advantageous fo

5、r the real-time understanding to monitor in sensor's condition and the car travel real-time data, what because this design was the intelligence follows the mark car automatically, the entire duty process did not need the artificial any intervention, therefore has With the multi-channel sensor

6、9;s real-time monitors and the algorithm close coordination guaranteed that the car completes the task smoothly.key words: The intelligence follows the mark car, infrared sensor, Hall sensor, 12232 liquid crystals.第一章 總體方案論證與設(shè)計(jì)1. 實(shí)現(xiàn)功能：基本功能：小車智能循跡LCD12232顯示時(shí)間；附加功能：時(shí)分顯示行駛路程顯示2. 硬件結(jié)構(gòu)：分為下面幾部分：（1）處理器模塊：采

7、用AT89S52（2）小車主體設(shè)計(jì)模塊方案購買玩具坦克進(jìn)行改裝。方案一：按照大賽要求，可以用玩具車來改裝，加入控制系統(tǒng)來完成既定任 務(wù)，這樣的優(yōu)勢是，省去了制作車體的功夫，我們可以一門心思地放在小車的 控制上，同時(shí)節(jié)省很多寶貴的時(shí)間以用來學(xué)習(xí)相關(guān)知識。 另外小車主體布局也比 較合理，可以較好地完成任務(wù)。但是玩具小車的造型各異，質(zhì)量參差不齊，選購 合適小車價(jià)格偏高，小車的電路布局受到小車主體的限制。方案二：自己設(shè)計(jì)小車主體結(jié)構(gòu)，自己設(shè)計(jì)制造小車主體結(jié)構(gòu)，能夠按照布 局設(shè)計(jì)思路來完成小車主體（3）電源設(shè)計(jì)方案模塊方案南孚電池供電。方案一：供電：堿性電池VS鉛蓄電池VS鋰電池用堿性電池來作為小車的動(dòng)

8、力及控制供電，有體積小，重量輕的優(yōu)點(diǎn)， 放電曲線比較穩(wěn)定，可以通過加減電池節(jié)數(shù)（單節(jié)1.5V ）來調(diào)節(jié)所需 電壓。但是， 由于小車的開發(fā)階段需要不斷地調(diào)試， 勢必消耗大量的電能。堿性電池又是一次 性電池，不得不更換電池，成本自然就上來了，并且不太利于環(huán)保。但是南孚電池是一種高供電率，被公稱為“環(huán)保電池”。方案二：鉛蓄電池作為二次電源元老級的代表，具有價(jià)格低廉，壽命長久（一 般可達(dá)4年之久），耐貯藏（尤其適于干式荷電貯存）其制造工藝成熟，可以 方便地買到各種規(guī)格的產(chǎn)品。但是其能量密度較低，導(dǎo)致其體積大，質(zhì)量大，不 便于攜帶。方案三：鋰電池是一種新型的二次電源，是電源界的后起之秀，也是目前使 用最

9、廣泛的便攜式二次電源。缺點(diǎn)是鋰電池存在安全性差。需保護(hù)線路，防止電 池被過充過放電。生產(chǎn)要求條件高，成本高。綜合考慮其優(yōu)缺點(diǎn)，堿性電池（南孚電池）有著較強(qiáng)的供電能力和較輕的質(zhì) 量，堿性電池為本次設(shè)計(jì)的最佳供電方案（4）電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)模塊方案購買專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。方案一：自己搭建橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)加減速以及正反轉(zhuǎn)的典型電路是H橋驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)需要分析，可用功率三極管或者emos管來搭建，這樣有助于提高我們的動(dòng)手能力和知識融匯通的能力。 但是要想得到兩個(gè)理想的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)， 必須選用參數(shù)盡量完全一致的管子才行，而這些元件的制造工藝只能保障在一定的范圍內(nèi)一致，這樣，給調(diào)試帶來不少的麻煩，且抗外界干擾能力差

10、，復(fù)雜化 了電路的設(shè)計(jì)。方案二：購買專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，市面上有專門的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298, 經(jīng)測試性能可以滿足小車的電機(jī)控制要求，而且外圍電路比較簡單，穩(wěn)定性較好， 驅(qū)動(dòng)能力夠強(qiáng)。能夠很好的保證兩電機(jī)的同步。所以決定選用此法案（5）傳感器設(shè)計(jì)方案使用紅外傳感器。方案一：使用光電傳感器來采集路面信息使用紅外傳感器最大的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié) 構(gòu)簡明，實(shí)現(xiàn)方便，成本低廉，免去了繁復(fù)的圖像處理工作，反應(yīng)靈敏，響應(yīng)時(shí) 間低，便于近距離路面情況的檢測。方案二：使用紅外傳感器的缺點(diǎn)是，它所獲取的信息是不完全的，只能對路 面情況作簡單的黑白判別，檢測距離有限，而且容易受到諸多擾動(dòng)的影響，抗干 擾能力較差，背景光源，

11、器件之間的差異，傳感器高度位置的差異等都將對其造 成干擾。在本次比賽中，賽道只有黑白兩種顏色，小車只要能區(qū)分黑白兩色就可 以米集到準(zhǔn)確的路面信息。所以決定選用此法案（6）.顯示模塊設(shè)計(jì)方案方案一：Led數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示具有亮度高，色彩選擇多的優(yōu)點(diǎn)，但是 數(shù)碼管占用I/O 資源多，控制復(fù)雜，功耗較大，顯示信息量較少且單一，同時(shí) 難以滿足“技術(shù)日益發(fā)展，人們應(yīng)該更開放的嘗試新技術(shù)和新產(chǎn)品”的科學(xué)思想。方案二：1602液晶顯示液晶顯示驅(qū)動(dòng)簡單，易于控制，功耗小，但顯示信息 量較小，雖然能直觀地觀測到小車的行駛時(shí)間及行駛路程信息，但1602易損壞，間接影響成本。方案三：12232液晶顯示操作跟16

12、02相似但顯示信息量大，可以直觀地觀測 到小車的行駛時(shí)間及行駛路程信息。綜合考慮，決定用12232液晶顯示作為本次設(shè)計(jì)的顯示模塊。第二章、整體方案框圖AT89S52第三章智能循跡小車硬件設(shè)計(jì)一、機(jī)械設(shè)計(jì)1.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，在小車底板下面只安放了八節(jié)電池作為電源，小車的上面安放單片機(jī)最小系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，12232液晶，有利于較少對信號的影響。電機(jī)驅(qū)動(dòng)緊挨著電 源部分，這樣有利于大電流的直接輸送，減少干擾。二、電路設(shè)計(jì)1驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分采用的是L298芯片，該芯片是專門的雙全橋步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，也可 以作為兩個(gè)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。

13、該芯片有較強(qiáng)的的驅(qū)動(dòng)能力，可驅(qū)動(dòng)2A的步進(jìn)電機(jī)或兩個(gè)1A的直流電機(jī)。芯片上的的ENA與ENB為高電平時(shí)有效，只有當(dāng)ENA與 ENB為高電平時(shí)，電機(jī)才旋轉(zhuǎn)，否則電機(jī)不轉(zhuǎn)，這里的電平指的是 TTL電平。而 默認(rèn)ENA和EN為高電平,ENA為IN1和IN2的使能端，ENB為IN3和IN4的使能 端。A仁0 A仁0寸，停止。A仁0 A1=1時(shí)，前進(jìn)。A仁1, A仁0寸，后退。A1=1, A1=1時(shí)，停止。同理B仁0, B仁0寸，停止。B仁0, B1=1時(shí)，后退。B仁1，B仁0 時(shí)，前進(jìn)。B1=1，B仁1時(shí)，停止。L298 的 應(yīng) 用 電 路 圖 如 下 所 示JI6,4 3平rl,IhDi>0-

14、0 0 0D9OITA1101帀杠機(jī)信入 片制輸 單控號2 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)采用了 STC89S52該芯片的應(yīng)用電路于其他51單片機(jī)完全一樣。介于小 車各部分功能均為模塊實(shí)現(xiàn)，所以，將單片機(jī)最小系統(tǒng)布局好后，其余各I/O 口用排針引出。STC單片機(jī)支持串口下載功能，所以省去了調(diào)試時(shí)不住地插拔片子 的麻煩，也保證了片子的完 好。單片 機(jī)引腳分布 圖及最 小系統(tǒng)圖如 下：+:mkfi:LOuJ23455F：789JOnnCitaP1DP1J D比F13ri.4iiiP1J5P17EESP3C/RSI> P3 1ZKD P32/INTU P33NTP3 4mF3m 旳 iVWlncOOOO

15、OQOOPi.lP22P2.4&2j6P25EAApp ALEffXT AL XTALiGNP3 .液晶顯示液晶由單片機(jī)控制，實(shí)時(shí)顯示小車行駛的時(shí)間和路程，由于其內(nèi)部集成了顯示處 理模塊，所以外圍電路十分簡單。電路圖如下：LCD1602c :W寸gL-Cjc-oE寸91 11i i1STi*111RF410111Cl*VC.LVcct4紅外循跡電路循跡電路分析尋跡電路分析墊 («±|RL3JOK1 012 T1輯 輸TO?oiE E E E EEF1EHE2)4 哪 301TJR16XCV GMD'EE+2+3-JEm OUTd b1Jvet'當(dāng)ou

16、 丁wo時(shí)惺笈光二極管亮 起指示作用十»-12VOUT GND句識別到th為測到有黑線5霍爾傳感器測量行駛距離模塊A.引腳圖如下：g1 23lg 2-GXD3 OUTB傳感器電壓與水平偏移距離圖第三章 智能循跡小車軟件設(shè)計(jì) 軟件編程是循跡小車的靈魂， 小車精確地循跡基于合理的編程算法， 為了便于調(diào) 試結(jié)構(gòu)明朗，小車的軟件編程分為主函數(shù)、檢測循跡函數(shù)和控制函數(shù)。其中，主 函數(shù)合理地分配調(diào)用各個(gè)模塊函數(shù)， 主要負(fù)責(zé)各模塊間的總體協(xié)調(diào)。 循跡檢測函 數(shù)負(fù)責(zé)穩(wěn)定地判定各種信息，將信息值返回，以便主函數(shù)或別的函數(shù)調(diào)用處理。 控制函數(shù)主要負(fù)責(zé)小車的狀態(tài)控制， 根據(jù)傳感器返回的信息準(zhǔn)確地判定小車所

17、處 的位置，并做出相應(yīng)的響應(yīng)。 其中控制函數(shù)中包含了各種算法以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的 穩(wěn)定性。由于控制的數(shù)學(xué)模型不易建立。 所有的函數(shù)算法均是經(jīng)過無數(shù)次的調(diào)試， 才一步步的寫出來的。軟件在附錄后。第四章 開發(fā)總結(jié)與心得 在整個(gè)開發(fā)過程中， 我們按照總分總的總體思想來展開的， 整個(gè)開發(fā)過 程主要分為以下幾個(gè)階段進(jìn)行。1總體方案論證和確立 在這一階段。我們主要任務(wù)是根據(jù)大賽要求對小車的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步的規(guī)劃設(shè) 計(jì)，對系統(tǒng)進(jìn)行模塊化， 對各部分資源做出分配。 確定軟件的主要思路框架。 這 一階段上主要解決的問題有： 1）確定小組各成員的分工，各取所長，分頭進(jìn)行 前期資料的準(zhǔn)備 2）確定小車的開發(fā)流程，規(guī)劃小

18、車的開發(fā)進(jìn)度； 3）將電氣部 分劃分為了電源、驅(qū)動(dòng)、單片機(jī)和傳感器四大模塊，并確定各模塊的方案。4）分配各模塊資源，確定各模塊的主要參數(shù)。 5） 采購所需元器件，為下一階段 做準(zhǔn)備。2各分立模塊的制作調(diào)試在這一階段， 我們的主要任務(wù)是， 完成各個(gè)模塊的搭建， 并調(diào)試使之達(dá)到預(yù)定的 參數(shù)指標(biāo)。 由于產(chǎn)品生產(chǎn)的個(gè)體差異性， 電機(jī)的調(diào)試是最困難的， 經(jīng)過多次的硬 件調(diào)試實(shí)驗(yàn)和上電磨合， 兩電機(jī)的轉(zhuǎn)速依然很難同步， 所以最后通過艱難軟件的 控制調(diào)試， 終于使之達(dá)到基本同步。 通過制作單片機(jī)最小系統(tǒng)， 讓我們認(rèn)識到焊 接電路時(shí)， 焊錫熔化和凝固時(shí)間的掌控很重要， 還有撤出焊鐵頭的角度也要有很 高的要求。

19、焊接時(shí)間的把握是焊接優(yōu)質(zhì)電路的關(guān)鍵。 如果焊接時(shí)間掌控不好的話， 很容易形成虛焊， 嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致短路， 因而焊接時(shí)一定要非常仔細(xì)認(rèn)真， 不 能馬虎。3總車的裝配調(diào)試 在這個(gè)階段， 我們的主要任務(wù)是務(wù)必使車完全達(dá)到大賽的性能指標(biāo)。 使各個(gè)模塊 之間協(xié)調(diào)可靠，互不影響，按預(yù)計(jì)完成任務(wù)。在調(diào)試的過程中我們才發(fā)現(xiàn)。所有 的情況并非是想象中的那么符合常理， 每一次的轉(zhuǎn)彎。 每一次的位置信息的獲取 都是在慢慢的反復(fù)調(diào)試中完成的。 我們要對之前的各種方案進(jìn)行不斷地修改， 我 們要仔細(xì)分析每一次出錯(cuò)的情況并找出原因所在。 一次次地修正程序的漏洞， 一 步步地完善傳感器的排布情況， 一點(diǎn)點(diǎn)地校正小車的行駛軌

20、跡。 對控制算法的每 一次優(yōu)化。二、 開發(fā)中遇到的幾個(gè)典型問題1電機(jī)電磁干擾的問題 由于電源電路，驅(qū)動(dòng)電路和 MCU 電路板均位于小車后部，距離電機(jī)距離較近， 因此會受到電機(jī)的電磁干擾， 造成數(shù)據(jù)的失真甚至是硬件器件的損壞。 在實(shí)際項(xiàng) 目中，為了避免干擾，我們將控制部分抬高以遠(yuǎn)離電磁的干擾，同時(shí)，由于層次 出現(xiàn)，對各路信號線的排布也有一定的改善作用。 在這次設(shè)計(jì)中， 我們初步完成 了小車的制作，達(dá)到了比賽的基本要求，但由 于時(shí)間有限，小車各方面的性能 還有待提高，設(shè)計(jì)方案還可以進(jìn)一步擴(kuò)展， 如傳 感器采用 CCD 與紅外相結(jié)合， 控制采用模糊控制等，這些需要我們以后進(jìn)一步完善。 2學(xué)習(xí)時(shí)間與競

21、賽時(shí)間的分配問題 ,在此就不細(xì)說。3心態(tài)的調(diào)整 由于知識水平有限，在無數(shù)次的調(diào)試過程，我們沒有退縮，依然堅(jiān)信我們能 夠做出來，我們依然沒放棄。通過這次大賽的設(shè)計(jì)，我們獲得不少的收獲，不光是知識和經(jīng)驗(yàn)上的收獲， 更有在生活態(tài)度上的收獲。 做事不能想當(dāng)然， 在大部分事情的處理中， 不會有理 想狀態(tài)的出現(xiàn)， 我們必須積極面對所有可能發(fā)生的情況， 并努力地解決它。 不管 你有多大的能力， 都不可能把每一種情況都提前考慮到， 所以我們應(yīng)有面對挫折 的勇氣和克服困難的韌性。 還記得在我們硬件搭建的時(shí)候， 好多次因元器件的短 缺而終止， 而這些本來是可以避免的， 只要我們提前更系統(tǒng)地想想， 更科學(xué)地規(guī) 劃一

22、下， 能提高我們的效率。 所以我們認(rèn)識到， 做事都應(yīng)有一個(gè)系統(tǒng)的規(guī)劃和科 學(xué)的預(yù)算， 不能想起一點(diǎn)做一點(diǎn)， 應(yīng)該積極培養(yǎng)自己的高瞻遠(yuǎn)矚的能力。 通過這 次的大賽我們才發(fā)現(xiàn)， 在日常的生活中我們的行動(dòng)性太差， 對于一些明明能做到 更好的事情，總是茍且求安。這些正是我們一改去改變的態(tài)度。參考文獻(xiàn)1郭天祥新概念51單片機(jī)c語言教程電子工業(yè)出版社2 .百度文庫3 .求實(shí)科技 8051 單片機(jī)系列 C 程序設(shè)計(jì) 北京：人民郵電出版社附錄循跡程序/- 循跡小車 -/ 編寫：王輝#include"reg52.h"#define uchar unsigned char#define uin

23、t unsigned int/sbit BLA=P1A4;sbit RS=P1A2;sbit RW=P1A1;sbit E=P1A0;sbit b2=P2A7;sbit b1=P2A6;sbit a2=P2A5;sbit a1=P2A4;sbit key=P2A3;bit biao=0;uchar n=0;uchar m=0;uint x=0;uint y=0;uchar time_data=0,0,0; uchar code zhangxu="0123456789"uchar shi="00-00-00"uchar ju="00.000&qu

24、ot;/ 延時(shí)void delay(uint a)uint i,j;for(i=0;i<a;i+)for(j=0;j<10;j+);/ 寫指令；void send_command(uchar command) E=0;delay(10);RS=0;RW=0;P0=command;E=1;E=0;/ 寫數(shù)據(jù)void send_data(uchar byte_data)E=0;delay(10);RS=1;RW=0;P0=byte_data;E=1;E=0;/ 初始化void initialize()/ BLA=1;delay(100);send_command(0x30);/ 設(shè)置

25、8 位數(shù)據(jù)接口，基本指令模式 send_command(0x02);/ 清空 DDRAM send_command(0x06);/ 游標(biāo)及顯示右移一位 send_command(0x0c);/ 整體顯示開 ,游標(biāo)關(guān)，反白關(guān) send_command(0x01);/ 寫入空白清屏 send_command(0x80);/ 設(shè)置首次顯示位置void kongzhi()switch(n)case 1:a1=1;b1=1;a2=0;b2=0;break;/ 前進(jìn) case 2:a1=1;b1=0;a2=0;b2=0;break;/ 小右轉(zhuǎn) case 3:a1=0;b1=1;a2=0;b2=0;brea

26、k;/ 小左轉(zhuǎn) case 4:a1=1;b1=0;a2=0;b2=1;break;/ 大右轉(zhuǎn) case 5:a1=0;b1=1;a2=1;b2=0;break;/ 大左轉(zhuǎn) case 6:TR1=0;a1=0;b1=0;a2=0;b2=0;break;/tingvoid xuji()uchar a;a=P1;a=a>>3;switch(a)case 0x04:if(n=6)TR1=1;n=1;break;case 0x02:if(n=6)TR1=1;n=2;break;case 0x06:if(n=6)TR1=1;n=2;break;case 0x08:if(n=6)TR1=1;n=

27、3;break;case 0x0c:if(n=6)TR1=1;n=3;break;case 0x01:if(n=6)TR1=1;n=4;break;case 0x03:if(n=6)TR1=1;n=4;break;case 0x10:if(n=6)TR1=1;n=5;break;case 0x18:if(n=6)TR1=1;n=5;break;void ting() uchar a;if(biao=0)a=P1;a=a>>3; if(a=0x00)TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; ET0=1;TR0=1;biao=1;voi

28、d show()uchar a;uchar shijian=" 時(shí)間 "uchar juli=" 距離 "uchar cm="M" send_command(0x80);for(a=0;a<4;a+)send_data(shijiana);for(a=0;a<10;a+)send_data(shia);send_command(0x90);for(a=0;a<4;a+)send_data(julia);for(a=0;a<6;a+)send_data(jua);for(a=0;a<1;a+)send_data(cma);/ void deal_time()if(x>=4000)x=x-4000;time_data2=time_data2+1;if(time_data2>60)time_data2=time_data2-60; time_data1=time_data1+1;if(time_data1>60)time_data1=time_data1-60; time_data0=time_data0+1;if(time_data0>60) time_data0=time_data0-60;shi9=z