智能寻迹小车实验报告.doc

DIY达人赛 基于 STC89C52单片机智能寻迹小车实验报告 参赛队伍: 队员： 2014年4月一、引言 我们所处的这个时代是信息革命的时代，各种新技术、新思想层出不穷，纵 观世界范围内智能汽车技术的发展，每一次新的进步无不是受新技术新思想的推 动。 随着汽车工业的迅速发展，传统的汽车的发展逐渐趋于饱和。伴随着电子技 术和嵌入式技术的迅猛发展，这使得汽车日渐走向智能化。智能汽车由原先的驾 驶更加简单更加安全更加舒适，逐渐的向智能驾驶系统方向发展。智能驾驶系统 相当于智能机器人，能代替人驾驶汽车。它主要是通过安装在前后保险杠及两侧 的红外线摄像机，对汽车前后左右一定区 域进行不停地扫描和监视。计算机、 电子地图和光化学传感器等对红外线摄像 机传来的信号进行分析计算，并根据 道路交通信息管理系统传来的交通信息，代替人的大脑发出指令，指挥执行系统 操作汽车。1、来源汽车的智能化是 21 世纪汽车产业的核心竞争力之一。 汽车的智能化是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传 感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技。2、智能汽车国外发展情况从 20 世纪 70 年代开始，美国、英国、德国等发达国家开始进行无人驾驶汽 车的研究，目前在可行性和实用化方面都取得了突破性的进展。目前日本、欧美已有企业取得实用化成果。与国外相比，国内在智能车辆方 面的研究起步较晚，规模较小，开展这方面研究工作的单位主要是一些大学和研究所，如国防科技大学、清华大学、吉林大学、北京理工大学、长安大学、沈阳 自动化所等。 我国从 20 世纪 80 年代开始进行无人驾驶汽车的研究，国防科技大学在 1992 年成功研制出我国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车。先后研制出四代无人驾驶汽车。第四代全自主无人驾驶汽车于 2000 年 6 月在长沙市绕城高速公路上进行 了全自主无人驾驶试验，试验最高时速达到 75.6Km/h。 3、我们的小车 我们做的是基于 STCC52单片机开发，主要是研究 3 轮小车的路径识别及其 遥控运动。二、智能寻际小车基本原理1、红外寻迹原理 探测路面黑线的基本原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸对光的 反射系数不同，可以根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理， 可以控制小车行走的路迹。 这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，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。处理器就根据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。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过 3cm。2、驱动原理：利用L298N构成电机驱动电路。21 L298N 的恒压恒流桥式 2A 驱动芯片 引脚介绍：和和引脚直接接地；管脚VS接.到的电压，它是用来驱动电机的。引脚是用来接.到V的电压的，它是用来驱动芯片的，L298需要从外部接两个电压，一个给电机，一个给芯片。和引脚是使能端，一个使能端控制一个电机，至于控制哪个取决自己。可以理解为总开关，只有都是高电平的时候两个电机才能工作。，是的信号输入端，和单片机的IO口连接。，是输出端。输入和控制输出和，输入的，控制输出的，. ；L298N是SGS公司产品，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。 ；OUT1，OUT2,和OUT3，OUT4直接分别接2个电动机。TN1，TN2，TN3，TN4引脚从单片机接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。 ；对于电机的调速，我们采用PWM调速的方法。其原理就是开关管在一个周期内的导通时间为，周期为。VCC是电源电压。电机的转速与电机两端的电压成正比，而电机两端的电压与控制波形的占空比成正比，因此电机的速度与占空比成比例。在硬件电路的连接上，我们将单片机的.口分别连接到的ININ上，通过改变P2.0上的高低电平变化以控制小车的前进方向，通过改变口上的高低电压的占空比以控制电机的转速。 ；PWM配合桥式驱动电路，实现直流电机调速，非常简单，且调速范围大。另外我们特别在直流电机的电驱两端并联一个磁片电容，以稳定电机的电压不致对单片机造成干扰，实际效果不错，省掉了通过光耦隔离TPL实现单片机输出信号与电机驱动信号隔离22驱动板电路原理： 该驱动板需要.电源供电，但的逻辑参考电平为典型的TTL电平。用了一个稳压芯片是为了提供稳定的V输出电压和逻辑参考电压。，和是发光二极管，指示运动方向，与它们连接的电阻是限流电阻。，是下拉电阻，让ENB和ENB要么是高电平，要么是低电平，避免电平混乱，提高对输入信号的抗干扰能力。输出端都接有.电容，加上二极管平衡电路。都是为了保护L298N，电机是感性负载，当给电机突然通电和断电，因为电流的瞬变，电机两端会产生瞬时高电压和大电流。如果没有保护措施，会被损害。3 智能小车舵机控制原理 利用舵机灵活控制超声波探头 1800旋转，可以实现小车的全方位避障。 什么是舵机 在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。舵机工作原理 控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有 一个基准电路，产生周期为 20ms，宽度为 1.5ms 的基准信号，将获得的直流偏 置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机 驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器 旋转，使得电压差为 0，电机停止转动。舵机的控制 舵机的控制一般需要一个 20ms 左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一 般为 0.5ms2.5ms 范围内的角度控制脉冲部分。以 180 度角度伺服为例，那么对 应的控制关系是这样的： 0.5ms-0 度； 1.0ms-45 度； 1.5ms-90 度； 2.0ms-135 度； 2.5ms-180 度；4. 智能小车避障基本原理 小车避障是利用超声波测距，并根据测出离障碍物不同距离而做出不同反应。 超声波测距模块简介 检测距离：5CM-5M 分辨率：5MM 数字电平信号，可直接接单片机，无需任何辅助电路，也无需单片机产生任何信号辅助，距离和模块输出信号脉冲长度成正比。 尺寸：43.5*20.5 毫米 高度：13.8 毫米 2.5.2 超声波测距原理 你只需要提供一个短期的 10uS 脉冲触发信号。该模块内部将发出 8 个 40kHz 周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回响信号是一个脉冲的宽度 成正比的距离对象。可通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距式:uS/58= 厘米或者 uS/148=英寸。建议测量周期为 60ms 以上，以防止发射信号对回响信号的影响5. 智能小车液晶显示原理 加入液晶显示一方面是为了弥补数码管显示的局限性，其次是为了显示小车的运动状 态，离前方障碍物距离，循迹状态，是否遇到黑线，后退，前进还是转 向，作为一个控制平台，实现小车的灵活控制。液晶显示原理 液晶显示其实就是对屏幕的每个点的扫描，带字库的液晶内部自带控制芯片，直接对它操作就可以显示出汉子字符，需要读写命令和数据，才能达到对液晶控制器的操作。6. 避障模块电路设计 小车避障模块由超声波和舵机两部分组成，超声波测量距离障碍物的距离， 舵机来控制超声波探头的 旋转，从而达到全方位的避障控制。7电源我们用的是六节干电池，用LM2940s降压。原理图如下8.红外通信原理 通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用电路芯片来进行控制操作。遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种 32 位二进制码，周期约为 108ms。当一个键按下超过 36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组 108ms 的编码脉冲,这 108ms 发射代码由一 个起始码（9ms）,一个结果码（4.5ms）,低 8 位地址码（9ms18ms）,高 8 位地址码（9ms18ms）,8 位数 据码（9ms18ms）和这 8 位数据的反码（9ms18ms）组成。接收器及解码 一体化红外线接收器是一种集红外线接收和放大于一体，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。 VS1838B三、材料准备1小车底盘，电机。我们从淘宝网上买的车模，他们直接组装好的。2四路红外探测系统。3超声波探测模块。4舵机、液晶5STC89C52，L298N，LM2940S,VS1838B，IN5819。瓷片电容104四、实验过程i. 我们先做了单片机STC89C52最小系统。以及稳压电路。ii. 我们用L298N以及IN5819，104电容照前边原理图搭建了驱动电路。iii. 第三阶段做红外探测，用的是LM339，红外发射、接收二极管，好多次都失败了，最后我们就买了四路红外探测系统。调试时发现还不太好用，就换掉了滑动变阻器。iv. 第四阶段我们对小车进行组装，加上了液晶显示器，超声波模块，舵机（带动超声波探头），红外一体化接收头。v. 最后阶段对小车进行总体调试。五、程序1 一些定义#include /头文件一般无需改动#include /头文件一般无需改动#include hongwai.h#define uchar unsigned char /宏定义#define uint unsigned intsbit out1 = P22;/电机驱动输出控制管脚配置sbit out2 = P23;sbit out3 = P20;sbit out4 = P21;sbit ena=P37;sbit enb=P36;sbit SPK=P35;sbit in1 = P01;/循迹模块的信号输入管脚配置sbit in2 = P02;sbit in3 = P03;sbit in4 = P04;sbit RS = P24; /定义端口 sbit RW = P25;sbit EN = P26;sbit pwm=P00;sbit ECHO=P33;sbit TRIG= P34;extern unsigned char Y0;/外部链接变量#define RS_CLR RS=0 #define RS_SET RS=1#define RW_CLR RW=0 #define RW_SET RW=1 #define EN_CLR EN=0#define EN_SET EN=1#define DataPort P1 long S=0; 2 驱动程序void qianjin()/使小车向前行驶ena=enb=1; out2=out4=1;voidzuozhuan()/控制小车做轻微左转动作ena=enb=1; out1=0; out2=out3=out4=1;voidyouzhuan()/控制小车做轻微右转?ena=enb=1; out1=out2=out4=1;out3=0;voidzuozhuan1()/控制小车做左转动作 ena=enb=1; out1=out4=0; out2=out3=1;voidyouzhuan1()/控制小车做右转动作 ena=enb=1; out1=out4=1; out2=out3=0;voidhoutui()/控制小车可以使小车倒退行驶ena=enb=1; out1=out3=1; out2=out4=0;void tingzhi () /使小车停止当前所有动?ena=enb=1;out1=out2=out3=out4=1;void TIM2Inital(void) /用定时器2 RCAP2H = (65536-100)/256;/晶振12M 60ms 16bit 自动重载 RCAP2L = (65536-100)%256; ET2=1; /打开定时器中断 EA=1; /打开总中断void TIM2(void) interrupt 5 using 1/定时器2中断 输出不同PWM信号TF2=0; count+; /对小车调速 if(countshu)out1=out3=1;elseout1=out3=0;count=count%50; 3 液晶显示函数bit LCD_Check_Busy(void) /判忙 DataPort= 0xFF; RS_CLR; RW_SET; EN_CLR; _nop_(); EN_SET; return (bit)(DataPort & 0x80); void LCD_Write_Com(uchar com) /命令 while(LCD_Check_Busy(); /忙则等待 RS_CLR; RW_CLR; EN_SET; DataPort= com; _nop_(); EN_CLR; void LCD_Write_Data(uchar Data) /写数据 while(LCD_Check_Busy(); /忙则等待 RS_SET; RW_CLR; EN_SET; DataPort= Data; _nop_(); EN_CLR; void LCD_Clear(void) /清屏 LCD_Write_Com(0x01); delay(5); void LCD_Write_String(uchar x,uchar y,uchar *s)/*写字符串*/ if (y = 0) LCD_Write_Com(0x80 + x); /表示第一行 else LCD_Write_Com(0xC0 + x); /表示第二行 while (*s) LCD_Write_Data( *s); s +; void LCD_Write_Char(uchar x,uchar y,uchar Data) /*写单个字符*/ if (y = 0) LCD_Write_Com(0x80 + x); else LCD_Write_Com(0xC0 + x); LCD_Write_Data( Data); void LCD_Init(void) /初始化 LCD_Write_Com(0x38); /*显示模式设置*/ delay(7); LCD_Write_Com(0x08); /*显示关闭*/ LCD_Write_Com(0x01); /*显示清屏*/ LCD_Write_Com(0x06); /*显示光标移动设置*/ delay(7); LCD_Write_Com(0x0C); /*显示开及光标设置*/ 4.超声波检测unsigned int time=0; bit flag =0; void Conut(void) time=TH0*256+TL0; TH0=0; TL0=0; S=time*1.7/100; /算出来是CM 12M晶振 void StartModule() TRIG=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); TRIG=0; StartModule(); while(!ECHO);/当ECHO为零时等待TR0=1; /开启计数while(ECHO);/当ECHO为1计数并等待TR0=0;Conut(); void disp(void) /液晶显示障碍距离 LCD_Write_Char(8,1,0+S%1000/100);LCD_Write_Char(9,1,0+S%1000%100/10);LCD_Write_Char(10,1,0+S%1000%10 %10);5避障程序void bizhang()uchar a;StartModule(); delay(5);if(S13)delay(10);if(S13)TR2=0;delay(2);tingzhi();delay(3);LCD_Clear();/清屏delay(20);LCD_Write_String(5,0,Barrier);delay(5);for(a=0;a200;a+) /蜂鸣器报警 DelayUs2x(200); SPK=!SPK; SPK=0;/防止一直给喇叭通电造成损坏for(a=0;ayou) /判断左右转zuozhuan();delay(400);elseyouzhuan();delay(400);TR1=0; /关PWMvoid init_pwm() /定时器1控制舵机带动超声波模块摇头TMOD|=0X10;TH1=0XFE;TL1=0X33;ET1=0;EA=1;void duoji() interrupt 3 定时器1中断TH1=0XFE;TL1=0X33;if(count1shu1)pwm=1;elsepwm=0;count1+;count1=count1%40;6.循迹程序voidxunji() if(in1=1&in2=0&in3=0&in4=0)delay(1);TR2=0;zuozhuan();else if(in1=0&in2=1&in3=0&in4=0)delay(1);TR2=0;youzhuan(); else if(in1=0&in2=0&in3=0&in4=1)delay(1);TR2=0;youzhuan1(); else if(in3=1&in1=0&in2=0&in4=0)delay(1);TR2=0;zuozhuan1();else if (in1=0&in2=0&in3=0&in4=0)delay(1);TR2=1; qianjin();else if (in1=1&in2=1&in3=1&in4=1)delay(1); TR2=0; tingzhi();7红外通信sbit IRIN = P32;/红外接收器数据线unsigned char Y0=2;/unsigned char IRCOM7;/暂存数组void IRdelay(unsigned char x) /x*0.14MS unsigned char i; while(x-) for (i = 0; i13; i+) void IRInit() IE |= 0x81; /允许总中断中断,使能 INT0 外部中断 TCON |= 0x01; /触发方式为脉冲负边沿触发 IRIN=1; /I/O口初始 IRdelay(1); void IR_IN(void) interrupt 0 unsigned char j,k,N=0;EX0 = 0; IRdelay(15);if (IRIN=1) EX0 =1;return; /确认IR信号出现while (!IRIN) /等IR变为高电平，跳过9ms的前导低电平信号。 IRdelay(1);for (j=0;j4;j+) /收集四组数据 for (k=0;k=30) EX0=1; return; /0.14ms计数过长自动离开。 /高电平计数完毕 IRCOMj=IRCOMj 1; /判断是0 if (N=8) IRCOMj = IRCOMj | 0x80; /判断是1 N=0; if (IRCOM2!=IRCOM3)/判断是否正确 与最后一个补码字节比较 EX0=1;return; switch(IRCOM2) case 0x0C: Y0=1; break; case 0x18: Y0=2; break; case 0x5E: Y0=3; break; case 0x08: Y0=4; break; case 0x1C: Y0=5; break; case 0x5A: Y0=6; break; case 0x42: Y0=7; break; case 0x52: Y0=8; break;case 0x4A: Y0=9; break; case 0x16: Y0=0; break; EX0 = 1; 8.主函数void main()uchar v;TMOD |= 0x01; /设T0为方式1，GATE=1TH0=0;TL0=0; TR0=1; shu=26;Y0=5;v=3;init_pwm();TIM2Inital();delay(200);IRInit();delay(10); LCD_Init(); LCD_Clear();/清屏delay(20);LCD_Write_String(5,0,shandian); LCD_Write_String(2,1,Xunji Xiaoche);delay(100);delay(2000);while(1) delay(10); switch (Y0) case 2:TR2=0;delay(5);LCD_Clear();/清屏delay(20);while(Y0=2)delay(5);LCD_Write_String(1,0,Xunji Bizhang);LCD_Write_String(2,1,dengji );LCD_Write_Char(9,1,0+v); xunji();delay(3);bizhang(); break;case 1: shu+=5;Y0=2;if(shu36)shu=36;v=1;v-;if(v1)v=1;LCD_Write_String(3,0,tiaosu); delay(3);LCD_Write_String(2,1,dengji );LCD_Write_Char(9,1,0+v);delay(100);break;case 3:shu-=5;Y0=2;if(shu9)v=9;LCD_Write_String(3,0,tiaosu); LCD_Write_String(2,1,dengji );LCD_Write_Char(9,1,0+v);delay(100);break;case 8:TR2=0;delay(5);houtui();LCD_Clear();/清屏delay(20);while(Y0=8) LCD_Write_String(3,0,back);delay(80);break;case 5:TR2=0;delay(5);LCD_Clear();/清屏delay(20);while(Y0=5) tingzhi();LCD_Write_String(3,0,stop);delay(80);break;case 6:TR2=0;youzhuan();LCD_Clear();/清屏delay(20);LCD_Write_String(3,0,right);delay(300);Y0=2;break;case 4:TR2=0;zuozhuan();LCD_Clear();/清屏delay(20);LCD_Write_String(3,0,left);delay(300);Y0=2;break;case 7:TR2=0;delay(5);LCD_Clear();/清屏delay(20);while(Y0=7) delay(2);xunji();delay(20);LCD_Write_String(3,0,xunji); case 0:TR2=0;delay(3);tingzhi();LCD_Clear();/清屏delay(20);while(Y0=0)StartModule(); while(!ECHO);/当ECHO为零时等待 TR0=1; /开启计数 while(ECHO);/当ECHO为1计数并等待 TR0=0;/关闭计数 Conut();LCD_Write_String(1,0,distance);del