小车实验步骤

1 / 17小车实验步骤课程设计报告 学 院：电气工程与自动化学院 题 目：智能小车的电路设计与制作 专业班级：自动化 123 班 学 号： 21 学生姓名：谢斌 指导老师： 王祖麟、张振利 日 期： XX 年 6 月 18 日星期二 摘 要 我们生活在信息与科技高速发展的信息时代，高科技产品的更新的换代也是 越来越快。作为 21 世纪的大学生，我们身处这样的环境中，就必须使自己能够 适应这个社会所需。自动化作为处在科技前沿的专业，我们学生就要打好基础， 跟上时代的步伐。 为了让同学们在做中学。同学们自己设计和制作智能小车，并从中深入了解 和理解自动化嵌入式。从而为进一步实现人机对话，测量以及控制这些自动化的2 / 17 基本控制做基础。从理论到实践，让同学们更好的理解嵌入式，增长同学的实践 和设计能力。 应用 P89V51RB2 微控制器中端口、外部中断、定时器等基本模块，实现核 心控制，再结合驱动板来控制电机的转速、转向，最后加上红外传感器，实现小 车的智能寻迹。其中端口结合 SPI 实现人机对话；定时器与中断结合实现匹配定 时，捕获转速；端口、定时器的结合就实现了控制电机的方向与转速；端口与红 外传感器结合，让小车可以寻找黑线，这样就实现了智能寻迹。 关键字： 自动化；嵌入式；智能寻迹；实践；外部中断；定时器；能力 目 录 第一章 绪论 . 5 课题背景 . 5 课题概述 3 / 17. 5 设计要求 . 5 第二章 统的系设计 . 6 实践原理 . 6 实践器材 . 6 实践目的 . 7 第三章 软件设计 . 8 硬件开发的软件介绍 . 8 . 错误！未定义书签。 原理图的绘制过程 . 错误！未定义书签。 编程环境介绍 . 9 第四章 系统实现 4 / 17. 9 硬件实现 . 9 单片机外扩 . 错误！未定义书签。 电源模块板 . 错误！未定义书签。 413 循迹模块.5 电机驱动模块.5 软件实现 . 错误！未定义书签。 实现效果 . 11 结束语： . 12 致谢 12 参考文献 . 12 附录 12 第一章 绪论5 / 17 11 课题背景 学习了智能小车的的理论知识后，急需要一场智能小车制作实践实验以加深我们对制板的认识及熟悉制做智能小车的工作流程。 “卓越工程师培养计划”主要强调“理论与实践、教与学、学校与企业”三个紧密结合，全面贯彻和落实“构思、设计、实施、运行”这种在做中学的原则，以及基于项目驱动的教学模式。企业由单纯的用人单位变成为学生联合培养单位，高校和企业共同设计培养目标，共同制定培养方案，共同实施培养过程。 “真刀真枪”地实践，以强化学生的工程能力和创新能力。 在一学期的计算机基础理论学习后，需要将理论和实践有机的相结合。在一定程度的专业基础知识的铺垫、学长们的实际操作引导下。展开技能实践。 实验后加以对实验的看法，总结经验，研究智能小车的制作方法及对课题进行讨论研发，特设下此课题。 课题概述 学习智能小车以及板的制作流程，加深对课题的认识，增加理论与实践知识。了解智能小车的制作与使用。 根据原理图焊接好单片机外扩、电源模块、循迹模块、驱动模块四块板子，调试板子，确保板子正确后，将板子与车身用杜邦线正确连接做好实验课题。6 / 17 设计要求 第一：画出正确的原理图 第二: 焊好板子，并使它能正常运行 第三：板上无断线，电路无短路与断路。万能表检测无错误。烧入程序后能显示正确的实验现象 应用 P89V51RB2 微控制器中的端口、外部中断、定时器等基本模块，实现核心控制，再结合电源板、电机驱动板来控制电机的转向，最后加上传感检测模块，实现小车的智能寻迹。 这次课程实践要求每一个人都动手都制作出一辆寻迹小车，真正 北京邮电大学实习报告 附 1 实习总结 为期两周的电子工艺实习，我过得十分忙碌和充实。从茫然地走进实验室，到学习最基本的焊接，到组装小车，再到无数次地调试程序，最后获得全院比赛的二等奖，有很多的辛苦，但是有更多的收获。 焊接是电子工艺实习最基本的部分，也是我们小学期的第一课。最开始是焊接基本的元件，包括电阻、电容、二极管、三极管等，虽然看起来是很简单的工作，但总是掌握不好电烙铁和焊锡，于是焊点有大有小，还有一些虚焊和漏焊的点。直到按照老师的要求一点一点把整块板子7 / 17焊满，才逐渐掌握了标准、规范的焊接方法，最后烙铁往上一提很重要。到后来焊连着的四十个点时，焊点已经比较整齐划一了。对于焊接这种基本功来说，反复练习真的十分重要，这也考验了我们的耐心和细心。 焊接部分的小测试，是焊一个发光二级管交替亮的功能电路，老师要求正面用硬线布线，背面用软线连接。由于一开始设计布线的时候，元件之间距离比较近，导致在背面焊接连线时必须把线剪得特别短，我们两个人一个扶着线，一个焊，位置十分不好把握，一不小心就会碰到旁边的焊点，又需要吸掉重焊，浪费了很多时间。所以我们的工作进行得十分慢，到中午很晚才焊完。虽然焊完后通电顺利地亮了，但以后再布线的时候一定要考虑到背面连线的问题，把原件之间的距离排得大一些。 基本焊接技术后就正式进入小车的组装了。小车的零件有很多都不认识，电路板也很复杂，刚拿到手里有些摸不着头脑，还好说明书上对焊接步骤有详细的说明。在焊芯片和散热片的时候，我们把顺序搞反了，应该先焊散热片，再根据螺丝孔的位置焊芯片，才能把两个元件固定在一起。但我们先焊了芯片，把散热片插在板子上后，发现两个孔怎么也对不上，可是芯片已经焊死了，即使用吸锡器也拆不下来。最后我们只好在散热片上又钻了一个孔，才勉强把螺丝拧上去。所以焊接的顺序是极其重要的，不8 / 17光要考虑元件的高低，还要考虑元件之间的关系，才能少做无用功。还好其他步骤我们没有再出问题，小车焊出来后把测试程序烧进去，也能够正常的跑。 进入程序编写阶段，我们两个人先一起在测试程序的基础上编写了一个逻辑，预想了小车在行进过程中可能遇到的各种状况，主要使用了 if?else if?else 的多层嵌套。这个逻辑我们梳理了好长时间，在纸上画了逻辑图，想办法把所有的情况都包含进去。除了正常行进的程序，我们还添加了轮子卡住时的情况。对于延时函数中的参数，我们先写了一个待定值，这要在以后的调试中不断调整。当这个基本的程序写好后，我们把它烧进单片机试验了一下，结果是不出意料的磕磕碰碰。于是，漫长的调试阶段开始了。 我相信对于每一组同学来说，调试都是最劳心劳力的工作。因为前期的工作比较标准化，大家的工作内容有着高度一致性，可以互相帮助、讨论，但是调试阶段就是靠每个组自己的思考、观察和调整了。因为每个车的焊接情况都有差别，大家各自编的程序也不一样，所以小车跑的时候出的问题也不一样。我们的第一个任务是是小车顺利冲出班级内测的小跑道，然后还有全院比赛的大跑道等着我们。 在小跑的调试中，我们组的分工是：我负责观察每9 / 17次测试时问题出在哪里，我的搭档负责根据我找出的问题调试。我们调试的主要问题有三个：传感器的灵敏度，小车转弯的幅度，和转弯的优先级。传感器的灵敏度直接决定了小车转弯的位置，如果传感器感应距离太近，小车就容易直接撞到障碍上；如果传感器感应距离太远，小车则会转弯太早，无法进入预定轨道。小车转弯的幅度是靠延时函数的参数来控制的，参数较大，小车容易转过头撞在障碍上；参数较小，小车转的幅度不够也会撞在障碍上。经过反复的测试，我们终于把传感器的灵敏度和小车转弯的幅度调得比较合适，小车走迷宫的前几个弯道也很顺利，但是总卡在出口处。经过不断地讨论和思考，我们发现是程序中的优先级问题，当前方和右方都无障碍时，我们编写的是“前进” ，但根据迷宫的实际状况，应该“右转”才能顺利出去。当我们修改了这个问题后，小车就能走出迷宫了，不过成功的几率并不是很高，中间还有许多的磕磕碰碰。 在小车与障碍的不断碰撞中，传感器与电路板的连接线会比较容易脱落，导致走迷宫的过程中小车会出现一些反常的行为，于是我决定把原本插在电路板上的连接线直接焊死在板子上。但是三个 10pin 排针挨在一起，焊点都离得很近， 焊的时候还是很困难的，还好在搭档的帮助下顺利10 / 17的完成了。此后传感器的稳定性就比较好了，不会再出现连接不好的问题。 当小车路线基本正确后，我们又不断调整传感器的灵敏度和小车转弯的幅度，让小车在行走在道路的中央，转弯也更准确。最后验收时我们走得十分顺利，一次都没有撞障碍，用了 11 秒多走出了迷宫。 小迷宫走成功后，我们开始向大迷宫进发。这一个阶段我主要负责硬件的改装，我的搭档主要负责程序的调试。刚开始我们观看了几组跑大迷宫的小车，速度都比我们快好多，于是我们决定再加电池。之前我们的小车是四节电池供电，现在要加到六节。这需要在小车上再加一个电池盒，还要把其中两节电池的位置用导线短路。由于小车已经装得比较慢了，我最终把电池盒加在了小车底下的前方。在用导线短路的时候，由于电池盒是塑料材质的，烙铁一碰到烧化，所以焊接时需要非常小心。这样加上两节电池后，小车的前部变重了，跑的时候经常头点地，于是我又在尾部绑了两节废电池增加重量，这样小车跑起来平衡性就比较好了。 由于马力加大，小车冲得比原来快了，再加上大迷宫比小迷宫跑道宽，所以转弯的地方幅度全都有变化。而且根据大迷宫的实际情况，我们还需要改动一些之前预设情况，比如当前方和左方都无障碍时，优先左转；当左方11 / 17和右方都无障碍时，优先右转。这样又经过了多次测试和程序的改进，我们的小车才跑的比较顺畅了。可是我们又发现，一旦小车侧面卡在障碍上，就很难再前进，于是我们决定在小车前方加一个导轮，这样就可以让小车在遇到这种情况时滑过去。 添加导轮需要把电路板裁开，用来连接导轮和小车。电路板材质较硬，裁制、打孔都费了很大的劲，我左右两边分别裁了一块三角形的板子用来连接导轮和小车。导轮是在瓶盖中间钻孔制成的。第一次做出来的导轮没有超出车轮的宽度，位置也容易移动，所以在实际跑的过程中并没有起到很大的作用。于是我每边又加了一块长方形的板子，这样把两个导轮之间的距离拉得更长一些。每个节点我从原来的一根螺丝换成了两根螺丝固定，这样即使遇到碰撞也不会改变位置。经过这样的改进后，导轮就比较完善了，能够在调整小车的方向上起到应有的作用。 相对于其他小组的大动力车来讲，我们的小车主要求稳。在比赛的前一天晚 上，我们已经能大部分测试都走出迷宫了，并且成绩稳定在 12 到 13 秒。这主要是因为我们的小车从头到尾碰障碍比较少，很少卡住。 再跑迷宫能力已经比较好的的情况下，我给小车设计了外观。由于我们的导轮做得很像触角，我们索性给小车起名为“金龟号” ，取形似金龟子之意。还给小车加上了12 / 17绿色的外衣，更美观一些。 最后的全院比赛，我们发挥出了应有的水平，以12 秒多的成绩获得了二等奖。近两周的辛苦没有白费，终于得到了回报，我十分开心。这次的小学期，和大二小学期时的理论课不同，需要我们自己动手，一点一点把一堆零件变成智能的迷宫小车。纵使反复调试的过程中烦躁过，也迷茫过，纵使加班加点付出了很多的辛苦，但当反复看着小车最后成功跑出迷宫的视频，我觉得这一切都是值得的。我所为之高兴的，不是最后的奖项，也不是奖金，是我和我的搭档合作的劳动成果，是在这个小学期里动手能力的提高，是很多次失望时候终于成功的满足。感谢电路中心给了我们这个平台，让我们靠自己的努力做了一件很有意义的事情。小车就像我们自己的孩子，一点一点把它培养出来，看着它不断地成长，从跌跌撞撞到顺利跑出迷宫。我想，我们都应该为自己的作品感到骄傲。 附 2 程序代码 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define t 100 sbit IN1 =P1; sbit IN2=P1;13 / 17 sbit IN3=P1; sbit IN4=P1 ; sbit LED1=P2; sbit LED2=P2; sbit S1=P1; sbit recieve_left = P3; sbit recieve_right = P3; sbit recieve_front = P3; uint count = 0; 实 验 报 告 课 程 名 称: 机器人创新实验 课 程 代 码: 6003199 学院: 机械工程与自动化学院 年级/专业/班:XX 级机设班 学 生 姓 名: 熊炯 赖新星 罗超 万小红 学 号: 26101637 实验总成绩: 任 课 教 师: 李炜 开 课 学 院: 机械工程与自动化学院 实验中心名称: 机械工程基础实验中心 一、 成员分工： 学号班级 任务分配 姓名14 / 17 万小红 33XX080301037XX 级机设班巡线小车原理分析及完成实验报告 赖新星 33XX080301010XX 级机设班 巡线小车组装与程序分析及完成实验报告 熊炯 33XX080301026 XX 级机设班 巡线小车测试与程序编写及完成实验报告 罗超 33XX080301016XX 级机设班巡线小车程序导入与修正及完成实验报告 二、 设计方案： 1.电动小车寻迹原理 巡线小车红巡线原理采用了红外线探测法，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。单片机就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.首先明确设计要求： 自动寻迹小车从安全区域启动。 小车按指定路线运行，自动区分直线轨道和弯路轨道，在指定弯路处拐弯，实现灵活前进、转弯、倒退、过桥等功能，在轨道上划出设定的地图。15 / 17 小车完成指定运行任务后，停止在终点位置上。 3.系统方案选择: 根据设计要求，本系统主要由控制器模块、电源模块、寻迹传感器模块、直流电机及其驱动模块、电压比较模块等模块构成。 4.小车主体设计： 经过反复考虑论证和参考其他资料及老师的模型，我们制定了左右两边分别用一个电机驱动的方案。即左边和右边的轮子分别用一个转速和力矩基本完全相同的直流减速电机进行驱动。当小车需要直线前进时，两个电动机同时正转，实现直线前进。当小车左边传感器检测到黑线时即需要左转时，此时左轮反转，右轮正转，实现一个差速，达到向左转向的目的。当小车右边传感器检测到黑线时，即