智能小車實驗報告

..課程設(shè)計報告〔嵌入式技術(shù)實踐<一>學(xué)院：電氣工程與自動化學(xué)院題目：專業(yè)__自動化123班學(xué)號：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)展的信息時代,高科技產(chǎn)品的更新的換代也是越來越快。作為21世紀的大學(xué)生,我們身處這樣的環(huán)境中,就必須使自己能夠適應(yīng)這個社會所需。自動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),跟上時代的步伐。為了讓同學(xué)們在做中學(xué)。同學(xué)們自己設(shè)計和制作智能小車,并從中深入了解和理解自動化嵌入式。從而為進一步實現(xiàn)人機對話,測量以及控制這些自動化的基本控制做基礎(chǔ)。從理論到實踐,讓同學(xué)們更好的理解嵌入式,增長同學(xué)的實踐和設(shè)計能力。應(yīng)用P89V51RB2微控制器中端口、外部中斷、定時器等基本模塊,實現(xiàn)核心控制,再結(jié)合驅(qū)動板來控制電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向,最后加上紅外傳感器,實現(xiàn)小車的智能尋跡。其中端口結(jié)合SPI實現(xiàn)人機對話；定時器與中斷結(jié)合實現(xiàn)匹配定時,捕獲轉(zhuǎn)速；端口、定時器的結(jié)合就實現(xiàn)了控制電機的方向與轉(zhuǎn)速；端口與紅外傳感器結(jié)合,讓小車可以尋找黑線,這樣就實現(xiàn)了智能尋跡。關(guān)鍵字：自動化；嵌入式；智能尋跡；實踐；外部中斷；定時器；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)計要求4第二章統(tǒng)的系設(shè)計42.1實踐原理42.2實踐器材42.3實踐目的4第三章軟件設(shè)計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)實現(xiàn)54.1硬件實現(xiàn)54.1.1單片機外擴54.12電源模塊板54．13循跡模塊……………………….54.14電機驅(qū)動模塊………54.2軟件實現(xiàn)64.3實現(xiàn)效果8結(jié)束語：8致謝8參考文獻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后,急需要一場智能小車制作實踐實驗以加深我們對制板的認識及熟悉制做智能小車的工作流程。"卓越工程師培養(yǎng)計劃"主要強調(diào)"理論與實踐、教與學(xué)、學(xué)校與企業(yè)"三個緊密結(jié)合,全面貫徹和落實"構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行"這種在做中學(xué)的原則,以及基于項目驅(qū)動的教學(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)計培養(yǎng)目標,共同制定培養(yǎng)方案,共同實施培養(yǎng)過程。"真刀真槍"地實踐,以強化學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。在一學(xué)期的計算機基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)后,需要將理論和實踐有機的相結(jié)合。在一定程度的專業(yè)基礎(chǔ)知識的鋪墊、學(xué)長們的實際操作引導(dǎo)下。展開技能實踐。實驗后加以對實驗的看法,總結(jié)經(jīng)驗,研究智能小車的制作方法及對課題進行討論研發(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,加深對課題的認識,增加理論與實踐知識。了解智能小車的制作與使用。根據(jù)原理圖焊接好單片機外擴、電源模塊、循跡模塊、驅(qū)動模塊四塊板子,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驗課題。1.3設(shè)計要求第一：畫出正確的原理圖第二:焊好板子,并使它能正常運行第三：板上無斷線,電路無短路與斷路。萬能表檢測無錯誤。燒入程序后能顯示正確的實驗現(xiàn)象應(yīng)用P89V51RB2微控制器中的端口、外部中斷、定時器等基本模塊,實現(xiàn)核心控制,再結(jié)合電源板、電機驅(qū)動板來控制電機的轉(zhuǎn)向,最后加上傳感檢測模塊,實現(xiàn)小車的智能尋跡。這次課程實踐要求每一個人都動手都制作出一輛尋跡小車,真正實現(xiàn)從聽中學(xué)到做中學(xué),提高同學(xué)們的動手能力。這次實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)再一步步進行拓展,比如：加上測速模塊、遙控模塊,水平更高的還可以實現(xiàn)避障模塊、液晶顯示模塊等等第二章系統(tǒng)的設(shè)計2.1實踐原理探測路面黑線的基本原理：光線照射到路面并反射,由于黑線和白紙對光的反射系數(shù)不同,可以根據(jù)接收到的反射光強弱來判斷是否是黑線。利用這個原理,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法。紅外探測法,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,在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光,當紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時發(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。紅外探測器探測距離有限,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)向電機控制以及直流驅(qū)動電機的控制精密地結(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別,轉(zhuǎn)向電機控制的失當,都會造成模型車嚴重抖動甚至偏離賽道；如果直流電機的驅(qū)動控制效果不好,也會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實踐器材四塊萬能版、兩個紅外傳感器、四個1K的電阻、兩個3.3K的電阻、兩個電源、插針、插座多排、三個LED燈、兩個電容器、一個單片機、八個三極管〔其中四個為透明的三極管、兩個二極管、兩個玻璃電阻、兩個輪子、兩個馬達。兩個電池盒、一塊較大的塑料板、杜邦線若干、焊錫少許、一個萬能表、一個電烙鐵、一個焊臺、膠帶。1：插針、單片機、一個萬能版、焊錫——用于焊接單片機外擴。2:插針、插座、兩個繼電器、四個透明三極管、四個三極管四個1K電阻、焊錫——用于焊接驅(qū)動模塊板。3:一個LED燈、插針、插座、兩個電容器、兩個玻璃電阻、兩個二極管、一個3.3K電阻、焊錫——用于焊接電源板。4:兩個紅外傳感器、兩個LED燈、四個電阻、焊錫——用于焊接循跡模塊。5:萬能表——用于檢測板子電路是否短路、斷路、電路是否正確。6：焊臺——將器件焊接到板子上。7：輪子、馬達、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實踐目的增加智能小車板的制作實踐知識,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與技術(shù)。增加智能小車板的制作經(jīng)驗,體會智能小車板的制作原理提高我們對智能小車的認識。使智能小車能夠在燒入實驗程序后能夠沿著膠帶跑動,顯現(xiàn)出正確的實驗現(xiàn)象。第三章軟件設(shè)計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NXP半導(dǎo)體公司提供的增強型80C51微控制器,包括16KBFlash程序存儲器和1KB數(shù)據(jù)RAM,且功能上完全覆蓋標準80C51單片機系列。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。小車的電機驅(qū)動模塊的供電電壓為7.2V,經(jīng)過電容濾波后接7805進行穩(wěn)壓,穩(wěn)壓輸出5V的電壓。提供單片機所需的電壓,其電源電路原理圖如下圖所示：電機驅(qū)動模塊這次電機驅(qū)動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)動電機,而是用繼電器來驅(qū)動電機,其原理圖如下：3.4傳感檢測模塊紅外線傳感檢測電路原理其實很簡單,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,在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光,當紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時發(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)境與實驗程序本身有密切的聯(lián)系。實驗程序在不同的編程環(huán)境下也可能編譯出不同的實驗結(jié)果。第四章系統(tǒng)實現(xiàn)4.1硬件實現(xiàn)4.1模塊驅(qū)動程序4.1.1電機驅(qū)動模塊電機驅(qū)動板有四出信號輸出端,PWM1,PWM2,DIR1,DIR2,分別控制從而控制兩個電機的停止與正反轉(zhuǎn)。其具體程序控制見程序清單如下：voidmotor_stight<>//小車前進{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傳感檢測模塊驅(qū)動紅外線模塊只要80C51單片機向其供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)試程序簡單的循跡小車外加遙控模塊的程序如下：4.3實現(xiàn)效果燒入實驗程序后,智能小車能沿著黑色膠帶正常跑動5.實驗心得第一：在看原理圖時,要注意圖中各器件的排布情況。第二：認真仔細地將各個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,要用萬能表檢測板子的電路狀況,如遇到短路或斷路等狀況要及時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,注意要認真仔細連接,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