單片機循跡小車論文電賽資料下載

ID:370451 · 發(fā)表于 2018-7-12 19:29

第十五屆“長通杯”大學生電子設計競賽

循跡小車（I題）

摘  要
隨著現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，智能水平逐漸進步，某些智能引導機器人已經(jīng)逐步出現(xiàn)在無人駕駛機動車，倉庫，無人快遞工廠及服務機器人等方面，智能循跡小車就是其中一個重要的應用方向。本文論述了智能循跡小車的控制過程，本設計采用STC89C516RD+單片機作為智能小車的控制核心，運用紅外對管傳感器檢測道路情況，識別白色路面中央的黑色標識線，采集信號并將信號轉換為能被單片機識別的數(shù)字信號，在電機驅動中，采用L298N電機驅動模塊控制直流電機，通過相應程序完成雙線循跡及自動泊車，自動避障，整體系統(tǒng)電路設計簡單，可靠性能高。

目  錄

摘  要
目  錄             III

1 系統(tǒng)方案
1.1 智能循跡小車控制芯片的論證與選擇
2 系統(tǒng)理論分析與計算
2.1 系統(tǒng)整體的分析
2.1.1  所用元件的分析             1
2.1.2 系統(tǒng)模塊與接線分析             2
2.1.3 小車電源模塊分析             2
2.1.4 電機驅動模塊分析             2
2.1.5 紅外循跡模塊分析             3
3 電路與程序設計             3
3.1 電路的設計             4
3.1.1 系統(tǒng)總體框圖             4
3.1.2 驅動系統(tǒng)框圖與電路原理圖             4
3.2 程序的設計             5
3.2.1 程序功能描述與設計思路             5
3.2.2 程序流程圖             5

4 測試方案與測試結果             6
4.1 測試方案             6
4.2 測試條件與儀器             6
4.3 測試結果及分析                         6
4.3.1 測試結果(數(shù)據(jù))                         6
4.3.2 測試分析與結論                         7
5 心得體會                         7
附錄1：電路原理圖             8
附錄2：源程序             10

循跡小車（I題）

1 系統(tǒng)方案

1.1智能小車控制芯片的論證與選擇

方案1：采用Atmel公司的AT89C516RD+單片機作為智能小車的主控芯片， AT89C516RD+是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，工作電壓為5V，32個I/O口，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。該芯片價格便宜，應用廣泛，操作簡單，硬件與軟件設計相對簡單。大學生廣泛用于單片機學習與創(chuàng)作。資源足夠用于智能小車的設計。因此，本設計選擇了此芯片。

方案2：采用單片機MSP430F1611作為智能小車的主控芯片，MSP430F1611是一款超低功耗單片機，工作電壓范圍為1.8V-3.6V,48 位I/O 口線，16-Bit RISC 架構，但相應硬件復雜，軟件編寫相對難度大，而且價格昂貴，用于智能小車資源過剩，造成浪費。所以我們放棄了此方案。

方案3：采用AT89C51單片機，4k字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。現(xiàn)已被C52逐漸取代，故放棄。

本設計方案采用方案一中的易于操作的AT89C516RD+單片機作為電信號處理、控制電機驅動以及紅外尋跡功能。

2 系統(tǒng)理論分析與計算

2.1系統(tǒng)整體的分析

2.1.1 所用元件的分析

（1）采用AT89C516RD+主控芯片。

采用L298N作為電機驅動模塊的主芯片。
采用紅外對管制作黑線檢測模塊。
采用超聲波傳感器作為避障模塊。

2.1.2 系統(tǒng)模塊與接線分析

（1）對單片機的程序編程與燒錄

程序采用c語言編程，通過keil uVision4軟件對程序進行調(diào)試以及對可以運行的程序生成單片機可以運行的hex文件；程序的燒錄采用stc-isp-15-v6.85燒錄軟件；用USB轉TTL小板給單片機燒錄程序。小板的RX接單片機的TX（p3.1）,TX接單片機的RX（p3.0），GND接單片機的GND，VCC接單片機的VCC。但需要注意的是在用燒錄軟件給單片機燒錄程序時要用冷啟動，即先點擊‘下載/編程’按鈕，再將USB小板的VCC連接單片機的VCC。

2.1.3 小車的電源模塊分析

電池模塊采用4節(jié)干電池對小車送電。電機的運行需要8V左右的電壓，而單片機、超聲波、以及紅外模塊都需要穩(wěn)定的5v的邏輯電壓；因此采用L7805CV穩(wěn)壓芯片輸出穩(wěn)定的5v電壓。

圖1 電源模塊

2.1.4電機驅動模塊分析

電機驅動采用L298N集成芯片與單片機和電機連接。通過單片機運行程序將高低電平送給驅動模塊從而控制電機的前進、后退、左轉、后傳、停止。電機驅動集成板自帶穩(wěn)壓芯片高壓端接電源電壓（8v左右），GND接地線，然后輸出5v電壓；out1、out2用導線和左電機連接，out3、out4用導線和右電機連接。驅動模塊的IN1、IN2與單片機的p1.2、p1.3連接，IN3、IN4與單片機的p1.6、p1.7連接。使能端ENA、ENB通過跳帽連接。

2.1.5 紅外尋跡模塊分析

紅外尋跡采用兩個集成的紅外對管。紅外對管有發(fā)射管和接收管，發(fā)射管發(fā)射紅外線，接收管接收。一個紅外對管有3個引腳，VCC引腳接5v電平，GND引腳接地，OUT引腳輸出高低電平并通過杜邦線與單片機連接。左紅外對管與單片機p3.7引腳連接，右紅外對管與單片機p3.6引腳連接。若沒有尋

到黑線，接收管接收到反射的紅外光，光敏電阻變小，輸出低電平‘0’；若尋到黑線，接收管不能接收到紅外光，光敏電阻大小不變，輸出高電平‘1’；單片機處理高低電平并給電機驅動模塊輸出命令，從而控制電機的運行。

3 電路與程序設計

根據(jù)題目要求，把技術指標分配到方框圖或主流程圖中各部分（即各單元電路或程序模塊中）。設計各單元之間的匹配關系對各單元的技術要求。

3.1 電路的設計

3.1.1系統(tǒng)總體框圖

圖4 系統(tǒng)總體框圖

3.2 程序的設計

3.2.1程序功能描述與設計思路

程序有小車直走，左轉，右轉，停止，延時，尋跡子程序。

用If和while等語句將小車尋到黑跡以及走在白線上用‘0、1’表示。尋到黑跡輸出為‘1’，未尋到輸出為‘0’�！甀N1=1,IN2=0’表示小車左輪正轉；‘IN3=1,IN4=0’表示小車右輪正轉；‘IN1=0,IN2=1’表示小車左輪倒轉；‘IN3=0,IN4=1’表示小車右輪倒轉；‘IN1=1,IN2=0，IN3=1,IN4=0’表示小車直走；通過紅外尋跡模塊向單片機引腳輸出‘0、1’電平，從而單片機控制電機驅動芯片驅動電機尋跡行走。

3.2.2程序流程圖：見附錄1

4 測試方案與測試結果

根據(jù)總體設計對各單元電路的要求，實測該單元電路的對應指標。用表格的形式列出實測數(shù)據(jù)及實測時所用儀器設備的名稱、型號。有些數(shù)據(jù)最好能畫出實測曲線。要求數(shù)據(jù)、曲線必須真實。

根據(jù)題目技術要求，測試作品整體技術指標。用表格的形式列出實測數(shù)據(jù)及實測時所用儀器設備的名稱、型號。有些數(shù)據(jù)最好能畫出實測曲線。要求數(shù)據(jù)、曲線必須真實。

4.1 測試方案

將設計的程序燒錄到單片機中，并用自制的賽道測試小車的行走情況；通過小車在運行中出現(xiàn)的問題在程序中進行更改，并繼續(xù)進行行走測試。

4.2 測試條件與儀器

條件：光線正常的房間。

工具：焊槍，焊錫，螺絲，螺絲刀，小道，鉗子等。

儀器：萬用表，計算機。

4.3 測試結果及分析

4.3.1 測試結果(數(shù)據(jù))

結果：小車只能進行單黑線尋跡

4.3.2測試分析與結論

分析：小車硬件缺少紅外收發(fā)管，只能進行黑線尋跡；軟件編程不熟練，超聲波避障程序未能調(diào)試成功。

5 心得體會

在收到長通杯競賽通知后，憑借著心中的熱情與好奇，我們便迅速的組隊參加，但參與過程是異常艱辛與困難的，靠熱情無疑難以脫穎而出，在眾多的課題中，經(jīng)過認真考慮，綜合實際因素，我們便選擇了循跡小車的題目。
  由于腦中沒有絲毫頭緒，我們就瘋狂的在網(wǎng)絡上尋找信息，向專業(yè)性更強的伙伴求援，還購買了一個成品小車認真研究。然而制作過程仍然坎坷異常，小車的拼接算是最簡單的一個環(huán)節(jié)，但如何在有限的面板合理美觀的安裝上各種系統(tǒng)還是讓我們費盡了心思。另外，各模塊的焊接也是個精細活，雖然反復的修正，嘗試結果也只能算是差強人意。
  當小車可以做簡單的直線運動后，我們便想讓其實現(xiàn)更多的功能，可程序的編寫燒入又是橫亙在我們面前的一道難題，縱然是廢寢忘食，我們也只是做出了簡單的循跡模塊。對于更加困難的功能，由于能力不足，時間緊迫，課程緊張，終究未能實現(xiàn)，我們實在是感到遺憾與羞愧。
  最后，雖然我們的成品十分簡陋，功能不全，但這終歸是我們小組努力的成果，是我們的心血之作。我們對自己所做的感到驕傲，對未能實現(xiàn)的會繼續(xù)研究，完善作品。我們小組不是最強的，但我們用盡全力，堅如磐石！

附錄1：電路原理圖

圖12 程序流程圖

#include<ZY-4WD_PWM.H>
#ifndef _LED_H_
#define _LED_H_
//定義小車驅動模塊輸入IO口
sbit IN1=P1^2;
sbit IN2=P1^3;
sbit IN3=P1^6;
sbit IN4=P1^7;
sbit EN1=P1^4;
sbit EN2=P1^5;
/***蜂鳴器接線定義*****/
sbit BUZZ=P2^3;
#define Left_1_led P3_7 //左循跡傳感器
#define Right_1_led P3_6 //右循跡傳感器
#define LeftIRBZ P3_5 //左避障傳感器
#define RightIRBZ P3_4 //右避障傳感器
#define Left_moto_pwm P1_6 //PWM信號端
#define Right_moto_pwm P1_7 //PWM信號端
#define Left_moto_go {P1_2=1,P1_3=0;} //左電機向前走
#define Left_moto_back {P1_2=0,P1_3=1;} //左邊電機向后轉
#define Left_moto_Stop {P1_2=0,P1_3=0;} //左邊電機停轉
#define Right_moto_go {P1_6=1,P1_7=0;} //右邊電機向前走
#define Right_moto_back {P1_6=0,P1_7=1;} //右邊電機向后走
#define Right_moto_Stop {P1_6=0,P1_7=0;} //右邊電機停轉
unsigned char pwm_val_left =0;//變量定義
unsigned char push_val_left =0;// 左電機占空比N/20
unsigned char pwm_val_right =0;
unsigned char push_val_right=0;// 右電機占空比N/20
bit Right_moto_stop=1;
bit Left_moto_stop =1;
unsigned int time=0;
/************************************************************************/
//延時函數(shù)
void delay(unsigned int k)
{
unsigned int x,y;
for(x=0;x<k;x++)
for(y=0;y<2000;y++);
}
/************************************************************************/
//前速前進
void run(void)
{
push_val_left=15; //速度調(diào)節(jié)變量 0-20。。。0最小，20最大
push_val_right=15;
Left_moto_go ; //左電機往前走
Right_moto_go ; //右電機往前走
}
//后退函數(shù)
void backrun(void)
{
push_val_left=15; //速度調(diào)節(jié)變量 0-20。。。0最小，20最大
push_val_right=15;
Left_moto_back; //左電機往后走
Right_moto_back; //右電機往后走
}
//左轉
void leftrun(void)
{
push_val_left=5;
push_val_right=15;
Right_moto_go ; //右電機往前走
Left_moto_back ; //左電機后走
}
//右轉
void rightrun(void)
{
push_val_left=16;
push_val_right=8;
Left_moto_go ; //左電機往前走
Right_moto_back ; //右電機往后走
}
//停止
void stop(void)
{
Right_moto_Stop ; //右電機停止
Left_moto_Stop ; //左電機停止
}
/************************************************************************/
/* PWM調(diào)制電機轉速 */
/************************************************************************/
/* 左電機調(diào)速 */
/*調(diào)節(jié)push_val_left的值改變電機轉速,占空比 */
void pwm_out_left_moto(void)
{
if(Left_moto_stop)
{
if(pwm_val_left<=push_val_left)
{
Left_moto_pwm=1;
// Left_moto_pwm1=1;
}
else
{
Left_moto_pwm=0;
// Left_moto_pwm1=0;
}
if(pwm_val_left>=20)
pwm_val_left=0;
}
else
{
Left_moto_pwm=0;
// Left_moto_pwm1=0;
}
}
/******************************************************************/
/* 右電機調(diào)速 */
void pwm_out_right_moto(void)
{
if(Right_moto_stop)
{
if(pwm_val_right<=push_val_right)
{
Right_moto_pwm=1;
// Right_moto_pwm1=1;
}
else
{
Right_moto_pwm=0;
// Right_moto_pwm1=0;
}
if(pwm_val_right>=20)
pwm_val_right=0;
}
else
{
Right_moto_pwm=0;
// Right_moto_pwm1=0;
}
}
/***************************************************/
///*TIMER0中斷服務子函數(shù)產(chǎn)生PWM信號*/
void timer0()interrupt 1 using 2
{
TH0=0XFc; //1Ms定時
TL0=0X18;
time++;
pwm_val_left++;
pwm_val_right++;
pwm_out_left_moto();
pwm_out_right_moto();
}
/*********************************************************************/
#endif
#include<AT89X52.H> //包含51單片機頭文件，內(nèi)部有各種寄存器定義
#include<ZY-4WD_PWM.H> //包含HL-1藍牙智能小車驅動IO口定義等函數(shù)
//主函數(shù)
void main(void)
{
unsigned char i;
P1=0X00; //關電機
TMOD=0X01;
TH0= 0XFc; //1ms定時
TL0= 0X18;
TR0= 1;
ET0= 1;
EA = 1; //開總中斷
while(1) //無限循環(huán)
{
//有光信號輸出為0 沒有光信號輸出為1
/* if( LeftIRBZ == 0 || RightIRBZ == 0 )
{
stop(); //調(diào)用小車停止
}
else */
/* { */ if(Left_1_led==0&&Right_1_led==0)
{
run(); //調(diào)用前進函數(shù)
}
if(Left_1_led==1&&Right_1_led==0) //左邊檢測到黑線
{
leftrun(); //調(diào)用小車左轉函數(shù)
// delay(2);
}
if(Right_1_led==1&&Left_1_led==0) //右邊檢測到黑線
{
rightrun(); //調(diào)用小車右轉函數(shù)
// delay(2);
}
if(Right_1_led==1&&Left_1_led==1) //懸空狀態(tài) 避懸崖
{
stop(); //調(diào)用小車停止
}
}
}

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