智能小车课程设计

.智能旅游车的设计(a )摘要本次毕业设计分为四个模块：电源模块、路面检验模块、单片机最小系统、电机驱动模块。 电源模块用12V电源的双插座供电，直接供给电动机，经由稳压电路将5V电源输出至LM324、单片机和L298N。 跟踪模块并排设置3个单反射型红外线传感器TCRT5000，检测路面状况，输出到单片机TTL电平的信号。 单片机的最小系统是满足单片机工作的系统。 在所述电机驱动中，驱动芯片L298直接驱动两个直流减速电机，通过PWM来调节速度，达到两个电极的不同速度，由此控制滑板运行速度。关键词单片机电源路面检测电机驱动PWM智能门户线vehicle扬宾(Grade 07，Class 02，majortechniqueofmeasuringcontrolandinstrument，Mechanical Engineering Dept .Shaanxi University of Technology，hanzhow )tutor :梁英abstract:theaddgrationprojectisdivideintofourmodules : power supply module，the road detection module， thesmallesinglechichisystem motordrivemodule.12 vpowersuppowersuppowersuppowersistheuseofdualpowersupply， direcuppowersofthemotorallt全面通道the5v输出voltageregulatortopowerthelm 324 MCU andl 298 n.trackingmoduleistheuseofthreesingle-refringle crt5000sidebyside， to detect the road conditions theoutputtttllevelsignaltothemicrocontroller.mimimiminstemmcusistometttheminimumsystemwork.motork elected todirevirtiontwodcgearmotordirectly，andusepowtoaddjasthespeedtoachieetodifferectrespecedstocontrolcarspeed。keywords:mcustompowersupplicationtheroaddetectmotordriverpwm目录1引言11.1智能小车的意义和作用11.2智能手推车的现状21.3论文各部分的主要内容22方案论证与选择32.1任务32.2电源模块的设计32.3路面检测模块的设计42.3.1传感器型选择42.3.2红外传感器方式42.3.3电压比较器选择52.4控制电机方案比较52.5电机驱动方式的比较52.6主控制芯片选择62.7本章总结63硬件电路的设计73.1总体设计73.2单片机最小系统73.2.1时钟电路83.2.2复位及复位电路93.3路面检测模块123.3.1传感器TCRT5000介绍123.3.2比较器LM324133.3.3具体电路143.3.5 TTL级别163.4电源模块173.5马达驱动模块183.5.1电机驱动芯片L298N184软件设计204.1 PWM204.2主函数编程224.3跟踪子函数编程234.4调速子程序255整体调试285.1测试方法和仪器： 28感谢30参考文献31外语翻译32附录a硬件连接图44附录b硬件列表45附录c程序列表461引言1.1智能小车的意义和作用第一批工业机器人诞生以来，机器人的发展涉及到机械、电子、冶金、交通、航天、防卫等领域。 近年来，机器人的智能水平提高，人们的生活方式发生了急速变化。 在人们不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能够代替人类工作的机器一直是人类的梦想。随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器已成为自动步行和驾驶的重要部件。 视觉的典型应用领域是自主智能导航系统，对于视觉的各种技术，图像处理技术都相当发达，但基于图像的理解技术还比较落后，机器视觉在大量运算中只能识别结构化环境的简单目标。 视觉传感器的核心设备是摄像管或CCD，当前的CCD能够自动聚焦。 然而，由于CCD传感器的价格/体积使用方案没有优点，因此，在不要求清晰的图像而仅需要粗略的感觉的系统中，考虑使用接近传感器是一种实用而有效的方法。机器人要实现自动引导功能和避障功能，必须感知引导线和障碍物。 感知感应线相当于给机器人提供视觉功能。 避障控制系统基于自动引导车(AVGauto-guide vehicle )系统，基于智能车自动识别路线，判断故障并自动避障，选择正确的行进路线。 使用传感器感知路径和故障，做出判断和相应的行动。这款智能手推车可以作为机器人的典型代表。 它分为传感器检测部、执行部、CPU个构成要素。 机器人为了实现自动故障回避功能，还可以扩展跟踪等功能，感知导轨和障碍物。 汽车能够自动识别前进道路，选择正确的前进道路，实现障碍物的自动避免。 基于以上请求，一般认为感测部分不需要感测购物车或图像清晰，仅需要粗略的感测，因此可以抛弃昂贵的CCD传感器而使用廉价且高质量的红外线反射型传感器。 智能手推车的执行部分用直流电机发挥作用，主要控制手推车的行进方向和速度。 单片机驱动直流电机一般有两个方案：第一，不占用单片机资源，直接选择具有PWM功能的单片机，实现精密调速；第二，用软件模拟PWM输出调制需要占用单片机资源，准确调速困难，但单片机型号的选择馀地很大。 考虑到实际情况，本文选择第二方案。 CPU使用STC89C52单片机，按照软件编程实现。1.2智能小车的现状目前智能手推车发展迅速，从智能玩具到其他行业都取得了实际成果。 其基本功能可以实现跟踪、屏障、补片检测、光线入库、避崖等基本功能，这几次电子设计竞赛智能车正在向声控系统发展。 比着名的飞思卡尔智能车走在前排。 我这次设计主要实现了跟踪、铁片检测、小车行驶时间显示三大功能。1.3论文各部分的主要内容第一章简述智能跟踪车的意义和作用。第二章介绍了该智能跟踪小车设计方案的比较与选择，分析了各模块的功能。第三章阐述了智能小车系统硬件电路的设计。 其中包括电源模块、路面检测模块、单片机最小系统、电机驱动模块和辅助电路。第四章首先介绍了该系统的软件编程以及程序调试中使用的程序调试软件及其调试环境。最后总结部分阐述了本文的主要内容，结合系统测试过程中发现的问题，提出了可能的解决方案。二程序的论证与选择2.1任务设计了一种基于单片机控制的自动跟踪车，使车辆能够自动检测地板的黑色轨迹，沿着黑色车辆的轨迹行驶。 系统方案的框图如图2.1所示检测黑线软件控制驱动马达控制购物车图2.1小车的工作原理框图设计要求：基本要求：实现小车自动跟踪，可前进、左转、右转、后退，检测沿途铁片，显示铁片数和小车行驶时间。 (按步骤预设)扩展部分：实现汽车避障功能(时间充足等)主要设计内容：1 :功率模块的设计。2 :路面检测模块的设计。3 :单片机最小系统的设计。4 :电机驱动模块的设计。2.2电源单元的设计建议1 :采用单电源供电，单电源同时供电给单片机和直流电机的优点是减轻机体重量，操作简单，其缺点是单片机变动大，影响单片机的性能，稳定性差。场景2 :双电源供电，双独立电源供电给单片机和直流电机。 这个场景的优点是减少变动，稳定性好，可以使推车更好地动作。 唯一的缺点是增加手推车的重量。综合以上优缺点，本设计决定采用第二方案。2.3路面检测模块的设计2.3.1传感器型选择跟踪模块对于智能巡航车来说，人的眼睛对人提供给车辆的“眼睛”这样的光电传感器分为可见光传感器、红外线传感器、紫外线传感器等(这里虽然没有考虑光电耦合元件和位置传感器元件，但是由于占有大量的MCU资源，因此很难使用)。建议1 :可见光传感器是基于可见光源的传感器，其结构简单，设计成熟，但在可见光波段工作，易受外界干扰。方案2 :红外光传感器。 红外线是波长830nm950nm的电磁波，自然环境物理在该频带的放射量微弱，因此红外线反射型传感器干扰少，可靠性高。 设计技术成熟，应用广泛。方案3 :紫外线传感器。 在自然环境下，这种传感器抗干扰，可靠性高，但价格昂贵。 因此，最终选择红外光传感器作为传感器检测模块的基本装置。2.3.2红外线传感器方式跟踪主要检测路面状况，利用光的反射原理，光照到白线时反射量较大，相反，照到黑线时由于黑色吸收光，反射返回的量较少，可以判断黑带轨道的流动。 为此我们制定了以下三个方案。方案1 :用受光电阻构成受光器。 感光电阻的电阻值随周围环境光的变化而变化。 光照到白线上光就强，光照到黑线上光就弱。 因此，受光电阻位于白线和黑线之上时，电阻值会发生较大变化。 电阻值的变化值可通过比较器输出高低电平。但该方案受光影响很大，不能稳定工作。 因此，我们考虑其他更加稳定的方案。场景2 :使用红外发光管和接收管自己制作光电对管跟踪传感器。 从红外线发光管发出红外线，发出的红外线照射到白色的平面上进行反射，如果红外线接收管能够接收反射的光，则检测白线，输出低电平，如果无法接收从发光管发出的光，则检测黑线，输出高电平。 这样自己制作组装的示踪传感器基本满意，但工作不稳定，容易受到外界光线的影响，我们放弃了这个方案。采用建议的TCRT50000光电传感器，该传感器模块是基于TCRT5000红外光电传感器设计的红外反射型光电开关，该传感器包括高输出红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管，输出的信号在施密特电路中整形，并且是稳定可靠的。2.3.3电压比较器选择市场上能够运行电压比较器的原则太多，根据实验室当前的条件、部件选择经济和使用要求，本次电压比较器选择了实验室当前的LM324，该部件廉价，具有真正差分输入的四运算放大器。2.4控制电机方案的比较方案1 :采用步进电机作为该系统的驱动电机。 其旋转角度可正确定位，实现车辆行进道路和位置的正确定位。 采用步进电机有很多优点，但是步进电机的输出扭矩低，随着转速的增加而降低，以高转速急剧降低，其转速低，不适合小车等要求一定速度的系统。 综合考虑，我们放弃了这个方案。方案2 :采用小型直流减速机。 直流减速机转矩大，体积小，重量轻，组装简单，使用方便。 由于其内部由高速马达供给原来的动力，因此，驱动变速(减速)齿轮系时会产生较大的转矩。为了很好地满足系统的要求，选择了建议2。2.5电机驱动方式的比较建议1 :使用继电器控制电机的接通和断开，通过开关的切换调整推车的速度。 该方案的优点是电路简单，缺点是继电器响应时间慢，易损坏，寿命短，可靠性低。方案2 :使用电阻网络或数字电位器调节电机的分压，达到分压的目的。 虽然电阻网络只能实现逐步调速，但是数字电阻的部件比较昂贵。 更大的问题是，一般的电机电阻小，但电流大，分压不仅降低了效率，而且难以实现。方案3 :功率放大器的输出采用功率晶体管，控制直流电机。 线性驱动的电路结构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的h型桥电路(图2.1a )。 用单片机控制达林顿管，在能够调整占空比的开关状态下，正确调整马达的转速。 该电路在管道饱和断路模式下工作，效率非常高，h型桥电路简单实现了转速和方向控制，真空管开关速度快，稳定性也非常强，是一种广泛应用的PWM调速技术。 这种芯片现已上市，因此选择了L298N (图2.1b )。该调速方式具有优异的调速特性，调节顺畅，调速范围广，过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还能实现频繁无级快速启动、制动和反转等优点。 因此，功率晶体管被用作功率放大器的输出控制直流电机。a H型桥接电路b L298N的实物图图2.12.6主控制芯片选择场景1:arm用作系统控