基于51單片機(jī)循跡小車的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、基于基于 5151 單片機(jī)尋跡小車的設(shè)計(jì)單片機(jī)尋跡小車的設(shè)計(jì)摘要：本尋跡小車采用鋁合金為車架，STC89C52 單片機(jī)為控制核心，加以直流電機(jī)、光電傳感器和電源電路以與其他電路的設(shè)計(jì)思路。系統(tǒng)由 STC89C52 通過(guò) I/O 口控制小車的前進(jìn)后退以與轉(zhuǎn)向。尋跡由 ST188 型光電對(duì)管完成。關(guān)鍵詞：STC89C52 直流電機(jī) 光電傳感器 自動(dòng)尋跡電動(dòng)車Abstract: The smart car use aluminum alloy for the chassis, STC89C52 MCU as its core, including motor and servo, plus phot

2、oelectric sensors, as well as other flame sensor and power circuit. MCU controls the car turning back forward or running on the black line. ST188 reflective photo sensor seeks the trace. Far infrared flame sensor tracks the flame.Keywords: ATmaga32L、Motor、Servo、Photo、sensor、Electrical、fire engines .

3、 . . 1 / 18目目 錄錄一、緒論一、緒論 3 31.11.1 立項(xiàng)背景與課題研究的目的與意義立項(xiàng)背景與課題研究的目的與意義 31.1.11.1.1 立項(xiàng)背景立項(xiàng)背景 3 31.1.21.1.2 課題研究的目的和意義課題研究的目的和意義 4 41.21.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)要求 41.2.11.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù) 4 41.2.21.2.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 4 41.31.3 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路 5二、總體方案設(shè)計(jì)二、總體方案設(shè)計(jì) 6 62.12.1 模塊方案比較與論證模塊方案比較與論證 62.1.22.1.2 控制器模塊設(shè)計(jì)控制器模塊設(shè)計(jì) 6 62.1.32.1.

4、3 電源模塊設(shè)計(jì)電源模塊設(shè)計(jì) 6 62.1.42.1.4 穩(wěn)壓模塊設(shè)計(jì)穩(wěn)壓模塊設(shè)計(jì) 7 72.1.52.1.5 尋跡傳感器模塊設(shè)計(jì)尋跡傳感器模塊設(shè)計(jì) 7 72.1.62.1.6 電機(jī)模塊設(shè)計(jì)電機(jī)模塊設(shè)計(jì) 7 72.1.72.1.7 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 8 82.22.2 最終選取方案最終選取方案 8三、硬件實(shí)現(xiàn)與單元電路設(shè)計(jì)三、硬件實(shí)現(xiàn)與單元電路設(shè)計(jì) 9 93.13.1 微控制器模塊微控制器模塊 93.23.2 光電對(duì)管電路光電對(duì)管電路 93.33.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 103.43.4 電源模塊設(shè)計(jì)電源模塊設(shè)計(jì) 103.4.13.4.1 12V12V 穩(wěn)壓電

5、源設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 10103.4.23.4.2 5V5V 穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 11113.53.5 原理圖整合圖原理圖整合圖 113.63.6 整合電路板（整合電路板（PCBPCB）圖）圖 123.6.13.6.1 頂層圖頂層圖 12123.6.23.6.2 底層圖底層圖 12123.6.33.6.3 整體圖整體圖 1313四、軟件實(shí)現(xiàn)四、軟件實(shí)現(xiàn) 14144.14.1 主程序流程圖主程序流程圖 144.24.2 軟件實(shí)現(xiàn)主程序（軟件實(shí)現(xiàn)主程序（C C 語(yǔ)言）語(yǔ)言）14五、結(jié)論五、結(jié)論 1717六、結(jié)束語(yǔ)六、結(jié)束語(yǔ) 1717 . . . 2 / 18七、參考文獻(xiàn)七、參考文獻(xiàn) 1717一

6、、一、 緒緒 論論1.11.1 立項(xiàng)背景與課題研究的目的與意義立項(xiàng)背景與課題研究的目的與意義1.1.11.1.1 立項(xiàng)背景立項(xiàng)背景目前 ，在企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高、對(duì)自動(dòng)化技術(shù)要求不斷加深的環(huán)境下，智能車輛以與在智能車輛基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品已成為自動(dòng)化物流運(yùn)輸、柔性生產(chǎn)組織等系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。世界上許多國(guó)家都在積極進(jìn)行智能車輛的研究和開發(fā)設(shè)計(jì)。移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)中的一個(gè)重要分支，出現(xiàn)于 20 世紀(jì) 06 年代。當(dāng)時(shí)斯坦福研究院(SRI)的 Nils Nilssen 和 charles Rosen 等人，在 1966 年至1972 年中研制出了取名 shakey 的自主式移動(dòng)機(jī)器人，目的是將人工智

7、能技術(shù)應(yīng)用在復(fù)雜環(huán)境下，完成機(jī)器人系統(tǒng)的自主推理、規(guī)劃和控制。從此，移動(dòng)機(jī)器人從無(wú)到有，數(shù)量不斷增多，智能車輛作為移動(dòng)機(jī)器人的一個(gè)重要分支也得到越來(lái)越多的關(guān)注。智能小車，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動(dòng)行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中地運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、傳感、信息、通信、導(dǎo)航與白動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。智能車輛也叫無(wú)人車輛，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。它具有道路障礙自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)制動(dòng)、自動(dòng)保持安全距離、車速和巡航控制等功能。智能車輛的主要特點(diǎn)是在復(fù)雜的道路情況下，能自動(dòng)地操縱和駕駛車輛繞開障礙物并沿著預(yù)定的道路(軌跡)行進(jìn)。智能車輛在

8、原有車輛系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一些智能化技術(shù)設(shè)備:(1)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，主要完成對(duì)來(lái)自攝像機(jī)所獲取的圖像的預(yù)處理、增強(qiáng)、分析、識(shí)別等工作;(2)攝像機(jī)，用來(lái)獲得道路圖像信息;(3)傳感器設(shè)備，車速傳感器用來(lái)獲得當(dāng)前車速，障礙物傳感器用來(lái)獲得前方、側(cè)方、后方障礙物等信息。智能車輛技術(shù)按功能可分為三層，即智能感知/預(yù)警系統(tǒng)、車輛駕駛系統(tǒng)和全自動(dòng)操作系統(tǒng)團(tuán)。上一層技術(shù)是下一層技術(shù)的基礎(chǔ)。三個(gè)層次具體如下:(1)智能感知系統(tǒng)，利用各種傳感器來(lái)獲得車輛自身、車輛行駛的周圍環(huán)境與駕駛員本身的狀態(tài)信息，必要時(shí)發(fā)出預(yù)警信息。主要包括碰撞預(yù)警系統(tǒng)和駕駛員狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。碰撞預(yù)警系統(tǒng)可以給出前方碰撞警告、盲點(diǎn)警告、車道

9、偏離警告、換道/并道警告、十字路口警告、行人檢測(cè)與警告、后方碰撞警告等.駕駛員狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)包括駕駛員打噸警告系統(tǒng)、駕駛員位置占有狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。(2)輔助駕駛系統(tǒng)，利用智能感知系統(tǒng)的信息進(jìn)行決策規(guī)劃，給駕駛員提出駕駛建議或部分地代替駕駛員進(jìn)行車輛控制操作。主要包括:巡航控制、車輛跟蹤系統(tǒng)、準(zhǔn)確泊車系統(tǒng)與精確機(jī)動(dòng)系統(tǒng)。(3)車輛自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，這是智能車輛技術(shù)的最高層次，它由車載計(jì)算機(jī)全部自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)車輛操作功能。目前，主要發(fā)展用于擁擠交通時(shí)低速自動(dòng)駕駛系 . . . 3 / 18統(tǒng)、近距離車輛排隊(duì)駕駛系統(tǒng)等。這種智能小車的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下幾個(gè)方面:(1)軍事偵察與環(huán)境探測(cè)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)軍事偵察提出

10、了更高的要求，世界各國(guó)普遍重視對(duì)軍事偵察的建設(shè)，采取各種有效措施預(yù)防敵方的突然襲擊，并廣泛應(yīng)用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，不斷研制多用途的偵察器材和探測(cè)設(shè)備，在車上裝備攝像機(jī)、安全激光測(cè)距儀、夜視裝置和衛(wèi)星全球定位儀等設(shè)備，通過(guò)光纜操縱，完成偵察和監(jiān)視敵情、情報(bào)收集、目標(biāo)搜索和自主巡邏等任務(wù)，進(jìn)一步擴(kuò)大偵察的圍，提高偵察的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。(2)探測(cè)危險(xiǎn)與排除險(xiǎn)情在戰(zhàn)場(chǎng)上或工程中，常常會(huì)遇到各種各樣的意外。這時(shí)，智能化探測(cè)小車就會(huì)發(fā)揮很好的作用。戰(zhàn)場(chǎng)上，可以使用智能車輛掃除路邊炸彈、尋找和銷毀地雷。民用方面，可以探測(cè)化學(xué)泄漏物質(zhì)，可以進(jìn)行地鐵滅火，以與在強(qiáng)烈地震發(fā)生后到廢墟中尋找被埋人員等。(3)安全檢測(cè)受損

11、評(píng)估在工程建設(shè)領(lǐng)域，可對(duì)高速公路自動(dòng)巡跡，進(jìn)行道路質(zhì)量檢測(cè)和破壞分析檢測(cè);對(duì)水庫(kù)堤壩、海岸護(hù)岸堤、江河大壩進(jìn)行質(zhì)量和安全性檢測(cè)。在制造領(lǐng)域，可用于工業(yè)管道中機(jī)械損傷，裂紋等缺陷的探尋，對(duì)輸油和輸氣管線的泄漏和破損點(diǎn)的查找和定位等。(4)智能家居在家庭中，可以用智能小車進(jìn)行家具、遠(yuǎn)程控制家中的家用電器，控制室溫等等。對(duì)這種小車的研究，將為未來(lái)環(huán)境探測(cè)術(shù)上的有力支持。1.1.21.1.2 課題研究的目的和意義課題研究的目的和意義目前，國(guó)外的許多大學(xué)與研究機(jī)構(gòu)都在積極投入人力、財(cái)力研制開發(fā)針對(duì)特殊條件下的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其中包括研究使用遠(yuǎn)程、無(wú)人的方法來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，如機(jī)器人、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。無(wú)線傳輸?shù)陌l(fā)展使

12、得測(cè)量變得相對(duì)簡(jiǎn)單而且使得處理數(shù)據(jù)的速度變得很快甚至可以達(dá)到實(shí)時(shí)處理” 。該智能小車可以作為機(jī)器人的典型代表。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測(cè)部分、執(zhí)行部分、CPU。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能，還可以擴(kuò)展循跡等功能，感知導(dǎo)引線和障礙物?？梢詫?shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并檢測(cè)到障礙物自動(dòng)躲避。通過(guò)構(gòu)建智能小車系統(tǒng)，培養(yǎng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的能力。在實(shí)踐過(guò)程中，熟悉以單片機(jī)為核心控制芯片，設(shè)計(jì)小車的檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)和顯示等外圍電路，采用智能控制算法實(shí)現(xiàn)小車的智能循跡。靈活應(yīng)用機(jī)電等相關(guān)學(xué)科的理論知識(shí)，聯(lián)系實(shí)際電路設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方法，達(dá)到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。在此過(guò)程中，加深對(duì)控制理論的理解和

13、認(rèn)識(shí)。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，指導(dǎo)教師已經(jīng)有充分的準(zhǔn)備。本題目結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題。1.21.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)要求1.2.11.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)1.熟悉 51 單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境，運(yùn)用 C 語(yǔ)言編寫工程文件；2.熟練應(yīng)用所選用單片機(jī)的部結(jié)構(gòu)、資源，以與軟硬件調(diào)試設(shè)備的基本方法； . . . 4 / 183.自行構(gòu)建基于單片機(jī)的最小系統(tǒng)，完成相關(guān)硬件電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；4.了解電機(jī)、路面檢測(cè)的原理和實(shí)現(xiàn)方法。1.2.21.2.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求1.完成單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)；2.完成外圍應(yīng)用電路（包括系統(tǒng)供電單元、運(yùn)動(dòng)控制單元、循跡檢測(cè)單元） 的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

14、；3.完成軟件對(duì)硬件檢測(cè)和調(diào)試工作；4.查閱國(guó)外的研究動(dòng)態(tài)和發(fā)展前沿信息，閱讀相關(guān)外文文獻(xiàn)。1.31.3 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路為了適應(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(guò)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，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。根據(jù)題目要求，確定如下方案：在現(xiàn)有的玩具電動(dòng)車的基礎(chǔ)上，加裝光電對(duì)管、傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的智能控制。這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠、精度高，可以

15、滿足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。此項(xiàng)設(shè)計(jì)是在以俞學(xué)蘭老師提供的小車的基礎(chǔ)上，采用 STC89C52 單片機(jī)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。 . . . 5 / 18二、總體方案設(shè)計(jì)二、總體方案設(shè)計(jì)2.12.1 模塊方案比較與論證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、電源模塊、尋跡傳感器模塊、直流電機(jī)與其驅(qū)動(dòng)模塊、電壓比較模塊等模塊構(gòu)成。為了較好的實(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。2.1.12.1.1 車體設(shè)計(jì)方案車體設(shè)計(jì)方案 1 1：購(gòu)買玩具電動(dòng)車。購(gòu)買的玩具電動(dòng)車具有組裝完整的車架車輪、電機(jī)與其驅(qū)動(dòng)電路。但是一般的說(shuō)

16、來(lái)，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。而且這種電動(dòng)車一般都價(jià)格不菲。因此我們放棄了此方案。方案方案 2 2：自己制作電動(dòng)車。經(jīng)過(guò)反復(fù)考慮論證，我們制定了左右四輪分別驅(qū)動(dòng)的方案。即左右輪分別用兩個(gè)轉(zhuǎn)速和力矩基本完全一樣的直流電機(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)速一樣時(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)

17、小車坐標(biāo)不變的 90 度和 180 度的轉(zhuǎn)彎。在安裝時(shí)我們保證兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)同軸。當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)，左右兩組驅(qū)動(dòng)輪形成了四點(diǎn)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)，動(dòng)力也比較足。對(duì)于車架材料的選擇，我們經(jīng)過(guò)比較選擇了鋁合金。用鋁合金做的車架比塑料車架更加牢固，比鐵制小車更輕便，美觀。綜上考慮，我們選擇了方案 2。2.1.22.1.2 控制器模塊設(shè)計(jì)控制器模塊設(shè)計(jì)方案方案 1 1：采用可編程邏輯器件 CPLD 作為控制器。CPLD 可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、IO 資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核

18、心。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。且從使用與經(jīng)濟(jì)的角度考慮我們放棄了此方案。方案方案 2 2：采用宏晶公司的 STC89C52 單片機(jī)，它是 16 位控制器，具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力高、集成度高、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)。處理速度高，尤其適用于語(yǔ)音處理和識(shí)別等領(lǐng)域。本系統(tǒng)主要是進(jìn)行尋跡運(yùn)行的檢測(cè)以與電機(jī)的控制。使用 STC89C52 單片機(jī)，完全能夠勝任，且價(jià)格低廉，使用方便。從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，我們選擇了方案2。2.1.32.1.3 電源模塊設(shè)計(jì)電源模塊設(shè)計(jì)由于本系統(tǒng)需要電池供電，我們考慮了如下幾種方案為系統(tǒng)供電。 . . . 6

19、 / 18方案方案 1 1： 采用 10 節(jié) 1.5V 干電池供電，電壓達(dá)到 15V，經(jīng) 7812 穩(wěn)壓后給支流電機(jī)供電，然后將 12V 電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。但干電池電量有限，使用大量的干電池給系統(tǒng)調(diào)試帶來(lái)很大的不便，因此，我們放棄了這種方案。方案方案 2 2：采用 3 節(jié) 4.2V 可充電式鋰電池串聯(lián)共 12.6V 給直流電機(jī)供電，經(jīng)過(guò)7812 的電壓變換后給直流電機(jī)供電，然后將 12V 電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機(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。但鋰電池的價(jià)格過(guò)于昂貴，使用鋰電池會(huì)大大超出我們的預(yù)算，因此，

20、我們放棄了這種方案。方案方案 3 3：采用 12V 蓄電池為直流電機(jī)供電，將 12V 電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以與穩(wěn)定的電壓輸出性能。雖然蓄電池的體積過(guò)于龐大，在小型電動(dòng)車上使用極為不方便，但由于我們的車體設(shè)計(jì)時(shí)留出了足夠的空間，并且蓄電池的價(jià)格比較低。因此我們選擇了此方案。綜上考慮，我們選擇了方案 3。2.1.42.1.4 穩(wěn)壓模塊設(shè)計(jì)穩(wěn)壓模塊設(shè)計(jì)方案方案 1 1： 采用兩片 7812 將電壓穩(wěn)壓至 12V 后給直流電機(jī)供電，然后采用一片7809 將電壓穩(wěn)定至 9V，最后經(jīng) 7805 將電壓穩(wěn)至 5V，給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電，但 7809

21、和 7805 壓降過(guò)大，使 7809 和 7805 消耗的功率過(guò)大，導(dǎo)致 7809和 7805 發(fā)熱量過(guò)大，因此，我們放棄了這種方案。方案方案 2 2：采用兩片 7812 將電壓穩(wěn)壓至 12V 后給直流電機(jī)供電，然后采用 2576將電壓穩(wěn)至 5V。2576 的輸出電流最大可至 3A，完全滿足系統(tǒng)要求。綜上考慮，我們選擇了方案 2。2.1.52.1.5 尋跡傳感器模塊設(shè)計(jì)尋跡傳感器模塊設(shè)計(jì)方案方案 1 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

22、顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過(guò)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。方案方案 2 2：用 3 組光電發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。因此我們選擇了方案 2。2.1.62.1.6 電機(jī)模塊設(shè)計(jì)電機(jī)模塊設(shè)計(jì)本系統(tǒng)為智能電動(dòng)車，對(duì)于電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，其驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇就顯得十分重要。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，我們綜合考慮了一下下列兩種方案

23、。方案方案 1 1：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由于其轉(zhuǎn)過(guò)的角度可以精確的定位，可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方案。方案方案 2 2：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。由于其部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速） . . . 7 / 18齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力。我們所選用的直流電機(jī)減速比為 1：74，減速后電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 100r/min。我們的車輪直徑為 6

24、cm，因此我們的小車的最大速度可以達(dá)到V=2rv=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s 能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，因此我們選擇了此方案。2.1.72.1.7 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)方案方案 1 1：采用專用芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L298N 是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高，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。方案方案 2 2：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

25、穩(wěn)定。因此我們選用了方案 1。2.22.2 最終選取方案最終選取方案經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，我們最終確定了如下方案：（1）車體采用鋁合金車架手工制作。（2）采用 STC89C52 單片機(jī)作為主控制器。（3）采用蓄電池經(jīng) 7812 穩(wěn)壓后為直流電機(jī)供電，將 12V 電壓經(jīng) 2576 降壓、穩(wěn)壓后為單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。（4）采用光電對(duì)管進(jìn)行尋跡。（5）采用 L298N 作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖（1）所示。穩(wěn)壓電源 模塊主控芯片STC89C52L298N減速電機(jī)電壓比較器LM324 圖（1）紅外對(duì)管（3 組） . . . 8 / 18三、硬件實(shí)現(xiàn)與單元電路設(shè)計(jì)三、硬件實(shí)現(xiàn)與單元電路設(shè)計(jì)

26、3.13.1 微控制器模塊微控制器模塊我們?cè)陂_發(fā)過(guò)程中使用開發(fā)版，方便程序的調(diào)試和整機(jī)的測(cè)試，待系統(tǒng)調(diào)試完成后，將單片機(jī)從開發(fā)板上取下，安裝在小車系統(tǒng)板的單片機(jī)座中，由于本次設(shè)計(jì)要求中，小車需要完成的任務(wù)比較簡(jiǎn)單，因此我們只在小車系統(tǒng)板的單片機(jī)系統(tǒng)中保留了晶振和復(fù)位電路。如圖（2）所示。圖（2）3.23.2 光電對(duì)管電路光電對(duì)管電路可調(diào)電阻 R7 可以調(diào)節(jié)比較器的門限電壓，經(jīng)示波器觀察，輸出波形相當(dāng)規(guī)則，可以直接夠單片機(jī)查詢使用。而且經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證給此電路供電的電池的壓降較小。因此我們選擇此電路作為我們的傳感器檢測(cè)與調(diào)理電路。如圖（3）所示。 . . . 9 / 18圖（3）考慮到設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)

27、計(jì)僅用 3 對(duì)光電傳感器就能完成設(shè)計(jì)要求。將 3對(duì)光電傳感器并排安裝在車頭位置，中間一對(duì)傳感器用來(lái)校正小車的尋跡路線，保證小車運(yùn)行的直線性。兩側(cè)的傳感器用來(lái)檢測(cè)小車過(guò)線，可以實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)彎。3.33.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)我們采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)如圖（4）所示。圖（4）L298N 的 5、7、10、12 四個(gè)引腳接到單片機(jī)上，通過(guò)對(duì)單片機(jī)的編程就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)直流電機(jī)的 PWM 調(diào)速以與正反轉(zhuǎn)等功能。3.43.4 電源模塊設(shè)計(jì)電源模塊設(shè)計(jì)3.4.13.4.1 12V12V 穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)如圖（5）所示。 . . . 10 / 18

28、圖（5）3.4.23.4.2 5V5V 穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)如圖（6）所示。圖（6）3.53.5 原理圖整合圖原理圖整合圖如圖（7）所示。 . . . 11 / 18圖（7）3.63.6 整合電路板（整合電路板（PCBPCB）圖）圖3.6.13.6.1 頂層圖頂層圖如圖（8）所示。 . . . 12 / 18圖（8）3.6.23.6.2 底層圖底層圖如圖（9）所示。圖（9）3.6.33.6.3 整體圖整體圖如圖（10）所示。 . . . 13 / 18圖（10）四、軟件實(shí)現(xiàn)四、軟件實(shí)現(xiàn) . . . 14 / 184.14.1 主程序流程圖主程序流程圖我們所設(shè)計(jì)的軟件的主程序流程圖如圖（11

29、）所示。初 始 化開 始小 車 前 進(jìn)檢測(cè)不到或中間探頭檢測(cè)到黑線加 速 前 進(jìn)車 頭 偏 左車 頭 偏 右右 拐左 拐停 止返 回圖（11）4.24.2 軟件實(shí)現(xiàn)主程序（軟件實(shí)現(xiàn)主程序（C C 語(yǔ)言）語(yǔ)言）我們所設(shè)計(jì)的軟件的主程序源代碼：/* 小車在白色地面沿黑色路線行走單片機(jī)晶振為 12MHz探頭檢測(cè)到黑色 經(jīng)過(guò)電壓比較輸出 1探頭檢測(cè)不到黑色 經(jīng)過(guò)電壓比較 輸出 0*/#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar x3,x4;sbit P20=P36;/L298N 使能端 ENAsbit P21=P37

30、;/L298N 使能端 ENBsbit P22=P13;/左電機(jī) A1sbit P23=P14;/左電機(jī) A2sbit P24=P15;/右電機(jī) B1sbit P25=P16;/右電機(jī) B2sbit P10=P10;/左邊探頭sbit P11=P11;/中間探頭 . . . 15 / 18sbit P12=P12;/右邊探頭void ds(uchar x1,uchar x2)TMOD=0X01;/定時(shí)器 0,工作方式 1TH0=x1;/賦高 8 位初值TL0=x2;/賦低 8 位初值x3=x1;x4=x2;/保存計(jì)數(shù)初值EA=1;ET0=1;/開總中斷,開定時(shí)器 0 中斷TR0=1; /定時(shí)器

31、 0 開始計(jì)數(shù)void xunji()if(P10=1&P11=1&P12=1)/左、中、右探頭都檢測(cè)到黑色P22=1; /停止P23=1; P24=1;P25=1;if(P10=0&P11=0&P12=0)|(P10=0&P11=1&P12=0)/全檢測(cè)不到黑色或中間探頭檢測(cè)到黑色ds(0 xff,0 xff); /計(jì)數(shù)初值 65535if(P10=1&P11=0&P12=0)|(P10=1&P11=1&P12=0)/左邊探頭檢測(cè)到黑線或左、中探頭檢測(cè)到黑線ds(0 xff,0 xe1); /計(jì)數(shù)初值 65505if(P10=0&P11=0&P12=1)|(P10=0&P11=1&P12=1)/右邊探頭檢測(cè)到黑線或右、中探頭檢測(cè)到黑線ds(0 xff,0 xe1); /計(jì)數(shù)初值 65505void main()while(1) . . . 16 / 18xunji();P20=1;P21=1;/ENA 和 ENB 同時(shí)為高電平時(shí)，L298N 芯片正常工作P22=1;P23=1; P24=