智能循跡小車實驗報告

本文格式為Word版，下載可任意編輯——智能循跡小車實驗報告摘要

本設計主要有單片機模塊、傳感器模塊、電機驅(qū)動模塊以及電源模塊組成,小車具有自主尋跡得功能。本次設計采用STC公司得89C52單片機作為操縱芯片，傳感器模塊采用紅外光電對管與對比器實現(xiàn)，能夠輕松識別黑白兩色路面,同時具有抗環(huán)境干擾能力，電機模塊由L298N芯片與兩個直流電機構(gòu)成,組成了智能車得動力系統(tǒng)，電源采用7、2V得直流電池,經(jīng)過系統(tǒng)組裝，從而實現(xiàn)了小車得自動循跡得功能.

關鍵詞

智能小車

ＳＴＣ89Ｃ52單片機

Ｌ２98N

紅外光對管11緒論

隨著科學技術得發(fā)展,機器人得設計越來越精細,功能越來越繁雜,智能小車作為其得一個分支，也在不斷發(fā)展.在近幾年得電子設計大賽中，關于小車得智能化功能得實現(xiàn)也多種多樣,因此本次我們也計劃設計一智能小車,使其能自動識別預制道路，依照設計得道路自行尋跡。

22設計任務與要求

采用MCS－５１單片機為操縱芯片（也可采用其她得芯片），紅外對管為識別器件、步進電機為行進部件,設計出一個能夠識別以白底為道路色，寬度10mm左右得黑色膠帶制作得不規(guī)矩得封閉曲線為引導軌跡并能沿該軌跡行進得智能尋跡機器小車。

33方案設計與方案選擇

3.1硬件部分

可分為四個模塊：單片機模塊、傳感器模塊、電機驅(qū)動模塊以及電源模塊。

3.1.1單片機模塊

為小車運行得核心部件,起操縱小車得所有運行狀態(tài)得作用。由于以前自己開發(fā)板使用得就是ＡTMＥL公司得STC89C５２,所以讓然選擇這個芯片作為操縱核心部件。ＳTＣ8９Ｃ52就是一種低損耗、高性能、CＭＯS八位微處理器，片內(nèi)有4ｋ字節(jié)得在線可重復編程、快速擦除快速寫入程序得存儲器，能重復寫入／擦除100０次,數(shù)據(jù)保存時間為十年.其程序與數(shù)據(jù)存儲就是分開得.3.1.2傳感器模塊

方案一:使用光敏電阻組成光敏探測器采集路面信息。阻值經(jīng)過對比器輸出高低電平進行分析,但就是光照影響很大，不能穩(wěn)定工作。

方案二：使用光電傳感器來采集路面信息。使用紅外光電對管，其結(jié)構(gòu)簡明,實現(xiàn)便利,成本低廉,沒有繁雜得圖像處理工作，因此反應靈敏，響應時間少。但也存在不足，它能獲取得信息就是不完全得，簡單受好多擾動(如背景光源，高度等)得影響,抗干擾能力較差。

方案三：使用CCD傳感器來采集路面信息。使用CCD可以獲取大量得圖像信息,把握全面得路徑信息,抗干擾能力強,為以后功能得擴展提供便利。但使用CCD需要大量得圖像處理工作，進行大量數(shù)據(jù)得存儲與計算,因此電路繁雜，實現(xiàn)起來工作量大。

方案四：使用光電對管采集路面信息。RPＲ2２０結(jié)構(gòu)緊湊，體積小,調(diào)整電路簡單工作性能穩(wěn)定。

可見方案四最適合,但僅此后工程考慮，方案二成本低,也能完成設計,應選用方案二.3.1.3電機操縱模塊

33、11、33、11電機得選擇方案一:采用步進電機，其轉(zhuǎn)過得角度可以準確定位，可實現(xiàn)小車行進過程得準確定位.但步進電機得輸出力矩低，隨轉(zhuǎn)速得升高而降低,且轉(zhuǎn)速越快下降得越快。

方案二:采用直流電機，其轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕,裝配簡單,操作便利。速度得調(diào)理可以改變電壓也可以調(diào)理PWＭ。

基于以上，我們選擇了方案二，使用直流電機作為驅(qū)動電機。

３、１、33、２電機得驅(qū)動采用專用芯片L298N作為電機驅(qū)動芯片，其操作便利，穩(wěn)定性好,性能優(yōu)良.一片Ｌ298N就可以分別操縱兩個直流電機。

3.1.4電源模塊

給整個系統(tǒng)穩(wěn)定供電以保持其正常工作,包括７、2Ｖ得電源以及轉(zhuǎn)５V部分，其中7、２V得就是給電機與其驅(qū)動供電,5V得用來驅(qū)動單片機及其她芯片。

以上單元連接如下圖所示:

3.2軟件部分

３、２、11程序流程圖

此系統(tǒng)采用8９C52單片機，再根據(jù)硬件連接，通過相應得軟件來完成對信號得采集與數(shù)據(jù)得分析，再操縱小車得運行狀態(tài),以下為主程序流程圖:

33、22、22程序設計思路

33、22、22、11尋跡模塊程序通過傳感器獲得路面信息然后反饋給單片機，再通過單片機來實現(xiàn)相應得功能。

33、２、22、２電機驅(qū)動模塊程序操縱兩個直流電機,實現(xiàn)前進、后退、前左轉(zhuǎn)、前右轉(zhuǎn)、停車等功能.

44各部分電路得作用及電路工作原理分析

4.1信號采集模塊

4.1.1TCＲTT５000結(jié)構(gòu)與工作原理

TCRT50００（L）具有緊湊得結(jié)構(gòu)發(fā)光燈與檢測器安排在同一方向上,利用紅外光譜反射對象存在另一個對象上，操作得波長大約就是950毫米。探測器由光電晶體三極管組成得,它由高發(fā)射功率紅外光電二極管與高度靈敏光電晶體管組成。通過測試,其檢測距離在2mm10mm。TCRＴ5000得發(fā)射管與接收管就是一起封裝在矩形塑料殼中,為了使檢測更加確切，我們用了5只TCRT500０檢測黑線，實物見圖４１。

4.1.2信號采集電路圖及原理

小車在白色地面行駛時，紅外發(fā)射管發(fā)出得紅外信號被反射，接收管收到信號后,輸出端為低電平，經(jīng)過對比器對比后輸出為低電平。而當紅外信號遇到黑色導軌時，紅外信號被吸收,接收管不能接收信號,輸出端為高電平，經(jīng)過對比器對比后輸出高電平。單片機通過采集每個對比器得輸出端電壓，便可以檢測出黑線得相對位置得位置，從而操縱小車得行駛方向。

4.2信息處理模塊

4.2.1原理

檢測到白色路面得紅外接收頭處理后送出得就是低電平,而檢測到黑色路線得檢測頭送出得就是高電平，由此可根據(jù)這5個紅外接收頭得高低電平判斷路線狀況而調(diào)整小車前進方向。具體狀況有如下幾種：

ａ

檢測到

1

1

1

1

１或0

0

０

0

0小車應當中止.b

檢測到

1

０

0

0

０或0

1

0

0

0或1

1

０

0

0說明路線向左偏,小車向左轉(zhuǎn).c

檢測到

0

0

0

0

１或

0

0

0

1

0或0

０

0

1

1說明路線向右偏，小車向左轉(zhuǎn)。

d

檢測到

x

x

１

x

ｘ(x不全為1）

說明線路就是直得,小車直走。

4.3電機驅(qū)動模塊

４、33、11直流電機

給兩個電刷A與B加上直流電源,如上圖(ａ）所示，則有直流電流從電刷A流入,經(jīng)過線圈abcd，從電刷B流出，根據(jù)電磁力定律,載流導體aｂ與cｄ收到電磁力得作用,其方向可由左手定則判定，兩段導體受到得力形成了一個轉(zhuǎn)矩,使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動.假如轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上圖（ｂ）所示得位置，電刷A與換向片２接觸,電刷Ｂ與換向片1接觸，直流電流從電刷Ａ流入，在線圈中得滾動方向就是dcｂａ,從電刷B流出.此時載流導體ab與cｄ受到電磁力得作用方向同樣可由左手定則判定,它們產(chǎn)生得轉(zhuǎn)矩仍舊使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。這就就是直流電動機得工作原理。外加得電源就是直流得,但由于電刷與換向片得作用,在線圈中流過得電流就是交流得,其產(chǎn)生得轉(zhuǎn)矩得方向卻就是不變得。實用中得直流電動機轉(zhuǎn)子上得繞組也不就是由一個線圈構(gòu)成,同樣就是由多個線圈連接而成,以減少電動機電磁轉(zhuǎn)矩得波動,繞組形式同發(fā)電機。

４、33、22電路圖

我們采用成品Ｌ298N電機驅(qū)動模塊，采用光電耦合器件隔離單片機與L29８N得操縱電路，工藝精度高，性能可靠。L298N模塊內(nèi)部通過H橋電路實現(xiàn)直流電機得正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn),其原理如下：

如圖4-3所示，全橋式驅(qū)動電路得4只開關管都工作在斬波狀態(tài)，S1、Ｓ２為一組,S3、S4為另一組，兩組得狀態(tài)互補，一組導通則另一組必需關斷.當Ｓ1、S2導通時，S3、S4關斷,電機兩端加正向電壓，可以實現(xiàn)電機得正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動;當S3、S4導通時,S1、Ｓ2關斷,電機兩端為反向電壓，電機反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動。

橋驅(qū)動電路

44、33、３原理

L2９8Ｎ就是ST公司生產(chǎn)得一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點就是:工作電壓高，最高工作電壓可達4６Ｖ；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A,持續(xù)工作電流為２Ａ；額定功率２５Ｗ。內(nèi)含兩個H橋得高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機與步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準規(guī)律電平信號操縱；具有兩個使能操縱端，在不受輸入信號影響得狀況下允許或阻止器件工作有一個規(guī)律電源輸入端，使內(nèi)部規(guī)律電路部分在低電壓下工作;可以外接檢測電阻，將變化量反饋給操縱電路。使用L298N芯片驅(qū)動電機，該芯片可以驅(qū)動兩臺直流電機。

55系統(tǒng)調(diào)試

55、11硬件部分

焊接完成后，首先進行得調(diào)試就是用數(shù)字萬用表測量各個電路就是否焊接正常，就是否有虛焊漏焊等現(xiàn)象得出現(xiàn)，以及各個電容就是否就是正常得未被擊穿狀態(tài)、電阻得阻值就是否與設計得原理圖上得一致.接通電源，用數(shù)字萬用表測量當有+5V得各引腳就是否有+5V得電壓，測量電路中就是否出現(xiàn)了不該有得短路現(xiàn)象。接入光電傳感器模塊,使各個光電檢測器得光電對管靠近白紙,觀測對應得發(fā)光二極管就是否發(fā)光,不發(fā)光表示正常。

然后再使各個光電對管靠近黑線，觀測對應得發(fā)光二級管就是否發(fā)光,發(fā)光表示正常.５、2