科技立项结项报告.docx

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科技立项结项报告

学院

大学生科技创新项目

结项报告书

（2014—2015年度）

项目名称：

智能寻迹小车

申请人：

所在学院：

电子信息工程学院

专业年级：

2012级电子信息工程

指导教师:

电子信息工程学院制

智能寻迹小车

摘要：

本设计是一种基于单片机控制的简易自动寻迹小车系统，包括小车系统构成软硬件设计方法。

小车以AT89C51为控制核心,用单片机产生PWM波，控制小车速度。

利用红外光电传感器对路面黑色轨迹进行检测,并将路面检测信号反馈给单片机。

单片机对采集到的信号予以分析判断,及时控制驱动电机以调整小车转向,从而使小车能够沿着黑色轨迹自动行驶,实现小车自动寻迹的目的。

关键词：

单片机AT89C51；光电传感器；直流电机；自动循迹小车

一、引言

随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。

全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。

可见其研究意义很大。

本设计就是在这样的背景下提出的，指导教师已经有充分的准备。

本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。

设计的智能电动小车应该具有自动寻迹功能。

本设计采用MCS-51系列中的80C51单片机。

以80C51为控制核心，利用红外对管对黑色轨迹进行识别，从而实现自动寻迹功能。

80C51是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。

它是第三代单片机的代表。

第三代单片机包括了Intel公司发展MCS-51系列的新一代产品，如8ｘC152﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452,还包括了Philips﹑Siemens﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑ATMEL等公司以80C51为核心推出的大量各具特色﹑与80C51兼容的单片机。

新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩展，以实现Microcomputer完善的控制功能为己任，将一些外部接口功能单元如A/D﹑PWM﹑PCA（可编程计数器阵列）﹑WDT（监视定时器）﹑高速I/O口﹑计数器的捕获/比较逻辑等。

这一代单片机中，在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。

Philips公司还为这一代单片机80C51系列8ｘC592单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线----CAN（ControllerAreaNetworkBUS）.

本设计就采用了比较先进的80C51为控制核心，80C51采用CHOMS工艺，功耗很低。

该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。

尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景；在考古方面也应用到了超声波传感器进行检测。

所以本设计与实际相结合，现实意义很强。

二、硬件介绍

寻迹传感器模块

ST系列反射式光电传感器是经常使用的传感器。

这个系列的传感器种类齐全、价格便宜、体积小、使用方便、质量可靠、用途广泛。

所以采用ST188作为红外检测传感器。

在黑线检测的测试中，若检测到白色区域，发射管发射的红外线没有反射到接收管，测量接收管的电压为4．8V，若检测到黑色区域，接收管接受到发射管发射的红外线，电阻发生变化，所分得的电压也就随之发生变化，测的接收管的电压为0．5V，测试基本满足要求。

判断有无黑线我们用的一块比较器LM324，比较基准电压由30K的变阻器调节，各个接收管的参数都不一致，每个传感器的比较基准电压也不尽相同，我们为每个传感器配备了一个变阻器。

红外传感器ST188简介

含一个反射模块（发光二极管）和一个接收模块（光敏三极管）。

通过发射红外信号，看接收信号变化判断检测物体状态的变化。

A、K之间接发光二极管，C、E之间接光敏三极管（二者在电路中均正接，但要串联一定阻值的电阻）

图2-1ST188实物图图2-2ST188管脚图及内部电路

比较器LM324简介

LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。

内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。

电路功耗很小，工作电压范围宽，可用正电源3～30V，或正负双电源±1．5V～±15V工作。

在黑线检测电路中用来确定红外接收信号电平的高低，以电平高低判定黑线有无。

在电路中，LM324的一个输入端需接滑动变阻器，通过改变滑动变阻器的阻值来提供合适的比较电压。

图2-3LM324内部电路图2-4集成运放的管脚图

具体电路

通过ST188检测黑线，输出接收到的信号给LM324，接收电压与比较电压比较后，输出信号变为高低电平，再输入到单片机中，用以判定是否检测到黑线。

图2-5传感器模块电路图

控制器模块

采用Atmel公司的AT89C51单片机作为主控制器。

它是一个低功耗，高性能的8位单片机，片内含32k空间的可反复擦写100,000次Flash只读存储器，具有4K的随机存取数据存储器（RAM），32个I/O口，2个8位可编程定时计数器，且可在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。

时钟电路和复位电路如图2-7（与单片机构成最小系统）

1）采用外部时钟，晶振频率为12MHZ

2）采用按键复位

图2-7时钟电路和复位电路

电源模块

电源采用7805和7806成电路，分别给单片机和驱动模块和其他模块供电电路图如下

图2-8电源电路

驱动

驱动模块采用专用芯片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，其响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机。

以下为L298N的引脚图和输入输出关系表。

图2-9L298N外部引脚表2L298N输入输出关系

驱动电路的设计如图2-10所示：

图2-10L298N电机驱动电路

L298N的5、7、10、12四个引脚接到单片机上，通过对单片机的编程就可实现两个直流电机的PWM调速控制。

三、工作原理

如图右所示，当光电传感器开始接受信号，通过比较器将信号传如单片机中。

小车进入寻迹模式，即开始不停地扫描与探测器连接的单片I/O口，一旦检测到某个I/O口有信号变化，就执行相应的判断程序，把相应的信号发送给电动机从而纠正小车的状态。

单片机采用T0定时计数器，通过来产生PWM波，控制电机转速。

总体软件流程图

小车进入寻迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片I/O口，一旦检测到某个I/O口有信号变化，就执行相应的判断程序，把相应的信号发送给电动机从而纠正小车的状态。

软件的主程序流程图如图3-1所示：

小车循迹流程图

小车进入循迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片机I/O口，一旦检测到某个I/O口有信号，即进入判断处理程序，先确定4个探测器中的哪一个探测到了黑线，如果左面第一级传感器或者左面第二级传感器探测到黑线，即小车左半部分压到黑线，车身向右偏出，此时应使小车向左转；如果是右面第一级传感器或右面第二级传感器探测到了黑线，即车身右半部压住黑线，小车向左偏出了轨迹，则应使小车向右转。

在经过了方向调整后，小车再继续向前行走，并继续探测黑线重复上述动作。

循迹流程图如图3-2所示

由于第二级方向控制为第一级的后备，则两个等级间的转向力度必须相互配合。

第二级通常是在超出第一级的控制范围的情况下发生作用，它也是最后一层保护，所以它必须要保证小车回到正确轨迹上来，则通常使第二级转向力度大于第一级，即Turn_left2>Turn_left1,Turn_right2>Turn_right1（其中Turn_left2，Turn_left1,Turn_right2,Turn_right1为小车转向力度，其大小通过改变单片机输出的占空比的大小来改变），具体数值在实地实验中得到。

中断程序流程图

这里利用的是51单片机的T0定时计数器，从而让单片机P0口的P0.4和P0.5引脚输出占空比不同的方波,然后经驱动芯片放大后控制直流电机。

定时计数器若干时间（比如0.1ms）比如中断一次,就使P0.4或P0.5产生一个高电平或低电平。

中断程序流程图如图3-3所示

四、系统实现及调试（介绍调试的平台、软件、使用过程、附实物图）

设计整体电路，购买电路板、必须元器件、小车模型。

组装小车模型，焊接电路，调试，装配整体。

利用Keil_uVision软件进行程序的编写。

运用89C51单片机开发板进行程序的下载和调试。

在白纸上粘贴黑色胶带模拟轨道的各种情况，对小车的各个参数进行调试。

使其能够稳定的在轨道上自动循迹。

结论：

通过这次科技立项的制作，让我们学会了如何自主设计电路，同时认识到整个系统由51单片机智能控制，系统效率高，损耗小，智能化而且价格低廉，易于学习和研究。

我们所做的小车只是智能小车最简单的模型，还可以在其上面进行扩展和延伸，例如：

避障，无线遥控，等等。

它们在工业、考古、学习、研究有很大意义。

进一步的改进的意见：

小车对于轨道、光照等等影响稳定运行的各种因素的智能识别和对自身的智能调控。