智能循迹小车

迷宫小车参赛单位玉林师范学院物理科学与工程技术学院参赛者谭健勇、李国德、覃柳叶目录第一章概述11小车功能简介12设计背景和意义13设计方案第二章设计方案21主控系统22电机驱动模块23红外检测模块24无线收发模块25电源模块第三章硬件设计31总体电路设计32驱动电路模块33信号检测模块34主控电路第四章软件设计主程序流程图第五章附录智能小车图片结束语参考文献智能循迹小车第一章11小车功能简介机器要实现自动导引功能就必须要感知导引线，感知导引线相当给机器一个视觉功能。自动循迹是基于自动导引小车系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动按照规定的方向，选择正确的行进路线。使用红外对管感知路线并作出判断和执行相应的动作。该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分红外检测部分、执行部分、CPU。实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，基于上述要求，信号检测部采用红外对管实现。智能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。CPU使用的是ATMEGA128单片机，配合软件编程实现。12设计背景和意义随着科学技术的发展，机器的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD，目前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。现智能小车发展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。其基本可实现循迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等基本功能，这几节的电子设计大赛智能小车又在向声控系统发展。比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列。我们此次的设计主要实现循迹这个功能。13设计方案在现有玩具电动车的基础上，加装光电检测器，实现对电动车的位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。第二章21主控系统采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能。ATMEGA128为基于AVRRISC结构的8位低功耗CMOS微处理器。由于其先进的指令集以及单周期指令执行时间，ATMEGA128的数据吞吐率高达1MIPS/MHZ，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATMEGA128AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元ALU相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的复杂指令集微处理器高10倍的数据吞吐率。ATMEGA128单片机图122电机驱动模块考虑到小车必须能够前进、倒退、停止，并能灵活转向，在左右两轮各装一个电机分别进行驱动。当左轮电机转速高于右轮电机转速时小车向右转，反之则向左转。为了能控制车轮的转速，可以采取PWM调速法，即由单片机的IOB8、IOB9输出一系列频率固定的方波，再通过功率放大来驱动电机，在单片机中编程改变输出方波的占空比就可以改变加到电机上的平均电压，从而可以改变电机的转速。左右轮两个电机转速的配合就可以实现小车的前进、倒退、转弯等功能。在此，用到了L298N芯片（如图2），L298N为SGSTHOMSONMICROELECTRONICS所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个HBRIDGE的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时序信号。L298N图223红外接收模块小车采用十只红外对管（如图3）来实现小车的循迹功能，六只在车头正中间，两侧分别有两只，十只对管一起实现小车的导航寻址。当小车脱离轨道很小时，即当置于次外侧的一只光电对管脱离轨道时，等待次外侧任一只检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线（即回到轨道）再恢复正向行驶。当小车脱离轨道很大时，即当置于最外侧的一只光电对管脱离轨道时，等待最外侧任一只检测到黑线后，做出相应的转向调整，同样的，直到中间的光电开关重新检测到黑线，再恢复正向行驶。红外对管图324无线收发模块1、遥控发射器电路该电路的主要控制器件为遥控器芯片HT6221，如图所示。HT6221将红外码调制成38KHZ的脉冲信号通过红外发射二极管发出红外编码。图中D1是红外发射二极管，D2是按键指示灯，当有按键按下时D2点亮。HT6221的编码规则是当一个键按下超过36MS，振荡器使芯片激活，如果这个按键按下且延迟大约108MS，这108MS发射代码由一个起始码9MS，一个结果码45MS，低8位地址码9MS18MS，高8位地址码918MS，8位数据码918MS和这8位数据码的反码918MS组成，如果按键按下超过108MS仍未松开，接下来发射的代码将仅由起始码9MS和结束码25MS组成。按照图的接法，K1K8的数据码分别为0X00，0X01,0X02,0X03,0X04,0X05,0X06,0X07。图遥控发射器电路原理图2、红外线接收模块该模块使用一体化红外接收头1838，其电路如图所示。瓷片电容104为去耦电容，DOUT即是解调信号的输出端，直接与单片机的P32口相连。有红外编码信号发射时，输出为检波整形后的方波信号，并直接提供给单片机。图红外接收原理图25电源模块第三章31总体电路设计智能小车采用前轮驱动，前轮左右两边各用一个电机驱动，调制前面两个轮子的转速起停从而达到控制转向的目的，后轮是万向轮，起支撑的作用。将循迹光电对管分别装在车体下的左右。当车身下左边的传感器检测到黑线时，主控芯片控制左轮电机转速减慢，车向左修正，当车身下右边传感器检测到黑线时，主控芯片控制右轮电机转速减慢，车向右修正。主板设计框图图432驱动电路模块该模块主要由芯片L298控制两个电机的正反转，以及改变电机的转速，其电路如图5所示。L298芯片是一种高压、大电流双全桥式驱动器。其中SENSEA、SENSEB分别为两个H桥的电流反馈脚，不用时可以直接接地。VCC，VS是接电源引脚，电压范围分别是457V、2546V，设计中VCC端与ATMEGA128红外对管电机驱动复位电路电源电路单片机电源端共用5V工作电源，VS端独立接9V电源。ENA，ENB为使能端，低电平禁止输出。IN1，IN2，IN3，IN4为数据输入引脚，OUT1，OUT2，OUT3，OUT4为数据输出引脚。D1D8是保护二极管（IN5819），用于释放掉电机停车时产生的反响尖峰电势，否则会击坏L298。电机部分电路图连接图533信号检测模块小车循迹原理是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”黑线。因此该模块中利用了简单、我们应用也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