小车的循迹功能原理及实现

项目七智能小车项目七智能小车【知识目标】1．了解直流电动机的结构及工作原理。2．了解电机驱动集成L293的结构及工作原理。3．了解红外光电传感器的结构及工作原理。4．小车循迹电路、测速电路的工作原理。项目七智能小车【技能目标】1．能根据电路原理图，在万能板上正确、合理装配小车驱动电路、循迹电路、测速电路。2．能正确的测量和调试小车驱动电路、循迹电路、测速电路。3．进一步熟悉STC-ISP软件的使用。项目七智能小车--任务描述

自主寻迹电动小车是一个运用传感器、单片机、信号处理、电机驱动及自动控制等技术来实现环境感知和自动行驶为一体的高新技术综合体，它在军事、民用和科学研究等方面已获得了广泛的应用，是我们学习单片机非常好的一个综合载体。本章节主要通过智能小车项目的实施，使学生学习能够达到我们设定的知识目标与技能目标，引导有志从事单片机技术应用的同学朝向目标迈进。项目七智能小车--基本功能概述

智能小车具有的功能主要有：（1）前进、后退；（2）小车循迹运行；（3）小车转速测量与显示。（4）电动车运行时间达到90S时，应立即停车。项目七智能小车--任务任务一小车的前进、后退功能原理及实现任务二小车的循迹功能原理及实现

任务三小车测速功能原理及实现

任务四小车显示功能的实现

任务五小车控制主电路的实现

任务六智能小车控制功能的实现

任务一小车前进、后退功能原理及实现图6-1-1智能小车驱动电路原理图电路分析：由电机驱动芯片L293D、滤波电容C1~C6以及两个电机M1、M2构成。

任务一小车前进、后退功能原理及实现图6-1-1智能小车驱动电路原理图前进、后退功能的实现：当智能小车驱动电路按照如图6-1-1所示连接后，根据L293D的引脚功能可知：当P14=1；P15=1；P10=1；P11=0；P12=1；P13=0时，小车实现前进的功能，当P14=1；P15=1；P10=0；P11=1；P12=0；P13=1时，小车实现后退的功能。

任务一小车前进、后退功能原理及实现图6-1-3驱动电路在万能板上的规划与布局参考图任务二小车的循迹功能原理及实现

图6-2-1小车左循迹功能原理图图6-2-2小车右循迹功能原理图组成：光电对管U3、比较器U2，型号：LM393，电阻R1~R3，以及电位器VR1。工作原理：光电对管U3通电后，发射管发出红外光，遇到轨道颜色为白色时，反射到接收管，接收管导通，比较器2脚反向端电位高于3脚同向端电位，输出端电位P25=0；当轨道颜色为黑色时，发射管发出的红外光只有少数能被反射到接收管接收，不足以使接收管导通，此时，比较器2脚的电位较3脚电位低，即同向端电位高于反向端电位，输出端P25=1。

任务二小车的循迹功能原理及实现电路安装及其注意事项（1）光电对管安装前，需先检测出发射管与接收管，并能正确判断出各自不同的管脚，安装时，不同管脚不能装反。（2）用万能板安装时，电路布线尽量考虑电流的流向，连线尽量短。（3）电路安装完成后，需调节电位器VR1、VR2，使集成块U2（LM393）3脚、5脚电压与2脚、6脚电压的关系满足：，。（U2、U2′、U6、U6′分别为：接通电源后，将循迹模块下端分别放置白纸、黑胶布时的电压。）（4）根据上图6-2-1及6-2-2，在万能板上正确焊接电路。任务二小车的循迹功能原理及实现智能小车循迹模块在万能板上的规划与布局，可参考如下电路

图6-2-4小车左、右循迹模块在万能板上的布局参考图（反面）图6-2-3小车左、右循迹模块在万能板上的布局参考图（正面）任务三小车测速功能原理及实现图6-3-1小车测速功能原理图

任务三小车测速功能原理及实现

采用了红外对管和黑白码盘作为测速模块的硬件主要构成。其中码盘为12格的黑白相间圆盘，如图所示，将其安装于电机转轴上，见由上图所示，红外传感器安装在正对码盘的上方，见右下图所示。当码盘随着电机轴转动时，红外对管中的接收管接收到的反射光强弱交替变化，由此可以得到一系列高低电脉冲。将脉冲信号通过比较器处理后输入单片机的计数器模块，利用单片机的输入捕捉功能，记录脉冲信号的数量N。码盘有6道黑色条纹，电机旋转一周将产生6次输入捕捉中断。单片机记录两次中断的时间间隔T，则小车的转速为：任务三小车测速功能原理及实现红外传感器的安装任务三小车测速功能原理及实现电路安装及其注意事项（1）光电对管安装前，需先检测出发射管与接收管，并能正确判断出各自不同的管脚，安装时，不同管脚不能装反。（2）用万能板安装时，电路布线尽量考虑电流的流向，连线尽量短。（3）电路安装完成后，需调节电位器VR3，使集成块U6（LM393）3脚与2脚电压的关系满足：（U2、U2′分别为：接通电源后，将测速模块间端分别放置白纸、黑胶布时的电压。）任务四小车显示功能的实现电路原理图显示电路采用了一个2位的组合式数码管显示小车的转速。小车运行时，小车转速通过测速功能电路测速后，单片机将相应的数据采集并进行一定的处理，通过P0口输出到显示电路显示，通过控制单片机P2.0和P2.1端口，使复合式数码管在共用一组数据输入信号的情况下，达到动态显示的目的。任务四小车显示功能的实现电路安装及其注意事项（1）电路安装时，数码管不要直接安装在万能板上，应通过集成块座安装。（2）电路安装时，应首先测量复合式数码管及其管脚排序，以数码管为中心，根据管脚排序，合理布局各元器件的安装位置。（3）用万能板安装时，电路布线尽量考虑电流的流向，连线尽量短，避免线路交叉任务四小车显示功能的实现

显示模块在万能板上的规划与布局，可参考如下电路

任务五小车控制主电路的实现

采用前面项目完成的单片机最小系统电路板做为小车控制主电路。任务六智能小车控制功能的实现

智能小车控制功能的实现：前进功能的实现：P14=1；P15=1；P10=1；P11=0；P12=1；P13=0后退功能的实现：P14=1；P15=1；P10=0；P11=1；P12=0；P13=1任务六智能小车控制功能的实现小车循迹运行的实现：如果左右两边探测头都检测到白色，P25=0，P26=0，小车前进，则P14=1；P15=1；P10=1；P11=0；P12=1；P13=0；如果左边探头检测到白色，右边探头检测到黑色，小车左偏，则P25=0，P26=1，需右转弯，则左轮正转，右轮停止，此时：P14=1；P15=0；P10=1；P11=0；如果左边探头检测到黑色，右边探头检测到白色，小车右偏，则P25=1，P26=0，需左转弯，则左轮停止，右轮正转，此时：P14=0；P15=1；P12=1；P13=0；若左右两边探头都检测到黑色，则表示小车运行到终点，小车将停止运行，此时：P14=0；P15=0。任务六智能小车控制功能的实现小车转速测量与显示功能的实现：当码盘随着电机轴转动时，红外对管中的接收管接收到的反射光强弱交替变化，由此可以得到一系列高低电脉冲。将脉冲信号通过比较器处理后输入单片机的计数器模块，利用单片机的输入捕捉功能，记录脉冲信号的数量N。码盘有6道黑色条纹，电机旋转一周将产生6次输入捕捉中断。单片机记录两次中断的时间间隔T，则小车的转速为：，若取T=1s，N即为1s时间内计数器所记录的脉冲数，则小车的转速为：转/秒。任务六智能小车控制功能的实现小车安装调试注意事项：（1）小车前进、后退功能转换为：在单片机P3.7端口接一拨动开关，由拨动开关决定小车是前进还是后退。（2）由于驱动小车的直流电机性能有一定的差异，因此，在电机安装之前，应进行电机匹配检测，可通过将电机装上轮胎后，通5V直流电检测。