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文檔簡介
1、智能遙控循跡小車報(bào)告課題名稱:智能遙控循跡小車學(xué) 院:長沙民政電子信息工程學(xué)院專業(yè):機(jī)電一體化班級(jí):機(jī)電1034班成員: 劉佳譚佳興游敬德曾向東指導(dǎo)老師:黃有全2011 年 12 月 29目錄摘要 3項(xiàng)目分工 3時(shí)間安排3課題目標(biāo)3設(shè)計(jì)要求4模塊設(shè)計(jì)5軟硬件調(diào)試9實(shí)訓(xùn)總結(jié)9附錄10摘要:本次設(shè)計(jì)是一種基于單片機(jī)控制的簡易智能尋跡小車系統(tǒng),其中包括智能小車軟硬件的設(shè)計(jì)、焊接、調(diào)試。智能小車以 AT89C51 為控制核心,利用紅外探測(cè)法對(duì)路面黑色軌跡進(jìn)行檢測(cè),從而路面檢 測(cè)信號(hào)反饋給單片機(jī)予以分析判斷,驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)整小車前進(jìn)方向,從 而使小車能夠沿著黑色軌跡自動(dòng)行駛,實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)尋跡。項(xiàng)目分工:軟件
2、編寫:C51模塊:曾向東 游敬德;FPGA模塊:曾向東 游敬 德軟硬件調(diào)試:劉佳譚佳興設(shè)計(jì)報(bào)告:譚佳興劉佳時(shí)間安排:十六周:材料購買及焊接十七周:軟件編寫十八周:軟硬件調(diào)試和設(shè)計(jì)報(bào)告十九周:作品驗(yàn)收及答辯課題目標(biāo):1、 掌握基于單片機(jī)及FPGA的軟件的編寫。2、 通過智能小車的的軟硬件調(diào)試掌握各種工具的運(yùn)用。3、培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作、溝通、創(chuàng)新能力設(shè)計(jì)要求1、電路原理方框圖顯示尋跡狀態(tài)2、主要功能:尋跡板送過來的5路檢測(cè)信號(hào)送到FPGA板,F(xiàn)PGA將此5 路信號(hào)送出至5個(gè)LED燈顯示狀態(tài)(檢測(cè)至黑線滅,否則亮);同 時(shí)將此5路信號(hào)送到單片機(jī)。FPGA發(fā)出一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)給單片機(jī), 從而啟動(dòng)小車。小車在接收
3、到FPGA送過來的啟動(dòng)指令后,讀取尋 跡信號(hào),根據(jù)尋跡信號(hào)確定小車的運(yùn)行狀態(tài),將小車的運(yùn)行狀態(tài)送 至FPGA,同時(shí)根據(jù)相應(yīng)算法,驅(qū)動(dòng)小車的左右電機(jī)前進(jìn)。并實(shí)現(xiàn) 前進(jìn)、左拐彎、右拐彎、后退等功能。模塊設(shè)計(jì)1、尋光的原理利用光敏電阻的特性,遇到光電阻減小。通過比較器 LM339進(jìn) 行電壓比較,測(cè)到光則輸出高電平,沒測(cè)到光則輸出低電平。用三 個(gè)光電阻來實(shí)現(xiàn)尋找光源,左,中,右三個(gè),左邊測(cè)到則向左轉(zhuǎn), 中間測(cè)到直走,右邊測(cè)到向右走。2、模塊方案比較與論證根據(jù)設(shè)計(jì)要求,本系統(tǒng)主要由控制器模塊、尋跡傳感器模塊、 直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊。1)車體設(shè)計(jì)方案1:購買玩具電動(dòng)車。購買的玩具電動(dòng)車具有組裝完整的車 架
4、車輪、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路。但是一般的說來,玩具電動(dòng)車具有如 下缺點(diǎn):首先,這種玩具電動(dòng)車由于裝配緊湊,使得各種所需傳感 器的安裝十分不方便。其次,這種電動(dòng)車一般都是前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū) 動(dòng),不能適應(yīng)該題目的方格地圖,不能方便迅速的實(shí)現(xiàn)原地保持坐 標(biāo)轉(zhuǎn)90度甚至180度的彎角。再次,玩具電動(dòng)車的電機(jī)多為玩具直 流電機(jī),力矩小,空載轉(zhuǎn)速快,負(fù)載性能差,不易調(diào)速。因此我們 放棄了此方案。方案2:通過網(wǎng)絡(luò)購買買四輪專用車。經(jīng)過反復(fù)考慮論證,四輪 車子行駛更平穩(wěn),所以我們選擇了這種方案。2、控制器模塊采用Atmel公司的AT89C51單片機(jī)作為主控制器。它是一個(gè) 低功耗,高性能的8位單片機(jī),片內(nèi)含32k 空間的
5、可反復(fù)擦寫100,000次Flash只讀存儲(chǔ)器,具有4K 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM ), 32 個(gè)I/O 口,2個(gè)8位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,且可在線編 程、調(diào)試,方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試。時(shí)鐘電路和復(fù)位 電路如圖3-1 (與單片機(jī)構(gòu)成最小系統(tǒng))單單單單單單單J4.4 HeaderP0.85 P0.6P0.7P1.10P1.314P1.2. 6P1.738P1.4HeaderP1.85P1.6P1.7J5J64 P2.5 P2.P2.7Header.4 Header6P3.798P3. 5P3.U6+5XT AL118XT AL1XT AL2RSTEA/VPP+5VRSPSENALET
6、 93 1 - -P3.0/RxD30P3.1/TxDP3.2/INT0P3.0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1r10P3.6/WRP3.7/RDP3.111VVCCP0.0/AD0393P0.1/AD1 3P0.2/AD23P0.3/AD33P0.4/AD43P0.5/AD53P0.6/AD63P0.7/AD7P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.340P0.0P0 1P0.2P0.4P0.5P0.6P0.7+5VP1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.01P2.1P2.2P2.33P2.44P2.5AP2 612VSSP1.4P1.56P2.7P
7、3.3STC89C52RP1.67813P1.7P3.4C14P2.0/A82P3.5151P3.6c P2.1/A92162P3.7。P2.2/A1021734 P2.3/A11220匚 P2.4/A1252c P2.5/A13 627 P2.6/A142o P2.7/A15 82P3.1C121uFACK1C1 +C1-C2+C2-C13%0 1k432 T2IN 一11 U7T1IN10方J2 4亙GND+5VC20 110uFR5910KVDDVCCSW4SW-PBRSTC14FT1OUTT2OUTR1INR2INVEE713 RlinTlout+5R1OUTR2OUTJ8Y1XT A
8、L230pC11圖3.1主控原理圖3、尋跡方案的設(shè)計(jì)這里的尋跡是指小車在白色地板上,尋著黑線行走。方案一: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。方案二:用RPR22理光電對(duì)管,RPR22皿一種一體化反射型 光電探測(cè)器,其發(fā)射器是一個(gè)碎化錢紅外發(fā)光二極管,而接受器是 一個(gè)高靈敏度,硅平面光電三極管。RPR22特點(diǎn):(1)、塑料透鏡可以提高
9、靈敏度(2)、內(nèi)置可見光過濾器能減小離散光的影響(3)、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)理電路簡單,工作性能穩(wěn)定。綜上所述,我們選擇方案一,但是這種方案受光照影響很大,不能 夠穩(wěn)定的工作,所以用黑色布隔開一些外部光源,減少影響。原理圖:光敏也郵極報(bào)是 者在軌逐線上元敬度博節(jié)士珞j 3舊不門電收器實(shí)物圖:4、電源模塊方案1:用9V的電池電源給電機(jī)供電,然后使用 7805穩(wěn)壓管 來把高電壓穩(wěn)成5V分別給單片機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片供電。這種接法 比較簡單,但小車的車體重量過大會(huì)導(dǎo)致電機(jī)動(dòng)力不足。方案2:采用雙電源。為了確保單片機(jī)控制部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的 部分
10、的電壓不會(huì)互相影響,要把單片機(jī)的供電和驅(qū)動(dòng)電路分開來, 即:用4節(jié)干電池6V為單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。電機(jī)的電源 采用將220V交流電進(jìn)行整流、濾波、穩(wěn)壓使輸出值為 12V的電源。 結(jié)合車體重量和實(shí)際考慮,我們采用方案二。5、遙控模塊1)控制流程圖:西電0尹皿嚼薩右口 I!監(jiān)2)器材選擇超再生接收模塊采用 LC振蕩電路,內(nèi)含放大整形,輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)為解碼后的高電平信號(hào),使用極為方便,并且價(jià)格低廉,所以被廣泛使用。帶四路解碼 輸出(同時(shí)也可改為六路點(diǎn)動(dòng)或互鎖輸出),使用方便;數(shù)據(jù)腳輸出 的電平是瞬時(shí)的而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對(duì)應(yīng),有遙控信號(hào)時(shí)數(shù)據(jù)腳是高電平, 即驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。遙控信號(hào)消失時(shí)數(shù)據(jù)腳
11、立即恢復(fù)為低電平, 驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止。各腳位名稱以及功能說明:1 VT輸出狀態(tài)指示2 D3數(shù)據(jù)輸出(前進(jìn))3 D2數(shù)據(jù)輸出(后退)4 D1數(shù)據(jù)輸出(右轉(zhuǎn))5 D0數(shù)據(jù)輸出(左轉(zhuǎn))6 5V電源正極7 GND電源負(fù)極8 ANT接天線端6、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。 基于這兩點(diǎn),通過調(diào)試,在小車底板下面只安放了兩個(gè)減速電機(jī), 防止電機(jī)磁對(duì)電氣信號(hào)的干擾。車頭部分放置傳感器模塊,這樣和 別的電流通路基本隔離,有利于信號(hào)的穩(wěn)定。單片機(jī)置于車的中央 且用銅柱將其支起來,于電機(jī)、電源等干擾源遠(yuǎn)離,很好地保證單 片機(jī)的穩(wěn)定可靠地運(yùn)行??傮w布局圖如下圖所示??囟四K循跡模
12、塊遙拽模塊 (由于杓根 角度-無法 顯示.位于 電池邕F 面)片系和他片番 單機(jī)統(tǒng)其芯電軟硬件調(diào)試:此次調(diào)試主要是在實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行的,通過實(shí)訓(xùn)室提供的各類工具 進(jìn)行檢測(cè)、試驗(yàn)。硬件調(diào)試的內(nèi)容主要有循跡電路板的檢測(cè)、小車 電機(jī)、開發(fā)板。軟件調(diào)試則通過硬件部分實(shí)現(xiàn)。調(diào)試中遇到的問題及解決方案:1、 循跡板焊接處接口脫落:重新進(jìn)行焊接2、 芯片引腳配置錯(cuò)誤:正確配置引腳3、 小車行駛方向錯(cuò)誤,無法正確循跡:檢查程序并改正實(shí)訓(xùn)總結(jié):這次的實(shí)訓(xùn)已不是大學(xué)里面的第一次實(shí)訓(xùn),但絕對(duì)是我態(tài)度最認(rèn)真,最看重的一次實(shí)訓(xùn),當(dāng)然也是付出最多的一次實(shí)訓(xùn),至于收獲那是 可想而知的,實(shí)訓(xùn)一般是一組為單位,小組成員分工合作的形式
13、完成的.我 的主要任務(wù)是完成報(bào)告的撰寫,附加任務(wù)為在整個(gè)實(shí)訓(xùn)過程中配合其他成員完成實(shí)訓(xùn)I,表面上看起來,我的任務(wù)是最簡單最輕松的,其實(shí)不 然,因?yàn)槲倚枰獏⑴c整個(gè)過程,并熟悉每個(gè)流程的作用,要達(dá)到的目的 和效果,這次的實(shí)訓(xùn)覆蓋面很廣.它牽涉到很多的專業(yè)知識(shí),如何設(shè)計(jì) 車體,如何編寫程序,如何讓它達(dá)到預(yù)期效果,每一步都要花費(fèi)很多時(shí) 間去專研,去調(diào)試.雖然最后的結(jié)果不是讓我們很滿意,但在看到小車 跑起來的那一刻,每位小組成員內(nèi)心都有洋溢著喜悅,這是一種前所未 有的體驗(yàn),結(jié)果對(duì)我們已不是很重要,重要的是我們?cè)谡麄€(gè)實(shí)訓(xùn)過程中 的所感所悟,它讓我們認(rèn)識(shí)到學(xué)科之間的緊密聯(lián)系,培養(yǎng)了我們的相 互合作協(xié)調(diào)的團(tuán)隊(duì)
14、意識(shí),拓展了我們思維空間想象能力,還有調(diào)試中出 現(xiàn)的種種問題讓我們學(xué)會(huì)獨(dú)立思考,加強(qiáng)了我們解決問題的能力,在解 決問題的同時(shí),同時(shí)還鞏固了對(duì)專業(yè)知識(shí)的認(rèn)知及加強(qiáng)了我們的求知欲,所以這次實(shí)訓(xùn)I目的不僅僅只是打一個(gè)好的分?jǐn)?shù)為求不掛科,它對(duì)我們實(shí)現(xiàn)了一次專業(yè)知識(shí)綜合運(yùn)用能力的大考察,也是一次將理論結(jié) 合于實(shí)踐的一次大演練,這樣我們的學(xué)習(xí)不再局限于課本上的理論知 識(shí),實(shí)踐才會(huì)讓我們收獲更多.附錄單片機(jī)程序:#include <reg52.h>#define uint unsigned int void delay()uint m,n;for (m=1;m<100;m+)for(n=1
15、;n<121;n+);void delay1 (uint a) uint i,j;for (i=a;i>0;i-)for (j=121;j>0;j-);void main()(/* if(P1=0xe4)/黑底白色軌跡賽道程序(P1=0xff;P2=0xff;while(1)/P1=0xff;switch(P1)case 0xe4:/前進(jìn),兩燈燈P2=0x55; break;case0xe8:/左轉(zhuǎn),右燈亮P2=0x95; break;case0xf0:/左轉(zhuǎn),右燈亮P2=0x95;break;case0xe2:/右轉(zhuǎn),左燈亮P2=0x59;break;case0xe1:/右轉(zhuǎn),左燈亮P2=0x59;break;case0xff:/全速前進(jìn)P2=0x55;break;case0xe0:/后退,兩燈不亮P2=0xee;break;)delay();*/if(P1=0xfb)/白底黑色軌跡賽道程序P1=0xff;P2=0xff; while (1)前進(jìn),兩燈燈前進(jìn),兩燈燈switch (P1) case 0xfb:P2=0x55;break;case0xf9:P
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