智能小车设计报告

机器人控制技术机器人控制技术实验实验设计报告书题目：基于STC89C52的智能小车的设计姓名：李如发学号：073321032专业：电气工程及其自动化指导老师：李东京设计时间：2010年6月目录TOC\o"1-3"\h\z1.引言11.1.设计意义11.2.系统功能要求11.3.本组成员所做的工作12.方案设计13.硬件设计14.软件设计15.系统调试26.设计总结27.附录A；源程序28.附录B；作品实物图片29.参考文献2基于STC89C52的智能小车的设计引言设计意义本智能小车的设计，首先针对大学所有学习的知识是一个很好的回忆和总结。此智能小车是基于单片机所设计的，具有自动寻迹能力，在实际的很多方面有应用。当我们进一步的改良机器人系统时，可实现更重要的功能，如可设计出自动扑火机器人等。系统功能要求此智能小车是基于STC89C52设计的具有自动寻迹能力的小车。系统可实现本组成员所做的工作本组成员有李如发，汪航，黄建安，韩文龙，罗莹，明菲菲，邹珊，江锐，邵进。李如发：驱动073321032汪航：电源073522036黄建安：最小统073521013韩文龙：源程序073522007罗莹：传感器073522038明飞菲：调试073522012邹芬：数码显示073521025邵琎：焊接073522017江锐：蜂鸣器073522032方案设计智能小车主要分为传感器局部，最小系统局部，电机驱动局部，电源局部。根据功能要求，提出合理的设计方案，画出方案方框图，并对系统工作原理进行阐述。原理，本系统的重要局部是传感器，它对整个小车的定位起到很重要的作用，由传感器检测黑线的位置，其中黑线对光能吸收，白线对光反射。利用此原理将红外线传感器采集到的信号转换为数字信号并送入单片机，单片机根据收到的信号实时的控制小车的方向。控制小车的方向主要是运用pwm原理来控制电机的平均电压，从而来控制电机的转速，实现小车对黑线的实时跟踪。硬件设计硬件设计各模块电路图及原理描述传感器模块方案1：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比拟器就可以输出上下电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。因此我们考虑其他更加稳定的方案。方案2：用RPR220型光电对管。RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。方案3：用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，假设红外接收管能接收到反射回的光线那么检测出白线继而输出低电平，假设接收不到发射管发出的光线那么检测出黑线继而输出高电平。我们选择了此方案。传感器是整个系统的眼睛，这局部主要运用红外线传感器采集信号送给单片机处理。由于黑色车道对红外线传感器发出的光有吸收能力，白色地方对发出的光反射，从而当传感器在不同的地方产生不同的信号，传送个单片机。单片机根据采集的信号做出实时的处理。最小系统最小系统是整个系统的心脏，我们采用的是AT89C52芯片。80C52单片机是把那些作为控制应用所必需的根本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上[2]。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能存放器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其根本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能存放器的集中控制方式。驱动模块方案1：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。方案2：对于直流电机用分立元件构成驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。因此我们选用了方案1。由于最小系统和电机驱动局部的电压幅值不一样，而且电机是感性负载，在制动时可能反响电流，因此要在最小系统和驱动模块之间采用光电隔离，所以用到了光电隔离芯片,TPL521-4由于光耦芯片的引脚不够所以在之后采用了一片反相器74HCT14，反相器图如下L298是双H桥高电压大电流功率集成电路，直接采用TTL逻辑电平控制，可用来驱动继电器、线圈、直流电动机、步进电动机等电感性负载。它的驱动电压可达46V，直流电流总和可达4A。其内部具有2个完全相同的PWM功率放大回路。由L298构成的PWM功率放大器的工作形式为单极可逆模式。12个H桥的下侧桥晶体管发射极连在一起，其输出脚(1和15)用来连接电流检测电阻。第9脚接逻辑控制局部的电源，常用+5V，第4脚为电机驱动电源，本系统中为40V，第5，7，10，12脚输入标准TTL逻辑电平，用来控制H桥的开和关，第6，II脚那么为使能控制端。当Vs=40V时，最高输出电压可达35V，连续电流可达2A。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动两台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。电动机的转速由单片机调节PWM信号的占空比来实现。L298驱动电路图PWM调速器的硬件组成在整个PWM调速器中，CPU既是运算处理中心，又是控制中心，是最关键的器件。本系统中选用与MCS-51系列完全兼容的AT89C52单片机，它是一种低功耗、高性能、CMOS八位微处理器。片内具有8K字节的在线可重复编程快擦快写程序存储器，128x8位内部RAM，AT89C52可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，提高系统可靠性，降低系统本钱。电源模块电源中我们采用LM7805稳压芯片将12v直流电源稳压成5v直流源。方案1：采用10节1.5V干电池供电，电压到达15V，经7812稳压后给支流电机供电，然后将12V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。但干电池电量有限，使用大量的干电池给系统调试带来很大的不便，因此，我们放弃了这种方案。方案2：采用3节4.2V可充电式锂电池串联共12.6V给直流电机供电，经过7812的电压变换后给支流电机供电，然后将12V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。锂电池的电量比拟足，并且可以充电，重复利用，因此，这种方案比拟可行。但锂电池的价格过于昂贵，使用锂电池会大大超出我们的预算，因此，我们放弃了这种方案。方案3：采用12V蓄电池为直流电机供电，将12V电压降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。虽然蓄电池的体积过于庞大，在小型电动车上使用极为不方便，但由于我们的车体设计时留出了足够的空间，并且蓄电池的价格比拟低。因此我们选择了此方案。下:软件设计程序流程图系统调试本系统的设计是首先完成每一小局部的设计，因此我们在没完成一个模块时就回检测调试该模块。在初次调试时我们采用的电源是又单片机开发板所带的的电源来调试的。调试过程中我们就发现了很重要的问题，由于对本设计的很多模块的没有共同的接地使得很多模块无法工作，我们的解决方法是12v的直流源稳压来供应所以的模块，然后将所以的模块连接共同的地。在驱动模块的调试中发现当光耦芯片给定信号时对lm298的输出没有反响。我们在检验时发现是由于在光耦芯片后部焊接没有焊好，出现了虚焊。在重新焊接好后，芯片正常工作。分块调试传感器时，我们将传感器导通，用黑色物体将传感器发射局部盖住检测输出，在将黑色物体移开，再检测输出。设计总结本文是关于基于单片机的智能小车的设计，在共同的努力下，各局部的设计均成功，在调试过程中都无误。本次设计最终实现了直流电机的动态调压，电源正常输出供电，数码管动态显示数据，蜂鸣器播放美妙的音乐，小车实现简单的转弯功能。由于本次设计中尚存在些缺陷和对寻迹程序编写困难，实现的功能不是很完美，但要求的所有功能根本实现。本次设计中，从中的体会很多本次的设计可以说设计到大学所学到的所有专业知识，是对大学所学知识的一个整体的回忆。在设计中，不能一气呵成，因为所有的电路图都是自己设计的，图中尚存在缺乏，所以要反复的琢磨和修改。设计中要注意对每焊完一局部，都要独立的进行检查调试，及时的发现错误，及时的修改本次最重要的收获是从中我们看到了团队合作的重要性，任何事都不是一个人所能完成的，需要大家的共同努力才能获得最后的成功。附录A；源程序源程序代码〔主要语句要有注释〕。循迹的程序#include<reg52.h>#defineuintunsignedintvoiddelay(uint);sbitR=P2^0;//右边传感器sbitL=P2^1;//左边传感器sbitRM1=P1^1;sbitRM2=P1^2;//右边电机sbitLM1=P1^3;sbitLM2=P1^4;//左边电机voidmain(){ RM1=1; RM2=0;LM1=1; LM2=0;delay(5);while(1) {if((L==1)&&(R==1))//小车前进 {RM1=1; RM2=0;LM1=1; LM2=0;delay(5); }elseif((L==1)&&(R==0))//小车右偏 { RM1=1; RM2=0; LM1=0; LM2=1;//左边的电机停止转动，右边的电机转动，这样就实现了左转 delay(10); } elseif((L==0)&&(R==1))//小车左偏 { RM1=0; RM2=1; LM1=1; LM2=0;//右边的电机停止转动，左边的电机转动，这样就实现了右转 delay(10); }elseif((L==0)&&(R==0))//小车停车 { RM1=0; RM2=1; LM1=0; LM2=1; delay(5); } else//左右两个电机同时启动，直线前进 { RM1=1; RM2=0;LM1=1; LM2=0;delay(10); } }}