智能小車設計報告-畢業(yè)論文

PAGE1智能小車設計報告摘要：本設計采用AT89S52單片機作為系統(tǒng)控制核心，利用反應式紅外傳感器檢測信號進行尋跡，利用光電開關(guān)檢測障礙物，利用光敏電阻尋找光源，通過控制兩個直流電機從而來實現(xiàn)一系列尋跡-蔽障-尋光-停車的運動。關(guān)鍵詞：電動小車雙直流電機紅外傳感器光電開關(guān)光敏電阻1方案設計與論證以下是我小組的系統(tǒng)設計設計方案。見圖1圖11.1循跡方法比較與選擇方案一：由可見光發(fā)光二極管與光敏二極管組成的發(fā)射－接收電路。該方案成本較低，易于制作，但其缺點在于周圍環(huán)境光源會對光敏二極管的工作產(chǎn)生很大干擾，一旦外界光亮條件改變，很可能造成誤判和漏判；如果采用超高亮發(fā)光管和高靈敏度光敏管可以降低一定的干擾，但又將增加額外的功率損耗。方案二：尋跡采用紅外傳感器，尋光通過AD采樣實現(xiàn)，其他方案相同，此時主要通過比較器來調(diào)整，對檢測黑線的信號輸入，當檢測為白色板時為低電平，檢測到黑線時為高電頻，此種方法優(yōu)點是靈敏度高，成本較低。綜上考慮尋跡我們選用方法二1.2蔽障方法比較與選擇方案一：采用光敏電阻和比較器進行蔽障。工作原理當小車接近障礙物時光線被遮擋，產(chǎn)生電位變化，從而通過比較盡行判斷蔽障，優(yōu)點成本較低，電路較容易制作，缺點靈敏度低，并且教室內(nèi)會被燈光影響。方案二：采用光電開關(guān)，優(yōu)點靈敏度高，缺點是光電開關(guān)成本較高。綜上考慮為了，準確的完成小車的蔽障我們采用方案二。1.3尋光方法比較與選擇方案一；通過光敏電阻加比計較器進行尋光，優(yōu)點程序簡便，節(jié)約工作時間。缺點要認為調(diào)整光源檢測范圍，并且探測尋光時容易出現(xiàn)偏差。方案二；通過搭建AD模塊，進行AD采樣分析，通過程序控制尋光，優(yōu)點準確可靠，缺點需要花大量時間搭建模塊，并且要進行AD模塊的程序控制消耗時間較長。綜上考慮方案一簡單方便成本低，偏差在允許范圍之內(nèi)，故采用方案一。1.4驅(qū)動的方法比較與選擇方案一：采用直流電機。直流電機轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。缺點控制方面行走路徑比較粗糙不精確。方案二：采用步進電機。步進電機是數(shù)字控制電機，控制也簡單，具有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越性，比較適合本系統(tǒng)要求控制精度高的特點。綜上分析因為小車的運動對精準度要求不高，并且直流電機更加容易裝配控制故選用方案一。2.理論分析與計算自動小車完成一些列運動需要程序員給小車電機一個穩(wěn)定的速度，需要通過控制驅(qū)動模塊調(diào)整好占空比，占空比的概念是在一串理想的脈沖周期序列中（如方波），正脈沖的持續(xù)時間與脈沖總周期的比值。因為小車行進時要求穩(wěn)定連續(xù)，還要保證在規(guī)定的時間內(nèi)完成任務，所以要有適當工作周期和占空比。經(jīng)過長期調(diào)試周期為10ms，占空比控制在20%左右時，小車運動穩(wěn)定，并且能在規(guī)定的時間內(nèi)完成任務。3單元電路設計與計算3.1小車驅(qū)動模塊設計我們所使用的電機一般為直流電機，主要用到永磁直流電機、伺服電機及步進電機三種。直流電機的控制很簡單，性能出眾，直流電源也容易實現(xiàn)。這種直流電機的驅(qū)動及控制需要電機驅(qū)動芯片進行驅(qū)動。常用的電機驅(qū)動芯片有L297/298，MC33886，ML4428等。這里我們選擇L298N芯片。電源模塊如下由8組二極管防止逆向電流對芯片損壞。見圖2圖23.2小車尋跡模塊設計如圖3所示尋跡模塊通過LM339通過比較器，和紅外傳感器ST188裝置組成，它的工作原理為利用光的反射原理，當光照射在白紙上，反射量比較大，反之，照在黑色的物體上，由于黑澀對光的吸收。反射回的的光較少。這樣利用紅外探測裝置，當紅外探測裝置檢測到黑線時產(chǎn)生低電頻輸出信號，輸出信號進入LM339進行電壓比較，產(chǎn)生標準的TTL電平，穩(wěn)定性能得到提升。結(jié)合程序控制小車轉(zhuǎn)彎。圖33.3小車尋光模塊利用光敏電阻的感光特性：在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對增加了半導體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。再經(jīng)由三個光敏電阻各自分壓而構(gòu)成兩對輸出電信號，之后通過LM339產(chǎn)生兩個標準TTL電平信號輸入單片機，經(jīng)其處理控制小車往哪個方向利用光敏電阻的感光特性：在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對增加了半導體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。再經(jīng)由三個光敏電阻各自分壓而構(gòu)成兩對輸出電信號，之后通過LM339產(chǎn)生兩個標準TTL電平信號輸入單片機，經(jīng)其處理控制小車往哪個方向。見圖4圖44程序設計此次我們用的是STC公司生產(chǎn)的AT89CS52單片機，價格成本較低，程序通過C語言控制。以下是我小組的程序設計思路。見圖5圖55系統(tǒng)測試調(diào)試時應小心謹慎，電路安裝完畢后，首先應檢查電路各部分的接線是否正確，檢查電源、地線、信號線、元器件的引腳之間有無短路，器件有無接錯。再接入電路所要求的電源電壓，觀察電路中各部分器件有無異?，F(xiàn)象。如果出現(xiàn)異常現(xiàn)象，應立即關(guān)斷電源，待排除故障后方可重新通電。6結(jié)論經(jīng)過多次實際參數(shù)測量與實際運行，我組小車可以完成題目基本要求，是實際可靠的。通過這次的制作，可以考察自己在自學單片機中，收獲了那些知識。從通過理論設計，到仿真軟件仿真，再到確定具體方案，再到安裝實際電路，最后到調(diào)試電路、成型。整個過程都需要我充分利用所學的知識進行思考、借鑒。可以說，本次制作是針對前面所學的知識進行的一次比較綜合的檢驗?？偟膩碚f，這次制作雖然累，但非常充實。 在這次實習中，正確的思路是很重要的，只有你的設計思路是正確的，那你的設計才有可能成功。因此我們在設計前必須做好充分的準備，認真查找詳細的資料，為我們設計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。當然能完成本次設計，更離不開老師辛勤地指導，老師能在百忙中來指導本人，使本人能更好地完成設計?？傊?，感謝老師的指導?。?！7參考文獻[1]宋健,姜軍生,趙文亮.基于單片機的直流電動機PWM調(diào)速系統(tǒng)[J].農(nóng)機化研究,2006,(1):102-103.[2]邊春元李文濤江杰杜平等；C51單片機典型模塊設計與應用；機械工業(yè)出版社；2008.4[3]李華.MCS-51系列單片機實用接口技術(shù)［M］.北京:航空航天大學出版社,2003[4]樓然苗.51單片機設計實例［M］.北京:航空航天大學出版社,2005.8[5]王晶,翁顯耀,梁業(yè)宗自動尋跡小車的傳感器模塊設計.武漢理工大學自動化學院湖北武漢[6]劉迎春.傳感器原理設計與應用[M].長沙:國防科技大學出版社,1992.[7]萬福君，潘松峰.單片微機原理系統(tǒng)設計及應用[M]合肥：中國科學技術(shù)大學出版社，2001附程序：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitLSEN2=P1^0; //傳感器sbitLSEN1=P1^1;sbitRSEN1=P1^2;sbitRSEN2=P1^3;sbitIN1=P1^4; //電機sbitIN2=P1^5;sbitIN3=P1^6;sbitIN4=P1^7;sbitlight1=P3^0; //循光比較器sbitlight2=P3^1;sbitlight3=P2^3; //光強比較sbitRS=P2^0;//1602顯示sbitRW=P2^1;sbitEP=P2^2;sbitzuo=P3^5; //避障光電開關(guān)sbitzhong=P3^6;sbityou=P3^7;voidT0_init();voidStop();voidStart();voidkongzhi();voidxunguang();voidbizhang();voiddelay(uint);voidwrite_com(ucharcmd);voidwrite_data(uchardat);voidLCD_init();voidwrite_time(uchar,uchar);voidwrite_dis(uchar,uchar);voidLCD_display(uchar,uint);voidTFL();voidTFR();voidGOGOGO();voidGo();ucharcodeTab1[]="Time:s";ucharcodeTab2[]="Distance:cm";ucharflog4=0,flog3=0,flog2=1,flog=0,m;uchartime,tt,zkb1,zkb2,temp,flag=1,flag1=0;ucharflag2=0,flag3=0,flag4=1;uchark1=0,k2=0,k3=0,k4=0,k5=0;uintdis,quan=0,t0,t1,t2,x,flag5=0,flag6=0,flag7=0; //***************延時子程序**************//voiddelay(uintcount) { uinti,j; for(i=0;i<count;i++) for(j=0;j<110;j++);}//**********初始化定時器，中斷***********//voidT0_init(){ TMOD=0x01; TH0=(65536-200)/256; TL0=(65536-200)%256; 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