智能小車實(shí)驗(yàn)報(bào)告

..課程設(shè)計(jì)報(bào)告〔嵌入式技術(shù)實(shí)踐<一>學(xué)院：電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院題目：專業(yè)__自動(dòng)化123班學(xué)號(hào)：21學(xué)生__謝斌指導(dǎo)王祖麟、張振利日期：20XX6月18日星期二摘要我們生活在信息與科技高速發(fā)展的信息時(shí)代,高科技產(chǎn)品的更新的換代也是越來越快。作為21世紀(jì)的大學(xué)生,我們身處這樣的環(huán)境中,就必須使自己能夠適應(yīng)這個(gè)社會(huì)所需。自動(dòng)化作為處在科技前沿的專業(yè),我們學(xué)生就要打好基礎(chǔ),跟上時(shí)代的步伐。為了讓同學(xué)們?cè)谧鲋袑W(xué)。同學(xué)們自己設(shè)計(jì)和制作智能小車,并從中深入了解和理解自動(dòng)化嵌入式。從而為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話,測(cè)量以及控制這些自動(dòng)化的基本控制做基礎(chǔ)。從理論到實(shí)踐,讓同學(xué)們更好的理解嵌入式,增長(zhǎng)同學(xué)的實(shí)踐和設(shè)計(jì)能力。應(yīng)用P89V51RB2微控制器中端口、外部中斷、定時(shí)器等基本模塊,實(shí)現(xiàn)核心控制,再結(jié)合驅(qū)動(dòng)板來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向,最后加上紅外傳感器,實(shí)現(xiàn)小車的智能尋跡。其中端口結(jié)合SPI實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話；定時(shí)器與中斷結(jié)合實(shí)現(xiàn)匹配定時(shí),捕獲轉(zhuǎn)速；端口、定時(shí)器的結(jié)合就實(shí)現(xiàn)了控制電機(jī)的方向與轉(zhuǎn)速；端口與紅外傳感器結(jié)合,讓小車可以尋找黑線,這樣就實(shí)現(xiàn)了智能尋跡。關(guān)鍵字：自動(dòng)化；嵌入式；智能尋跡；實(shí)踐；外部中斷；定時(shí)器；能力目錄第一章緒論31.1課題背景41.2課題概述41.3設(shè)計(jì)要求4第二章統(tǒng)的系設(shè)計(jì)42.1實(shí)踐原理42.2實(shí)踐器材42.3實(shí)踐目的4第三章軟件設(shè)計(jì)53.1硬件開發(fā)的軟件介紹53.1.1TKStudio53.1.2原理圖的繪制過程53.2編程環(huán)境介紹5第四章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)54.1硬件實(shí)現(xiàn)54.1.1單片機(jī)外擴(kuò)54.12電源模塊板54．13循跡模塊……………………….54.14電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊………54.2軟件實(shí)現(xiàn)64.3實(shí)現(xiàn)效果8結(jié)束語：8致謝8參考文獻(xiàn)8附錄9第一章緒論1．1課題背景學(xué)習(xí)了智能小車的的理論知識(shí)后,急需要一場(chǎng)智能小車制作實(shí)踐實(shí)驗(yàn)以加深我們對(duì)制板的認(rèn)識(shí)及熟悉制做智能小車的工作流程。"卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃"主要強(qiáng)調(diào)"理論與實(shí)踐、教與學(xué)、學(xué)校與企業(yè)"三個(gè)緊密結(jié)合,全面貫徹和落實(shí)"構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行"這種在做中學(xué)的原則,以及基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式。企業(yè)由單純的用人單位變成為學(xué)生聯(lián)合培養(yǎng)單位,高校和企業(yè)共同設(shè)計(jì)培養(yǎng)目標(biāo),共同制定培養(yǎng)方案,共同實(shí)施培養(yǎng)過程。"真刀真槍"地實(shí)踐,以強(qiáng)化學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。在一學(xué)期的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)后,需要將理論和實(shí)踐有機(jī)的相結(jié)合。在一定程度的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的鋪墊、學(xué)長(zhǎng)們的實(shí)際操作引導(dǎo)下。展開技能實(shí)踐。實(shí)驗(yàn)后加以對(duì)實(shí)驗(yàn)的看法,總結(jié)經(jīng)驗(yàn),研究智能小車的制作方法及對(duì)課題進(jìn)行討論研發(fā),特設(shè)下此課題。1.2課題概述學(xué)習(xí)智能小車以及板的制作流程,加深對(duì)課題的認(rèn)識(shí),增加理論與實(shí)踐知識(shí)。了解智能小車的制作與使用。根據(jù)原理圖焊接好單片機(jī)外擴(kuò)、電源模塊、循跡模塊、驅(qū)動(dòng)模塊四塊板子,調(diào)試板子,確保板子正確后,將板子與車身用杜邦線正確連接做好實(shí)驗(yàn)課題。1.3設(shè)計(jì)要求第一：畫出正確的原理圖第二:焊好板子,并使它能正常運(yùn)行第三：板上無斷線,電路無短路與斷路。萬能表檢測(cè)無錯(cuò)誤。燒入程序后能顯示正確的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象應(yīng)用P89V51RB2微控制器中的端口、外部中斷、定時(shí)器等基本模塊,實(shí)現(xiàn)核心控制,再結(jié)合電源板、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向,最后加上傳感檢測(cè)模塊,實(shí)現(xiàn)小車的智能尋跡。這次課程實(shí)踐要求每一個(gè)人都動(dòng)手都制作出一輛尋跡小車,真正實(shí)現(xiàn)從聽中學(xué)到做中學(xué),提高同學(xué)們的動(dòng)手能力。這次實(shí)踐最基本的功能底線就是能夠?qū)崿F(xiàn)循跡,然后有興趣的同學(xué)再一步步進(jìn)行拓展,比如：加上測(cè)速模塊、遙控模塊,水平更高的還可以實(shí)現(xiàn)避障模塊、液晶顯示模塊等等第二章系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1實(shí)踐原理探測(cè)路面黑線的基本原理：光線照射到路面并反射,由于黑線和白紙對(duì)光的反射系數(shù)不同,可以根據(jù)接收到的反射光強(qiáng)弱來判斷是否是黑線。利用這個(gè)原理,可以控制小車行走的路跡。這里的循跡是指小車在白色地板上循黑線行走,通常采取的方法是紅外探測(cè)法。紅外探測(cè)法,即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn),在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光,當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射,反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收,小車上的接收管接收不到紅外光。處理器就根據(jù)是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限,一般最大不應(yīng)超過3cm。智能小車系統(tǒng)以處理器為核心,為了使智能小車能夠快速行駛,處理器必須把路徑的迅速判斷、相應(yīng)的轉(zhuǎn)向電機(jī)控制以及直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制精密地結(jié)合在一起。如果傳感器部分的數(shù)據(jù)沒有正確地采集和識(shí)別,轉(zhuǎn)向電機(jī)控制的失當(dāng),都會(huì)造成模型車嚴(yán)重抖動(dòng)甚至偏離賽道；如果直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制效果不好,也會(huì)造成直線路段速度上不去,彎曲路段入彎速度過快等問題。2.2實(shí)踐器材四塊萬能版、兩個(gè)紅外傳感器、四個(gè)1K的電阻、兩個(gè)3.3K的電阻、兩個(gè)電源、插針、插座多排、三個(gè)LED燈、兩個(gè)電容器、一個(gè)單片機(jī)、八個(gè)三極管〔其中四個(gè)為透明的三極管、兩個(gè)二極管、兩個(gè)玻璃電阻、兩個(gè)輪子、兩個(gè)馬達(dá)。兩個(gè)電池盒、一塊較大的塑料板、杜邦線若干、焊錫少許、一個(gè)萬能表、一個(gè)電烙鐵、一個(gè)焊臺(tái)、膠帶。1：插針、單片機(jī)、一個(gè)萬能版、焊錫——用于焊接單片機(jī)外擴(kuò)。2:插針、插座、兩個(gè)繼電器、四個(gè)透明三極管、四個(gè)三極管四個(gè)1K電阻、焊錫——用于焊接驅(qū)動(dòng)模塊板。3:一個(gè)LED燈、插針、插座、兩個(gè)電容器、兩個(gè)玻璃電阻、兩個(gè)二極管、一個(gè)3.3K電阻、焊錫——用于焊接電源板。4:兩個(gè)紅外傳感器、兩個(gè)LED燈、四個(gè)電阻、焊錫——用于焊接循跡模塊。5:萬能表——用于檢測(cè)板子電路是否短路、斷路、電路是否正確。6：焊臺(tái)——將器件焊接到板子上。7：輪子、馬達(dá)、較大的塑料板——為車身的組成部分。8：電池——為智能小車的驅(qū)動(dòng)提供電壓。9：電池盒——盛裝電池。10：膠帶——將板子固定在車身上。2.3實(shí)踐目的增加智能小車板的制作實(shí)踐知識(shí),了解智能小車原理圖的繪制與智能小車板的制作流程。學(xué)習(xí)智能小車板的焊接知識(shí)與技術(shù)。增加智能小車板的制作經(jīng)驗(yàn),體會(huì)智能小車板的制作原理提高我們對(duì)智能小車的認(rèn)識(shí)。使智能小車能夠在燒入實(shí)驗(yàn)程序后能夠沿著膠帶跑動(dòng),顯現(xiàn)出正確的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。第三章軟件設(shè)計(jì)3.1硬件開發(fā)的軟件介紹252353.1．1系統(tǒng)控制器的選擇P89V51RB2是一款由美國(guó)NXP半導(dǎo)體公司提供的增強(qiáng)型80C51微控制器,包括16KBFlash程序存儲(chǔ)器和1KB數(shù)據(jù)RAM,且功能上完全覆蓋標(biāo)準(zhǔn)80C51單片機(jī)系列。3.2電源模塊交流電經(jīng)過全波電路在經(jīng)過電容濾波,在經(jīng)過穩(wěn)壓電源芯片做成穩(wěn)壓電路,輸出電壓5V、7.2V的直流電源。小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的供電電壓為7.2V,經(jīng)過電容濾波后接7805進(jìn)行穩(wěn)壓,穩(wěn)壓輸出5V的電壓。提供單片機(jī)所需的電壓,其電源電路原理圖如下圖所示：電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊這次電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊沒有采用往年的,直接用三極管構(gòu)成H橋的形式來驅(qū)動(dòng)電機(jī),而是用繼電器來驅(qū)動(dòng)電機(jī),其原理圖如下：3.4傳感檢測(cè)模塊紅外線傳感檢測(cè)電路原理其實(shí)很簡(jiǎn)單,就是利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn),在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光,當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射,反射光被裝在小車上的接收管接收,80C51內(nèi)核采集到的電壓就是高電平；如果遇到黑線則紅外光被吸收,小車上的接收管接收不到紅外光,然后80C51內(nèi)核采集到的電壓就是低電平。其基本原理圖如下：3.2編程環(huán)境介紹編程環(huán)境與實(shí)驗(yàn)程序本身有密切的聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)程序在不同的編程環(huán)境下也可能編譯出不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第四章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)4.1硬件實(shí)現(xiàn)4.1模塊驅(qū)動(dòng)程序4.1.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)板有四出信號(hào)輸出端,PWM1,PWM2,DIR1,DIR2,分別控制從而控制兩個(gè)電機(jī)的停止與正反轉(zhuǎn)。其具體程序控制見程序清單如下：voidmotor_stight<>//小車前進(jìn){PWM_1=1;PWM_2=1;DIR_1=0;DIR_2=0;}voidmotor_right<>//小車右轉(zhuǎn){ PWM_1=1; PWM_2=0;DIR_1=0;DIR_2=0;}voidmotor_left<>//小車左轉(zhuǎn){ PWM_1=0; PWM_2=1;DIR_1=0;DIR_2=0;}voidmotor_stop<>//小車停止{ PWM_1=0; PWM_2=0;DIR_1=0;DIR_2=0;}4.1.2傳感檢測(cè)模塊驅(qū)動(dòng)紅外線模塊只要80C51單片機(jī)向其供5V電壓就能工作,然后通過引腳采集其高低電平,就可以根據(jù)不同情況做出相應(yīng)的處理。第五章硬件總體調(diào)試程序簡(jiǎn)單的循跡小車外加遙控模塊的程序如下：4.3實(shí)現(xiàn)效果燒入實(shí)驗(yàn)程序后,智能小車能沿著黑色膠帶正常跑動(dòng)5.實(shí)驗(yàn)心得第一：在看原理圖時(shí),要注意圖中各器件的排布情況。第二：認(rèn)真仔細(xì)地將各個(gè)器件焊接到板自上第三：焊接過程過程中要注意焊錫的使用,用焊錫將器件焊接到板子上。第四：在調(diào)試的過程中,要用萬能表檢測(cè)板子的電路狀況,如遇到短路或斷路等狀況要及時(shí)修正直到板子上電路正確為止。第五：將四塊板子一一固定在車身上,用杜邦線將板子與車身連好,注意要認(rèn)真仔細(xì)連接,要避免短路情況,否則可能燒壞器件。第六：如連接好出現(xiàn)電容器冒煙