循迹小车实验报告 吴亚敏.doc

实践设计报告（嵌入式技术实践二） 学 院：电气工程与自动化学院题 目：基于51单片机的循迹小车专业班级：自动化131班学 号：19学生姓名：吴亚敏指导老师：温如春 2014年6月30日目录第一章 引言31.1 设计目的31.2 设计方案介绍31.3 技术报告内容安排3第二章 技术方案概要说明4第三章 硬件电路的设计53.1 单片机最小系统53.2 传感器电路53.3 电源电路设计63.4 舵机及电机驱动电路设计8第四章 软件系统的实现94.1 主程序设计94.2 程序设计9第五章 结论11第六章 致谢12参考文献13第一章 引言 1.1 设计目的 通过设计进一步掌握51单片机的应用，特别是在嵌入式系统中的应用。进一步学习51单片机在系统中的控制功能，能够合理设计单片机的外围电路，并使之与单片机构成整个系统。 1.2 设计方案介绍 该智能车采用红外对管方案进行道路检测，单片机根据采集到的红外对管的不同状态判断小车当前状态，从而发出控制命令，控制舵机和电机的工作状态以实现对小车姿态的控制。 1.3 技术报告内容安排 本技术报告主要分为三个部分。第一部分是对整个系统实现方法的一个概要说明，主要内容是对整个技术方案的概述；第二部分是对硬件电路设计的说明，主要介绍系统传感器的设计及其他硬件电路的设计原理等；第三部分是对系统软件设计部分的说明，主要内容是智能模型车设计中主要用到的控制理论、算法说明及代码设计介绍等。基于51单片机的循迹小车设计报告 第二章 技术方案概要说明 本模型车的电路系统包括电源管理模块、单片机模块、传感器模块、电机驱动模块、舵机控制模块。 在整个系统中，由电源管理模块实现对其他各模块的电源管理。其中，对单片机、光电管、舵机提供5V电压，对电机提供6V电压。 路径识别电路由2对光电发送与接收管组成。由于路面存在黑色引导线，落在黑线区域内的光电接收管接收到反射的光线的强度与白色的路面不同，进而在光电接收管两端产生不同的电压值，由此判断路线的走向。传感器模块将当前采集到的一组电压值传递给单片机，进而根据一定得算法对舵机进行控制，使小车自动寻线行走。 单片机模块是智能车的核心部分，主要完成对外围各个模块的管理，实现对外围模块的信号发送，以及对传感器模块的信号采集，并根据软件算法对所采集的信号进行处理，发送信号给执行模块进行任务执行，还对各种突发事件进行监控和处理，保证整个系统的正常运作。 舵机控制模块则根据检测情况经单片机处理后发出相应的PWM波对舵机进行转向的控制。 电机驱动模块采用桥驱动，通过PWM 波对电机进行控制，以实现对小车速度的调节。第三章 硬件电路的设计 3.1 单片机最小系统 小车采用NXP公司的51单片机作为控制芯片，主要包括时钟电路、电源电路、复位电路。其中各个部分的功能如下： 1、时钟电路：给单片机提供一个外接的16MHz的石英晶振。2、电源电路：给单片机提供5V电源。 3、复位电路：在电压达到正常值时给单片机一个复位信号。 3.2 传感器电路 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。 信号采集原理图：信号采集电路正面：信号采集电路反面：3.3 电源电路设计 模型车通过自身系统，采集赛道信息，获取自身速度信息，加以处理，由芯片给出指令控制其前进转向等动作，各部分都需要由电路支持，电源管理尤为重要。在本设计中，51单片机使用5V电源，电机及舵机使用6V电源。考虑到电源为充电电池组，额定电压为7.2V，实际充满电后电压则为6.5-6.8V，所以单片机及传感器模块采用7805稳压后的5V电源供电，舵机及电机直接由电池供电。电源电路正面：电源电路反面：3.4 舵机及电机驱动电路设计 舵机的驱动电路比较简单，电源直接由电池组提供，其输入信号为单片机输出的pwm波。 本系统使用的电机驱动板为一个由分立元件制作的直流电动机可逆双极型桥式驱动器，其功率元件由四支N沟道功率MOSFET管组成，由此电路，通过设置51输出的PWM波的占空比可以达到控制电机转速的效果。H桥驱动电路原理图:H桥驱动电路实物图：第四章 软件系统的实现 4.1 主程序设计 单片机系统需要接收路径识别电路的信号，采用某种路径搜索算法进行寻线判断，进而控制舵机和直流驱动电机的工作。小车系统的软件使用C语言实现。 主体控制框架： 模型车采用的控制方法是根据传感器采集到的路况信息，通过计算得到具体的方向偏移量和速度，控制小车的行走状态。4.2 程序设计#includeconfig.h#includePort.h#include8051.h /*左接口*/#define singal_1 P3_3 /左传感器#define PWM_1 P1_1 /左电机/*右接口*/#define singal_2 P3_5 /右传感器#define PWM_2 P0_1 /右电机/*延时函数*/void delay10ms(unsigned int uiDly) unsigned i; do i=46; do while(-i!=0); while(-uiDly!=0);/*子函数*/void motor_stight() /小车前进 PWM_1=1; PWM_2=1; DIR_1=0; DIR_2=0;void motor_right() /小车右转PWM_1=1;PWM_2=0;DIR_1=0;DIR_2=0;void motor_left() /小车左转PWM_1=0;PWM_2=1; DIR_1=0; DIR_2=0;void motor_stop() /小车停止PWM_1=0;PWM_2=0;DIR_1=0;DIR_2=0;/*主函数*/void main(void)while (1)if(singal_1=1&singal_2=1)| (singal_1=0&singal_2=0)motor_stight();if (singal_1=0&singal_2=1)motor_right();delay10ms(1);if (singal_1=1&singal_2=0)motor_left();delay10ms(1);第五章 结论 本设计主要用到了单片机的通用IO口的读写，定时器，中断等基本功能，通过实际操作进一步掌握了51单片机的使用。同时，通过单片机外围电路的设计，更深入学习了51单片机在嵌入式系统中的应用。通过实际焊接电路，编写程序，也进一步提高了我的动手能力以及分析解决错误的能力，是我能够更好的将所学知识应用到实际中来。 本系统能够基本满足设计要求，能够较快较平稳的是小车沿引导线行驶，但由于经验能力有限，该系统还存在着许多不尽人意的地方有待于进一步的完善与改进。第六章 致谢在报告完成之际，我首先向关心帮助和指导我的指导老师温如春老师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意！在学校的学习生活即将结束，回顾一年来的学习经历，面对现在的收获，我感到无限欣慰。为此，我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢！在撰写报告的过程中，我遇到了许许多多这样那样的问题，有的是专业上的问题，有的是报告格式上的问题，一直得到老师的亲切关怀和悉心指导，使我的论文可以又快又好的完成，王祖麟老师以其渊博的学识、严谨的治学态度、求实的工作作风和他敏捷的思维给我留下了深刻的印象，我将终生难忘王祖麟老师对我的亲切关怀和悉心指导，再一次向他表示衷心的感谢，感谢他为学生营造的浓郁学术氛围，以及学习、生活上的无私帮助！还要感谢和我一起做实验的几位同学，没有你们的帮助，我也不可能这么顺利地完成实验，在此表示深深的谢意！感谢实验室的师兄师姐，谢谢他们在这一年来对我学习和工作上的悉心指导，他们在整个实验的过程中都给了我很大的帮助