毕业论文 红外线自动循迹小车.doc

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膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈螄羈肇莇羆膃蒅莇蚆肆莁莆螈芁芇莅袀肄膃莄羂袇蒂莃蚂肃莈蒂螄袅芄蒂袇肁膀蒁薆袄膆蒀蝿腿蒅葿袁羂莁蒈羃膇芇蒇蚃羀膃蒆螅膆聿薆袈罿莇薅薇膄芃薄蚀羇艿薃袂节膅薂羄肅蒄薁蚄袈莀薀螆肃芆薀袈袆膂虿薈肂肈蚈蚀袄莆蚇袃肀莂蚆羅羃芈蚅蚅膈膄蚄螇羁蒃蚄衿膇荿蚃羂罿芅螂蚁膅膁莈 毕业设计论文红外线自动循迹小车系 别: 机电工程学院专业名称: 机械设计制造及其自动化学 号: 学生姓名: 指导教师: 指导单位: 完成时间: 2011年5月1日毕业设计（论文）任务书题目名称红外线自动循迹小车设计（撰写）内容采用stc89s52为控制核心, 通过红外发射和接收管采集信号, 并将信号转换为能被单片机识别的数字信号。单片机控制直流电机不同的转动状态, 实现小车的前进、左转、右转等功能。并利用pwm控制电机的转速，实现一个相对稳定准确的循迹系统。预期目标预期希望小车能准确的实现自动循迹,对于小车的速度可以根据路线自动调节,并且如果跑出轨道还能根据不同状况自动寻回路线。成果形式1.红外线自动循迹小车实物;2.红外线自动循迹小车论文.设计（撰写）地点*学院机电工程学院实验室起止时间 2011年3月 1日至 2011年 5 月 2 日指导单位*院机电工程学院指导教师 年 月 日审核意见审核签名 年 月 日*学院毕业设计（论文）成绩评定表设计（撰写）过程评语：指导教师： 年 月 日成绩论文评阅评语： 评阅教师： 年 月 日成绩论文答辩评语： 答辩组长： 年 月 日成绩总分审核人： 年 月 日红外线自动循迹小车摘 要近年来，生活小区的发展十分迅速，面积急剧增大。考虑到生活小区路面情况简单，行人多、机动车少，采用无人驾驶的电力环保清洁车最为适合。考虑到这些实际因素，对近年来竞赛机器人技术进行了初步研究，最终设计出这个红外线自动循迹小车，并希望能成小区里的环保清洁小车。本文首先对自动循迹小车所涉及的技术作了介绍，主要涉及到机械电子、传感器技术、驱动控制技术等多个领域的技术融合。论文采用stc89c52为控制核心, 通过红外发射和接收管采集信号, 并将信号转换为能被单片机识别的数字信号。单片机控制直流电机不同的转动状态, 实现小车的前进、左转、右转等功能。其次，对自动循迹小车的循迹进行了认真的研究，查阅了大量文献，最终利用pwm控制电机的转速，实现一个相对稳定准确的循迹系统。整个系统的电路结构简单, 可靠性高。本设计研究的系统具有良好的安全性、环保性，可以为无人驾驶环保清洁汽车的后续研究提供良好的参考。关键字：循迹小车;红外传感;单片机infrared automatic follow mark car abstractin recent years, the living community is developing very rapidly, and area of a sharp increase. considering the living community road conditions, simple and pedestrians using unmanned vehicle less, the electric power environmental protection clean your car is the most suitable. considering the actual factors of robot technology in recent years contest was studied, the final design out the infrared automatic tracing vehicles, and resolutely hopes to become environmental clean cars. this paper firstly automatic follow the technology involved tracing car introduced, mainly involving machinery and electronics, and sensor technology, drive control technology and other fields of technology integration. paper by using stc89c52 as control core, through infrared emitting and receiving tube acquisition signals, and converts the signal can be scm identifying digital signal. single-chip microcomputer control dc motor different rotating state, achieve car forward, left turn, turn right, and other functions. secondly, for automatic tracing car tracing morrison has carried on the earnest study, consult a lot of literature, finally using pwm control motor speed, realize a relatively stable accurate tracing system comprehensively. the whole system circuit structure is simple, high reliability. this design research system has a good safety, environment protection, can for unmanned environmental clean car of subsequent research provides a good reference.key word: follow mark car; infrared sensor; microcontroller目 录1 前言11.1 选题背景11.2 研究目的和意义12 系统总体设计22.1 任务22.2 系统设计方案22.2.1 小车循迹原理22.2.2 控制系统总体设计23 硬件设计43.1 循迹传感器模块43.1.1 红外传感器st188简介43.1.2 比较器lm324简介53.1.3 具体电路63.1.4 传感器安装63.2 控制器模块73.3 电源模块83.3.1 稳压器lm7805简介83.3.2 稳压电源电路83.4 电机及驱动模块93.4.1 电机93.4.2 驱动94 软件设计114.1 pwm114.2 电机控制114.3 总体软件流程图124.4 小车循迹流程图135 系统测试155.1 测试与调试步骤155.2 部分注意事项156 结 语16致 谢17参考文献18附录191 前言1.1 选题背景随着时代的进步，科技的发展，工业生产正在向着自动化，智能化的阶段进步以及对人性化的要求，对各种智能机器人的要求也越来越高。目前市场的循迹小车功能都比较单一，很少有对其功能的深入研究该智能小车在循迹的基础上增加了计程的功能。智能循迹小车技术可以应用于无人驾驶机动车，无人工厂、仓库、服务机器人、未知路线探测和人类不能存在或长期存在等环境中；通过功能扩展，小车具有在复杂地形条件下矿藏探测的功能。循迹小车的研究重点是对轨迹的自动识别与自动校正，并在行进稳定的情况下进行其他拓展功能，这对整个小车系统的稳定性和抗干扰性有很高的要求。1.2 研究目的和意义随着社会的发展，环境问题已经成为一个美丽城市的重要指标。而现今城市小区环境问题还是备受着严重的考验，如乱扔垃圾、尘土飞扬等问题。现今社会的不断发展中，各行各业的生产及运输过程中，无人驾驶小车及机械手的使用已经相当普及了，在工厂、码头以及在一些高难度作业环境中都可以见到无人驾驶小车可以看到，在不同的场合，无人驾驶小车的形状和功能有很多种，无人驾驶小车与传输带不同，传输带只能使用在一些固定的地方，它不可能像无人驾驶小车一样能够方便、快捷的进行物品的传输。随着生产工艺和自动化程度的发展，控制方式有了较大的改变。不过，虽然它们在方式上存在较多的差别。但在控制思想和电路原理方面，有很多的共同之处，中间都少不了检测输入、数据处理、决策判断、驱动控制等环节。我制作了这个无人驾驶小车它只是一个模型，但是工业中传输设备也可以用类似的原理制作出来，我的目的只中可以自如应用这些知识。本文设计的小车基于单片机为控制核心，用反射是掌握了解这种小车的运作原理以及各门功课的联系及应用，以便在以后的工作式红外光电传感器作为检测元件实现小车的自动循迹前行。在这样的情况下设计智能化的无人驾驶小车，其目的是为了适应社会的发展，通过无人驾驶的智能循迹车来实现环境的清洁，从而得到一个更美丽的家园。242 系统总体设计2.1 任务设计一个基于直流电机的自动寻迹小车，使小车能够自动检测地面黑色轨迹，并沿着黑色车轨迹行驶。系统方案方框图如图2-1所示1。stc892c52稳压电源红外检测模块电机驱动模块图2-1 系统方案方框图2.2 系统设计方案2.2.1 小车循迹原理循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，由于黑线和白色地板对光线的反射系数不同，可以根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”。通常采取的方法是红外探测法。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线，由于红外探测器探测距离有限。2.2.2 控制系统总体设计自动循迹小车控制系统由主控制电路模块、稳压电源模块、红外检测模块、电机及驱动模块等部分组成,控制系统的结构框图如图2-2 所示2。稳压电路stc89c52l298n电机驱动电压比较器光电传感器图2-2 控制系统的结构1、主控制电路模块：用stc89c52单片机、复位电路，时钟电路2、红外检测模块：光电传感器st188,比较器lm3243、电机及驱动模块:电机驱动芯片uln2003、两个直流电机4、电源模块：稳压器lm7805控制系统的工作原理：首先给系统外接一个7.2v的锂电池电源，此电源是驱动电机及输入给稳压电路的电源。稳压电路将7.2v的电源稳定降低到5v供给主芯片stc89c52及各个电路和led灯。系统通电工作后，光电传感器根据能否接收到红外放射信号，并通过电压比较放大器将模拟信号转变成数字信号输入给52芯片，52芯片由此根据输入端口的数字信号输出相应的信号给输出端，从而控制电机驱动模块，最终控制电机转动，实现循迹效果。 3 硬件设计3.1 循迹传感器模块st系列反射式光电传感器是经常使用的传感器。这个系列的传感器种类齐全、价格便宜、体积小、使用方便、质量可靠、用途广泛。采用st188作为红外检测传感器。在黑线检测的测试中，若检测到白色区域，发射管发射的红外线没有反射到接收管，测量接收管的电压为4.8v，若检测到黑色区域，接收管接受到发射管发射的红外线，电阻发生变化，所分得的电压也就随之发生变化，测的接收管的电压为05v，测试基本满足要求。判断有无黑线采用一块比较器lm324， 比较基准电压由10k的变阻器调节，调节变阻器寻找最佳的传感效果。3.1.1 红外传感器st188简介含一个反射模块（发光二极管）和一个接收模块（光敏三极管）。通过发射红外信号，看接收信号变化判断检测物体状态的变化。a、k之间接发光二极管，c、e之间接光敏三极管（二者在电路中均正接，但要串联一定阻值的电阻）3。 图 3-1 st188实物图 图 3-2 st188管脚图及内部电路否发射红外线输出高电平能否反射输出低电平是图3-3 传感器原理框图红外传感器根据发射出的红外线如图3-3，当红外线照射在黑线上，黑线吸收红外线，使之接收部分不能发生光电效应，从而使输出端输出高电平。而当红外线照射在白线上，白线不吸收红外线，并且能良好的反射红外线，使之接收部分能发生光电效应，从而输出端输出低电平。3.1.2 比较器lm324简介lm324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，工作电压范围宽，可用正电源330v，或正负双电源15v15v工作。在黑线检测电路中用来确定红外接收信号电平的高低，以电平高低判定黑线有无。在电路中，lm324的一个输入端需接滑动变阻器，通过改变滑动变阻器的阻值来提供合适的比较电压。 图 3-4 lm324内部电路 图 3-5 集成运放的管脚图比较器是将传感器的输出的模拟电压与基准电压做比较，实现将传感器的模拟信号转变成数字信号，并将信号输入到52芯片的p10口。3.1.3 具体电路通过st188检测黑线，输出接收到的信号给lm324 ，接收电压与比较电压比较后，输出信号变为高低电平，再输入到单片机中，用以判定是否检测到黑线。图3-6 传感器模块电路图3.1.4 传感器安装在小车具体的循迹行走过程中，为了能精确测定黑线位置并确定小车行走的方向，需要同时在底盘装设4个红外探测头，进行两级方向纠正控制，提高其循迹的可靠性。这4个红外探头的具体位置如图3-7所示4。 图3-7 传感器安装图图中循迹传感器全部在一条直线上。其中x1与y1为第一级方向控制传感器，x2与y2为第二级方向控制传感器，并且黑线同一边的两个传感器之间的宽度不得大于黑线的宽度。小车前进时，始终保持(如图3-7中所示的行走轨迹黑线)在x1和y1这两个第一级传感器之间，当小车偏离黑线时，第一级传感器就能检测到黑线，把检测的信号送给小车的处理、控制系统，控制系统发出信号对小车轨迹予以纠正。若小车回到了轨道上，即4个探测器都只检测到白纸，则小车会继续行走；若小车由于惯性过大依旧偏离轨道，越出了第一级两个探测器的探测范围，这时第二级探测器动作，再次对小车的运动进行纠正，使之回到正确轨道上去。可以看出，第二级方向探测器实际是第一级的后备保护，从而提高了小车循迹的可靠性。 3.2 控制器模块采用stc公司的stc89c52 单片机作为主控制器。它是一种带8k字节闪烁可编程可檫除只读存储器（fperom-flash programable and erasable read only memory ）的低电压，高性能comos8的微处理器，该器件采用atmel搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-515指令集和输出管脚相兼容，且可在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。图3-8 时钟电路和复位电路图3-8中的52单片机最小系统由以下两个部分组成且工作原理为： 1、晶振电路，单片机要想工作必须有一个外部的时钟源，这个时钟源由外部晶振产生，具体电路为图中的y1、c2、c3，在做电路板时应注意晶振和电容要靠近18脚和19脚放置，如果放置过远可能会造成晶振不能起振，或工作不稳定。典型值为c2、c3 30pf，y1 12m。 2、复位电路，复位电路包括上电复位和手动复位两部分，52系列单片机多为高电平复位，也就是说rst（9）脚上只要有持续两个机器周期以上的高电平就能使单片机复位，因此上电复位的原理就是利用电容充电的一段时间将复位脚拉至高电平，使单片机完成复位，c1选用104瓷片电容，r1在电容充电结束后将复位脚拉至低电平，保证单片机正常工作。3.3 电源模块3.3.1 稳压器lm7805简介含三个引脚，分别1脚为输入、2脚为接地、3脚为输出。如图3-9 lm7805实物图。 图3-9 lm7805实物图 图3-10 lm7805内部电路图稳压器的主要工作任务是将外接的高压电源稳压降压到5v，并将此电压提供给52芯片及其他电路和led灯，使之能稳定的工作。3.3.2 稳压电源电路电源是整个系统稳定工作的前提，因此必须有一个合理的电源设计。对于小车来说电源设计注意两点： 1、小车的电池电压选用9v直流电压，因此选用78系列稳压芯片，此处选用lm7805稳压器。 2、单片机必须与大电流器件分开供电，避免大电流器件对单片机造成干扰，影响单片机的稳定运行。图3-11 稳压电源电路如图3-11所示，这样可以使用为单片机，指示灯等供电，lm7805的驱动电压由电池不经任何处理直接给出。电机可以用9v供电。3.4 电机及驱动模块3.4.1 电机电机采用直流减速电机，直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生较大扭力。可选用减速比为1：74 的直流电机，减速后电机的转速为100r/min。若车轮直径为6cm，则小车的最大速度可以达到v=2rv=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s能够较好的满足系统的要求。3.4.2 驱动驱动模块采用专用芯片uln2003 作为电机驱动芯片，uln2003 是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，其响应频率高，一片uln2003可以分别控制两个直流电机。以下图3-12为uln2003的引脚图。图3-12 uln2003外部引脚 52芯片与电机驱动原理框图如图3-13：6口高电平，7口低电平6口高电平，7口高电平6口低电平，7口高电平右转直行左转52芯片图3-13 52芯片与电机驱动原理框图当小车需要左转的时候，6口输入低电平，此时11口输出高电平，电机的另一端一直接入高电平，左轮停止，7口输入高电平，10口输出低电平，电机的另一端一直接入高电平，右轮转动，从而实现左转。当小车需要右转和直行的时候，原理如上述类推。驱动电路的设计如图3-13 所示：图3-14 uln2003电机驱动电路uln2003 的9、10、11 三个引脚接到单片机上，通过对单片机的编程就可实现两个直流电机控制。 4 软件设计4.1 pwm pwm就是脉冲宽度调制，也就是占空比可变的脉冲波形。也就是说用单片机产生一定周期的方波，而且方波中高电平的时间可以已自己调整，这就是pwm波。如图4-1 pwm模拟6。如图4-1 pwm模拟本系统采用pwm来调节直流电机的速度。pwm是通过控制固定电压的直流电源开关频率,从而改变负载两端的电压,进而达到控制要求的一种电压调整方法。pwm可以应用在许多方面,如电机调速、温度控制、压力控制等。在pwm驱动控制的调整系统中,按一个固定的频率来接通和断开电源,并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小,从而控制电动机的转速。因此,pwm又被称为“开关驱动装置”。4.2 电机控制在脉冲作用下,当电机通电时,速度增加；电机断电时,速度逐渐减少。只要按一定规律,改变通、断电的时间,即可让电机转速得到控制。如图4-2电机工作原理图。图4-2电机工作原理图系统中通过控制52单片机的定时器t0的初值，从而可以实现p0.4和p0.5输出口输出不同占空比的脉冲波形。定时计数器若干时间（比如0.1ms）中断一次, 就使p0.4或p0.5产生一个高电平或低电平。 将直流电机的速度分为100个等级, 因此一个周期就有个100脉冲, 周期为100个脉冲的时间。速度等级对应一个周期的高电平脉冲的个数。占空比为高电平脉冲个数占一个周期总脉冲个数的百分数。一个周期加在电机两端的电压为脉冲高电压乘以占空比。占空比越大, 加在电机两端的电压越大, 电机转动越快。电机的平均速度等于在一定的占空比下电机的最大速度乘以占空比。当改变占空比时, 就可以得到不同的电机平均速度, 从而达到调速的目的。精确地讲, 平均速度与占空比并不是严格的线性关系, 在一般的应用中, 可以将其近似地看成线性关系。4.3 总体软件流程图小车进入寻迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片i/o 口，一旦检测到某个i/o 口有信号变化，就执行相应的判断程序，把相应的信号发送给电动机从而纠正小车的状态。软件的主程序流程图如图4-3所示：系统初始化任务计数器归零是否完成全部任务？循迹子函数是否完成本次任务？结束开始nyny图4-3主程序流程图4.4 小车循迹流程图小车进入循迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片机i/o口，一旦检测到某个i/o口有信号，即进入判断处理程序，先确定4个探测器中的哪一个探测到了黑线，如果左面第一级传感器或者左面第二级传感器探测到黑线，即小车左半部分压到黑线，车身向右偏出，此时应使小车向左转；如果是右面第一级传感器或右面第二级传感器探测到了黑线，即车身右半部压住黑线，小车向左偏出了轨迹，则应使小车向右转。在经过了方向调整后，小车再继续向前行走，并继续探测黑线重复上述动作。循迹流程图如图4-4所示：图4-4循迹流程图启动循迹模式探测黑线是否检测到黑线判断处理程序向左转turn_left2向左转turn_left1向右转turn_right1向右转turn_lright2继续前进ny由于第二级方向控制为第一级的后备，则两个等级间的转向力度必须相互配合。第二级通常是在超出第一级的控制范围的情况下发生作用，它也是最后一层保护，所以它必须要保证小车回到正确轨迹上来，则通常使第二级转向力度大于第一级，即turn_left2 turn_left1,turn_right2 turn_right1 (其中turn_left2，turn_left1, turn_right2 , turn_right1为小车转向力度，其大小通过改变单片机输出的占空比的大小来改变)，具体数值在实地实验中得到。5 系统测试5.1 测试与调试步骤当所有的硬件工作完成后，对于小车的整体测试要按照模块来进行，应分为以下几个步骤：（1）测试电源的工作情况，一般用万用表测试各个模块能否得到良好的供电，检查是否有短路的地方。（2）测试光电管模块，检查电路焊接是否正确，并用手机摄像头对着红外线发射头看是否有光线，完成后根据测试数据调节电位器选择合适的参考电压，依次测量比较器或运放的输出端有无根据检测到黑线的情况产生相应的电平变化，输出正确则调节滑动电阻，提高红外传感器的灵敏度。（3）检查单片机能否正常的烧写程序和工作。由于小车不需要在线更新,所以单片机的烧写直接由学习板烧写7。（4）用单片机产生不同占空比的信号控制点击的转速测试，找出