智能小车制作设计.docx

智能车控设计智能小车设计智能小车设计要求：智能小车在特定环境中自主移动，在小车的移动空间的地面为蓝色，在蓝色地面上铺设白色跑道，跑道中央有连续的黑色路径指示线。要求小车完成以下功能：a）小车只能在白色跑道上运行；b）小车需按照跑道上的黑色路径指示线方向运行；c）小车由直流电机驱动，并具备转向和制动功能。智能小车重要器件选定本设计基于MC9S12DG128芯片开发的智能小车硬件系统。MC9S12DG128是一个以16位中央处理器为核心的16位微控制器，128K的字节的Flash EEPROM存储器，8K字节的RAM，2K字节的EEPROM，两个异步串行通信接口（SCI），两个串行外围接口（SPI），两个8通道模拟数字转换器（ADC），1个8通道脉宽调制模块，两个兼容CAN2.0A/B协议的控制器，1个Byteflight模块和内部集成电路总线。小车在白色轨道上按黑色引导线行驶。光电寻线方案一般由多对红外收发管组成，通过检测接收到的反射光强，判断黑白线。原理图由红外对管和电压比较器两部分组成，红外对管输出的模拟电压通过电压比较器转换成数字电平输出到单片机。电源模块为系统其他各个模块提供所需要的电源。设计中除了需要考虑电压范围和电流容量等基本参数之外，还要电源转换效率、降低噪声、防止干扰和电路简单等方面进行优化。测速模块的选择是多样式的，有测速发电机、转交编码盘、反射式光电检测、霍尔传感器等等。本设计采用霍尔传感器中的CS3020.系统框架图硬件设计方案1、红外发射与接收管红外发射接收管的选型直接决定了前瞻性能以及检测精度，波长匹配是首先必须要保证的，为尽量避开自然光的干扰，本设计选用TCRT5000。 2、电源模块智能小车控制系统中，除了5v的供电电压外，还要向舵机提供6v的工作电压，电源模块还需要一个产生6v直流电压的电路。本设计选用LM317可调稳压器。3、测速模块（CS3020）霍尔传感器电路图4、舵机操作舵机转动一定角度有时间延时，时间延时正比于旋转过的角度，反比于舵机响应速度。为了克服时间的延时，我们可以采用杠杆原理，在舵机的输出舵盘上安装一个较长的输出臂，将转向传动杆连接在输出臂末端。操作总体方案 整个电路系统分为检测、控制、驱动三个模块。首先利用光电对管对路面信号进行检测，经过比较器处理之后，送给软件控制模块进行实时控制，输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车的运动。 每一个红外传感器TCRT5000都由一个发射管和一个接收管组成。发射管发射的光线若照射在白色跑道上，则被吸收的光线少，反射光强，对应的接收管导通，将低电平信号送至单片机。反之，如果发射光线照射在黑色引导线上，那么反射光很弱或几乎没有，此时接收管被截止，将高电平送至单片机。 至于驱动模块，当他们接收到单片机的命令便执行相应的操作，同事测速模块和路径信息采集模块又把采集到的电机和舵机的状态信息反馈给单片机，从而整个系统构成一个闭环系统。在运行过程中，系统自调节而达到正确的形式目的。电机的调速与制动本电机控制系统基于51内核的单片机设计，采用LM298直流电机驱动器，利用PWM脉宽调制控制电机，并通过光耦管测速，经单片机I/O口定时采样，最后通过闭环反馈控制系统实现电机转速的精确控制，其中电机的设定速度由电位器经A/D通过输入，系统的状显示与控制由上位机实现。经过设计和调试，本控制系统能实现电机转速较小误差的控制，系统具有上位机显示转速和控制电机开启、停止和正反转等功能。具有一定的实际应用意义。在此实验中对于直流电机的转速控制采用闭环控制。闭环控制与开环控制相比，机械性能大大提高，在理想空载情况下，静差率要小得多；当静差率相同时，闭环调速系统的调速范围可以大大提高。直流电动机测速设计框图：调节器驱动电路直流电机+ -测速装置本控制器主要通过脉宽调制PWM来控制电动机电枢电压，实现调速。调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。本系统采用了定频调脉宽方式的PWM控制，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。A/D转换程序主要用于电机速度的输入模拟信号的采集与转换。程序流程图如下图所示。启动指定通道延时转换结束？返回转换结果否是 A/D转换程序流程图电机驱动模块 采用电机驱动专用芯片L298N，该芯片可驱动两路536V的直流电机或者一路四拍的步进电机。同时在L298N与主控芯片间通过四路光耦TLP5214隔离消除干扰信号。系统的电机驱动单元选择LM298N大功率驱动芯片，再利用TLP521光耦合器和整流二极管设计的驱动电路能实现电器隔离与控制，能提高控制效率和精度极大减少了挠动干扰，而且可以实现电机的正反装和刹车功能。 测试时，电机经常出现运行不稳定、程序跑飞、计数乱跳等现象。经过认真 分析，主要原因是电机模块的电流反串到控制模块，使单片机工作环境不稳定。 所以我们通过在这两个模块之间加入光电耦合器，同时采用双电源，达到将控制 部分和电机部分的回路完全隔离的效果，这样电机对单片机的干扰就顺利排除了。 另外，用来接 ENA 和 ENB 的光耦由于传输频率较高，所以接入两个三极管，保证 脉冲能够顺利通过光耦。三、void main()/主函数部分 INT8 shedin=180;INT8 shesu1=0,uk1,uk=180,k1=0,uk2=0;ad_init(); / 单片机AD 初始化 timer_init(); / 单片机定时器 串口等寄存器 初始化pwm_init(); /单片机PWM相关寄存器 初始化 a1=34.5178; a2=0.67373; /电压与速度拟合曲线的相关参数初始化 b1=28.91; b2=28.8715; P0=0xFF; cont2=0; led0=0;led1=0; /设置电机初始状态为停止 while(1) moto_speed=ceshu(); /频率脉冲检测与存储 if(flag_ad=1) /判断采样标志 flag_ad=0; ad_val=get_AD_result(0);/AD采集设定电机两端电压 shedin=(INT8)(ad_val*a2-b2); shesu1=shedin; if(cont2=4) if(shisu=shedin) k1=1; uk1=shedin-shisu; else uk1=shisu-shedin;k1=0; /反馈速度偏差量ek if(k1=1) if(shisu=60) uk2=ad_val+uk1+3; /设置不同速度范围内的偏差调整量else uk2=ad_val+uk1; else if(k1=0) if(shisu=65) uk2=ad_val-uk1-3; /设置不同速度范围内的偏差调整量 else uk2=ad_val-uk1; else uk2=ad_val; uk=uk2; ad_vall=ad_val; /经反馈校正后的pwm输出值ad_fl=(float)ad_vall*5.0/256.0; PWM(uk); /pwm输出控制电机转速 UART(shisu,shesu1,ad_fl); /调用串口显示函数 void delay0(INT8U delay_time) / 延时函数void timer0()interrupt 1 /T0定时计数器中断 TH0=(65536-50000)/256; /50ms计数初值 TL0=(65536-50000)%256; cont+; if(cont=20) /1秒定时计数设定 cont=0; cont2+; flag_xianshi=1; flag_ad=1; shisu=moto_speed/4; /将采集的频率换算成转速 moto_speed=0; shudu=0; void UART0()interrupt 4 /串口中断函数 RI=0; flag_uart=1; rec=SBUF; if(rec=1) flag_on=0; else if(rec=2) flag_on=1; else if(rec=3) flag_on=2; else if(rec=4) flag_on=3; else flag_