智能循跡小車實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、簡單電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告- 智能循跡小車學(xué)號201009130102年級10學(xué)院理學(xué)院專業(yè)電子信息科學(xué)與技術(shù)姓名馬洪岳指導(dǎo)教師劉懷強(qiáng)摘要本實(shí)驗(yàn)完成采用紅外反射式傳感器的自尋跡小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。采用與白色地面色差很大的黑色路線引導(dǎo)小車按照既定路線前進(jìn)，在意外偏離引導(dǎo)線的情況下自動回位。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī) STC89C51 作為小車檢測、控制、時間顯示核心，以實(shí)驗(yàn)室給定的車架為車體，兩直流機(jī)為主驅(qū)動，附加相應(yīng)的電源電路下載電路，顯示電路構(gòu)成整體電路。自動尋跡的功能采用紅外傳感器，通過檢測高低電平將信號送給單片機(jī)，由單片機(jī)通過控制驅(qū)動芯片 L298N 驅(qū)動電動小車的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)小車的動作。關(guān)鍵詞： STC8

2、9C51 單片機(jī)； L298N；紅外傳感器；尋跡一、設(shè)計(jì)目的通過設(shè)計(jì)進(jìn)一步掌握單片機(jī)的應(yīng)用，特別是在控制系統(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)成整個系統(tǒng)。二、設(shè)計(jì)要求該智能車采用紅外傳感器對賽道進(jìn)行道路檢測，單片機(jī)根據(jù)采集到的信號的不同狀態(tài)判斷小車當(dāng)前狀態(tài)，通過電機(jī)驅(qū)動芯片L298N發(fā)出控制命令，控制電機(jī)的工作狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)對小車姿態(tài)的控制，繞跑到行駛一周。三、軟硬件設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)1、最小系統(tǒng)：小車采用 atmel 公司的 AT89C52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：時鐘電路、電源電路、復(fù)位電路。其中各個部分的功

3、能如下：（1）、電源電路：給單片機(jī)提供5V 電源。（2）、復(fù)位電路：在電壓達(dá)到正常值時給單片機(jī)一個復(fù)位信號。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5V 電源?？紤]到電源為電池組，額定電壓為 4.5V ，實(shí)際充滿電后電壓則為 4-4.5V ，所以單片機(jī)及傳感器模塊采用最小系統(tǒng)模塊穩(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紅外收發(fā)管組成，通過檢測接收到的

4、反射光強(qiáng)，判斷黑白線。原理圖由紅外對管和電壓比較器兩部分組成，紅外對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賽道檢測原理圖：4、電機(jī)驅(qū)動電路：電機(jī)驅(qū)動芯片L298N是 SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4 通道邏輯驅(qū)動電路。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含二個 H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號，可驅(qū)動 46V、 2A 以下的電機(jī)。其引腳排列如圖 1中 U4 所示， 1 腳和 15 腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號。 L298 可驅(qū)動 2 個電機(jī)， OUT1、OUT2和 OUT3、OUT4之間分別接 2 個電動機(jī)。 5、

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信號接到 ENA， ENB端子，對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。L298N的邏輯功能：表 1 SHARP GP2D12實(shí)物圖L298N電路原理圖：由于一片 L298N可以直接驅(qū)動兩個電機(jī)，但是為了加大驅(qū)動力，我們采用兩路并聯(lián)的方式來驅(qū)動電機(jī)。U15IN1VS S4+12 V72+12 VIN2OUT110D1D3+MG1IN3123400 7400 7MOTORRIGHTIN4OUT26ENA1113D2D4AENBOUT31400 7400 7GNDJ11514-GNDOUT4P

6、3. 189+5V1GNDVC CP3. 32P3. 53P3. 7L29 8N4P4. 2U25P4. 4654+12 V單片機(jī)引腳IN1VS S72+12 VIN2OUT110D5D7+MG2IN3123400 7400 7MOTORLEFTIN4OUT26ENAD6D81113AENBOUT31400 7400 7GND1514-GNDOUT489+5VGNDVC CL29 8N小車電機(jī)驅(qū)動U3J2滅火風(fēng)扇1+5V5IN1VS S42GND7IN2圖 3.3L298N電路圖P5. 710OUT1+-3IN3A123IN4OUT2CON36ENA1113ENBOUT31GND1514GND

7、OUT489GNDVC CL29 8N滅火風(fēng)扇驅(qū)動34整體設(shè)計(jì)圖軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)4.1主程序流程圖開始系統(tǒng)初始化前進(jìn)左側(cè)檢測到黑線，左轉(zhuǎn)右側(cè)檢測到黑線，右轉(zhuǎn)結(jié)束小車循跡規(guī)則 ：若小車偏左的時候，車輪將向右偏轉(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<reg51.h>#define unchar unsigned char#define uint unsigned intsbit ss1=P20;/左邊sbit ss2=P21;/右邊void main()P0=0x05;/ 直行if(ss1=0

8、)P0=0x04;/ 左轉(zhuǎn)if(ss2=0)P0=0x01;/ 右轉(zhuǎn)四、智能車調(diào)試檢測調(diào)試步驟：整機(jī)連接完畢，首先對硬件進(jìn)行檢查聯(lián)線有無錯誤，再逐步對各模塊進(jìn)行調(diào)試。電源部分，驅(qū)動部分，黑線尋跡部分，具體測試過程如下：電源測試過程4.5V 電壓輸入，實(shí)際電壓在4.37.7V 之間，所以該部分符合要求。驅(qū)動部分測試過程將驅(qū)動部分與單片機(jī)正確連接之后，在單片機(jī)中寫入電機(jī)控制小程序，控制其轉(zhuǎn)動與停止，用萬用表測試輸出電壓正常。黑線尋跡部分測試將電路板上有紅外對管的那一面朝下，分別對著白紙和黑線，測每個紅外對管的輸出信號經(jīng)電壓比較器之后的電壓，得出電壓在4.34.6 之間由測量結(jié)果可知，每個紅外對管檢

9、測到白紙和黑線的輸出電壓均可以為單片機(jī)提供信號，符合要求。至此，這三部分硬件調(diào)試完畢。4. 整體綜合調(diào)試將所有模塊連接（加入最小系統(tǒng)，顯示部分），檢查連接無誤之后，寫入總程序。開始整車測試，小車起初不轉(zhuǎn)，是因?yàn)榻oL298N 提供的電壓過小，加大電壓后，小車正常運(yùn)轉(zhuǎn)。五、心得體會電子設(shè)計(jì)是以學(xué)生自己動手，掌握一定操作技能并親手設(shè)計(jì)、制作、組裝與調(diào)試為特色的。它將基本技能訓(xùn)練，基本工藝知識和創(chuàng)新啟蒙有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)我們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。在實(shí)驗(yàn)過程中 , 由于連接的問題和電源的問題，起初并沒有成功, 通過這次設(shè)計(jì)，我感受到，做電子設(shè)計(jì)這一方面，耐心很重要，因?yàn)楹苌儆腥四軌蛞淮涡猿晒?，這是需要不斷總結(jié)、不斷查找錯誤、不但修正的一門學(xué)科，它可能會花費(fèi)很多時間，只有堅(jiān)持去做，才會有所收獲。我不是第一次做此類的設(shè)計(jì)了，但每一次都有不同的感受與收獲，這就是