智能遥控循迹小车设计报告(4900字)

发表于:2016.9.20来自:www.ttfanwen.com字数:4900 手机看范文

智能遥控循迹小车报告

学 院: 长沙民政电子信息工程学院 专 业: 机电一体化 班 级: 机电1034班 成 员: 刘佳 谭佳兴 游敬德 曾向东 指导老师: 黄有全

20xx年12月29

目录

摘要………………………………………………………………………3 项目分工…………………………………………………………………3 时间安排…………………………………………………………………3 课题目标…………………………………………………………………3 设计要求…………………………………………………………………4 模块设计…………………………………………………………………5 软硬件调试………………………………………………………………9 实训总结…………………………………………………………………9 附录…………………………………………………………………… 10

- 1 -

摘要:

本次设计是一种基于单片机控制的简易智能寻迹小车系统,其中包括智能小车软硬件的设计、焊接、调试。智能小车以AT89C51 为控制核心, 利用红外探测法对路面黑色轨迹进行检测,从而路面检测信号反馈给单片机予以分析判断,驱动电机调整小车前进方向,从而使小车能够沿着黑色轨迹自动行驶,实现小车自动寻迹。

项目分工:

软件编写:C51模块:曾向东 游敬德;FPGA模块:曾向东 游敬德 软硬件调试:刘佳 谭佳兴

设计报告:谭佳兴 刘佳

时间安排:十六周:材料购买及焊接

十七周:软件编写

十八周:软硬件调试和设计报告

十九周:作品验收及答辩

课题目标:

1、

2、

3、

掌握基于单片机及FPGA的软件的编写。 通过智能小车的的软硬件调试掌握各种工具的运用。 培养团队合作、沟通、创新能力。 - 2 -

设计要求

1、 电路原理方框图

智能遥控循迹小车设计报告

显示寻迹状态

2、主要功能:

寻迹板送过来的5路检测信号送到FPGA板,FPGA将此5路信号送出至5个LED灯显示状态(检测至黑线灭,否则亮);同时将此5路信号送到单片机。FPGA发出一个启动信号给单片机,从而启动小车。小车在接收到FPGA送过来的启动指令后,读取寻迹信号,根据寻迹信号确定小车的运行状态,将小车的运行状态送至FPGA,同时根据相应算法,驱动小车的左右电机前进。并实现前进、左拐弯、右拐弯、后退等功能。

- 3 -

模块设计

1 、寻光的原理

利用光敏电阻的特性,遇到光电阻减小。通过比较器LM339进行电压比较,测到光则输出高电平,没测到光则输出低电平。用三个光电阻来实现寻找光源,左,中,右三个,左边测到则向左转,中间测到直走,右边测到向右走。

2、模块方案比较与论证

根据设计要求,本系统主要由控制器模块、寻迹传感器模块、直流电机及其驱动模块。

1)车体设计

方案1:购买玩具电动车。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路。但是一般的说来,玩具电动车具有如下缺点:首先,这种玩具电动车由于装配紧凑,使得各种所需传感器的安装十分不方便。其次,这种电动车一般都是前轮转向后轮驱动,不能适应该题目的方格地图,不能方便迅速的实现原地保持坐标转90度甚至180度的弯角。再次,玩具电动车的电机多为玩具直流电机,力矩小,空载转速快,负载性能差,不易调速。因此我们放弃了此方案。

方案2:通过网络购买买四轮专用车。经过反复考虑论证,四轮车子行驶更平稳,所以我们选择了这种方案。

2、控制器模块

采用Atmel 公司的AT89C51 单片机作为主控制器。它是一个低 - 4 -

单片机构成最小系统)

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3、寻迹方案的设计 图3.1 主控原理图 地实现程序的下载与整机的调试。时钟电路和复位电路 如图3-1(与个I/O口,2个8位可编程定时计数器,且可在线编程、调试,方便这里的寻迹是指小车在白色地板上,寻着黑线行走。 方案一:用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时,光线发射强烈,光线照射到黑线上面时,光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时,阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大,不能够稳定的工功耗,高性能的8 位单片机,片内含32k 空间的可反复擦写100,000 次Flash 只读存储器,具有4K 的随机存取数据存储器(RAM),32 - 5 -

作。

方案二:用RPR220型光电对管,RPR220是一种一体化反射型光电探测器,其发射器是一个砷化镓红外发光二极管,而接受器是一个高灵敏度,硅平面光电三极管。

RPR220特点:(1)、塑料透镜可以提高灵敏度

(2)、内置可见光过滤器能减小离散光的影响

(3)、体积小,结构紧凑

当发光二极管发出的光反射回来时,三极管导通输出低电平。此光电对管调理电路简单,工作性能稳定。

综上所述,我们选择方案一,但是这种方案受光照影响很大,不能够稳定的工作,所以用黑色布隔开一些外部光源 ,减少影响。 原理图:

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实物图:

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4、电源模块

- 6 -

方案1:用9V的电池电源给电机供电,然后使用7805稳压管来把高电压稳成5V分别给单片机和电机驱动芯片供电。这种接法比较简单,但小车的车体重量过大会导致电机动力不足。

方案2:采用双电源。为了确保单片机控制部分和电机驱动的部分的电压不会互相影响,要把单片机的供电和驱动电路分开来,即:用4节干电池6V为单片机系统和其他芯片供电。电机的电源采用将220V交流电进行整流、滤波、稳压使输出值为12V的电源。 结合车体重量和实际考虑,我们采用方案二。

5、遥控模块

1)控制流程图:

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2)器材选择

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超再生接收模块采用 LC 振荡电路,内含放大整形,输出的数据 - 7 -

信号为解码后的高电平信

号,使用极为方便,并且价格低廉,所以被广泛使用。带四路解码输出(同时也可改为六路点动或互锁输出),使用方便;数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应, 有遥控信号时数据脚是高电平, 即驱动电机工作。 遥控信号消失时数据脚立即恢复为低电平, 驱动电机停止。

各脚位名称以及功能说明:

1 VT 输出状态指示

2 D3 数据输出(前进)

3 D2 数据输出(后退)

4 D1 数据输出(右转)

5 D0 数据输出(左转)

6 5V 电源正极

7 GND 电源负极

8 ANT 接天线端

6、小车各模块分布

小车的总体布局应以尽量减少互相干扰为原则,兼顾美观整齐。基于这两点,通过调试,在小车底板下面只安放了两个减速电机,防止电机磁对电气信号的干扰。车头部分放置传感器模块,这样和别的电流通路基本隔离,有利于信号的稳定。单片机置于车的中央且用铜柱将其支起来,于电机、电源等干扰源远离,很好地保证单片机的稳定可靠地运行。总体布局图如下图所示。

- 8 -

软硬件调试:

此次调试主要是在实训室进行的,通过实训室提供的各类工具进行检测、试验。硬件调试的内容主要有循迹电路板的检测、小车电机、开发板。软件调试则通过硬件部分实现。

调试中遇到的问题及解决方案:

1、

2、

3、

循迹板焊接处接口脱落:重新进行焊接 芯片引脚配置错误:正确配置引脚 小车行驶方向错误,无法正确循迹:检查程序并改正

实训总结:

这次的实训已不是大学里面的第一次实训,但绝对是我态度最认真,最看重的一次实训,当然也是付出最多的一次实训,至于收获那是可想而知的,实训一般是一组为单位,小组成员分工合作的形式完成的.我的主要任务是完成报告的撰写,附加任务为在整个实训过程中配合

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其他成员完成实训,表面上看起来,我的任务是最简单最轻松的,其实不然,因为我需要参与整个过程,并熟悉每个流程的作用,要达到的目的和效果,这次的实训覆盖面很广.它牵涉到很多的专业知识,如何设计车体,如何编写程序,如何让它达到预期效果,每一步都要花费很多时间去专研,去调试.虽然最后的结果不是让我们很满意,但在看到小车跑起来的那一刻,每位小组成员内心都有洋溢着喜悦,这是一种前所未有的体验,结果对我们已不是很重要,重要的是我们在整个实训过程中的所感所悟,它让我们认识到学科之间的紧密联系,培养了我们的相互合作协调的团队意识,拓展了我们思维空间想象能力,还有调试中出现的种种问题让我们学会独立思考,加强了我们解决问题的能力,在解决问题的同时,同时还巩固了对专业知识的认知及加强了我们的求知欲,所以这次实训目的不仅仅只是打一个好的分数为求不挂科,它对我们实现了一次专业知识综合运用能力的大考察,也是一次将理论结合于实践的一次大演练,这样我们的学习不再局限于课本上的理论知识,实践才会让我们收获更多.

附录

单片机程序:

#include <reg52.h>

#define uint unsigned int

void delay()

{uint m,n;

for (m=1;m<100;m++)

for(n=1;n<121;n++);

}

void delay1 (uint a)

{ uint i,j;

for (i=a;i>0;i--)

for (j=121;j>0;j--);

- 10 -

}

void main()

{

/* if(P1==0xe4) //黑底白色轨迹赛道程序 {

P1=0xff;P2=0xff;

while(1)

{//P1=0xff;

switch(P1)

{case 0xe4: //前进,两灯灯

P2=0x55; break;

case 0xe8: //左转,右灯亮

P2=0x95; break;

case 0xf0: //左转,右灯亮

P2=0x95;break;

case 0xe2: //右转,左灯亮

P2=0x59;break;

case 0xe1: //右转,左灯亮

P2=0x59;break;

case 0xff: //全速前进

P2=0x55;break;

case 0xe0: //后退,两灯不亮

P2=0xee;break;

}

}

delay();

} */

//if(P1==0xfb) //白底黑色轨迹赛道程序

{

P1=0xff;P2=0xff;

while (1)

{

switch (P1)

{ case 0xfb:P2=0x55;break; //前进,两灯灯 case 0xf9:P2=0x55;break; //前进,两灯灯 case 0xf3:P2=0x55;break; //前进,两灯灯

case 0xf7:P2=0x95;break; //左转,右灯亮

case 0xef:P2=0x95;break; //左转,右灯亮

- 11 -

case 0xfd:P2=0x59;break; //右转,左灯亮

case 0xfe:P2=0x59;break; //右转,左灯亮

case 0xff:{P2=0xee;delay1 (60);};break; //后退,两灯不亮

case 0xe0:P2=0x55;break; //全速前进

delay1(60);

}

}

}

}

- 12 -




第二篇:智能循迹小车设计报告 3600字

电子作品设计报告

项目名称:智能循迹小车

1

摘要:本组的智能循迹小车是采用自主设计的车体,以两个直流电机来驱动小车,各个模块自行设计。通过反射式红外光电传感器TCRT5000来采集跑道信息,传送至主控芯片STC12C5A60S2单片机, 进行数据处理后,送进驱动芯片L298N以完成相应的操作,实现小车的自主循迹功能。

关键词:STC12C5A60S2 L298N 反射式红外光电传感器TCRT5000 自动循迹 引言:

随着电子科技的迅猛发展,人们对技术也提出了更高的要求。汽车的智能化在提高汽车的行驶安全性,操作性等方面都有巨大的优势,在一些特殊的场合下也能满足一些特殊的需要。智能小车系统涉及到自动控制,车辆工程,计算机等多个领域,是未来汽车智能化是一个不可避免的大趋势。本文设计的智能小车以STC12C5A60S2单片机为控制核心,用反射式红外光电传感器TCRT5000作为检测元件实现小车的自主循迹前行功能。

一、系统设计

本组智能小车的硬件主要有以STC12C5A60S2 作为微处理器,小车主要由自动循迹模块,电机驱动模块,前轮转向模块,电源模块,比较器模块组成。电机驱动部分我们采用12V直流电源直接供电,其他部分由3个5V稳压模块供电。 小车硬件系统结构示意图如下:

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2

1.1设计要求:

(1)实现小车沿规定轨迹前进 ;

(2)电路板自行设计,车体不可采用飞思卡尔车模;

1.2车体方案论证与选择:

根据比赛设计要求,我们的车模不可使用飞思卡尔或玩具车的整体车模,我们采用自主设计车体。一方面是符合比赛设计要求,另一方面是我们的车体要求不是很难,可以通过自己设计出来,节省大量资金,并且灵活性强。

二、硬件设计及说明

2.1原理图设计

2.1.1 稳压电源:

电源电路为系统提供了基准电源,是整个系统工作稳定性关键所在,所以我们选用了1个LM2940-5.0和2个LM7805来稳定电压输出(5V),使用了电解电容来作为滤波电容。其原理图如下:

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2.1.2 基本系统:

基本系统控制电路采用单片机STC12C5A60S2作为微处理器,负责整个电路的资源分配以及对各路信号的采集、分析和处理。配置了12MHZ的外部晶振。单片机控制电路原理图如所示:

3

2.1.3 电机驱动:

驱动电路主要采用驱动芯片L298N来直接驱动电机,L298N是SGS公司的产品,内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器,即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器,接收标准TTL逻辑电平信号,可驱动46V、2A以下的电机。。L298N从主控单片机STC12C5A60S2那里接受指令来直接控制电机的工作状态。可以对电机进行正反转,停止的操作,非常方便。其驱动电路原理图如下所示:

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2.1.6 循迹部分

主要由10个反射式红外光电传感器TCRT5000和3个LM339N比较器组成。采用TCRT5000型光电管完成系统循迹任务,循迹电路是用以实现小车沿着场地

智能循迹小车设计报告

4

的白色轨迹进行前进和位置校正的,且小车不能偏离该轨迹。在本设计中采用TCRT5000型反射式红外光电传感器完成系统循迹任务,硬件电路实现比较简单,其灵敏度可以通过调节多圈电位器来实现。其电路原理图如下:

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2.2 PCB设计

2.2.1 主板PCB图如下:

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图1.主板PCB图

2.2.2 循迹板

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PCB

图2.循迹板PCB图

三、软件设计及说明

系统软件流程图如下图所示:

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四、系统测试过程

智能循迹小车设计报告

6

测试工具:

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五、总结

本组设计的智能循迹小车,符合比赛设计要求,可以以较理想的速度在规定的轨道白色区域前进,并且很好的实现十字路口、S型弯道和上下坡的安全通过。当然我们的小车要想以更快更好的速度通过比赛轨道,还须进一步的改进传感器,软件等的设计。

六、附录

附件1:系统部分测试源程序

#include<STC12C5A60S2.H>

#include"PWM.H"

#include"Control_Wheels.h"

#include"inter.h"

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit IN1=P1^0;

sbit IN2=P1^1;

sbit IN3=P1^2;

sbit IN4=P1^5;

/***********************************

函数功能:毫妙延时函数

入口参数:z ***********************************/

void delay_ms(uint r)

{

} uint i,j; for(i=0;i<r;i++) for(j=0;j<120;j++); //驱动位定义

/***********************************

7

函数功能:电机初始化

入口参数:无 ***********************************/

void DianJi_init()

{

}

void main()

{

Control_Wheels.h: //速度和方向控制函数 sbit IN5=P3^5; //转向位定义

sbit IN6=P3^6;

sbit EN =P3^7;

/*

sbit X1=P1^6;

sbit X2=P1^7;

sbit TU1=P3^0;

sbit TU2=P3^1;

uchar Load_Size=0;

uchar Load_Size2=0; //赛道类型存储变量 //调速位定义 //最外传感器 P16 左边 P17 右边 */ PWM_init(); delay_ms(4000); DianJi_init(); speed(); Timer_Init(); while(1) { Check_Load(); Control_Wheels(); } IN1=1;IN2=0; IN3=1;IN4=0; EN=1;IN5=0;IN6=0;

8

uchar z=0,y=0;

//速度调节变量

/************************************

函数功能:速度调节函数

入口参数:无

void speed()

{

}

{

}

/****************************************

函数功能:处理赛道信息 传感器排列 左边低4位,右边Load_Size = P2; P0 = Load_Size; Load_Size2=P1; //读取P0端口,初步提取赛道信息 // void Check_Load(void) if(TU1==0&&TU2==1) //一级速度 { z=100;y=100; } if(TU1==1&&TU2==0) { z=80;y=80; } if(TU1==0&&TU2==0) { z=50;y=50; } if(TU1==1&&TU2==1) { z=0;y=0; } PWM_set(z,y); //四级速度 //三级速度 //二级速度 ************************************/ 9

高4位

入口参数:Load_Size *****************************************/

void Control_Wheels(void)

{

}

}

} if((Load_Size&0x0f)!=0) { IN5=1;IN6=0; } if((Load_Size2&0x80)==0x80) { IN5=1;IN6=0; } { } else {;} //右转 //右转 { IN5=0;IN6=1; //左转; } if((Load_Size2&0x40)==0x40) { IN5=0;IN6=1; //左转 if((Load_Size&0xf0)!=0) if(Load_Size==0x00) IN5=0;IN6=0; //直走

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