遥控智能小汽车单片机课程设计.docx
《遥控智能小汽车单片机课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《遥控智能小汽车单片机课程设计.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
遥控智能小汽车单片机课程设计
学号：
2011-2012学年第一学期
《单片机课程设计》
课程设计报告
题目：
遥控智能小车
专业：
班级：
姓名：
指导教师：
成绩：
电气工程系
2011年12月17日
课程设计任务书
一设计目的
设计一遥控智能小车,使之能自动寻迹、壁障等功能。
二、设计任务
设计一遥控智能小车
三、具体要求
1、自制遥控器控制选择小车的运动方式（模式）；
2、遥控器可以方便灵活的控制小车的前进、转弯、加速等；
3、小车应具有自动寻迹功能；
4、壁障功能；
5、用LCD显示相关信息；
6、其他功能。
摘 要
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。
我此次的设计主要实现循迹避障这两个功能。
利用红外对管检测黑线与障碍物，并以STC89C52单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。
其中小车驱动由L298N驱动电路完成，速度由单片机输出的PWM波控制。
关键词：
智能小车；STC89C52单片机；L298N；红外对管
第一章设计任务、要求、目标…………………………………………………1
1.1设计目的……………………………………………………………………1
1.2设计任务及要求………………………………………………………1
第二章方案设计与论证……………………………………………………1
2.1主控系统………………………………………………………………1
2.2电机驱动模块……………………………………………………………1
2.3循迹模块………………………………………………………………2
2.4避障模块………………………………………………………………2
2.5机械系统………………………………………………………………2
2.6电源模块………………………………………………………………2
第三章硬件设计……………………………………………………………3
3.1总体设计………………………………………………………………3
3.2驱动电路………………………………………………………………3
3.3信号检测模块……………………………………………………………4
3.4主控电路………………………………………………………………5
第四章软件设计…………………………………………………………6
4.1主程序模块………………………………………………………………6
4.2电机驱动程序……………………………………………………………6
4.3循迹模块…………………………………………………………………7
4.4避障模块…………………………………………………………………9
第五章制作安装与调试……………………………………………………12
5.1PCB的设计与安装………………………………………………………12
5.2小车的调试………………………………………………………………12
第六章总结…………………………………………………………………13
参考文献……………………………………………………………………13
附录……………………………………………………………………………14
第一章设计任务、要求、目标
一、设计目的
设计一遥控智能小车,使之能自动寻迹、壁障等功能，
二、设计任务
设计一遥控智能小车
三、具体要求
1、自制遥控器控制选择小车的运动方式（模式）；
2、遥控器可以方便灵活的控制小车的前进、转弯、加速等；
3、小车应具有自动寻迹功能；
4、壁障功能；
5、用LCD显示相关信息；
6、其他功能。
第二章方案设计与论证
根据要求，确定如下方案：
在现有玩具电动车的基础上，加装光电检测器，实现对电动车的速度、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。
2.1主控系统
根据设计要求，我认为此设计属于多输入量的复杂程序控制问题。
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、价格低廉等优点。
因此，这种方案是一种较为理想的方案。
针对本设计特点——多开关量输入的复杂程序控制系统，需要擅长处理多开关量的标准单片机，而不能用精简I/O口和程序存储器的小体积单片机，D/A、A/D功能也不必选用。
根据这些分析,我选定了P89C51RA单片机作为本设计的主控装置，51单片机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，程序空间多达8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是51单片机价格非常低廉。
在综合考虑了传感器、两部电机的驱动等诸多因素后，我们决定采用一片单片机，充分利用STC89C52单片机的资源。
2.2电机驱动模块
采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。
线性型驱动的电路结构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的H型桥式电路（如图2.1）。
用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机转速。
这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高，H型桥式电路保证了简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的PWM调速技术。
现市面上有很多此种芯片，我选用了L298N（如图2.2）。
这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。
因此决定采用使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。
2.3循迹模块
采用三只红外对管，一只置于轨道中间，两只置于轨道外侧，当小车脱离轨道时，即当置于中间的一只光电开关脱离轨道时，等待外面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。
现场实测表明，小车在寻迹过程中有一定的左右摇摆不定，虽然可
2.4避障模块
采用一只红外对管置于小车右侧。
通过测试此种方案就能很好的实现小车避开障碍物，且充分的利用资源而不浪费。
（参考文献[3]）
2.5机械系统
本题目要求小车的机械系统稳定、灵活、简单，而三轮运动系统具备以上特点。
驱动部分：
由于玩具汽车的直流电机功率较小，而小车上装有电池、电机、电子器件等，使得电机负担较重。
为使小车能够顺利启动，且运动平稳，在直流电机和轮车轴之间加装了三级减速齿轮。
电池的安装：
将电池放置在车体的电机前后位置，降低车体重心，提高稳定性，同时可增加驱动轮的抓地力，减小轮子空转所引起的误差。
简单，而三轮运动系统具备以上特点。
2.6电源模块
采用8支1.5V电池双电源分别给单片机与电机供电可解决方案二的问题且能让小车完成其功能。
第三章硬件设计
3.1总体设计
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，后轮是万象轮，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停止，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停止，车向右修正。
避障的原理和循线一样，在车身右边装一个光电对管，当其检测到障碍物时，主控芯片给出信号报警并控制车子倒退,转向，从而避开障碍物。
3.1.1主板设计框图如图3.1，所需原件清单如表3.1。
图3.1主板设计框图
3.2驱动电路（参考文献[4]）
电机驱动一般采用H桥式驱动电路，L298N内部集成了H桥式驱动电路，从而可以采用L298N电路来驱动电机。
通过单片机给予L298N电路PWM信号来控制小车的速度，起停。
驱动原理图如图3.3。
图3.3电机驱动电路
3.3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。
笔者在该模块中利用了简单、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光被吸收，则小车上的接收管接收不到信号，再通过LM324作比较器来采集高低电平，从而实现信号的检测。
避障亦是此原理。
电路图如图3.4。
市面上有很多红外传感器，在这里我选用TCRT5000型光电对管。
图3.4循迹原理图
3.4主控电路
本模块主要是对采集信号进行分析，同时给出PWM波控制电机速度，起停。
以及再检测到障碍报警等作用。
其电路图如图3.5。
图3.5主控电
第四章软件设计
4.1主程序框图：
图4.1主程序框图
4.2电机驱动程序
voidgoahead（）
{
s1=1;
s2=0;
s3=1;
s4=0;
}
voidgoback（）
{
s1=0;
s2=1;
s3=0;
s4=1;
}
voidturnleft（）
{
s3=1;
s4=0;
}
voidturnright（）
{
s1=1;
s2=0;
}
voidstop（）
{
en1=0;
en2=0;
}
4.3循迹模块
循迹框图：
图4.2循迹框图
循迹程序：
voidxunji（）
{
if（（left_red==1）&（right_red==1））
{
en1=1;
en2=1;
goahead（）;
delay（150）;
en1=0;
en2=0;
delay（50）;
}
elseif（（left_red==0）&（right_red==1））
{
en1=0;
en2=1;
P0_0=!
P0_0;
turnleft（）;
delay（150）;
en1=1;
en2=0;
delay（50）;
}
elseif（（left_red==1）&（right_red==0））
{
en1=1;
en2=0;
P0_1=!
P0_1;
turnright（）;
delay（150）;
en1=0;
en2=1;
delay（50）;
}
else
{
stop（）;
}
}
4.4避障模块
避障框图：
图4.3避障框图
避障程序：
voidbizhang（）
{
en1=1;
en2=1;
goback（）;
mid_red=0;
baojing（）;
goback（）;
for（i=0;i<8;i++）
{
en1=1;
en2=1;
delay（150）;
en1=0;
en2=0;
delay（50）;
}
stop（）;
delay（10）;
turnleft（）;
for（i=0;i<11;i++）
{
en1=0;
en2=1;
delay（130）;
en2=0;
delay（50）;
}
stop（）;
delay（10）;
goahead（）;
for（i=0;i<22;i++）
{
en1=1;
en2=1;
delay（130）;
en1=0;
en2=0;
delay（50）;
}
stop（）;
delay（10）;
turnright（）;
for（i=0;i<18;i++）
{
en1=1;
en2=0;
delay（130）;
en1=0;
delay（50）;
}
xun:
if（（left_red==1）&（right_red==0））
{
loop:
turnleft（）;
en1=0;
en2=1;
delay（30）;
turnright（）;
en1=1;
delay（50）;
en1=0;
delay（50）;
en2=0;
delay（50）;
if（（left_red==1）&（right_red==1））
{
;
}
else
{
gotoloop;
}
}
else
{
en1=1;
en2=1;
goahead（）;
delay（80）;
en1=0;
en2=0;
delay（50）;
gotoxun;
}
}
第五章制作安装与调试
5.1PCB的设计制作与安装
采用DXP2004绘制原理图与PCB板，布线的过程中必须注意焊盘的大小与铜线的宽度。
我选取的焊盘内径为0.8mm,外径2mm；铜线宽1mm。
从做板的情况来看基本达到制作得要求。
采用螺丝将循迹板安装在车头，主板与电机驱动安装在车尾。
5．2小车调试
通过改变循迹板滑动变阻器器的大小来调试红外对管的灵敏度，通过改变延时程序来改变速度的大小。
下表为小车运行的情况
：
表5.1小车调试情况
小车运行次数
成功循迹次数
成功避障次数
1
1
1
2
2
1
3
3
2
4
4
2
5
5
4
第六章总结
整个系统的设计以单片机为核心，利用了多种传感器，将软件和硬件相结合。
本系统能实现如下功能：
（1）自动沿预设轨道行驶小车在行驶过程中，能够自动检测预先设好的轨道，实现直道和弧形轨道的前进。
若有偏离，能够自动纠正，返回到预设轨道上来。
（2）当小车探测到前进前方的障碍物时，可以自动报警调整，躲避障碍物，从无障碍区通过。
小车通过障碍区后，能够自动循迹
（3）自动检测停车线并自动停车。
从运行情况来看循迹的效果比较好，避障的效果不是很好，我认为是由于电源不能稳定而是的小车的速度不好控制，这也是我这次设计最大的误区，没有选取稳定的电源。
我相信如果实验条件和时间的允许下我肯定能解决这一问题。
通过本次设计我掌握了很多以前不熟练的东西，认识了很多以前不熟悉得东西，使我在人生上又进了一步。
也认识到很多的不足。
参考文献
[1]郭惠，吴迅.单片机C语言程序设计完全自学手册[M].电子工业出版社,2008.10：
1-200.
[2]王东锋，王会良，董冠强.单片机C语言应用100例[M].电子工业出版社,2009.3：
145-300.
附录：
表3.1元件清单
元件
数量
元件
数量
元件
数量
直流电机
2只
电阻
若干
集成电路芯片
若干
单片机
1块
二极管
若干
电容
若干
红外对管
3只
蜂鸣器
1只
电位器
若干
12M晶振
1只
杜邦线
若干
玩具小车
1个
排针
若干
指导老师评语
（手写>300字）
课程设计成绩
指导老师
201年月日
升级会员 