智能小车报告分析

第 1 页 智能小车 红外版 项目报告智能小车 红外版 项目报告 第 2 页 目录目录 一 引言 1 二 总体方案 1 三 电路与程序设计 4 四 小车调试方案和调试结果 8 五 遇到的问题和解决方案 9 六 工程管理方案 10 七 总结和体会 10 第 3 页 一 一 引言引言 智能 即可以按照预先设定的模式在一个环境中运行 不需要人为的管理 智能小车就是其中一个体现 本文的智能小车设有自动避障和自动循迹的功能 其中避障的实现需要注意当小车与障碍物之间距离小于某一数值时 车通过电 动机转向 寻迹的实现则需要通过车底部的光电传感器检测行驶方向是否偏离 黑线 再通过电动机调整运行方向 小车系统以 STC89C52 单片机为系统控制处理器 采用红外传感获取轨道及 障碍物的信息 来对小车的方向和速度进行控制 此外 对整个控制软件进行 设计和程序的编制以及程序的调试 并最终完成软件和硬件的融合 实现小车 的预期功能 二 总体方案二 总体方案 本小组设计的智能小车的控制机制是 以 STC89C52 单片机为控制核心的智 能循迹避障小车 采用红外探测法实现信号检测 通过红外发射管和接受管来感 知给定黑色轨迹和障碍物 将感知的信号返回给单片机 然后单片机对不同信号 进行区分 结合软件编程控制小车前进 后退 左转 右转 从而实现循迹避障 功能 即在有轨迹的地方小车能沿轨迹行驶 当遇到障碍时小车能够自动避开 1 1 实现功能实现功能 1 寻迹功能 该智能小车在画有黑线的白纸 路面 上行驶 由于黑线和白纸对光线的 反射系数不同 可根据接收到的反射光的强弱来判断 道路 一黑线 本车用 了比较普遍的检测方法 红外探测法 红外探测法 即利用红外线在不同颜 色的物理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 当红外光遇到白色地面时发生漫发射 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 则小车上的接收管接收不到信号 2 避障功能 该智能小车利用红外对管获取障碍物的信息 小车在前进时位于小车前方 的红外管不断发射红外光 当前方有障碍物时 红外管被反射 并被接收管接 收 2 2 框图框图 第 4 页 图一 3 3 原理图原理图 图二 图二 Stc89c52 循迹红外对管 时钟电路 复位电路 报警电路 电机驱动 避障红外 对管 第 5 页 4 4 流程图流程图 Y NY NY 智能小车寻迹流程图 图三 开始 系统初始化 中间传感器有信号 左侧传感器有信号 右侧传感器有信号 小车完全脱离轨道 结束 小车直走 小车右转 小车左转 延时一段时间 第 6 页 N Y N Y N Y 智能小车避障流程图 图四 三 电路与程序设计三 电路与程序设计 1 1 电路设计 电路设计 各单元模块功能各单元模块功能 1 控制器模块 采用 STC89C52 单片机 直接通过 USB 线为小车烧录程序做开发 不用购买 转换器 作用 智能小车的控制核心 通过对单片机烧录控制程序 控制小车前进 后退 左转 右转 从而实现循迹避障功能 即在有轨迹的地方小车能沿轨迹行 驶 当遇到障碍时小车能够自动避开 开始 系统初始化 正前方传感器有信号 左边传感器有信号 右边传感器有信号 后退 左转 小车直走 左转 右转 第 7 页 2 电机驱动模块 运用两块 LG9110 驱动芯片来分别控制左前轮和右前轮 该芯片简单易管理 充分主程序有时间去处理其他更多功能 作用 用驱动芯片做单片机与马达的桥梁 当芯片接收到来自单片机的命 令信号时 芯片会做出相应的命令来使马达运作 从而实现控制左转与右转的 功能 3 寻迹模块 智能小车设计要能实现在黑白轨迹线路上寻迹行驶 小车就要能区分路面 上的黑白颜色 采用的是红外光线对黑白颜色反光程度不同的原理 同时也可 以根据这种方法来实现避悬崖及其他更多的高级功能 4 避障模块 智能小车的避障方法采用红外光线反射原理 可以很好的检测到前方能够 反光的白色物体 从而实现能够绕障碍物与防撞的功能 5 电源模块 采用 4 节 1 5V 干电池供电 电压达到 6V 给单片机 电机和其他芯片供 电 作用 给小车提供能源 6 发光二极管和蜂鸣器 采用普通发光二极管和蜂鸣器分别发出光声进行提示 作用 两个发光二极管一直亮着表示小车处于前进状态 发光二极管闪烁 和蜂鸣器鸣叫表示小车后退 左边的发光二极管亮而右边的发光二极管灭表示 小车左转 右边的发光二极管亮而左边的发光二极管灭表示小车右转 7 8 位 LED 指示灯 充分发挥程序状态指示灯 跑马灯 流水灯 花样灯等更多变幻多样的功 能 2 2 程序设计 程序设计 程序设计原理 程序设计原理 探测障碍物的红外对管和寻迹的两个红外对管引起的电平变化 并将其变化传递给 STC89C51 单片机 经过一定计算处理 并配合两个直流发电 机通过前进 后退 左转 右转等动作完成寻迹和避障功能 第 8 页 1 主程序模块 include include define GPIO2 P1 define GPIO3 P2 define uchar unsigned char void delayms uchar x 延时子程序 void display 数码管显示程序 void bizhang 避障程序 void qian 前进 void hou 后退 void zuo 向左 void you 向右 void stop 停止 void xunji 寻迹子程序 void voicecontrol sbit IB1 P0 0 sbit IA1 P0 1 sbit IB2 P0 2 sbit IA2 P0 3 sbit D1 P2 0 左前方 LED sbit D2 P0 7 右前方 LED sbit BE P0 6 蜂鸣器控制位 sbit BT P0 4 声音检测位 sbit h1 P3 7 前方避障红外检测 sbit h2 P3 5 寻迹左红外检测 sbit h3 P3 6 寻迹右红外检测 sbit s2 P3 4 uchar runflag 0 flag1 flag2 标志位 uchar num1 0 num2 0 t k uchar code DPIO 10 0 xfc 0 x60 0 xda 0 xf2 0 x66 0 xb6 0 xbe 0 xe0 0 xfe 0 xf6 数码管段码 2 延时子程序 void delayms uchar x uchar a b c for a 0 a x a for b 0 b 100 b for c 0 c 100 c 3 数码管显示子程序 void display 第 9 页 uchar i j t D1 i num2 10 秒的十位 j num2 10 秒的个位 switch i case 0 GPIO2 0 x00 break case 1 GPIO2 0 x01 break case 2 GPIO2 0 x02 break case 3 GPIO2 0 x04 break case 4 GPIO2 0 x08 break case 5 GPIO2 0 x10 break case 6 GPIO2 0 x20 break case 7 GPIO2 0 x40 break case 8 GPIO2 0 x80 break default break GPIO3 DPIO j D1 t 4 寻迹子程序 void xunji if h2 1 if h2 0 delayms 5 you if h2 1 if h2 0 第 10 页 void voicecontrol if BT 0 声音检测 while BT 0 直到没有声音 if runflag 0 判断运动标志位 runflag 1 stop delayms 100 while BT else runflag 0 qian 5 避障子程序 void bizhang if h1 0 前方遇到障碍物 delayms 1 if h1 0 hou 先后退 右转 前进 左转 前进 左转 前进 右 转 前进 实 delayms 30 现躲避障碍物并沿原方向前进 you delayms 15 qian delayms 40 zuo delayms 15 qian delayms 80 zuo delayms 15 qian delayms 40 you delayms 15 qian 第 11 页 四 小车的调试方案和调试结果四 小车的调试方案和调试结果 1 1 各模块调试方案和结果 各模块调试方案和结果 1 控制器模块 打开小车开关 观察小车在初始程序下是否工作正常 通 过测试 控制器模块工作正常 2 电机驱动模块 烧录电机控制程序 观察两个电机正反转是否正常 通 过测试 电机驱动模块工作正常 3 电源模块 安装电池 打开小车开关 观察小车电源灯是否亮 电源灯 亮 电源模块工作正常 4 发光二极管 蜂鸣器和静态数码管 打开小车开关 观察发光二极管和 蜂鸣器在初始程序下是否工作正常 通过测试 控制器模块工作正常 2 2 系统功能调试方案和结果 系统功能调试方案和结果 在 keil 软件上编写程序之后 生成 hex 文件 并将它烧录到单片机内 打开开关 使小车在白底黑色跑道上行驶 若小车放在白色区域任意位置 能 自动找到黑色跑道 并按照跑道行进 小车在椭圆型 S 型 六边形等轨道都 可以实现寻迹 向前运行的机器人能发现前方白色障碍 先倒车再转弯绕过障 碍物 如不能则再次修改程序 检查电路 直至发现错误或测试成功 五 遇到的问题和解决方案五 遇到的问题和解决方案 1 1 硬件制作 硬件制作 1 在最初焊接元器件的时候 没注意到各电阻的阻值有差异 之后用万用 表将各阻值电阻测量好并按照图纸焊 2 组装完小车之后进行初步测试时 我们发现打开开关后 灯未亮 发动 机未工作 初步认为是芯片出了问题 第一次更换的芯片也存在问题 由于没 及时排除这个因素 出现了后面一系列的差错 甚至将电动机的线接反 经最 终老师们的指导 重新换了一块芯片 小车能正常运转 2 2 程序编写 程序编写 由于该程序的编写编译需要用到 kiel 软件 而我们小组所有成员之前都没 有接触过这个软件 所以最大的问题就是我们完全不会使用这个软件 还好之 第 12 页 前我们学过 C 语言 我们小组查找各种资料视频 从头开始学习 keil 软件 一 起讨论 也咨询懂的同学 加上有一点 C 语言编程基础 慢慢的写出了程序 3 3 功能调试 功能调试 1 功能调试的时候发现我们的小车不会转弯 遇到障碍物后会倒退 就是 不转弯 继续往前走 遇到障碍物又往后退 周而复始 通过测试发现 是因 为我们下面的发光二极管损坏了 不能接收信号 之后更换二极管后能够接收 信号 2 更换二极管后虽然能够接收信号 但是发现转弯的时候小车转动的方向 与理想情况相反 经过思考 发现是因为发动机的 M1 和 M2 口接反了 调换之 后小车能够正常寻迹 六 工程管理方案六 工程管理方案 1 1 人力资源配置 人力资源配置 组长 A 主要负责小车芯片部分电路焊接与调整 调试 负责编程以实现小车 各项功能 小车 MV 拍摄 制作视频并进行后期加工 组员 B 主要负责机械组装小车 查找相关资料 轨道的制作 调试 撰写终 期检查报告 负责编程以实现小车各项功能 以及协助小车 MV 拍摄 组员 C 主要负责传感器部分电路焊接与调整 调试 撰写终期检查报告 轨 道的制作 负责编程以实现小车各项功能 以及协助小车 MV 拍摄 2 2 项目进度计划 项目进度计划 小组成员首先完成了主板和各部件的焊接以及机械组装 之后通过网络以 及各种书籍去学习了解 keil 软件 电动机 LED 灯 蜂鸣器等部分的工作原理 学习完之后开始进行编写程序 然后借助烧录软件把程序烧录到小车 最后进 行小车的调试及错误更改 七 总结七 总结与体会与体会 本学期我们小组的任务是实现智能小车寻迹避障的功能 这个过程非常有 趣 在动手操作的同时也学到了单片机以及 keil 软件的相关知识 通过此次的设计制作 使我们深刻认识到了动手能力和理论知识的重要性 而理论与实践的结合更是重中之重 当然 我们也深刻地认识到我们的不足 由于自身理论知识的欠缺和动手能力的不佳在工作中频频受阻 走了好多弯路 第 13 页 虽然在制作过程中不可避免地遇到很多问题 但是最后还是在老师以及同学的 帮助下圆满解决了这些问题 实现了整个系统设计与最后调试 相关指标达到 预期的要求