循跡避障小車生產(chǎn)實習(xí)報告2015

1、 2012級生產(chǎn)實習(xí)報告姓 名 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 電氣工程學(xué)院2015年7月9日實習(xí)時間自2015年6月25日 至 2015年7月7日實習(xí)地點華北理工大學(xué)第二教學(xué)樓現(xiàn)場實習(xí)導(dǎo)師薄敬東實 習(xí) 內(nèi) 容摘要本小車以超低功耗單片機系列STC15W201S為核心，完成尋跡、避障功能。在機械結(jié)構(gòu)上，對普通的小車作了改進，即用一個萬用輪來代替兩個前輪，使小車的轉(zhuǎn)向更加靈敏。采用驅(qū)動芯片控制電機，紅外傳感器來尋跡、避障，基于可靠的硬件設(shè)計和穩(wěn)定的軟件算法，實現(xiàn)題目要求。關(guān)鍵詞：STC15W201S 單片機 尋跡 避障 一、系統(tǒng)設(shè)計1.1設(shè)計要求 (1)要求小車在跑道上實現(xiàn)尋跡、避障基本功能。 圖1.1

2、 小車跑道1.2方案論證及比較1、電機驅(qū)動 方案一：使用繼電器對電機進行開關(guān)控制和調(diào)制。但缺點很明顯，繼電器響應(yīng)慢而且機械結(jié)構(gòu)容易壞。 方案二：使用三極管或者達(dá)林頓管，結(jié)合單片機輸出 PWM 信號實現(xiàn)調(diào)速的目的，此方案易于實施，但若控制電機轉(zhuǎn)動方向較為困難。 方案三：使用控制芯片來實現(xiàn)對電機的控制。 方案選擇：采用方案三。該方案電路簡單，性能穩(wěn)定，可以輕松實現(xiàn)對電機方向的控制。2. 路面尋線、避障模塊 方案一：采用光敏傳感器，根據(jù)白色背景和黑線反光程度的不同來判斷傳感器是否位于黑線上。 方案二：采用反射式紅外傳感器來進行探測。只要選擇數(shù)量和探測距離合適的紅外傳感器，可以準(zhǔn)確的判斷出黑線的位置。

3、 方案選擇：采用方案二。方案一受環(huán)境光的影響太大，效果不佳。而紅外光不易受到環(huán)境光的干擾。二、硬件電路設(shè)計整個硬件框圖如下圖所示：2.1 主控制模塊STC15W201S系列單片機是美國TI公司的一種16位的超低功耗的混合信號處理器，適合于低功耗、高速實時控制以及數(shù)據(jù)計算，它擁有更多的片上資源供設(shè)計使用，是設(shè)計的不錯選擇。 2.2 電機驅(qū)動模塊 電機的驅(qū)動芯片選用 L298N。由單片機產(chǎn)生的占空比可調(diào)的PWM信號傳至L298，控制電機的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速。2.3紅外對管尋跡和測速、測距模塊紅外對管的工作原理圖如下圖所示：通過調(diào)節(jié)三極管可以調(diào)節(jié)紅外對管的靈敏度，當(dāng)紅外對管檢測到白線或黑線卻不能送出信號時，

4、可以調(diào)節(jié)R4來增大其靈敏度。1、紅外對管尋跡：當(dāng)小車在白色地面行駛時，裝在車下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線信號，經(jīng)白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號，輸出端將輸出低電平；當(dāng)小車行駛到黑線時，紅外線信號被黑色吸收后，將輸出高電平，從而實現(xiàn)了通過紅線檢測信號的功能。將檢測到的信號送到單片機的 I/O 口，當(dāng) I/O 口檢測到的信號為高電平時，表明小車處在黑色的引線上；同理，當(dāng) I/O 口檢測到的信號為低電平時，表明小車行駛在白色地面上。行駛原理：若紅外對管2檢測到黑線，小車直走；若只有紅外管1檢測到黑線，小車左拐；若只有紅外管3檢測到黑線，小車右拐；若三個管都沒有檢測到黑線，小車保持原來的狀

5、態(tài)行駛。2.4.避障模塊紅外避障的原理：系統(tǒng)中采用的傳感器是紅外接收二極管。測距模塊可提供較近距離的非接觸式距離感測功能，圖為避障傳感器外觀，包括紅外線發(fā)光二極管，紅外線接受二極管與控制電路。其基本工作原理為發(fā)射紅外線信號，當(dāng)紅外線投射到物體而反射回來時，模塊輸出一回響信號，以觸發(fā)信號和回響信號間的時間差，來判定前方是否有物體。 三、軟件設(shè)計思路一：循跡.避障程序：當(dāng)黑線在紅外對管下 ，會給單片機一個高電平。根據(jù)這個原理，可以不停地對端口掃描PIN，根據(jù)不同的PIN可以判斷小車直走，向左轉(zhuǎn)，向右轉(zhuǎn)三個狀態(tài)。當(dāng)超聲波檢測到前方有物體，小車開始避障。轉(zhuǎn)換開關(guān)打到循跡之后開始循跡。 四、系統(tǒng)測試1、

6、測試數(shù)據(jù) 圈數(shù)時間(S)路程 (m) 速度(m/s)避障是否成功尋跡是否順利第一圈 164.712 0.294成功順利第二圈 174.7900.281成功順利第三圈 174.802 0.282成功順利分析：根據(jù)多次試車試驗，我們的小車基本都能沿著既定路線行進，避障效果也較理想。由于車在過彎道的時候會打滑，導(dǎo)致每次所走路線有微小誤差，為使小車行駛平穩(wěn)，我們犧牲速度換取平穩(wěn)度，保證小車每次都能準(zhǔn)確沿賽道行駛?？偟膩碚f我們的小車基本完成了設(shè)計要求。五、總結(jié) 按照要求，小車已經(jīng)很好地完成了所有題目要求的任務(wù)。本作品涉及到了一系列光機電一體化的技術(shù)。其中機械結(jié)構(gòu)是小車能否穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)，硬件電路決定了小

7、車實現(xiàn)的功能，而軟件部分則是控制的靈魂，算法的好壞直接決定了完成任務(wù)的質(zhì)量。 整個設(shè)計過程中，我們遇到了很多困難，首先在小車底座的選擇上，我們思考了很久，最后，我們結(jié)合小車要實現(xiàn)的功能選擇了一款由兩個固定車輪和一個萬向輪并自帶電機的小車。在尋跡上，對紅外對管個數(shù)的選擇以及擺放，我們都經(jīng)過了周密考量。如果在尋跡方面多用幾個傳感器，小車的尋跡靈敏度更高，小車也行駛更平穩(wěn)。在開發(fā)過程中，我們也充分體會到了這款單片機的性能優(yōu)越性和便利性，其單芯片設(shè)計方案對提高產(chǎn)品集成，降低系統(tǒng)成本有很大的幫助。最終核算，整個小車成本不過幾十元。 整個項目的研發(fā)無疑是一個充滿辛苦的過程。但是在張丹老師的悉心指導(dǎo)下，在全組成員的共同努力下，在整個實驗室同仁的無私幫助下，我們最終完成了任務(wù)，在此對薄老師以及各位同學(xué)一并表示感謝！ 實 習(xí) 收 獲通過本次實訓(xùn)設(shè)計，不僅是對我們課本所學(xué)知識的考查，更是對我們的自學(xué)能力和收集資料能力及動手能力的考驗，本次實訓(xùn)使我們對一個項目整體設(shè)計有了初步認(rèn)識。再有對電路板的制作有了一定的了解。并學(xué)會了使用keil軟件設(shè)計。本次實訓(xùn)使我們意識到實驗的更重要性，在硬件制作和軟件調(diào)試過程中，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模糊的概念。