智能化小車課程設(shè)計匯本報告書

...wd......wd......wd...※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※2015級學(xué)生課程設(shè)計材料課程設(shè)計報告書課題名稱智能小車藍牙操控和循跡的實現(xiàn)姓名學(xué)號學(xué)院專業(yè)指導(dǎo)教師2019年2月15日1設(shè)計目的通過設(shè)計進一步掌握51單片機的應(yīng)用,特別是在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用。進一步學(xué)習(xí)51單片機在系統(tǒng)中的控制功能，能夠合理設(shè)計單片機的外圍電路,并使之與單片機構(gòu)成整個系統(tǒng)。2功能要求智能小車作為現(xiàn)代的新創(chuàng)造，是以后的開展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個環(huán)境里自動運作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于科學(xué)勘探等等用途；并且能實現(xiàn)顯示時間、速度、里程，具有自動尋跡、尋光、避障等功能，可程控行駛速度、準確定位停車，遠程傳輸圖像、按鍵控制加速，減速，剎停，左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)、實時顯示運行狀態(tài)等功能。3總體設(shè)計方案在現(xiàn)有玩具電動車的根基上，加了四個按鍵，實現(xiàn)對電動車的運行軌跡的啟動，并將按鍵的狀態(tài)傳送至單片機進展處理，然后由單片機根據(jù)所檢測的各種按鍵狀態(tài)實現(xiàn)對電動車的智能控制。這種方案能實現(xiàn)對電動車的運動狀態(tài)進展實時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。本設(shè)計采用AT89C51單片機。以AT89C51為控制核心，利用按鍵的動作，控制電動小汽車的狀態(tài)。加裝光電、紅外線、超聲波傳感器，實現(xiàn)對電動車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機進展處理，然后由單片機根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動小車的智能控制，如圖1所示。簡易智能電動車采用AT89C51單片機進展智能控制。開場由手動啟動小車，并復(fù)位初始化，當(dāng)?shù)竭_規(guī)定的起始黑線，由小車底部的紅外光電傳感器檢測到第一條黑線后，通過單片機控制小車開場記數(shù)、顯示、調(diào)速[2]。在白紙所做軌跡道路中，小車通過超聲波傳感器正前方檢測和光電傳感器左右側(cè)檢測，由單片機控制實現(xiàn)系統(tǒng)的自動避障功能。在電動車進駛過程中，采用雙極式H型PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，以控制小車調(diào)速；并采用動態(tài)共陰顯示行駛時間和里程。小車通過光電傳感裝置實現(xiàn)駛向光源并通過循跡保持小車在白紙范圍內(nèi)行駛。當(dāng)小車到達終點第二次檢測到黑線時，單片機控制小車停車。圖1總體設(shè)計框架圖4硬件電路選取與設(shè)計(1)硬件電路選取1.控制器模塊選取我們采用AT89C51單片機作為主控制器，AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。2.電機模塊選取采用普通直流電機。直流電機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，精度有一定的保證。直流電機控制的精度雖然沒有步進電機那樣高，但完全可以滿足此題目的要求。通過單片機的PWM輸出同樣可以控制直流電機的旋轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)電動車的速度控制。并且直流電機相對于步進電機價格經(jīng)濟。3.電機驅(qū)動器模塊選取采用電機驅(qū)動芯片L298N。L298N

為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動，可直接的對電機進展控制，無須隔離電路。通過單片機的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機進展正反轉(zhuǎn)，停頓的操作，非常方便，亦能滿足直流減速電機的大電流要求。調(diào)試時在依照芯片手冊，用程序輸入對應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)的動作。4.電源模塊選取在本系統(tǒng)中，需要用到的電源有單片機的5V,

L298N芯片的電源5V和電機的電源12V。所以需要對電源的提供必須正確和穩(wěn)定可靠。用9V的鋰電池串聯(lián)2節(jié)5號普通電池給前、后輪電機供電，然后使用7805穩(wěn)壓管來把高電壓穩(wěn)成5V分別給單片機和電機驅(qū)動芯片供電。因此為了方便，這里我們采用12V電源給電機供電，再用7805轉(zhuǎn)換成5V電源給單片機使用。

(2)硬件設(shè)計小車采用四輪驅(qū)動，一側(cè)的前后兩個車輪共用一個電機驅(qū)動，另外兩個前后輪共用一個驅(qū)動，調(diào)節(jié)左右車輪轉(zhuǎn)速從而到達控制轉(zhuǎn)向的目的。圖2硬件控制模塊圖1.控制模塊設(shè)計

根據(jù)設(shè)計的小車性能，使用控制系統(tǒng)來控制電機的狀態(tài)，按鍵來操作，從而使小車可以進展加速、減速、剎停、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的運行。設(shè)計的控制模塊電路圖圖3AT89C51單片機的P0通過控制總線來連接鎖存器74LS373以及計數(shù)器8253，以此來控制L298N驅(qū)動芯片的工作方式，PWM1和PWM2來控制電機的工作狀態(tài)。AT89C51的P2口通過控制總線與顯示器連接。圖3控制模塊設(shè)計圖2.電機模塊設(shè)計因為設(shè)計的小車運行比擬簡單，沒有避障等復(fù)雜的功能，所以我們選擇普通直流減速電機，通過到商店里和到網(wǎng)上等途徑進展購置，電機模塊采用2塊電機同時驅(qū)動，這里將同一側(cè)電機短接接到L298N的-個輸出端。3.電機驅(qū)動模塊設(shè)計采用電機驅(qū)動芯片L298N。L298N是SGS公司的產(chǎn)品，為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動，可直接的對電機進展控制，無須隔離電路。通過單片機的IO輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機進展正反轉(zhuǎn)，停頓的操作，非常方便，亦能滿足直流減速電機的大電流要求。調(diào)試時在依照芯片手冊，用程序輸入對應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)的動作。圖4電機驅(qū)動模塊設(shè)計圖如圖4所示，1腳和15腳可單獨引出連接電流采樣電阻器，形成電流信號，，還可驅(qū)動2個電機，OUT1,

OUT2,

OUT3,

OUT4之間分別連接2個電動機。5、7、10、12腳接控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)，ENA，EN

B接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。同時輸出兩組PWM波，每一-組P

WM用來控制一一個，電機的速度。另外，二個I

/

0口可以控制電機的正反轉(zhuǎn)，P1.0,

P1.1控制第-一個電機的方向，輸入的：PWM1控制第-一個電機的速度;P1.2、P1.3控制第二個電機的方向，輸出的PWM2控制第二個電機地說速度。由于電機的正常的工作時對電源的干撓很大，只用一組電源時，會影響單片機的正常工作，所以選用雙電源供電。d1，Q1是一對紅外發(fā)射接收對管，與LM324構(gòu)成光右轉(zhuǎn)電傳感的檢測電路。可實現(xiàn)對小車的加速，減速，剎停，并可通過兩個電機的不同轉(zhuǎn)速實現(xiàn)左轉(zhuǎn)和?？梢杂帽肀硎緸?4.電源模塊采用電腦USB，5V、2A輸出或者用充電寶的5V、1A或2A輸出都可以。構(gòu)造圖如下：圖5電源與單片機構(gòu)造圖5.按鍵模塊本系統(tǒng)添加四個鍵，用來選擇控制小車。并接于P2口。圖6按鍵控制圖5軟件設(shè)計流程圖設(shè)計圖7主程序流程圖小車運行設(shè)計假設(shè)要求小車直走，這需要給4個電機正轉(zhuǎn)命令。根據(jù)L298N芯片手冊，這里將P1=0xfa。小車調(diào)速設(shè)計假設(shè)要求車調(diào)速，只需用PWM來控制L298N的ENA和ENB就可以對小車進展調(diào)速。這里我使用定時器T0的工作方式2自動重裝。并賦初值 TH0=0xf6；TL0=0xf6；6系統(tǒng)測試與結(jié)果分析基于單片機技術(shù)的智能小車藍牙控制與循跡系統(tǒng)的實驗樣機圖如圖8所示，用1臺***型直流穩(wěn)壓充電寶提供+5V的電壓，經(jīng)過屢次調(diào)試我們發(fā)現(xiàn)兩個問題。如下：轉(zhuǎn)向時間需要慢慢調(diào)，時間長，旋轉(zhuǎn)弧度大；時間短，旋轉(zhuǎn)弧度小。直行時，由于每個電機的性能不一樣，導(dǎo)致兩側(cè)占空比一樣時，小車會存在轉(zhuǎn)彎，這樣需要微調(diào)占空比。圖8實驗樣機圖7使用說明現(xiàn)在智能小車、機器人得到很多人的關(guān)注和追捧，因而市面上智能小車的控制板，價格都很昂貴，硬件自己動手的機率小，根本都是成品模塊，所以我們在學(xué)習(xí)電子時應(yīng)該先硬件后軟件,這樣你很快就能學(xué)會電子。在使用智能小車的過程中，你需要了解一些C語言的知識、單片機的知識，掌握了這些你才能更快速、更有效的控制我們的智能小車。8設(shè)計總結(jié)經(jīng)過此次的工程經(jīng)歷，我們學(xué)會了學(xué)以致用，能夠?qū)⒆约涸谡n堂上學(xué)習(xí)到的東西能夠在工程中加以利用，正所謂知行統(tǒng)一。首先我們復(fù)習(xí)C語言對51單片機進展編程使我們能夠準確的控制到單片機，然后再將單片機連接到小車上去組成此次工程的成品——智能小車。由于小車上有裝了藍牙模板、紅外感應(yīng)模塊等，我們又能摸索學(xué)習(xí)藍牙模塊的一系列知識，對于我們是一次長知識的經(jīng)歷同時也是一次能夠承受的挑戰(zhàn)。參考文獻[1]陸蕊.基于單片機的智能小車系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子世界,2017(8):166-166.[2陳夢婷，胡白燕，黃璨.基于單片機的智能循跡避障小車的設(shè)計與實現(xiàn)[J].智能機器人，2016：47-51.[3]陳海宴.51單片機原理及應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社.2010:62-65.[4]高楓.基于ARM的智能尋跡小車的設(shè)計與實現(xiàn)[D].山西：中北大學(xué),2012.6.[5]陳海洋，李東京.基于單片機的智能循跡避障機器人小車設(shè)計[J].科技風(fēng)，2014〔20〕：99.[6]錢栢霆，李娟.基于單片機的循跡避障智能小車系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子制作，2015〔6x〕.[7]寸巧萍.基于Mega16單片機的智能小車循跡避障設(shè)計方案[8].電子技術(shù)與軟件工程，2015〔18〕：258.[9]顧群，蒲雙雷.基于單片機的智能小車避障循跡系統(tǒng)設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012〔5〕：23.[10]蔡莉莎,曾維鵬.基于人工智能路徑規(guī)劃系統(tǒng)的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子世界,2016(18):112-113.[11]朱思敏.自循跡智能小車控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].浙江工業(yè)大學(xué),2013.[12]徐少朋.基于Android開發(fā)的智能小車路徑規(guī)劃[D].天津大學(xué),2014.[13]呂閃,金巳婷,沈巍.基于STM32的循跡避障智能小車的設(shè)計[J].計算機與數(shù)字工程,2017,45(3):549-552.[14]朱丹峰,葛主冉,林曉雷.基于Android平臺的無線遙控智能小車[J].電子器件,2013,36(3):408-412.[15]俞文武,程恒文,金天寶,等.基于STM32的智能跟蹤小車的設(shè)計[J].山東工業(yè)技術(shù),2017(8):294-296.[16]李娜,楊春鶴,王澤昊,等.淺談基于STM32單片機的智能車設(shè)計過程[J].數(shù)碼世界,2016(11):90-91.附錄#include<reg52.h>sbitkey1=P3^3;sbitkey2=P3^4;chara;intflag=0;sbitlefta=P0^0;sbitleftb=P0^1;sbitrighta=P0^2;sbitrightb=P0^3;sbitoutl=P0^6;sbitoutr=P0^5;intn;voiddelay(intn){inti,j;for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<113;j++);}voidget_up()//前進{lefta=1;leftb=0;righta=1;rightb=0;}voidget_down()//后退{lefta=0;leftb=1;righta=0;rightb=1;}voidget_left()//左轉(zhuǎn){lefta=0;leftb=1;righta=1;rightb=0;}voidget_right()//右轉(zhuǎn){lefta=1;leftb=0;righta=0;rightb=1;}voidget_up_left()//前進左轉(zhuǎn){//timer_intconfiguration();intx=50;lefta=1;righta=1;rightb=0;while(x--){leftb=0;delay(50);leftb=1;delay(50);}}voidget_up_right()//前進右轉(zhuǎn){//timer_intconfiguration();intx=50;lefta=1;leftb=0;righta=1;while(x--){rightb=0;delay(50);rightb=1;delay(50);}}voidget_down_left()//后退左轉(zhuǎn){//timer_intconfiguration();intx=50;lefta=0;leftb=1;righta=0;while(x--){rightb=1;delay(50);rightb=0;delay(50);}}voidget_down_right()//后退右轉(zhuǎn){//timer_intconfiguration();intx=50;lefta=0;righta=0;rightb=1;while(x--){leftb=1;delay(50);leftb=0;delay(50);}}voidstop(){lefta=0;leftb=0;righta=0;rightb=0;}voidset_com(){//串口中斷置位TMOD=0x20;TH1=0xfd;TL1=0xfd;SCON=0X50;ES=1;EA=1;TR1=1;//ET1=1;}voidfasong()interrupt4//串口中斷服務(wù)函數(shù){if(RI){flag=1;a=SBUF;RI=0;}}voidbluetooth()//藍牙控制函數(shù){set_com();//開啟串口中斷while(1){if(flag){//如果承受完數(shù)據(jù)就開場判斷承受到的數(shù)據(jù)switch(a){case0:stop();break;case1:get_up();break;case2:get_down();break;case3:get_left();break;case4:get_right();break;case5:get_up_left();break;case6:get_up_right();break;case7