毕业设计-智能循迹小车.docx

大学生电子设计大赛（论 文）智能循迹小车学生姓名： 张旭 朱元派 王辉 学 号： 1040830623 ， 1040710625 ，1040710637 完成日期 2011 年4月27日摘要本次设计的智能循迹小车是以单片机 STC89S52 为主控制器，运用反射式红外传感器来进行路径检测和霍尔传感器监测行驶路程，并将实时数据传送到LCD12232显示模块，同时传感器组成的循迹模块路径检测状态传回单片机进行处理，用单片机产生 PWM 波等方式来控制小车的行进速度，实时控制小车的行进状态。 另外， 在小车上还扩展了 LCD12232 作为人机交互界面，以便于实时了解监测传感器的状态和小车行驶中的实时数据，由于本次设计的是智能自动循迹小车，整个任务过程无需人工的任何干预，故而没有进行键盘及遥控等的人工操作设备。用多路传感器的实时监测和算法的紧密配合来保证小车的顺畅完成任务。关键字：智能循迹小车，红外传感器，霍尔传感器，12232液晶。Abstract This designs intelligence follows the mark car is by the monolithic integrated circuit STC89S52 primarily controller, carries on the way examination and the Hall sensor monitor travel distance using the reflection type infrared sensor, and transmits the real-time data to the LCD12232 display module, simultaneously the sensor composes follows the mark module way examination condition to feed in the monolithic integrated circuit to carry on processing, has ways and so on PWM wave with the monolithic integrated circuit to control cars approaching speed, the real-time control car marches forward the condition. other, also expanded LCD12232 on the car to take the man-machine interaction contact surface, was advantageous for the real-time understanding to monitor in sensors condition and the car travel real-time data, what because this design was the intelligence follows the mark car automatically, the entire duty process did not need the artificial any intervention, therefore has With the multi-channel sensors real-time monitors and the algorithm close coordination guaranteed that the car completes the task smoothly. key words: The intelligence follows the mark car, infrared sensor, Hall sensor, 12232 liquid crystals. 第一章 总体方案论证与设计1. 实现功能： 基本功能：小车智能循迹LCD12232显示时间；附加功能：时分显示行驶路程显示 2.硬件结构：分为下面几部分： （1）处理器模块：采用AT89S52 （2）小车主体设计模块方案 购买玩具坦克进行改装。方案一：按照大赛要求，可以用玩具车来改装，加入控制系统来完成既定任务， 这样的优势是，省去了制作车体的功夫，我们可以一门心思地放在小车的控制上，同时节省很多宝贵的时间以用来学习相关知识。另外小车主体布局也比较合理，可以较好地完成任务。但是玩具小车的造型各异，质量参差不齐，选购合适小车价格偏高，小车的电路布局受到小车主体的限制。 方案二：自己设计小车主体结构，自己设计制造小车主体结构，能够按照布局设计思路来完成小车主体(3）电源设计方案模块方案南孚电池供电。方案一：供电: 碱性电池 VS 铅蓄电池 VS 锂电池用碱性电池来作为小车的动力及控制供电， 有体积小，重量轻的优点， 放电曲线比较稳定，可以通过加减电池节数（单节 1.5V）来调节所需 电压。但是，由于小车的开发阶段需要不断地调试，势必消耗大量的电能。碱性电池又是一次性电池，不得不更换电池，成本自然就上来 了，并且不太利于环保。但是南孚电池是一种高供电率，被公称为“环保电池”。 方案二：铅蓄电池作为二次电源元老级的代表，具有价格低廉，寿命长久（一 般可达 4 年之久） ，耐贮藏（尤其适于干式荷电贮存）其制造工艺成熟，可以方便地买到各种规格的产品。但是其能量密度较低，导致其体积大，质量大，不便于携带。方案三：锂电池是一种新型的二次电源，是电源界的后起之秀，也是目前使用最广泛的便携式二次电源。缺点是锂电池存在安全性差。需保护线路，防止电池被过充过放电。生产要求条件高，成本高。 综合考虑其优缺点，碱性电池（南孚电池）有着较强的供电能力和较轻的质量，碱性电池为本次设计的最佳供电方案（4）电机驱动设计模块方案购买专用电机驱动模块。方案一：自己搭建桥式电机驱动，电机加减速以及正反转的典型电路是 H 桥驱动电路，根据需要分析，可用功率三极管或者 cmos 管来搭建，这样有助于提高我们的动手能力和知识融汇通的能力。但是要想得到两个理想的独立驱动，必须选用参数尽量完全一致的管子才行， 而这些元件的制造工艺只能保障在一定的范围内一致，这样，给调试带来不少的麻烦，且抗外界干扰能力差，复杂化了电路的设计。 方案二：购买专用电机驱动模块，市面上有专门的双电机驱动芯片 L298，经测试性能可以满足小车的电机控制要求，而且外围电路比较简单，稳定性较好，驱动能力够强。能够很好的保证两电机的同步。所以决定选用此法案（5）传感器设计方案使用红外传感器。方案一：使用光电传感器来采集路面信息使用红外传感器最大的优点就是结构简明，实现方便，成本低廉，免去了繁复的图像处理工作，反应灵敏，响应时间低，便于近距离路面情况的检测。方案二：使用红外传感器的缺点是，它所获取的信息是不完全的，只能对路面情况作简单的黑白判别，检测距离有限，而且容易受到诸多扰动的影响，抗干扰能力较差，背景光源，器件之间的差异，传感器高度位置的差异等都将对其造成干扰。在本次比赛中，赛道只有黑白两种颜色，小车只要能区分黑白两色就可以采集到准确的路面信息。所以决定选用此法案（6）显示模块设计方案方案一：Led 数码管显示数码管显示具有亮度高，色彩选择多的优点，但是数码管占用 I/O 资源多, 控制复杂，功耗较大，显示信息量较少且单一，同时难以满足“技术日益发展，人们应该更开放的尝试新技术和新产品”的科学思想。方案二：1602液晶显示液晶显示驱动简单，易于控制，功耗小，但显示信息量较小，虽然能直观地观测到小车的行驶时间及行驶路程信息，但1602易损坏，间接影响成本。方案三：12232液晶显示操作跟1602相似但显示信息量大，可以直观地观测到小车的行驶时间及行驶路程信息。 综合考虑，决定用 12232 液晶显示作为本次设计的显示模块。第二章、整体方案框图开始霍尔传感器初始化液晶初始化电机驱动初始化AT89S52霍尔传感器模块红外模块液晶显示行驶距离检测行驶时间，行驶距离路径状态监测红外传感器检测第三章 智能循迹小车硬件设计一、 机械设计1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八节电池作为电源，小车的上面安放单片机最小系统，电机驱动，12232液晶，有利于较少对信号的影响。电机驱动紧挨着电源部分，这样有利于大电流的直接输送，减少干扰。二、电路设计1驱动驱动部分采用的是L298 芯片，该芯片是专门的双全桥步进电机驱动芯片，也可以作为两个直流电机的驱动。该芯片有较强的的驱动能力，可驱动2A 的步进电机或两个1A 的直流电机。芯片上的的ENA 与ENB 为高电平时有效，只有当ENA 与ENB 为高电平时，电机才旋转，否则电机不转，这里的电平指的是TTL 电平。而默认ENA和ENB为高电平,ENA 为IN1 和IN2 的使能端，ENB 为IN3 和IN4 的使能端。A1=0，A1=0时，停止。A1=0，A1=1时，前进。A1=1，A1=0时，后退。A1=1，A1=1时，停止。同理B1=0，B1=0时，停止。B1=0，B1=1时，后退。B1=1，B1=0时，前进。B1=1，B1=1时，停止。L298 的应用电路图如下所示2单片机最小系统单片机采用了 STC89S52，该芯片的应用电路于其他51 单片机完全一样。介于小车各部分功能均为模块实现，所以，将单片机最小系统布局好后，其余各I/O口用排针引出。STC 单片机支持串口下载功能，所以省去了调试时不住地插拔片子的麻烦，也保证了片子的完好。单片机引脚分布图及最小系统图如下：3液晶显示液晶由单片机控制，实时显示小车行驶的时间和路程，由于其内部集成了显示处理模块，所以外围电路十分简单。电路图如下： 4.红外循迹电路循迹电路分析5.霍尔传感器测量行驶距离模块A.引脚图如下： B.传感器电压与水平偏移距离图第三章 智能循迹小车软件设计软件编程是循迹小车的灵魂，小车精确地循迹基于合理的编程算法，为了便于调试结构明朗，小车的软件编程分为主函数、检测循迹函数和控制函数。其中，主函数合理地分配调用各个模块函数，主要负责各模块间的总体协调。循迹检测函数负责稳定地判定各种信息，将信息值返回，以便主函数或别的函数调用处理。控制函数主要负责小车的状态控制，根据传感器返回的信息准确地判定小车所处的位置，并做出相应的响应。其中控制函数中包含了各种算法以实现系统控制的稳定性。由于控制的数学模型不易建立。所有的函数算法均是经过无数次的调试，才一步步的写出来的。软件在附录后。第四章 开发总结与心得在整个开发过程中，我们按照总分总的总体思想来展开的，整个开发过程主要分为以下几个阶段进行。1总体方案论证和确立在这一阶段。我们主要任务是根据大赛要求对小车的总体结构进行初步的规划设计，对系统进行模块化，对各部分资源做出分配。确定软件的主要思路框架。 这一阶段上主要解决的问题有： 1）确定小组各成员的分工，各取所长，分头进行前期资料的准备 2）确定小车的开发流程，规划小车的开发进度； 3）将电气部分划分为了电源、驱动、单片机和传感器四大模块，并确定各模块的方案。 4）分配各模块资源，确定各模块的主要参数。 5） 采购所需元器件，为下一阶段做准备。2各分立模块的制作调试在这一阶段，我们的主要任务是，完成各个模块的搭建，并调试使之达到预定的参数指标。由于产品生产的个体差异性，电机的调试是最困难的，经过多次的硬件调试实验和上电磨合，两电机的转速依然很难同步，所以最后通过艰难软件的控制调试，终于使之达到基本同步。通过制作单片机最小系统，让我们认识到焊接电路时，焊锡熔化和凝固时间的掌控很重要，还有撤出焊铁头的角度也要有很高的要求。焊接时间的把握是焊接优质电路的关键。如果焊接时间掌控不好的话，很容易形成虚焊，严重时还可能导致短路，因而焊接时一定要非常仔细认真，不能马虎。3总车的装配调试在这个阶段，我们的主要任务是务必使车完全达到大赛的性能指标。使各个模块之间协调可靠，互不影响，按预计完成任务。在调试的过程中我们才发现。所有的情况并非是想象中的那么符合常理，每一次的转弯。每一次的位置信息的获取都是在慢慢的反复调试中完成的。我们要对之前的各种方案进行不断地修改，我们要仔细分析每一次出错的情况并找出原因所在。一次次地修正程序的漏洞，一步步地完善传感器的排布情况，一点点地校正小车的行驶轨迹。对控制算法的每一次优化。二、 开发中遇到的几个典型问题 1电机电磁干扰的问题由于电源电路，驱动电路和 MCU 电路板均位于小车后部，距离电机距离较近，因此会受到电机的电磁干扰，造成数据的失真甚至是硬件器件的损坏。在实际项 目中，为了避免干扰，我们将控制部分抬高以远离电磁的干扰，同时，由于层次出现，对各路信号线的排布也有一定的改善作用。在这次设计中，我们初步完成了小车的制作，达到了比赛的基本要求，但由 于时间有限，小车各方面的性能还有待提高，设计方案还可以进一步扩展，如传 感器采用 CCD 与红外相结合，控制采用模糊控制等，这些需要我们以后进一步完善。2学习时间与竞赛时间的分配问题,在此就不细说。3心态的调整由于知识水平有限，在无数次的调试过程，我们没有退缩，依然坚信我们能够做出来，我们依然没放弃。 通过这次大赛的设计，我们获得不少的收获，不光是知识和经验上的收获， 更有在生活态度上的收获。做事不能想当然，在大部分事情的处理中，不会有理想状态的出现，我们必须积极面对所有可能发生的情况，并努力地解决它。不管你有多大的能力，都不可能把每一种情况都提前考虑到，所以我们应有面对挫折的勇气和克服困难的韧性。还记得在我们硬件搭建的时候，好多次因元器件的短缺而终止，而这些本来是可以避免的，只要我们提前更系统地想想，更科学地规划一下，能提高我们的效率。所以我们认识到，做事都应有一个系统的规划和科学的预算，不能想起一点做一点，应该积极培养自己的高瞻远瞩的能力。通过这次的大赛我们才发现，在日常的生活中我们的行动性太差，对于一些明明能做到更好的事情，总是苟且求安。这些正是我们一改去改变的态度。参考文献1.郭天祥 新概念51单片机c语言教程 电子工业出版社2.百度文库3.求实科技 8051单片机系列C程序设计 北京：人民邮电出版社附录循迹程序/-循迹小车-/编写：王辉#includereg52.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/sbit BLA=P14;sbit RS=P12;sbit RW=P11;sbit E=P10;sbit b2=P27;sbit b1=P26;sbit a2=P25;sbit a1=P24;sbit key=P23;bit biao=0;uchar n=0;uchar m=0;uint x=0;uint y=0;uchar time_data=0,0,0;uchar code zhangxu=0123456789;uchar shi=00-00-00;uchar ju=00.000;/延时void delay(uint a)uint i,j;for(i=0;ia;i+)for(j=0;j3; switch(a) case 0x04:if(n=6)TR1=1;n=1;break;case 0x02:if(n=6)TR1=1;n=2;break;case 0x06:if(n=6)TR1=1;n=2;break;case 0x08:if(n=6)TR1=1;n=3;break;case 0x0c:if(n=6)TR1=1;n=3;break;case 0x01:if(n=6)TR1=1;n=4;break;case 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