基于光電傳感器的智能小車(chē)循跡模塊設(shè)計(jì)

1、【注】本課程設(shè)計(jì)既可以作為傳感器課程設(shè)計(jì)也可以作為單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，只需稍加修改偏向課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū) 課程名稱(chēng)： 題 目：基于光電傳感器的智能小車(chē)尋跡模塊設(shè)計(jì) 系 （院）： 學(xué) 期： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 評(píng)語(yǔ)：成績(jī)：簽名：日期：目錄一、設(shè)計(jì)目的1二、題目的具體設(shè)計(jì)要求1三、系統(tǒng)的總體實(shí)現(xiàn)原理、方案設(shè)計(jì)11.國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12.文獻(xiàn)綜述13.系統(tǒng)的總體實(shí)現(xiàn)原理24.總體方案設(shè)計(jì)24.1主控模塊選用方案對(duì)比24.2傳感器選用方案對(duì)比34.3傳感器的安裝方案對(duì)比3四、傳感器選用41.選用型號(hào)及特點(diǎn)42.內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理43.傳感器工作電路設(shè)計(jì)及說(shuō)明5五、其它各部分單元電路設(shè)計(jì)61.控制模塊

2、62.電源模塊73.電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊73.1電機(jī)73.2驅(qū)動(dòng)7六、系統(tǒng)總電路原理圖(見(jiàn)附錄三)91.系統(tǒng)總體說(shuō)明92.軟件設(shè)計(jì)102.1小車(chē)循跡流程圖102.2中斷程序流程圖11七、仿真與調(diào)試（見(jiàn)附錄四）11八、總結(jié)與心得體會(huì)12參考文獻(xiàn)12附錄一：元器件清單13附錄二：?jiǎn)纹瑱C(jī)測(cè)試程序13附錄三：系統(tǒng)總電路原理圖15附錄四：Proteus原理仿真圖161.直行172.二級(jí)右轉(zhuǎn)183.二級(jí)左轉(zhuǎn)19智能小車(chē)尋跡模塊設(shè)計(jì)報(bào)告一、設(shè)計(jì)目的1. 能較全面地鞏固和應(yīng)用“傳感器及檢測(cè)技術(shù)”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。2. 通過(guò)傳感器及檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)，掌握傳感器及檢測(cè)

3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和設(shè)計(jì)原則及相應(yīng)的硬件調(diào)試的方法。進(jìn)一步理解傳感器及檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。 3. 培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立準(zhǔn)備資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)規(guī)定功能的數(shù)字系統(tǒng)的能力。4. 培養(yǎng)書(shū)寫(xiě)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告的能力。19二、題目的具體設(shè)計(jì)要求1.設(shè)計(jì)一個(gè)基于光電傳感器的自動(dòng)尋跡小車(chē)，使小車(chē)能夠自動(dòng)檢測(cè)地面黑色軌跡，并沿著黑色軌跡行駛。2.當(dāng)?shù)孛婧诰€(xiàn)方向發(fā)生變化時(shí)，小車(chē)要能夠及時(shí)作出調(diào)整，進(jìn)行恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向。三、系統(tǒng)的總體實(shí)現(xiàn)原理、方案設(shè)計(jì)1.國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀世界上許多國(guó)家都在積極進(jìn)行智能車(chē)輛的研究和開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，智能小車(chē)在各個(gè)領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。在工業(yè)生產(chǎn)中，可以代替人類(lèi)完成惡劣環(huán)境下的貨物搬運(yùn)、設(shè)備檢測(cè)等任務(wù)；在軍事上

4、，可以在危險(xiǎn)地帶代替人類(lèi)完成偵察、排雷等任務(wù)；在民用上，可以作為導(dǎo)盲車(chē)為盲人提供幫助；在科學(xué)研究方面，可以代替人類(lèi)完成外星球勘探或者礦藏勘探等。目前智能行走機(jī)器人智能小車(chē)的研究正向復(fù)雜型、智能型、自主型發(fā)展，智能車(chē)與人類(lèi)生活聯(lián)系得越來(lái)越緊密，是一個(gè)相當(dāng)活躍的研究領(lǐng)域。2.文獻(xiàn)綜述本設(shè)計(jì)是基于光電傳感器的簡(jiǎn)易自動(dòng)尋跡小車(chē)系統(tǒng)。小車(chē)?yán)霉怆妭鞲衅鲗?duì)路面黑色軌跡進(jìn)行檢測(cè),并將路面檢測(cè)信號(hào)反饋給單片機(jī)，并以AT89C51單片機(jī)為控制核心,對(duì)采集到的信號(hào)予以分析判斷,并產(chǎn)生PWM波，控制小車(chē)左右輪速度使小車(chē)及時(shí)轉(zhuǎn)向,從而使小車(chē)沿著黑色軌跡自動(dòng)行駛,實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)尋跡的目的。3.系統(tǒng)的總體實(shí)現(xiàn)原理這里的循跡

5、是指小車(chē)在白色地板上循黑線(xiàn)行走，由于黑線(xiàn)和白色地板對(duì)光線(xiàn)的反射系數(shù)不同，可以根據(jù)傳感器接收到反射光的強(qiáng)弱來(lái)判斷“道路”。本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為電源模塊、光電傳感器檢測(cè)模塊、主控電路模塊、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊等子模塊。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1 所示。電源模塊驅(qū)動(dòng)模塊電壓比較器減速電機(jī)主控模塊光電傳感器圖2-1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖4.總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)要求，確定如下方案：在小車(chē)上加裝四個(gè)紅外光電傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的位置、運(yùn)行狀況的檢測(cè)，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至AT89C51單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能小車(chē)的控制。這種方案能對(duì)智能小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可

6、靠，精度高，可滿(mǎn)足課題要求。4.1主控模塊選用方案對(duì)比 方案一：選用一片CPLD作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。CPLD具有速度快、編程容易、資源豐富、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)開(kāi)發(fā)。雖然CPLD的處理速度非?？欤≤?chē)的行進(jìn)速度不可能太高，那么對(duì)系統(tǒng)處理信息的要求也就不會(huì)太高，若采用該方案，不僅在控制上會(huì)遇到許許多多不必要增加的難題，而且成本較高，造成資源的浪費(fèi)。 方案二：采用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，用其控制行進(jìn)中的小車(chē)，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。系統(tǒng)的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車(chē)的自動(dòng)控制，而在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來(lái)它的優(yōu)勢(shì)控制簡(jiǎn)單、方便、快捷。這樣一來(lái)，單片機(jī)就可以充

7、分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，這種方案是一種較為理想的方案。AT89C51單片機(jī)具有功能強(qiáng)大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，程序空間多達(dá)8K，對(duì)于本設(shè)計(jì)也綽綽有余，而且AT89C51單片機(jī)價(jià)格非常低廉，具有較高的性?xún)r(jià)比。綜合考慮后決定選用AT89C51單片機(jī)作為主控芯片。4.2傳感器選用方案對(duì)比 方案一：采用光敏電阻作光電傳感器。光敏電阻的阻值可以跟隨周?chē)h(huán)境光線(xiàn)的變化而變化。當(dāng)光線(xiàn)照射到白線(xiàn)上面時(shí)，光線(xiàn)發(fā)射強(qiáng)烈，光線(xiàn)照射到黑線(xiàn)上面時(shí)，光線(xiàn)發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線(xiàn)和黑線(xiàn)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(guò)比較器就可以輸出高低

8、電平。但是這種方案受外界光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。 方案二：采用ST系列反射式光電傳感器。這個(gè)系列的傳感器種類(lèi)齊全、價(jià)格便宜、體積小、使用方便、質(zhì)量可靠、用途廣泛。采用ST188作為紅外光電傳感器，當(dāng)檢測(cè)到黑色區(qū)域，二極管發(fā)射的紅外線(xiàn)沒(méi)有反射到光敏接收三極管，三極管截止 ；若檢測(cè)到白色區(qū)域，接收三極管接收到二極管發(fā)射的紅外線(xiàn)，三極管導(dǎo)通，滿(mǎn)足要求，故選用性?xún)r(jià)比較高的ST188紅外光電傳感器。4.3傳感器的安裝方案對(duì)比 方案一：采用兩個(gè)紅外光電傳感器，分別放置在電動(dòng)車(chē)車(chē)頭的左、右兩個(gè)方向，用來(lái)控制小車(chē)的行走方向。此方案雖然可以較好地循跡，但由于轉(zhuǎn)向后的慣性，小車(chē)會(huì)沿著黑線(xiàn)大幅擺動(dòng)。 方案二

9、：采用三個(gè)紅外傳感器，一個(gè)置于軌道中間，兩個(gè)置于軌道外側(cè)，當(dāng)小車(chē)脫離軌道時(shí)，置于中間的一個(gè)紅外傳感器接收到光線(xiàn)，等待外面任一個(gè)檢測(cè)到黑線(xiàn)后，做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向調(diào)整，直到中間的紅外傳感器重新檢測(cè)到黑線(xiàn)再恢復(fù)正向行駛。此方案能使小車(chē)較穩(wěn)定地沿黑線(xiàn)行駛，但小車(chē)在遇到大幅轉(zhuǎn)彎時(shí)會(huì)直接沖出軌道。 方案三：采用4個(gè)紅外傳感器，具體位置如圖2.2.3所示。圖2.2.3 傳感器安裝圖 四個(gè)循跡傳感器全部在一條直線(xiàn)上。其中X1與Y1為第一級(jí)方向控制傳感器，X2與Y2為第二級(jí)方向控制傳感器，并且黑線(xiàn)同一邊的兩個(gè)傳感器之間的寬度不大于黑線(xiàn)的寬度。小車(chē)前進(jìn)時(shí)，始終保持在X1和Y1這兩個(gè)第一級(jí)傳感器之間，當(dāng)小車(chē)偏離黑線(xiàn)時(shí)，

10、第一級(jí)傳感器就能檢測(cè)到黑線(xiàn)，把檢測(cè)的信號(hào)送給單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出信號(hào)對(duì)小車(chē)軌跡予以糾正。若小車(chē)回到了軌道上，即4個(gè)傳感器都接收到光線(xiàn)，則小車(chē)會(huì)繼續(xù)行走；若小車(chē)由于慣性過(guò)大依舊偏離軌道，越出了第一級(jí)兩個(gè)傳感器的探測(cè)范圍，這時(shí)第二級(jí)傳感器檢測(cè)到并加大偏轉(zhuǎn)力度，使小車(chē)迅速回到正確軌道上去。第二級(jí)傳感器作為第一級(jí)的后備保護(hù)，使小車(chē)糾正方向的速度顯著提高，大大減小沖出跑道的可能，從而提高了小車(chē)循跡的可靠性，故采用此方案。 四、傳感器選用1.選用型號(hào)及特點(diǎn)紅外傳感器ST188，采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，檢測(cè)距離可調(diào)整范圍大，4-13mm 可用，采用非接觸檢測(cè)方式。2.內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工

11、作原理含一個(gè)反射模塊（發(fā)光二極管）和一個(gè)接收模塊（光敏三極管）。通過(guò)發(fā)射紅外信號(hào)，看接收信號(hào)變化判斷檢測(cè)物體狀態(tài)的變化。A、K之間接發(fā)光二極管，C、E之間接光敏三極管（二者在電路中均正接，但要串聯(lián)一定阻值的電阻） 圖 4-1 ST188實(shí)物圖 發(fā)光器和收光器在同一個(gè)裝置內(nèi)，利用反射原理完成光電控制作用。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光反射回來(lái)被收光器收到；一旦光路被檢測(cè)物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。 圖 4-2 ST188管腳圖及內(nèi)部電路3.傳感器工作電路設(shè)計(jì)及說(shuō)明圖 4-3傳感器模塊電路圖發(fā)光二極管不斷發(fā)光，當(dāng)照射到黑色線(xiàn)時(shí)，光電管接收不到反光，電路相當(dāng)于斷開(kāi)，電

12、壓比較器的正輸入端為高電平，經(jīng)過(guò)LM234比較器整形后，輸出一個(gè)高電平以傳入單片機(jī)。照射到白色時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)射的光線(xiàn)被光電管接收到，電路相當(dāng)于閉合，輸出低電平。其中滑動(dòng)變阻器可以調(diào)節(jié)LM324的門(mén)限電壓。LM324為四運(yùn)放集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝。內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)算放大器，有相位補(bǔ)償電路。電路功耗很小，工作電壓范圍寬，可用正電源330V，或正負(fù)雙電源15V15V工作。在黑線(xiàn)檢測(cè)電路中用來(lái)確定紅外接收信號(hào)電平的高低，以電平高低判定黑線(xiàn)有無(wú)。在電路中，LM324的一個(gè)輸入端需接滑動(dòng)變阻器，通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器的阻值來(lái)提供合適的比較電壓。 圖 4-5 LM324內(nèi)部電路 圖 4-6 集成運(yùn)放

13、的管腳圖五、其它各部分單元電路設(shè)計(jì)1.控制模塊圖5-1 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路AT89C51單片機(jī)是美國(guó)Atm el公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）和128 B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用Atm el公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。AT89C51單片機(jī)可提供許多高性?xún)r(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。在這一塊芯片上，集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分，其中包括CPU、存儲(chǔ)器、可編程I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口等

14、，各部分通過(guò)內(nèi)部總線(xiàn)相連。時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 如圖5-1（與單片機(jī)構(gòu)成最小系統(tǒng)）1）采用外部時(shí)鐘，晶振頻率為12MHZ2）采用按鍵復(fù)位2.電源模塊電源采用雙路開(kāi)關(guān)電源。明偉牌D-30W雙路開(kāi)關(guān)電源。輸出（5V、12V）。實(shí)物圖如圖5-2所示。 圖5-2雙路開(kāi)關(guān)電源該開(kāi)關(guān)電源尺寸為129X98X38mm，交流輸入轉(zhuǎn)換由開(kāi)關(guān)選擇，具有過(guò)流短路保護(hù)功能，能自冷散熱。低價(jià)位、高可靠。3.電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊3.1電機(jī)電機(jī)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。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力?？蛇x用減速比為1：74 的直流電機(jī)

15、，減速后電機(jī)的轉(zhuǎn)速為100r/min。若車(chē)輪直徑為6cm，則小車(chē)的最大速度可以達(dá)到0.314m/s能夠較好的滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。3.2驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)模塊采用專(zhuān)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，其響應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)。以下為L(zhǎng)298N的引腳圖和輸入輸出關(guān)系表。 圖3-9 L298N外部引腳 表2 L298N輸入輸出關(guān)系停止是步進(jìn)電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)不再旋轉(zhuǎn)，這一固定的磁場(chǎng)所產(chǎn)生的力矩也稱(chēng)為靜力矩迫使步進(jìn)電機(jī)不再轉(zhuǎn)動(dòng)。剎車(chē)是為了確保步進(jìn)電機(jī)的定位準(zhǔn)確性，在靜力矩之外再增加磨擦力迫使電機(jī)不再轉(zhuǎn)動(dòng)，由快到慢分別為正轉(zhuǎn)、停止、剎停和反轉(zhuǎn)。本

16、設(shè)計(jì)用到電機(jī)的正轉(zhuǎn)和停止，即一級(jí)轉(zhuǎn)向?yàn)橐粋€(gè)車(chē)輪高速正轉(zhuǎn)，一個(gè)車(chē)輪低速正轉(zhuǎn)；二級(jí)轉(zhuǎn)向?yàn)橐粋€(gè)車(chē)輪高速正轉(zhuǎn)，一個(gè)車(chē)輪停轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)如圖3-10 所示： 圖3-10 L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路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)的編程就可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)直流電機(jī)的PWM調(diào)速控制。六、系統(tǒng)總電路原理圖(見(jiàn)附錄三)1.系統(tǒng)總體說(shuō)明當(dāng)光電傳感器開(kāi)始接受信號(hào)，通過(guò)比較器將信號(hào)傳入單片機(jī)中。小車(chē)進(jìn)入尋跡模式，即開(kāi)始不停地掃描與探測(cè)器連接的單片I/O 口，一旦檢測(cè)到某個(gè)I/O 口有信號(hào)變化，就執(zhí)行相應(yīng)的判斷程序，把相應(yīng)的信號(hào)發(fā)送給電動(dòng)機(jī)從而糾正小車(chē)的運(yùn)行軌跡。單片機(jī)采用T0定時(shí)計(jì)數(shù)器，通

17、過(guò)產(chǎn)生PWM波，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)采用PWM來(lái)調(diào)節(jié)直流電機(jī)的速度。PWM是通過(guò)控制固定電壓的直流電源開(kāi)關(guān)頻率,從而改變負(fù)載兩端的電壓,進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許多方面,如電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中,按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源,并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開(kāi)”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過(guò)改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來(lái)改變平均電壓的大小,從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此,PWM又被稱(chēng)為“開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。在脈沖作用下,當(dāng)電機(jī)通電時(shí),速度增加；電機(jī)斷電時(shí),速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律,改變通、斷電的時(shí)間,即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控制。本系統(tǒng)中

18、通過(guò)控制51單片機(jī)的定時(shí)器T0的初值，從而可以實(shí)現(xiàn)P0.4和P0.5輸出口輸出不同占空比的脈沖波形。定時(shí)計(jì)數(shù)器若干時(shí)間（比如0.1ms）中斷一次, 就使P0.4或P0.5產(chǎn)生一個(gè)高電平或低電平。將直流電機(jī)的速度分為100個(gè)等級(jí), 因此一個(gè)周期就有個(gè)100脈沖, 周期為100個(gè)脈沖的時(shí)間。速度等級(jí)對(duì)應(yīng)一個(gè)周期的高電平脈沖的個(gè)數(shù)。占空比為高電平脈沖個(gè)數(shù)占一個(gè)周期總脈沖個(gè)數(shù)的百分?jǐn)?shù)。一個(gè)周期加在電機(jī)兩端的電壓為脈沖高電壓乘以占空比。占空比越大, 加在電機(jī)兩端的電壓越大, 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越快。電機(jī)的平均速度等于在一定的占空比下電機(jī)的最大速度乘以占空比。當(dāng)我們改變占空比時(shí), 就可以得到不同的電機(jī)平均速度, 從

19、而達(dá)到調(diào)速的目的。精確地講, 平均速度與占空比并不是嚴(yán)格的線(xiàn)性關(guān)系, 在一般的應(yīng)用中, 可以將其近似地看成線(xiàn)性關(guān)系。2.軟件設(shè)計(jì)2.1小車(chē)循跡流程圖小車(chē)進(jìn)入循跡模式后，即開(kāi)始不停地掃描與探測(cè)器連接的單片機(jī)I/O口，一旦檢測(cè)到某個(gè)I/O口有信號(hào)，即進(jìn)入判斷處理程序，先確定4個(gè)探測(cè)器中的哪一個(gè)探測(cè)到了黑線(xiàn)，如果左面第一級(jí)傳感器或者左面第二級(jí)傳感器探測(cè)到黑線(xiàn)，即小車(chē)左半部分壓到黑線(xiàn)，車(chē)身向右偏出，此時(shí)應(yīng)使小車(chē)向左轉(zhuǎn)；如果是右面第一級(jí)傳感器或右面第二級(jí)傳感器探測(cè)到了黑線(xiàn)，即車(chē)身右半部壓住黑線(xiàn)，小車(chē)向左偏出了軌跡，則應(yīng)使小車(chē)向右轉(zhuǎn)。在經(jīng)過(guò)了方向調(diào)整后，小車(chē)再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測(cè)黑線(xiàn)重復(fù)上述動(dòng)作。循跡

20、流程圖如圖4-2所示圖4-2循跡流程圖啟動(dòng)循跡模式探測(cè)黑線(xiàn)是否檢測(cè)到黑線(xiàn)判斷處理程序向左轉(zhuǎn)Turn_left2向左轉(zhuǎn)Turn_left1向右轉(zhuǎn)Turn_right1向右轉(zhuǎn)Turn_Lright2繼續(xù)前進(jìn)NY由于第二級(jí)方向控制為第一級(jí)的后備，則兩個(gè)等級(jí)間的轉(zhuǎn)向力度必須相互配合。第二級(jí)通常是在超出第一級(jí)的控制范圍的情況下發(fā)生作用，它也是最后一層保護(hù)，所以它必須要保證小車(chē)回到正確軌跡上來(lái)，則使第二級(jí)轉(zhuǎn)向力度大于第一級(jí)，其大小通過(guò)改變單片機(jī)輸出的占空比的大小來(lái)改變，具體數(shù)值在實(shí)地實(shí)驗(yàn)中得到。2.2中斷程序流程圖這里利用的是51單片機(jī)的T0定時(shí)計(jì)數(shù)器，從而讓單片機(jī)P0口的P0.4和P0.5引腳輸出占空比

21、不同的方波, 然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片放大后控制直流電機(jī)。定時(shí)計(jì)數(shù)器若干時(shí)間（比如0.1ms）比如中斷一次, 就使P0.4或P0.5產(chǎn)生一個(gè)高電平或低電平。中斷程序流程圖如圖4-3所示定時(shí)器賦初值技術(shù)變量賦值t=0計(jì)數(shù)值t占空比？P0.4和P0.5輸出高電平P0.4和P0.5輸出低電平計(jì)數(shù)變量t加1開(kāi)始結(jié)束YN圖4-3中斷程序流程圖七、仿真與調(diào)試（見(jiàn)附錄四）本設(shè)計(jì)通過(guò)利用Proteus仿真，將所編寫(xiě)的程序用Keil C軟件編譯，所仿真原理圖見(jiàn)附錄四。當(dāng)紅外光電傳感器沒(méi)有檢測(cè)到黑線(xiàn)，左右車(chē)輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，小車(chē)直行；當(dāng)左邊一級(jí)紅外光電傳感器檢測(cè)到黑線(xiàn)時(shí)，小車(chē)左輪高速正轉(zhuǎn)，右輪低速正轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)一級(jí)左轉(zhuǎn)；當(dāng)左邊二級(jí)紅

22、外光電傳感器檢測(cè)到黑線(xiàn)時(shí)，小車(chē)左輪高速正轉(zhuǎn)，右輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)二級(jí)右轉(zhuǎn)；當(dāng)右邊一級(jí)紅外光電傳感器檢測(cè)到黑線(xiàn)時(shí)，小車(chē)右輪高速正轉(zhuǎn)，左輪低速正轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)一級(jí)右轉(zhuǎn)；當(dāng)右邊二級(jí)紅外光電傳感器檢測(cè)到黑線(xiàn)時(shí)，小車(chē)右輪高速正轉(zhuǎn)，左輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)二級(jí)左轉(zhuǎn)。八、總結(jié)與心得體會(huì)根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求，我們小組并認(rèn)真分析了設(shè)計(jì)課題的需求，系統(tǒng)地閱讀了大量的相關(guān)資料，比較成功地實(shí)現(xiàn)了了設(shè)計(jì)要求，雖然存在一些不足，比如小車(chē)只能在一定范圍內(nèi)循跡，因?yàn)檫x用的光電傳感器探測(cè)距離有限，如果完全脫離軌跡跑出黑線(xiàn)后很難自動(dòng)重回軌跡，但是我還是有很大的收獲。我不僅復(fù)習(xí)了這學(xué)期剛學(xué)過(guò)的C51單片機(jī)的工作原理及其使用方法，嘗試編寫(xiě)程序并調(diào)試成

23、功，還對(duì)光電傳感器的特點(diǎn)與選用做了深入的分析和研究，對(duì)電路以及模電知識(shí)做了一個(gè)簡(jiǎn)單的回顧，也學(xué)習(xí)了利用protel和proteus進(jìn)行系統(tǒng)電路的繪制與仿真，使以前所學(xué)的相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)得到了綜合與運(yùn)用，讓它們相互關(guān)聯(lián)，發(fā)揮各自所長(zhǎng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我體會(huì)到理論結(jié)合實(shí)際的重要性，只有綜合性能、體積、價(jià)格等多方面的因素，才能選用高性?xún)r(jià)比的元件，電路在能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的前提下要盡可能的簡(jiǎn)明易連，需經(jīng)過(guò)反復(fù)查閱和修改才能不斷完善。在今后我會(huì)再接再厲，不斷完善自己的理論知識(shí)，提高實(shí)踐動(dòng)手能力并努力做得更好。參考文獻(xiàn) 1童詩(shī)白 華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）M.高等教育出版社，20062朱定華 戴穎穎 李川香.

24、單片微機(jī)原理、匯編與C51及接口技術(shù)M. 清華大學(xué)出版社，20133魏學(xué)業(yè).傳感器與檢測(cè)技術(shù)M.人民郵電出版社，20124閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版)M.高等教育出版社.20065高鋒.單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)M.科學(xué)出版社.20036 宋健 姜軍生 趙文亮. 基于單片機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)J.農(nóng)機(jī)化研究.2006,(1):102-1037 王晶 翁顯耀 梁業(yè)宗.自動(dòng)尋跡小車(chē)的傳感器模塊設(shè)計(jì)M.武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院8 劉迎春.傳感器原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.國(guó)防科技大學(xué)出版社.1992附錄一：元器件清單小車(chē)模型1輛黑色膠布1卷AT89C51單片機(jī)1塊ST188作為紅外檢測(cè)傳感器4個(gè)LM

25、324比較器1塊明偉牌D-30W雙路開(kāi)關(guān)電源1個(gè)直流減速電機(jī)1個(gè)L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片1塊導(dǎo)線(xiàn)、不同值的電阻、電容若干附錄二：?jiǎn)纹瑱C(jī)測(cè)試程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char zkb1=0 ; /*左邊電機(jī)的占空比*/unsigned char zkb2=0 ; /*右邊電機(jī)的占空比*/unsigned char t=0; /*定時(shí)器中斷計(jì)數(shù)器*/sbit RSEN2=P10;sbit RSEN1=P11;sbit LSEN1=P12;sbit LSEN2=P13;sbit IN1=

26、P00;sbit IN2=P01;sbit IN3=P02;sbit IN4=P03;sbit ENA=P04;sbit ENB=P05;/*延時(shí)函數(shù)*/void delay(int z) while (z-); /*初始化定時(shí)器，中斷*/void init() TMOD=0x01; TH0=(65536-100)/256; TL0=(65536-100)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; /*中斷函數(shù)+脈寬調(diào)制*/void timer0() interrupt 1 if(tzkb1) ENA=1; else ENA=0; if(t=100) t=0;/*直行*/void qianjin() zkb1=30; zkb2=30;/*左轉(zhuǎn)函數(shù)1