基于51单片机的智能循迹避障小车+C源程序

1 项目名称 项目名称 智能小车智能小车 系别 系别 信息工程系信息工程系 专业 专业 1111 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 姓名 姓名 刘亮 崔占闯 韩康刘亮 崔占闯 韩康 指导老师 指导老师 王蕾王蕾 崔占闯联系邮箱 2 目录目录 摘要 摘要 3 关键词 关键词 3 绪论 绪论 3 一 一 系统设计系统设计 4 1 1 任务及要求 任务及要求 4 1 2 车体方案认证与选择车体方案认证与选择 4 二 硬件设计及说明二 硬件设计及说明 5 2 1 循迹循迹 避障模块避障模块 5 2 2 主控模块主控模块 6 2 3 电机驱动模块电机驱动模块 6 2 4 机械模块机械模块 7 2 5 电源模块电源模块 7 三 自动循迹避障小车总体设三 自动循迹避障小车总体设 计计 7 四 软件设计及说明四 软件设计及说明 8 4 14 1 系统软件流程图系统软件流程图 9 3 4 24 2 系统程序系统程序 9 五 系统测试过程五 系统测试过程 12 六 总结六 总结 13 七 附录 系统元器件七 附录 系统元器件 13 摘要摘要 本设计主要有三个模块包括信号检测模块 主控模块 电机驱动模块 信 号检测模块采用红外光对管 用以对有无障碍与黑线进行检测 主控电路采用 宏晶公司的 8051 核心的 STC89C52 单片机为控制芯片 电机驱动模块采用意法 半导体的 L298N 专用电机驱动芯片 单片控制与传统分立元件电路相比 使整 个系统有很好的稳定性 信号检测模块将采集到的路况信号传入 STC89C52 单片 机 经单片机处理过后对 L298N 发出指令进行相应的调整 通过有无光线接收 来控制电动小车的转向 从而实现自动循迹避障的功能 关键词 关键词 智能循迹避障小车 STC89C52 单片机 L298N 驱动芯片 信号检测模块 循迹避障 绪论绪论 一 智能小车的作用和意义 一 智能小车的作用和意义 自第一台工业机器人诞生以来 机器人的发展已经遍及机械 电子 冶金 交通 宇 航 国防等领域 近年来机器人的智能水平不断提高 并且迅速地改变着人们的生活方式 人们在不断探讨 改造 认识自然的过程中 制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想 随着科学技术的发展 机器人的感系统 对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相 当发达 而基于图像的理解技术还很落后 机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些 结构化环境简单的目标 视觉传感器的核心器件是摄像管或 CCD 目前的 CCD 已能做到自 动聚焦 但 CCD 传感器的价格 体积和使用方式上并不占优势 因此在不要求清晰图像只 需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是觉传感器种类越来越多 其中视觉传感器 成为自动行走和驾驶的重要部件 视觉的典型应用领域为自主式智能导航一种实用有效的 4 方法 机器人要实现自动导引循迹功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物 感知导引 线相当给机器人一个视觉功能 避障控制系统是基于自动导引小车系统 基于它的智能小 车实现自动识别路线 判断并自动避开障碍 选择正确的行进路线 使用传感器感知路线 和障碍并作出判断和相应的执行动作 该智能小车可以作为机器人的典型代表 它可以分为三大组成部分 传感器检测部分 cpu 执行部分 机器人要实现自动循迹避障功能 感知导引线和障碍物 可以实现小车自 动识别路线 选择正确的行进路线 并检测到障碍物自动躲避 基于上述要求 传感检测 部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像 只要求粗略感知即可 所以可以舍弃昂贵的 CCD 传感器而考虑使用价廉物美的红外光电传感器来充当 智能小车的执行部分 是由直 流电机来充当的 主要控制小车的行进方向 单片机驱动直流电机一般有两种方案 第一 勿需占用单片机资源 直接选择有 PWM 功能的单片机 这样可以实现精确调速 第二 可 以由软件模拟 PWM 输出调制 需要占用单片机资源 难以精确调速 但单片机型号的选择 余地较大 考虑到实际情况 本文选择第二种方案 CPU 使用 STC89C52 单片机 配合软件 编程实现 二 智能小车的现状 二 智能小车的现状 现智能小车发展很快 从智能玩具到其它各行业都有实质成果 其基本可实现循迹 避障 检测贴片 寻光入库 避崖等基本功能 这几节的电子设计大赛智能小车又在向声 控系统发展 比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列 我此次的设计主要实现循迹避 障这两个功能 一 系统设计一 系统设计 本组智能小车的硬件主要有以 STC89C52 单片机作为核心的主控器部分 自 动循迹 避障部分 电机驱动部分 电机驱动部分和其他部分由一个电源通过串 联供电 小车硬件系统示意图如下 自动循迹 避 障模块 电机驱动模块 STC89C52 单片机 电源 5V 供电途径功能控制 5 1 11 1 任务及要求 任务及要求 设计一个基于直流电机的自动循迹避障小车 使小车能够自动检测地面黑色轨迹和道 路两侧的挡板 没有黑线时 并沿着黑色轨迹和挡板行驶 检测 黑线 驱动电机软件控制控制小车 1 21 2 车体方案认证与选择 车体方案认证与选择 方案一 方案一 自己动手制作电动车 一方面材料缺少 另一方面制作过程要花费大量的时 间 而且同学中手艺也不好 制作出来的小车还可能机械性能不好 考虑到时间与性能这 两方面 我们放弃了这一方案 方案二 方案二 购买小车全套零件 购买的小车全套零件具有组装完整的车架车轮 电机及 其驱动电路 易改装 好控制 机械性能有保障 小车图片如下 小车图片如下 综合考虑 最终选择方案二综合考虑 最终选择方案二 二 硬件设计及说明二 硬件设计及说明 2 12 1 循迹循迹 避障模块避障模块 6 我们选择四路红外探测 寻迹光电传感器 此模块是为智能小车 机器人等自动化机械装置提供一种多用途的红外线探测系统的解决 方案 使用红外线发射和接收管等分立元器件组成探头 并使用 LM339 电压比较器 加入 了迟滞电路更加稳定 做为核心器件构成中控电路 此系统具有的多种探测功能能极大的 满足各种自动化 智能化的小型系统的应用 此模块的特点 易于安装 使用简便 4 路分别独立工作 工作时不受数量限制 中控板与探头分开 安装位置不受限制 模块高度 10 毫米 安全工作电压范围在 3 伏特至 6 伏特之间 4 路全开工作电流 30 毫安至 55 毫安之间 2 22 2 主控模块主控模块 我们采用宏晶公司的 STC89C52 单片机作为主控制器 STC89C52 是一个高速 低功耗 超 强抗干扰的 8 位单片机 片内含 32k 空间的可反复擦写 100 000 次 Flash 只读存储器 具有 4K 的随机存取数据存储器 RAM 32 个 I O 口 2 个 8 位可编程定时计数器 且可 在线编程 调试 方便地实现程序的下载与整机的调试 时钟电路和复位电路 与单片机构成最小系统 1 采用外部时钟 晶振频率为 12MHZ 2 采用按键复位 2 32 3 电机驱动模块电机驱动模块 电机电机 电机采用直流减速电机 直流减速电机转动力矩大 体积小 重量轻 装配简单 使用方 便 由于其内部由高速电动机提供原始动力 带动变速 减速 齿轮组 可以产生较大扭 力 可选用减速比为 1 74 的直流电机 减速后电机的转速为 100r min 若车轮直径为 6cm 则小车的最大速度可以达到 V 2 r v 2 3 14 0 03 100 60 0 314m s 能够较好的满足系统的要求 7 驱动驱动 驱动模块采用专用芯片 L298N 作为电机驱动芯片 L298N 是一个具有高电压大电流的全桥 驱动芯片 其响应频率高 一片 L298N 可以分别控制两个直流电机 以下为 L298N 的引脚 图和输入输出关系表 图 L298N 外部引脚 表 1 L298N 输入输出关系 驱动电路的设计如图 2 所示 图 2 L298N 电机驱动电路 L298N 的 5 7 10 12 四个引脚接到单片机上 通过对单片机的编程就可实现两个直流 电机的 PWM 调速控制 2 42 4 电源模块电源模块 采用 4 节普通 1 5V 干电池单电源供电 采用串联方式同时给单片机与电机供电 8 三 自动循迹避障小车总体设计三 自动循迹避障小车总体设计 3 3 1 1 总体电路图总体电路图 10 11 四 软件设计及说明四 软件设计及说明 4 14 1 系统软件流程图系统软件流程图 开始 前进 否否 扫描 I O 口 是否检测到 黑线 扫描 I O 口 是否检测到 障碍 是是 左 右检测到 黑线 左 右检测到 障碍 右 左行 进 左 右行 进 4 24 2 循迹避障程序循迹避障程序 include include define define ucharuchar unsignedunsigned charchar define define uintuint unsignedunsigned intint 12 unsignedunsigned charchar zkb1 0zkb1 0 左边电机的占空比左边电机的占空比 unsignedunsigned charchar zkb2 0zkb2 0 右边电机的占空比右边电机的占空比 unsignedunsigned charchar t 0 t 0 定时器中断计数器定时器中断计数器 sbitsbit LSEN2 P2 0 LSEN2 P2 0 sbitsbit LSEN1 P2 1 LSEN1 P2 1 sbitsbit RSEN1 P2 2 RSEN1 P2 2 sbitsbit RSEN2 P2 3 RSEN2 P2 3 传感器传感器 sbitsbit IN1 P1 0 IN1 P1 0 sbitsbit IN2 P1 1 IN2 P1 1 sbitsbit IN3 P1 2 IN3 P1 2 sbitsbit IN4 P1 3 IN4 P1 3 sbitsbit ENA P1 4 ENA P1 4 sbitsbit ENB P1 5 ENB P1 5 初始化定时器初始化定时器 中断中断 voidvoid init init TMOD 0 x01 TMOD 0 x01 TH0 65536 100 256 TH0 65536 100 256 TL0 65536 100 256 TL0 65536 100 256 EA 1 EA 1 ET0 1 ET0 1 TR0 1 TR0 1 中断函数中断函数 脉宽调制脉宽调制 voidvoid timer0 timer0 interruptinterrupt 1 1 if t zkb1 if t zkb1 ENA 1 ENA 1 elseelse ENA 0 ENA 0 if t zkb2 if t 50 if t 50 t 0 t 0 直行直行 voidvoid qianjin qianjin 13 zkb1 50 zkb1 50 zkb2 50 zkb2 50 左转函数左转函数 1 1 voidvoid turn left1 turn left1 zkb1 0 zkb1 0 zkb2 50 zkb2 50 左转函数左转函数 2 2 voidvoid turn left2 turn left2 zkb1 0 zkb1 0 zkb2 50 zkb2 50 右转函数右转函数 1 1 voidvoid turn right1 turn right1 zkb1 50 zkb1 50 zkb2 0 zkb2 0 右转函数右转函数 2 2 voidvoid turn right2 turn right2 zkb1 50 zkb1 50 zkb2 0 zkb2 0 循迹函数循迹函数 voidvoid xunji xunji ucharuchar flag flag if RSEN2 1 flag 0 直行直行 elseelse if RSEN2 1 flag 1 左偏左偏 1 1 右转右转 elseelse if RSEN2 1 flag 2 右偏右偏 1 1 左转左转 elseelse if RSEN2 0 flag 3 右偏右偏 2 2 左转左转 14 elseelse if RSEN2 1 flag 4 左偏左偏 2 2 右转右转 switchswitch flag flag casecase 0 qianjin 0 qianjin break break casecase 1 turn right1 1 turn right1 break break casecase 2 turn left1 2 turn left1 break break casecase 3 turn left2 3 turn left2 break break casecase 4 turn right2 4 turn right2 break break default default break break 主程序主程序 voidvoid main main init init zkb1 50 zkb1 50 zkb2 50 zkb2 50 while 1 while 1 给电机加电启动给电机加电启动 IN1 1 IN1 1 IN2 0 I