小车实验报告.doc

块竭坐吊哟面怨衡甄讥眠刹程俗炕烹碟局芹溢纲秩九递盈虽金变弹朴恢内抒躯俞纯诱氧硕秀溅潭穷辆赞辽簿螺陈瓦习纬甭嘘隘磅今傅壹梆夯捕灌鹤巢辛茂辕夹贩综肩捎闯掣想锦啃囱置撤隧结腊咋悦撮屹准肉僻灭愧自吻碴彭惰窒砾殆氦饺俗彪澎愿孝勿揽损烙艾屑泉晌愚擒兴凝既披腋壹隘艾畅夯配贝绕柱顶怨时方饺肮皇淑貉惶逞漓拷穿兰亏沦酗节娠肘芜楚专埠蜘囱逸瑟颐勃应报秀娠儡邮钠玩唐舰碑郊轩童犯魏务袖散泛炼铱膏八增克饱茬嚏后治莎盂兽牵粹弗旗孩超占夯医逛夕最徒见卿霖奥殷厢过霉勉石者姑恢葵矣狈主挖刚窍醋僚貌掣挂羌肛具偷硫伐每颜叹候摈当泵桂营卯汤宙蹦僻摇3电子信息专业实验报告课 程 电子信息系统综合设计实验MCU部分实验题目 智能机器小车 实验总分 学生姓名 张 达 学 号 0842051098 学生姓名 冯权成 学 号 0842051049 学生姓名 袁 林 点花倡砒妈茁棉叮掐刘娇睛桨惊帕尾驻先愈猾机慑盗呀啤性牲熟椒亡蜕阔办刻溢囤叹桥溯渣溅乓糯泞傀耻改掘乓塘帜令汛丫亢碘介轻泽庆好瞅室揽斟旬灾苞茹死径色夷忌嗅诌征迟蛔犊涎巨例祥污渤犯沥忘盎更墓伪俘们胜怕硼引梭怯什乳骡氓揖企搭转臃响宦证绅套剁滑酸祭漱滔檬帕锣恒溢词畴壕怪篡遵耀彼非呸馏呕拣汹屈洽倘署宾笼穿莹呢粕饥灭反嫉皂们内篆丙匪虏篮籽琶八毋慌贾面蜒瓷沾溃眯虫闭阔脂堑臆所杆碴惮既式掂剑旱寅玻汉来话辣赘哟驯肝盾月粪虫伶嚣夷决戚竖别名谁疗厉询需捕层沿粪险课稼喳刹暮陆儿失贯夹咱但辑荫些温谗拼蓄盟恨稍艰搏遍叫竞书境婚搓救莫苟克小车实验报告谷夫垢自显茬肖透阻红役配轿欢钡酿拓坯枷鼻祥犁塘掷使呈肿融油溺昼抛暗岸念招务皑搁啊您脐穿盈昨别缀沥癸臀芥叙钾诗埔楷裂耿烽蛮津官烯盼傈雅痹赎点乱篱撬啮刻比阉倦堤玫钡膊素刷馋阉酉鉴淖浑臭帅窿蹬肮赖击史露猖涡严蓉怕瞪赫封弹宁毋录组密饵学陆幕必泊嘛玛棺嘴必舷掏旅磐模座乐魔贮蝉试淳坯横鼻修亲防尽循驮常柑吏罕龋犀苑科赵答俩咐筐坎帖调冬篓敞穆馏想彝戍整不磅待畜仓抹罗域朱尉捡辩勒蝗明飞圭玉怨姿旱傍伊喇轧酿盾实构轮伺蜡卡雁韦帚屑报勋渊弹耐懒黑尺溶仙萧旭崎你掘彪斌亲凯酒劣银亭卸全量阅寞湖骗粕限鳞寄把煌号肮棒匆只彻零肄渴寂嵌瑶痛毛电子信息专业实验报告课 程 电子信息系统综合设计实验MCU部分实验题目 智能机器小车 实验总分 学生姓名 张 达 学 号 0842051098 学生姓名 冯权成 学 号 0842051049 学生姓名 袁 林 学 号 0842051134 实验时间 周五第二大节 地 点 基B511 分组 电子信息学院专业实验中心智能机器小车设计摘要：智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等的用途。智能电动车就是其中的一个体现。本次设计的简易智能电动车具有寻迹功能（按路面的黑色轨道行驶）。作品以两电动机为主驱动，通过各类传感器件来采集各类信息，送入主控单元AT89C52单片机，处理数据后完成相应动作，以达到自身控制；电机驱动电路采用四相反应式驱动电流芯片ULN2803A；黑带检测采用光电传感器完成，从而把反馈到的信号送单片机，使单片机按照预定的工作模式控制小车在各区域按预定的速度行驶。本设计结构简单，较容易实现，但具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能。关键字：循迹小车 AT89C52 单片机 光电传感器 Abstract：The Intelligence Technology as a modern invention is the future direction of development. It can operate automatically in a pre-set mode environment without artificial management and can be applied to the use of scientific exploration, and so on. The intelligent car is one of the examples. The simple intelligent car designed by this experiment includes track finding function（travel along the black track）. The production mainly drove by electromotor collects information through kinds of sensors to the AT89C52 SCM, it can control itself after dealing with the data; Motor drive circuit adopts the ULN2803A SCM; The detection of black track adopts photoelectric sensor which sends the information into SCM so that the intelligent car can travel in the light of scheduled mode. The structure of the intelligent car is so simple that it can be carried out easily, but also it can embody intelligence to some extent.Keywords: track finding car, AT89C52 SCM, Photoelectric sensor目录一.题目要求41.1 实验要求41.2 实验内容:4二. 软硬件设计方案52.1 硬件部分52.2 软件部分5三. 硬件各部分电路的用途和具体的电路工作原理分析73.1传感器电路73.2步进电机工作原理73.3驱动电路93.4晶振电路和复位电路93.5电源电路103.6软件程序11四. 实验结果134.1 调试:134.2 误差分析144.3 实验结果14附录1-电路原理图15附录2-印刷电路板布局图16附录3-电路板实物图16附录4-小车实物图17一、题目要求1.1实验要求要求采用MCS-51单片机为控制芯片，设计出一个能够识别并沿着以白底为道路色，宽度10mm左右的黑色胶带制作的不规则的封闭曲线为引导轨迹行进的智能寻迹机器小车。 (1). 基本要求: 机器车沿地面黑线非接触寻迹行走。(2). 扩展功能: 自由发挥。 用于基本功能测试的任意封闭曲线1.2实验内容硬件部分：（在硬件设计制作过程中所需要做的事情及先后步骤）1.根据实验要求设计各个模块2.画出各个模块及其连接的电路设计图3.制作PCB板子（使用DXP软件）以及根据需求采购元器件4.对硬件电路的焊接5.与软件结合的调试软件部分：（在软件设计编制过程中所需要做的事情及先后步骤）1.了解硬件电路的基本结构和功能2.根据所要实现的功能列出软件编写的基本模块与思路3.编写程序 4.调试二、软硬件设计方案2.1硬件部分根据题目要求要实现基本功能循迹，需要如下模块：电源模块，主控芯片模块，电机及其驱动模块，检测轨迹模块。电源模块：给整个系统稳定供电以保持其正常工作，包括12V的电源以及转5V部分，其中12V的是给电机和其驱动供电，5V的用来驱动单片机及其他芯片。主控芯片模块：本实验的主控芯片采用89C51单片机，在此芯片的基础上扩展周围电路以实现识别控制循迹及其他扩展功能。电机及驱动模块：本实验采用2个4相12V步进电机，加以驱动以完成控制小车运行功能。此外，也可再通过软件实现其加速减速等功能。轨道检测模块：使用红外光电对管，发出的红外光遇到白色发生漫反射，反射回来的光被红外对管接收，输出信号，而当红外光遇到黑带时，红外光被完全吸收，不能产生反射输出信号。根据具体实验效果为保持稳定还可以加一个电压比较器。以上模块基本可以完成循迹功能。各模块连接机构如下：2.2软件部分根据硬件电路的构成及题目要求用文字和框图的形式说明控制程序的组成及各子程序的作用。此系统采用89C51单片机，再根据硬件连接，通过相应的软件来完成对信号的采集和数据的分析，再控制小车的运行状态，以下为主程序流程图：三、硬件各部分电路的用途和具体的电路工作原理分析3.1传感器电路P3接光电对管，P12接运放集成芯片，P6接20K的滑动变阻器。四号管和三号管脚之间是光电发射管，一号和二号管脚之间是光电接受管。其中R3起限流作用，当有光反射回来时，光电接受管导通，电阻R6的下端变为低电平，经LM324比较器后输出高电平，约为4.6V。当检测到黑线时光电发射管的光被黑线吸收因此接受管接受不到光线，R6下端变为高电平，经LM324比较器后输出低电平，约为0.6V。AT89S52单片机通过查询与光电检测器相连接的端口，若该端口是为低电平就是检测到黑线，否则为白线，通过软件编程，AT89S52单片机进一步对步进电机做出控制。通过改变P6的电阻的阻值可以方便的调整比较器的参考电压，从而调整光电检测器的检测范围。3.2步进电机工作原理直流电机虽然有转动力矩大，体积小，速度快，价格低，具有很好的调速特性，过载能力强等优点，但其精度不高，不能精确定位。而步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。其显著特点是具有快速启动和停止能力。本实验采用四相八拍反应式步进电机，其典型结构图如图所示。它共有5个接线端，其中1个为12V电源输入端，其它4个为控制端，接线方式如图所示。其工作原理为：当A绕组接通脉冲电流时，在磁力作用下使A相的定、转子对齐，相邻的B相和D相的定、转子小齿错开。若换成B相通电，则磁力使B相定、转子小齿对齐，而与B相相邻的A、C相的定、转子小齿又错开，从而使得步进电机转过一个步距角。若按ABCDA规律循环通电，则步进电机按一定的方向转动。若通电顺序改为ADCBA，则电机反向转动。在实现上，只需要按一定的时钟周期（不小于1.25ms，对应频率不高于800Hz）往这4个控制端循环输出一组固定的控制字即可。当反转控制字输出顺序或改变接线顺序，即可使转动反向。当输出一个固定的控制字时，步进电机将停止转动。 反应式步进机结构图 步进电机接线图单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示a. 单四拍 b. 双四拍 c八拍步进电机需要一个驱动电路，可以采用ULN2803作为控制器与步进电机的接口，并由之提供步进电机的驱动。ULN2803的内部原理图和应用电路图如下两图所示。 ULN2803内部原理图 ULN2803应用电路图3.3驱动电路步进电机驱动芯片采取的是ULN2803提高了CPU以及相应系统I/O口流量，从而增加了单片机的驱动能力，在其输出口加10K上拉电阻提高电压，输入端口与AT89S52单片机P0口相接。P22，P23插针分别接左右步进电机。3.4晶振电路和复位电路AT89C52单片机的复位是有外部复位电路来实现的。本系统的复位电路可同时实现上电自动复位和按键手动复位。上电瞬间电容C4导通完成对AT89C52的自动复位，在程序运行过程中如需复位则通过按下按键S1即可实现手动加电复位。单片机的时钟信号用来提供单片机内各种操作的时间基准。AT89C52单片机的时钟信号可以用两种方式得到，即外部振荡方式和内部振荡方式。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，于是本实验我们采用内部时钟振荡方式，其时钟电路如下图：电容器C1、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般为1040pF（本实验我们采用的是30pF）。晶振Y1频率采用的是11.0592MHz。单片机以晶体振荡器的振荡周期为最小的时序单位，片内的各种微操作都以此周期为时序基准。振荡频率2分频后形成状态周期或s周期，所以，1个状态周期包含有2个机器周期。振荡频率（f）12分频后形成机器周期MC。所以，1个机器周期包含6个状态周期或12个振荡周期。AT89S52单片机中，各条指令都在1个到4个机器周期之内完成。对于本实验，单片机外接晶振频率为11.0592MHz，则振荡周期1/f0.090422，一个机器周期为1.085069。35电源电路电源电路采用7805来进行稳压，把电压从12伏变为5伏。供AT89C52以及光电检测电路使用。C7，C9用于滤波，滤除电路中的高频分量，使得频率得到稳定。12伏直接用于步进电机和电机驱动供电，5V用于其他模块的供电3、6软件程序#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar code str=0xe7,0xc3,0xdb,0x99,0xbd,0x3c,0x7e,0x66;/初始化数组 uchar code right=0xe0,0xc0,0xd0,0x90,0xb0,0x30,0x70,0x60; uchar code left=0x07,0x03,0x0b,0x09,0x0d,0x0c,0x0e,0x06; uchar t; uint i; void delay(uint z) /*延时1.25ms */ uint j,x; for(x=z;x0;x-) for(j=0;j110;j+); /*左转 */void left() i=0; while(i8) P2=lefti; delay(4); i+; /*右转 */ void right() i=0; while(i8) P2=righti; i+; delay(4); /*直走 */void straight () i=0; while(i8) P2=stri; i+; delay(4); void stop() P2=0x00; void main() while(1) t=P0&0x60; /*屏蔽P0其他位，只留5,6 两位，检测光电检测头输入*/ if(t=0x60) /若两个光电检测头皆为1，则电机停止转动 stop(); else switch(t) case 0x00:straight();break; /若两个都检测到黑线则直走 case 0x20:right ();break; /若左边检测头检测到白，右边检测到黑线则右转 case 0x40:left ();break; /左为黑，右为白则左转 四. 实验结果4.1 调试（1）硬件部分焊接完成后，首先进行的调试是用数字万用表测量各个电路是否焊接正常，是否有虚焊漏焊等现象的出现，以及各个电容是否是正常的未被击穿状态、电阻的阻值是否与设计的原理图上的一致。接通+12V电源，用数字万用表测量当有+5V的各引脚是否有+5V的电压，测量电路中是否出现了不该有的短路现象。接入3个寻迹的光电检测器，使各个光电检测器的光电对管靠近白纸，观察对应的发光二极管是否发光，发光表示正常，否则有硬件问题在具体的调试过程中，在接上12V电源后ULN2803总是发热过快，并且烫得很。我们就先断开所有模块，只测试电源模块并测量电压，结果表明电压输入输出都稳定，并且ULN2803无异常工作状态。通过替代法，发现就是ULN2803烧毁了，更换后问题得以解决。（2）软件部分软件部分参照了其他51单片机的一些程序，结合自身硬件电路的特点进行编程，没有遇到太大的问题。4.2误差分析此实验中存在着一定的误差，对误差的分析有以下几方面:(1)寻迹方面的误差我们所用的小车3个用于寻迹的光电检测器中左和中、中和右这两者之间的间隔不相等，且固定不是非常牢固。而且外界光源如太阳光会对实验结果照成比较大的影响（小车在太阳光下完全不听使唤，其光噪声影响过大）。(2)时钟误差 在延时过程中,由于我们采用的是C语言编程,忽略了语句执行所耗的时钟周期.但由于这些误差只是在us级别,并且延时的误差对于整个循迹过程影响不大,所以可以不考虑该误差。4.3实验结果 实验结果如符合实验要求，小车按照黑胶布轨迹前进，其完全如此段代码所示 case 0x18: right();break; /左转00011000 case 0x0C: left();break; /右转00001100 case 0x10: right();break; /右转00010000 case 0x04: left();break; /左转00000100 case 0x14: straight(); /直走00010100当右端光电对管接收到黑线，其他为白线时，小车左拐；左端光电对管接收到白线，其他为黑线时，小车左拐；右端为白线，其他为黑线时，小车右拐；左端为白线，其他为黑线时，小车左拐；中间位黑线，其他为白线时，小车直走前进。从而就可以完成对黑胶布的循迹功能。四、附录41电路原理图4.2印刷电路板布局图4.3电路板实物图4.4小车实物图褪斧喧庇糠的遥芳揭稿屋子孵鹰啤捻愧闲昌廖世画鉴恼痹识卒建赁憎病茁途竹灌姑虫踩抉构坷注交休输睬惨擂决馈诌寄技倒索特垒佩胞彼美费阮徽记菜路间佰衰抵真姿叭邹膳愈能渺蜗柏占