双剑客技术报告--.doc

第一届“双基”智能车大赛 双剑客 组 技术报告团队成员：彭俊炜 宋章泉 吴松 时间：2012.11题目:基于STC12C5A6单片机控制智能循迹小车 摘要本系统采用STC12C5A60S2单片机为控制中心。实现的功能是：（1） 自动循迹关键词：智能小车；红外检测；单片机；直流电机AbstractThis system use STC12C5A60S2 MCU as its core. The functions are:（1）Automatic trackingKey word: Intelligent car ;Infrared detection ; single chip;DC motor 1. 引言 当今社会，科学技术日新月异，时代前进的步伐越迈越宽，应用自动化设备,计算机处理,现代化通讯,数字化信息,现代化显示设备等高新技术而建立的现代化智能,监控等系统已经得到充分的发展与应用,智能机器人也就应运而生。同时，在建设以人为本的和谐社会的过程中，智能服务机器人能够完成考古发掘，海底揭密，宇宙探索等危险作业，以保证人身安全。国家中长期科学和技术发展规划纲要一文指出：智能服务机器人是在非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的智能化装备。以服务机器人和危险作业机器人应用需求为重点，研究设计方法、制造工艺、智能控制和应用系统集成等共性基础技术。重点研究低成本的自组织网络，个性化的智能机器人和人机交互系统、高柔性免受攻击的数据网络和先进的信息安全系统。20062020年，既是国家中长期技术发展计划实现阶段，也是我们最具有活力和最激情洋溢的时段。于是，我们两人认识到自己的位置，都对智能小车的研发和制作有着强烈的好奇心，有着共同爱好和理想，想用自己的青春和智慧挥写这段焕发青春活力的乐谱。凭借参加本次大赛的机会，我们能够对单片机系统的开发有进一步的学习和理解。我们的系统主要分为L298N电机驱动模块、红外对管检测模块、稳压模块、单片机控制模块、电压比较器模块。系统方案 红外对管检测模块、L298N电机驱动模块、单片机控制模块、稳压模块、电压比较器模块。还有电源等基本供电小模块。系统主框图如21所示： CPU STC12C5A60S2 单片机L298N电机驱动模块电压比较器模块红外对管检测模块 稳压模块一、 STC单片机最小系统单片机模块是必须有的模块。STC单片机较为AT单片机中所有的区别就是PWM英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。所以PWM在小车的可以起到延长脉冲，调节速度的作用。但是，如果没有PWM的占空比调节，也可以运用计时器中断来进行调节。 下面是计时器延长方波的一段样程序。但是用计时器这样的调节具有一定的弊端，如果单片机在处理中断程序的时候小车正好转弯，则可能引起小车走直线。所以用STC12的单片机或者是ARM的会更好。二、 稳压模块稳压模块在这里我采用的是LM2940，LM2940是LDO，意为低压差线性稳压器，是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器，如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v3V以上，否则就不能正常工作。但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5v转3.3v,输入与输出的压差只有1.7v，显然是不满足条件的。针对这种情况，才有了LDO类的电源转换芯片。 所以2940较7805来说有更好的优越性能，LM2940比7805的转换效率高。7805直接输入不接输出的情况下，其内部还会有3mA的电流消耗（静态电流）。而LDO元件的静态电流就比它远远小得多了。图为LM2940电源模块的原理图。图中电容的作用是滤波。模块电路比较简单，并无大的障碍。三、 驱动模块电机的驱动是由集成芯片L298N来实现的，由四个IO口经四个与门再由L298N输出四路信号来控制两电机。L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。 L298N模块电路图如图3-1：在实践中遇到的问题有：一开始在在在测定的时候两个电机之间的转速总是不能达到一致，在通过测定以后发现电机两边的电压不一样，考虑可能是程序的问题，于是在最后使用了并联电机的方法，使其输入一致，然后用舵机来进行转向。四、 红外对管模块。红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部件是一个特殊材料的PN结，和普通二极管相比，在结构上采取了大的改变，红外线接收管为了更多更大面积的接受入射光线，PN结面积尽量做的比较大，电极面积尽量减小，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。红外线接收二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有红外线光照时，携带能量的红外线光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子-空穴对（简称：光生载流子）。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。红外线接收二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。在测定红外对管是否有用的时候，可以通上电源以后，用手机的摄像头对发射管进行照相，如果能够看到紫色的光，就证明能够正常工作。而接收管得测定方法则可以用万用表进行检测， 看每个接收管两端的电压。在实践中遇到的问题有：由于红外对管相当脆弱，所以在为其进行包黑胶带的时候应该注意，不要使其歪掉，并且我们在测定的时候多次遇到红外两管松掉而导致电路不通的情况，所以在测定中应该注意相应的问题。五、 电压比较器LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。 遇到的问题：电压比较器遇到的问题可以说是最多的，因为可能之前没有接触这样的东西，所以第一次处理比较麻烦。在实践中，出现了这样的问题。1. 可调电阻选错，由于一开始没有考虑到精密可调电阻和可调电阻的区别，所以一开始使用了可调电阻，可调节率相当低，所以只有从来。2. 电压比较器没起作用，在调节电压比较器的时候，出现的最头疼的事情就是调节可调电阻时，电压不起变化，后来的感觉线路出了问题，但是又找不出来，然后又重来。3终于有用的时候，但是由于红外对管动一下就会影响电压。所以又给红外管抱了一层衣服。小车图片:附录：小车程序，还不完善。#include#include#include#includesbit test=P01;uchar temp;uchar count1,count2; /速度比率uchar i; /*/void T0_init();/*/void Int0_init();/*/void T0_init() /定时器初始化TMOD=0x11;TH0=(65536-1)/256;TL0=(65536-1)%256;TR0=1;ET0=1;EA=1;void Int0_init() /用外部中断0开启定时器T1用于计时IT0=0; /外部中断0设置低电平触发IE0=1; /外部中断0标志位设置为0EX0=1; /开外部中断0TMOD=0x11; /设置定时1用于计时，定时器0用于PWM控制TH1=0; /清空定时器1TL1=0;TR1=1; /启动定时器1ET1=1; /开定时1 PX0=0; /设置外部中断0为低优先级 void main() /主函数T0_init();Int0_init();while(1)Us_transmit(); /超声波发射函数while(flag=1) /flag=1成功接收，计算并判断障碍物距离distance=Us_distance();if(distance=0.2)test=0;elsetest=1;temp=Load();Deal(temp);void time0() interrupt 1i+;TH0=(65536-1)/256;TL0=(65536-1)%256;if(i=100)i=0;IN1=1;IN3=1;if(i=count1)IN1=0;if(i=count2)IN3=0; void Int0() interrupt 0TR1=0; /停止定时器1EX0=0; /关闭外部中断0high_time=TH1;low_time=TL1;/TH1=0;/TL1=0; /是不是没有设置回波时间限制呢？flag=1; /成功接收超声波标志 /尝试去掉接收成功标志，发现没有标志则没有反应#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define nop _nop_()sbit IN1=P20;sbit IN2=P21;sbit IN3=P22;sbit IN4=P23;uchar count1,count2; /设置占空比，控制左右电机的速度/*/void Deal(uchar temp); /速度选择函数/*/void Control_speed(uchar zuo,uchar you); /速度控制函数/*/void Stop(); /停止前进/*/void Deal(uchar temp)switch(temp)case 0x40:Control_speed(20,80);break;/0100case 0x20:Control_speed(80,20);break;/0010case 0x60:Control_speed(70,70);break;/0110case 0xc0:Control_speed(10,95);break;/1100case 0x30:Control_speed(95,10);break;/0011case 0xe0:Control_speed(10,95);break;/1110case 0x70:Control_speed(95,10);break;/0111case 0xf0:Control_speed(50,50);break; /1111case 0x00:Control_speed(50,50);break;/0000default: Stop(