单片机实习报告简易智能小车.docx
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单片机实习报告简易智能小车
中国地质大学（武汉）
单片机实习报告
指导老师：
李勇波
日期：
2011年7月
班级：
073092-15|姓名：
赵英俊（20091002410）
简易智能小车报告
摘要
本小车以Atmel公司生产的AT89S52为核心，完成寻迹、避障、光源检测和车速测量等功能。
在机械结构上，对普通的小车进行了改造，即用一个万向轮来代替两个前轮，是小车的转向更加灵敏。
采用PWM驱动芯片控制电机，红外传感器检测白线、障碍物以及用来测量速度，光敏器件检测光强。
基于可靠的硬件设计和稳定的软件算法，基本实现题目要求。
关键字：
STC89C52寻迹光源检测避障测速测量
Abstract
ThisdesigniscontrolledwiththeMCU（AT89S52）tocompletethefunctionoffindingtrace,avoidingbarrier,tendingtolightandmeasurespeed.Inthemechanicalstructure,aboutthecar,thereformwhichisauniversalwheelinsteadoftwofront,themoresensitivetothecar.UsingPWMmotordrivechipcontrol,infraredsensordetectionwhiteline,obstaclesandusedtomeasurethespeed,photodetectordetectionlightintensity.Basedonreliablehardwaredesignandstablesoftwarealgorithm,basicallyrealizethetopicrequest.
Keywords:
STC89C52traceavoidingbarriertendingtolightmeasurespeed
1.系统设计
1.1设计要求
1.基本要求
（1）小车从起跑线出发（不得超过起跑线），沿引导线到达B点
在B点有一障碍物需绕过障碍物到达C点
（2）小车到达C点沿一段直到到达D点后进入“弯道区”（中间有一断点），此时有一光源照射，引导小车转弯并通过断点继续进入大弯道区。
（3）小车在光源的引导下通过进入停车区并到达车库
（4）小车在最终在遇到停车标志后停车，并最终显示时间和速度（实时速度）。
1.2方案论证
1.电机驱动方案的选择和论证
由于普通直流电机更易于购买，小车对于精度要求不是特别高，同时电路和控制相对简单，所以本设计采用直流电机作为驱动单元。
方案一：
使用继电器对电机进行开关控制和调制。
但缺点很明显，继电器响应慢而且机械结构容易坏。
方案二：
使用三极管或达林顿管，结合单片机输出PWM信号实现调速的目的，此方案易于实施，但若控制电机转动方向较为困难。
方案三：
使用PWM控制芯片来实现对电机的控制。
方案选择：
采用方案三。
该方案电路简单，性能稳定，可以轻松实现对电机方向的控制。
2.路面寻迹模块
方案一：
采用光敏传感器，根据白色背景和黑色反光程度的不同来判断是否位于黑线上。
方案二：
采用采用反射式红外传感器来进行探测。
只要选择数量和合适的红外传感器，可以准确的判断出黑线的位置。
方案选择：
采用方案二。
方案一受环境光的影响太大，效果不佳而红外光不易受到环境光的干扰。
3.趋光模块
方案一：
采用单一的光敏电阻，利用其在不同的光强下阻值不同，确定小车的转向，保证其朝着光源最强的角度前进。
方案二：
采用多个光敏电阻，在小车车头摆成半圆状结构。
方案选择：
方案二精度较高，实现较为复杂，这里采用方案一，实现效果足以。
4.避障模块
方案一：
采用光电式传感器，根据白色背景和黑色反光程度的不同来判断障碍物。
方案二：
采用超声波测距的方法，利用超声波传感器，监视测量发射脉冲和接受脉冲的时间差，计算超声波和物体之间的距离。
可以将避障和寻光模块一起排列为环状结构。
方案选择：
虽然超声波测距有其性能上的优势，但价格过高，且通过算法上的优化光电式传感器测距完全可以满足设计要求，故采用方案一。
5.测距模块
方案一：
采用断电式光电开关测距。
方案二：
采用光电传感器，结合轮子外围自身所带白条，通过光电传感器红外检测单位时间内扫描到白条的个数。
方案选择：
考虑到小车的实际机械结构，如果采用方案一必然会对小车的结构有较大的改变。
方案二结构简单易于在小车上很好的固定安装，而且在软件上也易于实现。
2.硬件电路设计
智能小车总体构成：
本系统以STC89C52为控制核心，最小系统如下：
2.1主控制模块
STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程擦出只读存储器的低电压，高性能COMMOS8的微处理器。
该器件采用ATMEL高密度非易失真存储器制造技术制造，和工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
STC89C52主要完成液晶显示、寻迹、避障、光源检测和车速测量等功能。
2.2电机驱动模块
电机的驱动芯片选用L298N作为驱动芯片。
工作稳定电机驱动信号由单片机提供，信号经过光耦隔离后传至PWM控制芯片L298N，通过L298N的输出引脚和两个电机相连。
L198N的连接方法如下图所示
本设计中采用脉宽调制技术（PWM）控制使能端（En），然后改变IN1和IN2的状态实现电机的正转和反转。
同时可改变脉宽的占空比来调节电机的转速。
PWM波形为周期不变的周期性高低电平信号，占空比为高电平时间除以周期，改变占空比实质上是改变了电动机的驱动电压。
下图为10%和50%占空比的PWM信号。
EnA
IN1
IN2
运转状态
0
X
X
停止
1
1
0
正转
1
0
1
反转
1
1
1
刹停
1
0
0
停止
2.2寻迹模块
当小车在白色地面行驶时，装在小车下的红外发射管发射红外线信号，经白色反射后，被接收管接受，一旦接收管接收到信号，输输出端将输出低电平，从而实现了通过红外线检测信号的功能。
将检测到的信号传到单片机的I/O口，当I/O口检测到的信号为高电平时，表明红外光被地上的黑线吸收了，表明小车正处在黑色的引线上；同理，当I/O口检测到的信号为低电平时，表明小车行驶在白色地面线上。
反射式红外传感器ST188采用高发射功率红外广电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。
检测距离可调整范围为4—15mm;采用非接触式检测方式。
当ST188前方为白色时，ST188接收管导通，电阻值减少，输出电压降低，此时比较器同相输入端（3脚）输入电压小，比较器输出为低电平，发光二极管点亮。
如下图所示
2.3趋光避障模块
本设计采用光敏电阻检测光源从而达到趋光效果，光敏电阻阻值随光照强度增大而减小，首先在自然光条件下调节R18改变基准电压，使发光二极管点亮。
当光照强度增大，光敏电阻阻值减少，输出电压增加，此时比较器同相输入端（3脚）输入电压大，比较器输出为高电平，发光二极管熄灭，如下图所示
在进行避障时采用了反射式红外传感器ST188，放于小车前部，三个ST188，左右中间各一个，且左右两个各向各自的两边倾斜45度角。
具体算法如下：
否
继续执行，当再次遇到障碍物时再次执行上程序，直到绕出障碍物为止。
2.4测距和显示模块
测距采用反射式红外传感器ST188结合小车轮子外围白条，进行扫描，由单片机计算其一秒钟所扫描白条的个数乘以两白条间的距离即可。
显示部分：
控制端口如下：
RS
RW
E
D0~D7
读状态
L
H
H
状态字
写状态
L
L
高脉冲
指令码
读数据
H
H
H
数据
写数据
H
L
高脉冲
数据
2.5电源模块
小车采用单电源供电，12VDC给电机驱动芯片L298N供电，并经一降压模块输出5V给主控制芯片以及其他芯片供电，电路如图所示：
3.结论
按照要求，小车已经较好的完成了题目要求的任务。
涉及包括机械结构，硬件，软件。
其中机械结构是小车能否稳定运行的基础，硬件电路决定了小车实现的功能，而软件部分则是控制的灵魂，算法的好坏直接决定了完成任务的质量。
整个设计无疑是一个充满辛苦的过程，期间也遇到了很多的困难，不过在全组组员的共同努力下，在整个实验室同仁的无私帮助下，以及老师的指导下，最终完成任务，在此对指导老师以及各位同学一并表示感谢！
程序源代码：
/***************************************
后来修改部分：
趋光由P1.6改为P3.0
四传感器将传感器INT去掉，接上P0.3
/***************************************/
#include
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
#include"motor.h"
#include"1602.h"
#include"xunji.h"
#defineWHITE0
#defineBLACK1
sbitBUZZER=P1^7;
sbitOPT=P3^0;
sbitzhang_left=P3^3;
sbitzhang_middle=P3^4;
sbitzhang_right=P3^5;
sbitcesu=P0^4;
ucharflag=0;//全白标志位
charroad_status=0;
/******蜂鸣器发声xMs，低电平发声*****************/
voidBuzzer（ucharx）
{
BUZZER=0;
DelayMs（x）;
BUZZER=1;
}
/***********趋光*******************************
函数名称：
Park
函数输入：
函数输出：
函数功能：
**********************************************/
voidPark（void）//灯亮（OPT1导通OPT=0,左拐）
{
Stop（100,100）;
GoHead（0,0）;
DelayMs（100）;
//if（OPT==1）//这种情况下只能用do{}...while光照一下即可
//do
//{
//{GoHead（52,5）;DelayMs（5）;}//右转
//}while（RIGHT_ST188&MID1_ST188&MID2_ST188&LEFT_ST188）;//任何一个检测到白线停止
do
{
TurnLeft（20,20）;DelayMs（1000）;
GoHead（20,15）;
}while（OPT）;
}
/***********蔽障*****************************
函数名称：
Bizhang
函数输入：
函数输出：
函数功能：
**********************************************/
voidBiZhang（void）//倒退右转90度前进_左转90度
{
GoBack（20,20）;
DelayMs（200）;
TurnRight（25,25）;//右转90度
DelayMs（1000）;
GoHead（21,21）;
DelayMs（1000）;
TurnLeft（25,25）;//左转90度
road_status=（P0&0x0f）;
while（!
zhang_left||!
zhang_middle||!
zhang_right）;
road_status=（P0&0x0f）;
}
/********************主函数******************/
voidmain（）
{
Init（）;//内部资源初始化
LcdReset（）;//液晶初始化
DisplayListChar（0,0,"Time",4）;
DispOneChar（7,0,':
'）;
DisplayListChar（0,1,"Speed",5）;
DisplayListChar（8,1,"cm/s",4）;
//DisplayListChar（8,0,"Time",4）;
road_status=（P0&0x0f）;//取低四位00001111
while
（1）
{
road_status=（P0&0x0f）;
if（（road_status==0））//一次全白
{
Buzzer（1000）;//1000ms
flag++;
if（flag==1）//第一次全白，开始趋光
{
Park（）;//趋光
}
elseif（!
zhang_left||!
zhang_middle||!
zhang_right）
{
BiZhang（）;
}
elseif（flag==2）//第二次全白，终点停车
{
Stop（0,0）;
EA=0;//关总中断
while
（1）
{
DispOneChar（5,0,MinuteH+0x30）;//显示时间00110000x,y,*DLata,L
DispOneChar（6,0,MinuteL+0x30）;//+48
DispOneChar（8,0,SecondH+0x30）;
DispOneChar（9,0,SecondL+0x30）;
}
}
}
DispOneChar（5,0,MinuteH+0x30）;//显示时间00110000x,y,*DLata,L
DispOneChar（6,0,MinuteL+0x30）;//+48
DispOneChar（8,0,SecondH+0x30）;
DispOneChar（9,0,SecondL+0x30）;
RoadTrack（road_status）;//循迹
DispOneChar（6,1,（b/10）+0x30）;//显示速度
DispOneChar（7,1,（b%10）+0x30）;
Delay_10Us（5）;
}
}
#definedataportP2//8位数据口#definedataportP0
#definebusy0x80//忙检测DB7DB7=1忙，DB7=0允许读写
sbitrs=P0^7;//寄存器选择输入端（硬件）
sbitrw=P0^6;//读写控制输入端（硬件）
sbite=P0^5;//使能信号输入端（硬件）
/*****************************液晶显示头文件*******************************/
/*--------简易延时函数---------*/
voiddelay（unsignedinti）
{
for（i;i>0;i--）;
}
voidDelay5Ms（void）
{
uintTemp=4552;
while（Temp--）;
}
/*--------------延时--------*/
voidLcddelay（unsignedcharMS）
{
unsignedchari,j;
while（MS!
=0）
{
j=4;
while（j!
=0）
{
i=0xf0;
while（i!
=0）
{
i--;
}
j--;
}
MS--;
}
}
/*---------------检测lcd状态--------------------*/
voidWaitForEnable（void）//等待使能
{
dataport=0xff;//dataport=P2;P2=0xff;
rs=0;
rw=1;
Lcddelay（5）;
_nop_（）;
e=1;
_nop_（）;
_nop_（）;//DB7=1忙，DB7=0允许读写
while（dataport&busy）;//busy=0x8010000000
e=0;
}
/*--------------------写命令--------------*/
voidLcdWriteCommand（unsignedcharCMD,unsignedcharAttribC）
{
if（AttribC）//en需要一个高脉冲读出/写入
WaitForEnable（）;
rs=0;
rw=0;
_nop_（）;
dataport=CMD;
Lcddelay（5）;
_nop_（）;
e=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
e=0;
}
/*----------显示光标定位------------*/
voidLocateXY（charpolx,charpoly）
{
unsignedchartemp;
temp=polx&0x0f;//0xf=0x0f
poly&=0x01;
if（poly）
temp|=0x40;
temp|=0x80;
LcdWriteCommand（temp,0）;
}
/*------------写字符---------------*/
voidLcdWriteLata（charlataW）
{
WaitForEnable（）;//检测忙否且en需要一个高脉冲读出/写入
rs=1;
rw=0;
_nop_（）;
dataport=lataW;
Lcddelay（5）;
_nop_（）;
e=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
e=0;
}
/*-------------在指定位置显示单个字符-----------------*/
voidDispOneChar（unsignedcharx,unsignedchary,unsignedcharWlata）
{
LocateXY（x,y）;
LcdWriteLata（Wlata）;
}
/*---------初始化----------*/
voidLcdReset（void）
{
LcdWriteCommand（0x38,0）;//显示模块设置00111000;
Lcddelay（5）;
LcdWriteCommand（0x38,0）;
Lcddelay（5）;
LcdWriteCommand（0x38,0）;
Lcddelay（5）;
LcdWriteCommand（0x38,1）;//清屏
LcdWriteCommand（0x08,1）;//00001000关显示，不显示光标，光标不闪烁；
LcdWriteCommand（0x01,1）;
LcdWriteCommand（0x06,1）;
LcdWriteCommand（0x0c,1）;
}
/*---在指定位置显示字符串---*///
voidDisplayListChar（unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharcode*DLata,unsignedcharL）
{
unsignedchari;
for（i=0;iDispOneChar（X++,Y,DLata[i]）;
}
//扫到白线输出为低
/***********道路检测循迹**********************
函数名称：
RoadTrack
函数输入：
函数输出：
函数功能：
**********************************************/
voidRoadTrack（road_status）
{
switch（road_status）
{
case1:
GoHead（64,30）;break;//小小右转00010x01
case3:
GoHead（65,13）;break;//小右转00110x03//
case7:
GoHead（65,6）;break;//大右转01110x07//
case11:
GoHead（80,81）;break;//直线前进10110x0b//
case13:
GoHead（80,81）;break;//直线前进11010x0d//
case9:
GoHead（80,81）;break;//直线前进10010x09//
case8:
GoHead（30,64）;break;//小小左转10000x08
case12:
GoHead（13,65）;break;//小左转11000x0c//
case14:
GoHead（6,64）;break;//大左转11100x0e//
case15:
GoBack（20,21）;DelayMs
（2）;break;//倒退1111//0x0f
//case0x00:
GoBack（50,50）;break;//直线后退
default:
break;
}
}
/*
//***********直道循迹**********************
voidRoadTrackZ（）
{
road_status=P0&0x0f;
switch（road_status）
{
case0x09:
GoHead（50,50）;DelayMs
（2）;break;//1001前进
//一下：
P0.0-P0.3
case0x0d:
GoHead（40,55）;break;//1011一级左转
case0x0c:
GoHea
升级会员 