综合技能训练报告书循迹小车.docx
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综合技能训练报告书循迹小车
工业中心/创新学院
综合技能训练报告书
题目：
循迹小车
专业：
电气工程
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
起迄日期：
设计地点：
技能训练说明书（论文）中文摘要
本设计采用STC89C52单片机作为小车的控制核心；采用光电传感器作为小车的循迹模块来识别白色路面中央的黑色引导线，采集信号并将信号转换为能被单片机识别的数字信号；采用驱动芯片构成双H桥控制直流电机，对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的融合，实现小车的预期功能。
关键词STC89C52单片机直流电机光电传感器自动寻迹小车
综合技能训练说明书（论文）外文摘要
TitleAutomaticallyfollowthetrail
Abstract
DuringthedesignofIntelligenttracingelectrictrolley,STC89C52singleclipisusedasthecontrolcore;atthesametimewithphotoelectricsensorstoidentifytheblackguidelineatthecentralofthewhiteroad,whichusedasthecartracingmodule,itcangatherthesignalandtransferitintodigitalsignalthatcanberecognizedbysinglechip.AndthedrivingchipconstitutethedoubleHbridgeconstituteofdrivingchipcancontroldirectcurrentmotor.carriesonthedesignandtheprocedureestablishmentaswellastheproceduredebuggingtotheentirecontrolsoftware,andcompletesthesoftwareandhardware'sfusionfinally,realizescar'santicipatedfunction.
KeywordsSTC89C52monolithicintegratedcircuit
Adirectmotor
Photoelectricsensors
Automaticallybecomethecarfor
目录
一.系统方案2
1.1设计要求2
1．设计任务2
2．基本要求2
1.2组成模块及方案论证3
1.基本模块3
2.方案论证3
二．理论分析6
2.1直流稳压电源6
2.2信息采集电路6
1.循迹电路6
2.3控制器电路8
2.4执行电路10
1.电机驱动电路10
三.系统流程图12
3.1程序设计流程图12
四.软件设计13
4.1循迹电路程序13
五.结论16
六．参考文献17
七．附录18
一.系统方案
1.1设计要求
1．设计任务
设计并制作一小车，能按预定轨迹（宽度约2cm的黑色轨迹）行驶，从起跑线行驶开始计时，到达终点线后小车停止。
不能用人工遥控行驶（包括有线和无线遥控）。
黑色轨迹线宽度约2cm，轨迹在白色板子上。
小车能实现循迹（包括直线，左转，右转和停止）。
2．基本要求
车辆从起跑线出发（出发前，车体不得超出起跑线），能到达终点线并且停止在终点线。
全程行驶时间应力求最短（从合上小车电源开关开始计时）。
到达终点线小车停止后，停车位置离终点线偏差应最小（以小车中心点与终点线之间距离作为偏差的测量值）。
1.2组成模块及方案论证
1.基本模块
（1）电源模块：
由电池或者移动电源代替。
（2）信息采集模块：
信息采集部分是由光电检测和LM393组成。
光电管将检测到的信号经过LM393后送给单片机处理，其核心部分是几个光电传感器。
（3）控制处理模块：
控制处理模块是一片STC89C52单片机为核心，单片机将从采集到的信息进行判断后，按照预定的算法处理，把处理的结果送交电机驱动。
（4）执行模块：
执行模块是电机驱动及电机组成。
电机驱动根据单片机的指令对两个电机进行动作，使之能够根据需要作出相应的报警、转弯、停车等的动作，以达到预期的目的。
2.方案论证
（1）小车主体设计方案
自己设计制造小车主体结构，能够按照布局设计思路来完成小车主体设计技术报告结构的调整，保证电路部分和机械部分的全面协调。
可以合理地安放传感器，同时也可以锻炼自己的学科穿越能力以及动手设计能力，兼有成本低廉的优势。
但是自己设计的小车未免会外表粗糙，费时费力。
通过设计来全面提高自身的素质和能力。
（2）传感器设计方案
采用光电传感器
由于采脉冲调制的反射式红外发射接收用带有交流分量的调制信号，则可大幅度减少外界的干扰；此外红外发射接收管的工作电流取决于平均电流，如果采用占空比小的调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬时电流很大（50～100mA）（ST-188允许的最大输入电流为50mA），则大大提高了信噪比。
此种测试方案反应速度大约在5us。
（3）控制器方案论证
按照题目要求，控制器主要用于控制电机，通过相关传感器对路面的轨迹信息进行处理，并将处理信号传输给控制器，然后控制器做出相应的处理，实现电机的前进和后退，保证在允许范围类实现跷跷板的平衡。
采用STC89C52作为系统控制的方案。
STC89C52单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，功耗低、体积小、技术成熟，成本也比ARM低。
（4）电机驱动设计方案
自己搭建桥式电机驱动。
电机加减速以及正反转的典型电路是H桥驱动电路，根据需要分析，可用功率三极管来搭建，这样有助于提高我们的动手能力和知识融汇通的能力。
但是要想得到两个理想的独立驱动，必须选用参数尽量完全一致的管子才行，这些元件的制造工艺只能保障在一定的范围内一致，这样，给调试带来不少的麻烦，且抗外界干扰能力差，复杂化了电路的设计。
二．理论分析
2.1直流稳压电源
稳压电路：
我们采用7805和7809正负电源对单片机和其他电路供电。
由变压器输出的交流12v电压经D1--D4整流，C1、C2滤波得到直流电压，其中变压器双电源的中心抽头作为公共接地端。
电源的制作过程当做焊接的练习，小车上的供电使用的是四节电池或者移动电源代替。
2.2信息采集电路
1.循迹电路
在本次设计中,赛道只有黑白两色,小车只要能区分黑白两色就可以采集到准确的路面信息。
经过考虑，在本项目中采用红外光电传感器作为信息采集元件。
（1）小车循迹原理
该循迹小车在画有黑线的白板上行驶，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一—黑线。
该模块中利用了简单、应用也比较普遍的检测方法一红外探测法。
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。
（2）传感器的选择
路径识别方案：
电开关脱离轨道时，等待外面任意一只检测到黑线后，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，虽然小车在寻迹过程中有一定的左右摇摆。
但只要控制好行驶速度就可保证车身基本上接近于沿靠轨道行驶。
市场上用于红外探测法的器件较多，可以利用反射式传感器外接简单电路自制探头，也可以使用结构简单、工作性能可靠的集成式红外探头。
ST系列集成红外探头价格便宜、体积小、使用方便、性能可靠、用途广泛，所以该系统中最终选择了STl68反射传感器作为红外光的发射和接收器件，其内部结构和外接电路均较为简单，如图所示：
图2-1循迹电路原理图
图2-2循迹电路PCB图
图2-3循迹电路实物图
2.3控制器电路
图2-3是单片机最小系统电路。
主要包括：
时钟电路、电源电路、复位电路。
其中各个部分的功能如下：
1、时钟电路：
给单片机提供一个外接的12MHz的石英晶振。
2、电源电路：
给单片机提供5V电源。
3、复位电路：
在电压达到正常值时给单片机一个复位信号。
图2-4单片机原理图
图2-5单片机最小系统实物图
2.4执行电路
1.电机驱动电路
采用直流电机配合由双极性管组成的H桥电路。
用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速。
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桥电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也很高，是一种广泛采用的调速技术，其电路原理简图如图2-5所示。
图2-6驱动模块原理图
图2-7驱动模块PCB图（9cm*7cm）
图2-8电机驱动实物图
三.系统流程图
3.1程序设计流程图
系统程序设计流程图如下：
图3-1程序流程图
图3-2控制模块原理框图
四.软件设计
4.1循迹电路程序
#include
#defineuintunsignedint
#definew1
#defineb0
intspeed_l=20,speed_r=20,l=0,r=0,t=0,flag0=0,flag1=0,mo1_1=0,mo1_2=0,mo2_1=0,mo2_2=0,sl=20,sr=20;
/*电机驱动*/
sbitright_1=P1^0;//右电机正转
sbitright_2=P1^1;//右电机反转，初始化置0
sbitleft_1=P1^2;//左电机正转
sbitleft_2=P1^3;//左电机反转，初始化置0
/*循迹*/
sbitright=P3^0;//右循迹模块
sbitleft=P3^1;//左循迹模块
voidinit（）
{
left=w;
right=w;
TMOD=0x01;
IE=0x82;
TH0=0xFF;
TL0=0x9B;
TR0=1;
}
voidtimes（void）interrupt1
{
TH0=0xFF;
TL0=0x9B;
l++;
r++;
if（l<=20）
{
if（l<=speed_l）
{
left_1=mo1_1;
left_2=mo1_2;
}
else
{
left_1=0;
left_2=0;
}
}
else{l=0;}
if（r<=20）
{
if（r<=speed_r）
{
right_1=mo2_1;
right_2=mo2_2;
}
else
{
right_1=0;
right_2=0;
}
}
else{r=0;}
if（mo1_1||mo1_2||mo2_1||mo2_2==1）
{
if（t++>8440）
{
P0--;
t=0;
}
}
}
voiddetect（）
{
if（left==w&&right==w）{flag1=0;}//直走
elseif（left==b&&right==w）{flag1=1;}//左转
elseif（left==w&&right==b）{flag1=2;}//右转
elseif（left==b&&right==b）{flag1=3;}//停止
switch（flag1）
{
case0:
mo1_1=1;mo1_2=0;mo2_1=1;mo2_2=0;speed_l=sl;speed_r=sr;break;
case1:
mo1_1=0;mo1_2=1;mo2_1=1;mo2_2=0;speed_l=sl;speed_r=sr;break;
case2:
mo1_1=1;mo1_2=0;mo2_1=0;mo2_2=1;speed_l=sl;speed_r=sr;break;
case3:
mo1_1=0;mo1_2=0;mo2_1=0;mo2_2=0;speed_l=sl;speed_r=sr;break;
default:
break;
}
}
voidmain（void）
{
P0=0xFF;
init（）;
while
（1）
{detect（）;}
}
五.结论
经过两个星期的努力，我们同心协力，分工合作，共同完成了智能循迹小车的项目。
在制作过程中遇到了许多困难与挫折，从开始的画电路板，打印，使用制版机，腐蚀，打孔等，这些以前都没有做过没有经验，但我们一起合作最终完成了制作。
制作驱动板和循迹模块，下载程序到单片机中最后连线，到轨迹上测试。
在这次设计中，我们获益匪浅。
其中不仅仅包括知识上的，也包括意志与精神上的。
参加这次实训对我们来说是一次宝贵的经历，也是人生的一笔宝贵财富。
当然由于知识能力和水平有限，我们也有做得不好与不完善的地方，恳请老师批准指正，希望下次我们能做得更好。
六．参考文献
[1]胡大可MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用[M].北京：
北京航空航天大学出版社，2000.
[2]赵志刚，吴海彬.ProtelDXP实用教程教程[M].北京：
清华大学出版社，2004.
[3]李正军。
计算机控制系统。
北京：
机械工业出版社，2005
[4]RamonPallas-Areny，JohnG.Webster（美）。
传感器和信号调节，第2版。
张伦译。
北京：
清华大学出版社，2003
[5]船仓一朗，土屋尧等（日）。
机器人控制电子学。
宗光华，杨洋，唐伯雁译。
北京：
科学出版社，2004
[6]罗亚非等。
凌阳16位单片机应用基础。
北京：
北京航空航天大学出版社，2003
[7]童诗白，华成英。
模拟电子技术基础。
北京：
高等教育出版社，2003
[8]高峰编。
单片微型计算机原理与接口技术。
北京：
科学出版社，2003
[9]闫玉德，葛龙，俞虹编。
单片微型计算机原理与设计。
北京：
中国电力出版社，2010.8
七.附录
图7-1循迹小车最终实物图
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