单片机循迹小车的设计方案.pdf

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1、基于 51单片机寻迹小车的设计 摘要：本寻迹小车采用铝合金为车架，STC89C52单片机为 控制核心，加以直流电机、光电传感器和电源电路以及其 他电路的设计思路。系统由STC89C52通过 I/O口控制小车的 前进后退以及转向。寻迹由ST188型光电对管完成。 关键词： STC89C52 直流电机光电传感器自动寻迹电动 车 Abstract: The smart car use aluminum alloy for the chassis, STC89C52 MCU as its core, including motor and servo, plus photoelectric senso

2、rs, as well as other flame sensor and power circuit. MCU controls the car turning back forward or running on the black line. ST188 reflective photo sensor seeks the trace. Far infrared flame sensor tracks the flame. Keywords: ATmaga32L、Motor 、Servo、Photo、sensor、Electrical 、fire engines 1 / 18 目 录 一、

3、绪论 3 1.1 立项背景及课题研究的目的及意义3 1.1.1 立项背景3 1.1.2 课题研究的目的和意义4 1.2 设计任务与设计要求4 1.2.1设计任务4 1.2.2设计要求4 1.3设计思路5 二、总体方案设计6 2.1模块方案比较与论证6 2.1.2 控制器模块设计6 2.1.3 电源模块设计6 2.1.4 稳压模块设计7 2.1.5 寻迹传感器模块设计7 2.1.6 电机模块设计7 2.1.7 电机驱动模块设计8 2.2最终选取方案8 三、硬件实现及单元电路设计9 3.1微控制器模块9 3.2光电对管电路9 3.3电机驱动电路的设计10 3.4电源模块设计10 3.4.1 12V

4、稳压电源设计10 3.4.2 5V稳压电源设计11 3.5原理图整合图11 3.6整合电路板 的 Nils Nilssen和 charles Rosen等人，在 1966 年至 1972 年中研制出了取名shakey 的自主式移动机器人，目的是将人工智能 技术应用在复杂环境下，完成机器人系统的自主推理、规划和控制。从此，移 动机器人从无到有，数量不断增多，智能车辆作为移动机器人的一个重要分支 也得到越来越多的关注。 智能小车，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合 系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航及白动控制等技术， 是典型的高新技术综合体。 智能车辆也叫无人车

5、辆，是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶 等功能于一体的综合系统。它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、 自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能。智能车辆的主要特点是在复杂的 道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路( 轨迹行 进。智能车辆在原有车辆系统的基础上增加了一些智能化技术设备: (1计算机处理系统，主要完成对来自摄像机所获取的图像的预处理、增 强、分析、识别等工作。 (2摄像机，用来获得道路图像信息。 (3传感器设备，车速传感器用来获得当前车速，障碍物传感器用来获得前 方、侧方、后方障碍物等信息。 智能车辆技术按功能可分为三层，即智能感知/ 预警系统、

6、车辆驾驶系统和 全自动操作系统团。上一层技术是下一层技术的基础。三个层次具体如下: (1智能感知系统，利用各种传感器来获得车辆自身、车辆行驶的周围环境 及驾驶员本身的状态信息，必要时发出预警信息。主要包括碰撞预警系统和驾 驶员状态监控系统。碰撞预警系统可以给出前方碰撞警告、盲点警告、车道偏 离警告、换道 / 并道警告、十字路口警告、行人检测与警告、后方碰撞警告等. 驾驶员状态监控系统包括驾驶员打吨警告系统、驾驶员位置占有状态监测系统 等。 (2辅助驾驶系统，利用智能感知系统的信息进行决策规划，给驾驶员提出 驾驶建议或部分地代替驾驶员进行车辆控制操作。主要包括: 巡航控制、车辆跟 踪系统、准确泊

7、车系统及精确机动系统。 (3车辆自动驾驶系统，这是智能车辆技术的最高层次，它由车载计算机全 部自动地实现车辆操作功能。目前，主要发展用于拥挤交通时低速自动驾驶系 统、近距离车辆排队驾驶系统等。 这种智能小车的主要应用领域包括以下几个方面: 3 / 18 (1军事侦察与环境探测 现代战争对军事侦察提出了更高的要求，世界各国普遍重视对军事侦察的 建设，采取各种有效措施预防敌方的突然袭击，并广泛应用先进科学技术，不 断研制多用途的侦察器材和探测设备，在车上装备摄像机、安全激光测距仪、 夜视装置和卫星全球定位仪等设备，通过光缆操纵，完成侦察和监视敌情、情 报收集、目标搜索和自主巡逻等任务，进一步扩大侦

8、察的范围，提高侦察的时 效性和准确性。 (2探测危险与排除险情 在战场上或工程中，常常会遇到各种各样的意外。这时，智能化探测小车 就会发挥很好的作用。战场上，可以使用智能车辆扫除路边炸弹、寻找和销毁 地雷。民用方面，可以探测化学泄漏物质，可以进行地铁灭火，以及在强烈地 震发生后到废墟中寻找被埋人员等。 (3安全检测受损评估 在工程建设领域，可对高速公路自动巡迹，进行道路质量检测和破坏分析 检测。对水库堤坝、海岸护岸堤、江河大坝进行质量和安全性检测。在制造领 域，可用于工业管道中机械损伤，裂纹等缺陷的探寻，对输油和输气管线的泄 漏和破损点的查找和定位等。 (4智能家居 在家庭中，可以用智能小车进

9、行家具、远程控制家中的家用电器，控制室 温等等。对这种小车的研究，将为未来环境探测术上的有力支持。 1.1.2 课题研究的目的和意义 目前，国内外的许多大学及研究机构都在积极投入人力、财力研制开发针 对特殊条件下的安全监测系统。其中包括研究使用远程、无人的方法来进行实 现，如机器人、远程监控等。无线传输的发展使得测量变得相对简单而且使得 处理数据的速度变得很快甚至可以达到实时处理”。 该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感 器检测部分、执行部分、CPU 。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等 功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路

10、线，并检测到障碍物自动躲避。 通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过 程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电 路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹。灵活应用机电等相关学科的理论 知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。在此过程 中，加深对控制理论的理解和认识。 本设计就是在这样的背景下提出的，指导教师已经有充分的准备。本题目 结合科研工程而确定的设计类课题。 1.2 设计任务与设计要求 1.2.1 设计任务 1. 熟 悉51 单 片 机 集 成 开 发 环 境 ， 运 用 C 语 言 编 写 工 程 文 件 ； 2.

11、 熟练应用所选用单片机的内部结构、资源，以及软硬件调试设备的基本 方法； 3. 自行构建基于单片机的最小系统，完成相关硬件电路的设计实现； 4. 了解电机、路面检测的原理和实现方法。 4 / 18 1.2.2 设计要求 1.完成单片机最小系统设计； 2. 完成外围应用电路 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar x3,x4 。 sbit P20=P36 。/L298N 使能端 ENA sbit P21=P37 。/L298N 使能端 ENB sbit P22=P13 。/ 左电机 A1 sbit P23=P14 。

12、/ 左电机 A2 sbit P24=P15 。/ 右电机 B1 sbit P25=P16 。/ 右电机 B2 sbit P10=P10 。/ 左边探头 sbit P11=P11 。/ 中间探头 初始化 开始 小 车 前 进 检测不到或中间 探头检测到黑线 加 速 前 进 车 头 偏 左车 头 偏 右 右拐左拐 停止 返回 15 / 18 sbit P12=P12 。/ 右边探头 void ds(uchar x1,uchar x2 TMOD=0X01。/ 定时器 0, 工作方式 1 TH0=x1 。/ 赋高 8 位初值 TL0=x2。/ 赋低 8 位初值 x3=x1。 x4=x2。/ 保存计数初

13、值 EA=1 。ET0=1 。/ 开总中断 , 开定时器 0 中断 TR0=1 。/ 定时器 0 开始计数 void xunji( if(P10=1&P11=1&P12=1/左、中、右探头都检测到黑色 P22=1 。 /停止 P23=1 。 P24=1 。 P25=1 。 if(P10=0&P11=0&P12=0|(P10=0&P11=1&P12=0 / 全检测不到黑色或中间探头检测到黑色 ds(0xff,0xff。 /计数初值 65535 if(P10=1&P11=0&P12=0|(P10=1&P11=1&P12=0 / 左边探头检测到黑线或左、中探头检测到黑线 ds(0xff,0xe1。

14、/计数初值 65505 if(P10=0&P11=0&P12=1|(P10=0&P11=1&P12=1 / 右边探头检测到黑线或右、中探头检测到黑线 ds(0xff,0xe1。 / 计数初值 65505 void main( while(1 16 / 18 xunji(。 P20=1。 P21=1。/ENA 和 ENB 同时为高电平时， L298N芯片正常工作 P22=1。 P23=1。 P24=1。 P25=1。 void time0(interrupt 1 TH0=x3 。 TL0=x4。/ 重新赋计数初值 if(P10=0&P11=0&P12=0|(P10=0&P11=1&P12=0 /

15、 全检测不到黑色或中间探头检测到黑色 P23=0 。/ 全速前进 P25=0 。 if(P10=1&P11=0&P12=0|(P10=1&P11=1&P12=0 / 延时 30us 左边探头检测到黑线或左、中探头检测到黑线 P23=0 。 / 小车右拐 P25=1 。 if(P10=0&P11=0&P12=1|(P10=0&P11=1&P12=1 / 延时 30us 右边探头检测到黑线或右、中探头检测到黑线 P23=1 。 / 小车左拐 P25=0 。 五、结论 17 / 18 小车能够较好的完成实验的基本要求，寻迹误差较小。通过这次设计，我们熟 练掌握了 Proteus 、DXP 、KeiL

16、51 等软件的使用方法，并了解了更多关于单片机 的知识。本系统基本能够满足设计要求，能够较快较平稳的是小车沿引导 线行驶，但由于经验能力有限，该系统还存在着许多不尽人意的地方有待于进 一步的完善与改进。 六、结束语 此方案选择的器件比较简单，实际中也很容易实现。经过多次测试，结果 表明在一定的弧度范围内，小车能够沿着黑线轨迹行进，达到了预期的目标。 不足之处，由于小车采用直流电机，其速度控制不够精确和稳定，导致小车循 迹时行走不是很流畅；其次，由于车身比较重，导致小车拐弯时候比较吃力， 有时候会卡死不动。 我们的寻迹小车在完成设计要求的前提下， 充分考虑了外观、成本等问题。在性能和价格之间做了

17、比较好的平衡。由于设 计要求并不复杂，我们没有在电路中增加冗余的功能，但是我们保留了各种硬 件接口和软件子程序接口，方便以后的扩展和进一步的开发。 另外，我们的车体底盘经过充分的论证和设计，兼顾了美观、廉价、稳固 、可靠等各方面的因素，具有较高的稳定性和推广意义。 通过两周的努力，即将完成设计，当然由于本组精力和时间有限，本设计 中或多或少会存在一些缺点，所设计的软硬件难免会存在一些不足，还恳请各 位老师和同学给予批评和指正。 七、参考文献 1. 周坚。单片机轻松入门 第二版）。北京：北京航空航天大学出版社，2003 2. 马忠梅、张凯等。单片机的C 语言应用程序设计 第四版）。北京：北京航 空航天大学出版社， 2007 3. 郭天祥。十天学会51 单片机。视频资料， 2007 4. 百度。百度文库