(精品论文)寻迹小车 论文

智能寻迹小车摘要：本系统基于AT89S52单片机的小车寻迹系统，该系统采用两组高灵敏度的红外反射式光电传感器，对路面的黑色轨迹进行检测，将检测的数据送入单片机进行处理，并利用单片机产生PWM波，并以最短时间完成寻迹。采用一定的算法使得小车在直到上加速行驶，在弯道上可以实现减速转弯，因此，本系统由红外光电传感器，单片机和驱动单元共同作用，保证小车能在预先设定的轨迹上行驶。关键词：单片机 寻迹 传感器 本设计的主要特色：1. 自制的三轮结构小车，采用PWM调速。2. 采用直流稳压整流电路，能够提供持久稳定的电路，可使小车在不断行驶过程中更换电源。 3. 采用红外发射传感器接收对黑线标志进行识别，具有高精度和高灵敏度。，1.系统的基本原理与方案；1.1系统基本原理分析 系统可以分为几个基本功能模块，如图1-1STC 8 9 S5 2光电传感器电机驱动芯片系统电源两组电机 图 1-1 对各功能模块的设计，分别有以下不同的设计方案；1.2传感器选择方案； 方案一：采用发光二极管发光，用光敏二极管接收； 发光二极管发出的可见光照射到黑带时，光线被黑带吸收，光敏二极管为检测到信号。呈高阻抗，使输出端为低电平。当发光二极管发出的可见光照射到地面时，它发出的可见光反射回来被光敏二极管检测到，其阻抗迅速降低，此时输出端为高电平。但是由于光敏二极管受环境中可见光影响较大，电路的稳定性很差。 方案二： 采用反射式红外光电传感器。 用ST198A型反射式红外对管组成的路径识别传感器模块，检测距离和灵敏度均能达到系统要求，该器件具有如下特点：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，该光电对管调理电路简单，工作性能稳定。综上所述，本设计采用反射行光电传感器，型号为 ST198A 。1.3电机驱动芯片选择方案方案一：采用分立元件的H桥驱动电路。方案二：采用集成的H桥驱动电路芯片。由于集成的H桥驱动电路芯片体积小，稳定性高，因此选用集成的驱动电路芯片作为电机的驱动芯片，型号为L298N。 1.4电机方案选择方案一：采用步进电机，步进电机的一个显著特点就是具有快速启停能力可实现电机正反转及调速，启动性能好，启动转矩大。工作电压可达到36V，4A。可同时驱动两台直流电机。适合应用于机器人设计及智能小车的设计中，如果符合不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即使步进电机的启功或者反转。调速方式：直流电动机采用PWM信号平滑调速。方案二;采用普通直流电机，直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调整范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速启动，制动，和反转，能满足各种不同的特殊运行要求。综上所诉，我们选择步进电机。1.5电源方案选择 方案一：直接使用AA干电池进行供电它的结构十分简单，但是供电能力差，不易长时间供电。方案二;使用9V干电池配合直流稳压整流电路输入端口接9V的干电池，经电容滤波和L7805稳压后输出约5v电压。可保证长时间稳定的输出电压。这样可以提供持久稳定的电流，稳压后给单片机系统和其他芯片供电。考虑到系统稳定工作的要求，所以选择方案二：1.6设计总体要求自动寻迹小车是以单片机为控制核心的一阶闭环控制系统，在实验室条件下，在一张白纸上用黑色胶纸制定出小车预先设计的运行轨迹，小车寻迹场地的黑白两种颜色，发射管发出同样的光强，接收管接收到的光强不同，因此输出的电压值不同，给定一个基准电压，通过对不同输出电压值进行比较，则电路的输出为高低电平，当检测到黑白线时分别输出高低电平，当光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸的反射系数不同，根据接收到的反射光强度不同，获得传感器传回来的路径信息，控制小车的转向及其方向，寻迹小车可以沿着黑线行走。 硬件设计2.基本电路设计与传感器，驱动器等的应用说明基本电路模块连接图1-2单片机最小系统电路模块检测电路模块电机驱动电路模块 图 1-22.1.检测电路模块黑线检测传感器电路图见附录图2-1由于有4个红外传感器排成一排均匀的安装在小车底部，当光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸的反射系数不同，根据接收到的反射光强度判断是否眼黑线前进。在一般情况下，当黑线位于中间的两个红外传感器之间，不管小车偏向哪一边，都能检测出小车的偏移方向。或者当小车偏向左边时，右边的传感器检测到黑线，输出低电平给电机，否则，输出高电平。2.2显示鸣笛电路模块电路图见附录图2-2在小车到达终点时，蜂鸣器鸣笛。2.3电机驱动电路模块本设计采用L298N桥芯片。电路图见2.3在设计中采用PWM驱动方式加上H桥驱动电路的方法，H桥电路可是实现转速和方向的控制，是一种广泛采用的PWM调试技术，作用是控制电机正反转及调速。2.4电机动力电路应用说明 基本思路为使能端输入使能信号，即接高电平，控制输入端A端输入PWM 信号，控制输出端B输入方向信号，在一个PWM周期内，电动机只承受单极性的电压，电机的选择方向由控制信号决定，电机的速度由PWM决定，PWM占空比为0%-100%对应于电机转速0-MAX。因此，当接收到由检测模块的信号时，单片机处理该信号，根据该信号产生对应的PWM 波，从而可以根据调节电机的转速与方向。2.5电源电路模块本系统采用直流稳压电路，电路图见附录图2.5输入端接9V的干电池，经电容滤波和L7805稳压后输出余额5V电压。可以保证长时间稳定的输出电压。2.6单片机最小系统电路模块本系统采用AT89S52的单片机，电路图见附录图2.6作为整个系统的控制核心接收检测信号及输出PWM波，及相关数据。 软件设计3.1 程序设计总体思路小车通过红外传感器获得路径信息。通过AT89S52进行判断小车所处的状态，通过控制H桥驱动芯片来控制电机加速或减速及转向进行相应的动作，小车的速度通过PWM控制进行调速，小车转弯的力度通过PWM控制。3.2小车状态定义，小车通过两组传感器获得信息，因此可将小车分成5种状态，不同的状态下，小车有不同的动作。 3.2.1黑线正中状态 传感器 黑线 黑线处在中间位置时，中间两个传感器都能检测到黑线存在，当小车处于此状态时，小车方向不变，如果小车没有达到最大速度则逐渐加速到最大速度。3.2.2黑线偏左状态 只有左传感器检测到黑线存在，当小车处于此状态时，小车必须保证能寻找黑线而必须减速，并且小车略微左转。3.2.3黑线偏右状态 传感器 黑线 只有右传感器检测到黑线存在，当小车处于此状态时，小车必须保证能寻找到黑线而必须减速，并且小车略微右转。3.2.4避免左边有传感器坏掉，或防止左边有一个传感器检测不到黑线存在，当小车处于此状态时，小车必须保证能寻找黑线而必须减速，并且小车尽最大可能向左转。3.2.5避免右边有传感器坏掉，或者右边防止一个传感器检测不到黑线，所以右传感器检测到黑线存在，当小车处于此状态时，小车必须保证能寻找到黑线而必须减速，并且小车尽最大可能向右转。3.3程序主函数流程图小车初始化函数开始获得小车状态函数根据得到的状态实时调节小车的速度 图 程序主函数流程图4总结 通过各种方案的讨论和尝试，在经过多次的整体软硬件结合调试，不断地对系统进行优化，能比较流畅的沿着黑线运动，小车在直道上可以加速行驶，在弯道上又可以减速转弯，如果增加传感器的个数可以实现更为精确的黑线识别。使得小车跑得更快更稳。【参考文献】【1】 王秋爽，曾兆龙 单片机开发基础与经典设计实例 北京 机械工业出版社 2008年3月第一版【2】华成英 童诗白 模拟电子技术基础 第四版 高等教育出版社【3】吴锤红 MCS-51微机原理与接口技