循迹小车设计报告

西安邮电大学第五届TI杯大学生电子设计竞赛设计报告参赛序号参赛题目参赛队员指导教师报告日期摘要本设计主要采用STC89C52作为主控芯片，车模为履带式式车模，对于关键的小车动力部分，经过充分比较，论证，最终选用了容易控制的直流电机，它可以通过调节PWM来控制小车的速度，方便了在完成任务对速度的要求，电机驱动器为L298N、以及LM2940芯片的、稳压电路，用ST188芯片控制的红外传感器（黑白传感器），完成了规定时间内前进、定点停车、倒车、能够沿直线进行的基本功能、系统显示部分使用1602液晶显示器，最后的实验表明，系统完全达到了基本设计中的前两项，并增加了语音播报的创新功能。关键词STC89C52，L298N驱动器，直流电机，1602液晶显示器目录一、系统方案411实现方法412方案论证4121控制器模块4122电机模块4124显示模块5125语音播报模块5126电源模块613系统设计614系统总体设计框图如图所示6二、理论分析与计算7三、电路程序设计731单片机电路图如下732软件设计与工程流程图如下8四、结果分析841测试仪表842小车运行过程各种状态所需时间测试8一、系统方案11实现方法本题要求设计并制作一辆电动小车，能实现在跷跷板上前进、停止、后退，在前进过程中采用红外检测黑白线输出高低电平，从而对电动小车的运动轨迹进行不断改动，保证小车能尽量在一直线上前进，当小车前端的两个检测头同时检测到黑线时，小车停止，同样的道理，后退时可以保持正常行驶，还有显示模块以及语音模块等人机界面，实现显示及语音等提示功能。上述各模块的方案论证如下。12方案论证121控制器模块方案一采用STC89C52单片机作为控制器的方案。5单片机价格便宜，应用广泛，控制也比较简单，虽然I/O不是很丰富，但是足够可是实现所要求的基本。方案二采用凌阳公司的SPCE061A单片机作为控制器的方案。该单片机I/O资源丰富，并集成了语音功能。芯片内置JTAG电路，可在线仿真调试，大大简化了系统开发调试的复杂度。比较两个方案，考虑经济实惠，所以我们选择方案一。122电机模块方案一采用直流减速电机控制小车的运动，直流减速电机力矩大，转动速度快，可以保证小车在规定时间里从A端到达B端，容易控制。方案二采用型号4B2YG的步进电机控制小车的运动，最小步进角为09度，因此能实现小车的精确控制，而且当不给步进电机发送脉冲的时候，能实现自锁，从而能较好的实现小车及时停车的目的。由于目前我们只做的部分，使用直流减速电机完全可以实现基本要求，所以选用了方案二。123循迹模块通过寻迹模块小车可实现沿预设轨迹行走，并可在距离从起始端A点到达终点B点，保证小车在后退过程中依然走直线，所以对循迹模块检测必须非常重视。方案一通过光电开关来实现，它测量距离较远。但是其体积大、成本高、安装起来比较麻烦。方案二通过红外对管来实现，它测量距离近，但反应灵敏、准确。相比光电传感器而言,其体积较小,价格低,安装较容易考虑到性价比和简单易行的策略,我们选择方案二124显示模块方案一用数码管显示，优点亮度高、成本低。但显示内容较少。方案二采用1602液晶显示器。用单片机检测其指定引脚，判断其高低电平，进行显示运行时间。考虑到本题的要求，只需要一片LCD就可以实现，故我们选择方案二。125语音播报模块方案一使用蜂鸣器进行播报，好控制，电路相对简单，但是只能发声，不能给出准确的指示。方案二使用APR9600芯片，可以将指示录到芯片里，并在需要时发出指示，可以得到很好的效应。考虑到使用的要求较高，故采用方案二。126电源模块方案一铅酸电池供电，优点电流大，缺点重量太沉。方案二电池组供电，可提供800MAH电流，重量很轻。经比较，我们选择方案二，用12V电池组给直流电机供电，其中经L298N转换后给控制器、传感器等模块使用。13系统设计根据上述方案论证，我们最终确定了以STC89C52为控制核心，采用直流减速电机控制小车运动，利用红外对管寻迹实现走直线等功能，还选用了1602来实时显示小车运行时间，最终还利用APR录放语音功能实现小车停止时语音播报。14系统总体设计框图如图所示二、理论分析与计算根据题目说明，在基本要求中，只需要小车能正常前进，检测到双黑线时停止，停止5秒后自动后退，并且能顺利返回到原点，所以只需控制小车在行进过程中保持在一条直线上即可。其闭环系统如下图STC89C52主控电路LCD驱动器L298N声播报电源电路红外检测前进左偏纠正该系统的工作原理小车前进中，如果左边的检测头检测到黑线，则让左边停下来，短暂延时，同时让右边，中，转便可以使得小车正常前进，右边与之同理，便可以使得小车正常前进。在小车后在退如果左边的检测头检测到黑线，则让右边停下来，短暂延时，同时让左转，便可以使得小车正常前进，右边与之同理，便可以使得小车正常后退。三、电路程序设计31单片机电路图如下图1红外检测黑白图2L298N驱动32软件设计与工程流程图如下否否右偏纠正开始前进左偏右偏是是331软件设计软件实现的功能如下给直流电机脉冲；寻迹语音播报；时间显示；汇总四、结果分析41测试仪表4位半数字万用表MASTECHMY65，秒表，计算器,直尺。42小车运行过程各种状态所需时间测试（1）在水平状态下第一次第二次第三次前进