智能循迹小车设计报告.doc

1 电子作品设计报告电子作品设计报告 项目名称 项目名称 智能小车智能小车 学院 学院 机电工程学院机电工程学院 专业 专业 应用电子技术应用电子技术 班级 班级 09 应电 应电 1 班 班 组别 组别 第第 三三 组组 姓名 姓名 杨磊杨磊 赖焕宁赖焕宁 梁广生梁广生 指导老师 指导老师 杨青勇杨青勇 玉宁玉宁 2 目录目录 摘要 摘要 3 关键词 关键词 3 引言 引言 3 一 系统设计一 系统设计 3 1 11 1 设计要求设计要求 4 1 21 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 12 1 原理图设计原理图设计 5 2 1 12 1 1 稳压电源稳压电源 5 2 1 22 1 2 基本系统基本系统 5 2 1 32 1 3 电机驱动电机驱动 5 2 1 42 1 4 液晶显示部分液晶显示部分 6 2 1 5RS4852 1 5RS485 数据总线数据总线 6 2 1 62 1 6 循迹部分循迹部分 7 2 2PCB2 2PCB 设计设计 7 2 2 12 2 1 主板主板 PCBPCB 7 2 2 22 2 2 循迹板循迹板 PCBPCB 8 三 软件设计及说明三 软件设计及说明 8 3 四 系统测试过程四 系统测试过程 10 五 总结五 总结 11 六 附录六 附录 11 附录一 系统元器件清单附录一 系统元器件清单 11 附件二 系统测试源程序附件二 系统测试源程序 12 摘要 摘要 本组的智能小车是采用凌阳的车架 是以两个电机来驱动小车 主板部 分自行设计 通过接收器 MAX1483 来采集信息 传送进主控芯片 PIC16F886 单 片机 进行数据处理后 送进驱动芯片 L293D 以完成相应的操作 采用反射式 红外光电传感器 ST178 来实现小车自动循迹功能 并且整个过程采用液晶显示 屏 RT1602 来显示相应的数据 关键词 关键词 PIC16F886 L293D 反射式红外光电传感器 ST178 自动循迹 引言 引言 近现代 随着电子科技的迅猛发展 人们对技术也提出了更高的要求 汽车的 智能化在提高汽车的行驶安全性 操作性等方面都有巨大的优势 在一些特殊 的场合下也能满足一些特殊的需要 智能小车系统涉及到自动控制 车辆工程 计算机等多个领域 是未来汽车智能化是一个不可避免的大趋势 本文设计的 小车以PIC16f886 为控制核心 用反射式红外光电传感器作为检测元件实现小 车的自动循迹前行 并显示等功能 一 系统设计 本组智能小车的硬件主要有以PIC16f886 作为核心的主控器 部分 自动循迹部分 显示部分 电机驱动部分 其中电机驱动部 分和其他部分分别由两个不同的电源分开供电 4 小车硬件系统结构示意图如下 1 11 1 设计要求 设计要求 1 基本要求 实现小车的前进后退 左转右转 按照程序预 设 2 扩展部分 实现小车自动循迹功能 避障功能 1 21 2 车体方案论证与选择 车体方案论证与选择 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 购买凌阳小车 购买的凌阳小车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 其小车图片如下 5 综合考虑 我们选择了方案一 二 硬件设计及说明二 硬件设计及说明 2 1 原理图设计原理图设计 2 1 1 稳压电源 稳压电源 电源电路为系统提供了基准电源 是整个系统工作稳定性关键所在 同时又考 虑到节省空间的问题 所以我们选用了 LT1117 5 0 来稳定电压输出 5V 使 用了电解电容 C1 C2 来作为滤波电容 其原理图如下 2 1 2 基本系统 基本系统 基本系统控制电路采用单片机 PIC16F886 作为主控单元 负责整个电路的 资源分配以及对各路信号的采集 分析和处理 配置了 20MHZ 的外部晶振 以及蜂鸣器 同时还配置了四个端口作功能扩展 可以用来连接小车循 迹模块 单片机控制电路原理图如所示 6 2 1 3 电机驱动 电机驱动 驱动电路主要采用驱动芯片 L293D 来直接驱动电机 L293D 为单块集成电路 高电压 高电流 四通道驱动 其额定工作电流为 1A 最大可达 1 5A Vss 电压最小 4 5V 最大可达 36V 可直接的对电机进行控制 无须隔离电路 L293D 从主控单片机 PIC16F886 那里接受指令来直接控制电机的工作状态 可 以对电机进行正反转 停止的操作 非常方便 发光二极管作为电源的指示灯 其驱动电路原理图如下所示 7 2 1 4 液晶显示部分 液晶显示部分 主要用 RT1602 来显示数据 二极管 1N4148 用来调节显示器的对比度 电 阻 R2 用来调节显示器的背光亮度 LCD 液晶具有功耗低 显示内容丰富 清 晰 显示信息量大 显示速度较快等特点 2 1 5 RS485 数据总线数据总线 主要用到的接收器是 MAX1483 由于 MAX1483 是用于 RS 485 和 RS 422 通信的低功耗收发器 这种类型的摆率 限制的驱动器 能够减小 EMI 和由于不恰当的电缆端接所引起的反射 保证数 据速率高达 250kbps MAX1483 仅绘制的供应电流为 20 A 此外 还有一个低 电流关断模式 仅消耗 0 1 A 这两种模式都工作在 5 V 单电源 驱动器具有 短路电流限制 并通过将驱动器输出设置为高阻抗状态的热功耗关断电路来保 护功耗不会过大 当输入为开路 接收器输入具有失效保护功能 保证了逻辑 8 高电平输出 MAX1483 具有 1 8 单位负载输入阻抗 保证总线上多达 256 个收 发器 2 1 6 循迹部分循迹部分 主要由四个反射式红外光电传感器 ST178 和四个电位器组成 采用 ST178 型光电管完成系统循迹任务 循迹电路是用以实现小车沿着场地的黑色弧形引 导轨迹进行前进和位置校正的 且小车不能偏离该轨迹 在本设计中采用 ST178 型反射式红外光电传感器完成系统循迹任务 硬件电路实现比较简单 其灵敏度可以通过调节多圈电位器来实现 其电路原理图如下 2 2 PCB 设计设计 2 2 1 主板主板 PCB 图如下 图如下 9 图 1 主板 PCB 图 2 2 2 循迹板循迹板 PCB 10 图 2 循迹板 PCB 图 三 软件设计及说明三 软件设计及说明 系统软件流程图如下图所示系统软件流程图如下图所示 系统程序的具体代码见附录 2 主程序流程图 11 循迹子函数流程图 四 系统测试过程四 系统测试过程 测试工具 测试工具 仪器名称用途 电脑 调试及下载程序 数字万用表测量各种电路工作情况 测试过程 测试过程 1 我们尝试着先用 PIC12F683 来控制小车的前进 后退 左 右转向 结果试验成功 小车能正常的跑动起来 这个小 试验 是为了检测小车的机械性能 达到了我们预期目的 2 制作主板 3 主板通电前检查 电路安装完毕 我们首先直观检查电路 12 各部分生产线是否正确 检查电源 地线 信号线 元器 件引脚之间有无短路 器件有无接错 结果发现 L293 芯 片的 5 和 12 管脚没有接地 查看发现原来是原理图没注 意改正才导致的 4 通电检查 给电机通电 观察电机是否工作正常 电机正 常工作时 后驱工作电流为 320 mA 电压为 5 4V 前驱 电机工作电流为 180mA 电压为 5 41V 给主板通电 观 察电路各部分器件有无异常现象 5 主板安装调试 主控芯片用 PIC16F886 在调试的过程中 我们发现了原理图中有一个小小的错误 这个错误导致小 车的稳压芯片过热 一起讨论之后决定 修改原理图 调 换小车驱动芯片的位置 改动之后 小车电源稳压芯片过 热现象消失 小车也能实现了基本的功能 由于我们没 能在制板之前发现这个问题 导致了主板在修整后变得不 太美观了 6 制作并调试小车循迹板 传感器采用反射式红外传感器 ST178 当 Vcc 5V 时 工作电流为 17mA VR1 3 83V VD 1 17V RD 68 8 欧 电路图如下 13 在调试的过程中却发现 小车不循迹 经过了 4 天的努力 终于发现了问题的所在 原来是焊错了一个电阻导致 错将 1K 电阻当成 220 欧的 来用 改正后调试 终于也能实现了循迹功能 五 总结五 总结 测试结果表明 本组智能小车能很好的完成了基本功 能和循迹功能 跑道是由黑色胶布在白色地面上拉线完成 小车可以从 O 型跑道的任何段为起点 跑完全程 本组智 能小车目前只能完成在没有任何交叉路口的跑道上 要想 跑在有 十 字路口的跑道上 还须要对循迹程序进行补 充和修改 我们保留了各种硬件接口和软件子程序接口 方便以后的扩展和进一步的开发 六 附录六 附录 附录一 系统元器件清单如表附录一 系统元器件清单如表 1 所示所示 14 主板元件清单 循迹板元件清单 附件二 系统测试源程序附件二 系统测试源程序 include fuses HS NOWDT NOPROTECT PUT NOBROWNOUT MCLR use delay clock 20M zero ram use fast io A IO 直接操作直接操作 use fast io B IO 直接操作直接操作 use fast io C IO 直接操作直接操作 define PORTA 0 x05 define PORTB 0 x06 15 define PORTC 0 x07 电机定义电机定义 bit M1 PORTC 5 bit M2 PORTC 4 bit M3 PORTC 3 bit M4 PORTC 0 bit PWM1 PORTC 2 bit PWM2 PORTC 1 循迹定义循迹定义 bit IN1 PORTB 4 bit IN2 PORTB 5 bit PGC PORTB 6 bit PGD PORTB 7 液晶屏定义液晶屏定义 bit EN PORTA 0 bit RW PORTA 1 bit RS PORTA 2 宏定义宏定义 define TIME 1000 动作延时动作延时 define MAX 200 占空比设定占空比设定 define MED 185 define MIN 170 定义定义 I0 端口检测端口检测 define SENSE1 bit test PORTB 4 define SENSE2 bit test PORTB 5 define SENSE3 bit test PORTB 6 16 define SENSE4 bit test PORTB 7 include lcd 1602 4bit h void init set tris C 0X00 set tris B 0 xf0 set tris A 0 x10 port b pullups 0 xff 关闭关闭 B 口内部弱上拉口内部弱上拉 setup timer 2 T2 DIV BY 1 200 1 set t2 setup ccp1 ccp pwm set cpp pwm mode setup ccp2 ccp pwm lcd init 传感检测结果表达传感检测结果表达 void sense detect lcd gotoxy 1 1 lcd putc NCVT Ver1 1 lcd gotoxy 7 2 指定开始显示的坐标指定开始显示的坐标 if SENSE1 lcd putc 1 else lcd putc 0 if SENSE2 lcd putc 1 else lcd putc 0 if SENSE3 lcd putc 1 else lcd putc 0 if SENSE4 lcd putc 1 17 else lcd putc 0 前进前进 void go M1 0 M2 1 M3 0 M4 0 set pwm2 duty 0 set pwm 占空比占空比 set pwm1 duty MAX 后退后退 void back M1 1 M2 0 M3 0 M4 1 set pwm2 duty MAX set pwm 占空比占空比 set pwm1 duty MAX delay ms 100 停止停止 void stop 18 M1 0 M2 0 M3 0 M4 0 set pwm1 duty 0 set pwm 占空比占空比 set pwm2 duty 0 右小转右小转 void run MIN right M1 0 M2 1 M3 0 M4 1 set pwm1 duty MAX set pwm 占空比占空比 set pwm2 duty MIN 右中转右中转 void run MED right M1 0 M2 1 M3 0 M4 1 set pwm1 duty MAX set pwm 占空比占空比 set pwm2 duty MED 19 右大转右大转 void run MAX right M1 0 M2 1 M3 0 M4 1 set pwm1 duty MAX set pwm 占空比占空比 set pwm2 duty MAX 左小转左小转 void run MIN left M1 0 M2 1 M3 1 M4 0 set pwm1 duty MAX set pwm 占空比占空比 set pwm2 duty MIN 左中转左中转 void run MED left M1 0 M2 1 M3 1 M4