电子信息系统综合设计试验MCU部分 智能机器小车设计.doc
电子信息专业实验报告课 程 电子信息系统综合设计实验MCU部分实验题目 智能机器小车设计 实验总分 学生姓名 学 号 0942051015 学生姓名 学 号 0942051159 学生姓名 学 号 0942051003 实验时间 周二 下午 地 点 JB520 分组 30 电子信息学院专业实验中心 寻迹小车摘要利用STC-89C52为控制核心,通过红外发射和接收管采集信号,并将信号转换为能被单片机识别的数字信号。单片机控制直流电机不同的转动状态,实现小车的左转、右转等功能,并通过发光二极管指示不同的运动状态。整个系统的电路结构简单,可靠性高。关键字：单片机 红外发射 步进电机 智能小车目录一、题目要求3二、软硬件设计方案32.1总体设计方案 32.1.1电机驱动系统方案论证42.1.2循迹检测系统方案 4三、各部分电路的作用及电路工作原理分析53.1单片机控制电路53.2电机驱动电路.63.3循迹检测电路 .63.4系统供电单元电路.7四、软件设计原理及流程图.74.1主程序流程图 .74.2程序8五、实验结果.85.1测试结果85.2基本要求8六、参考文献.8图1 控制电路图2 稳压电路单片机是整个小车运行的核心部分，起着控制小车所有运行状态的作用。单片机要完成电机控制、循线控制和光源检测控制等工作。本设计中小车的主控采用我们最为熟悉的STC-89C52单片机。1.电机驱动系统方案论证方案一：使用直流电机，直流电机具有良好的调速性能，控制起来也比较简单。直流电机只要通上直流电源就可连续不断的转动，调节电压的大小就可以改变电机的速度。常用的驱动方式是PWM方式，即脉冲宽度调制方式，此方法性能较好，电路和控制都比较简单，但也有其缺点，就是其控制精度较差，开动起来惯性力较大，较难控制。方案二：使用步进电机。步进电机具有良好的控制性能。当给步进电机输入一个电脉冲信号时，步进电机的输出轴就转动一个角度，因此可以实现精确的位置控制。与直流电机不同，要使步进电机连续的转动，需要连续不断的输入点脉冲信号，转速的大小由外加的脉冲频率决定。而且其转动不受电压波动和负载变化的影响，也不受温度、气压等环境因素的影响，仅与控制脉冲有关。但步进电机的驱动相对较复杂，要由控制器和功率放大器组成且成本较高。具体差别见下表1:表1 电机控制方式对比直流电机步进电机调速性能较好较差位置控制精度较差好驱动简单复杂稳定性较好好，仅与控制脉冲有关由上表可以看出步进电机和直流电机都有各自的优点。鉴于本设计中老师提供的是步进电机，所以我们采用步进电机。 2.循迹检测系统方案循迹检测常用到传感器。根据小车功能的要求有两种方案，一种是使用红外光电传感器，另一种是使用CCD传感器。这两种方案都可以达到小车循迹要求，目前使用最为普遍的循迹检测方法是红外探测法。两种方案的主要区别是使用的传感器不同。具体区别见表2。表2 循迹检测方案对比类型红外光电传感器CCD传感器受外界干扰程度小较小实时性好差对主控芯片要求较低较高成本较低高从上表中可以很明显的看出，红外传感器相对于DDC传感器来说，在实时性和对主控芯片的要求方面都比CCD传感器要好。基于这些优势以及处于成本的考虑，本设计采用传感器放置在小车底部距地面高度合适位置，可以达到很好的检测效果。三、 各部分电路的作用及电路工作原理分析1. 单片机控制电路微处理器是智能车的核心部分，主要完成对外围各个模块的管理。实现对外围模块的信号送以及对传感器模块的信号采集。并根据软件算法对所采集的信号进行处理发送信号给执行模块进行任务执行还对各种突发事件进行监控和处理。保证整个系统的正常运作。这里采用STC89C52单片机该单片机是兼容8051内核的低电压、高性能CMOS8位单片机片内含8KB的可反复擦写的只读存储器(PEROM)和256B的随机存取数据存储器(RAM)，32个IO口线，3个16位定时计数器，1个全双工串行通行口。ISP(在系统可编程)IAP(在应用可编程)，无需专用编程器，如图3所示。 图3 单片机控制电路2.电机驱动电路电机驱动模块由74HCl4D和L298D构成如图4所示。由于L298D有6个输入控制线，而IN1和IN2、IN3和IN4分别保持反向能够使电机做出正确动作为了节省单片机口线，单片机输出的控制码首先经过74HCl4D施密特触发器反相。然后再送到L298进行功率放大图中8个二极管起续流作用。 图4 电机驱动电路3.循迹检测电路该智能小车在铺有约两厘米宽黑纸的路面行驶，路面可看作白色。由于黑纸和白色路面对光线的反射系数不同，可以根据接收的反射光的强弱来判断道路黑纸轨迹。本设计利用红外线在不同颜色的物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，当红外线遇到白色地面时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑纸则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到信号。考虑到ST系列集成红外探测头价格便宜。体积小。简便易用，性能可靠。所以本设计选择了ST178反射式红外线光电传感器作为红外光的发射和接受器件，一般检测距离可达410cm,其内部结构和外接电路均较为简单.鉴于小车底部聚地面的距离不超过五厘米，故用红外光电传感器足以满足要求。其内部结构和外接电路均较为简单，检测电路如图5所示。图 5 循迹检测电路一、 软件设计原理及流程图二、 实验结果三、 参考文献等。 图 6光敏电路4.系统供电单元电路智能车控制系统中，不同电路模块需要的工作电压和电流容量各不相同。芯片需要提供5V的工作电压，而电机所需的电压为12V，本设计中用到的是12V的电源供电，然后通过三端稳压器LM7805将电压变换为5V电压供给电路系统。电源系统的电路图如图6所示。图6 稳压电源提供电路四、软件设计原理及流程图1.主程序流程图 如图7所示 图7 2.程序：#include<at89x52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuint TIME=5; / 延时变量/可控制速度 sbit k1=P32; / 2个输入sbit k2=P33;uchar temp;uchar code table1=0X01,0X03,0X02,0X06,0X04,0X0C,0X08,0X09;/ 正转时序uchar code table2=0X09,0X08,0X0c,0X04,0X06,0X02,0X03,0X01;/ 反转时序void delay(uint z) / 延时1MS 函数uint x,y; for (x=z;x>0;x-)for (y=110;y>0;y-);main()uchar i; while(1)temp=table1i<<4|table2i; / 装入驱动时序if(k1=0)&&(k2=1) /左跑位了 向右拐temp&=0xf0; / 右边驱动清零if(k1=1)&&(k2=0) /左跑位了 向右拐temp&=0x0f; / 右边驱动清零P2=temp;i+;if(i=8) /依次输出8个码i=0;delay(TIME); / 每个 脉冲都需延时五、 实验结果1.测试结果本次测试在长63cm宽42cm白底黑线的环形跑道上行驶，测试5次。实验仪器：12V直流电源，秒表。测试数据如下 表3。 表3、长63cm宽42cm的跑道 项目次数完成时间（s）有无脱离轨道备注1未完成有由于车体过高，没有接收到反射信号2118.12无顺利跑完3122.57无顺利跑完4127.04无顺利跑完5123.09无顺利跑完2.基本要求（1）能否沿着指定黑线走完规定轨道行驶完全程 满足六、 参考文献等1 高吉祥.全国大学生电子设计大赛培训系列教程M.电子工业出版社,2007.6.1.2 刘伟.传感器原理及其适用技术J.电子工业出版社,2006.3.3 张植宝.电机原理与应用M.化学工业出版社,2006.10.1.4 楼然苗.李光飞.单片机课程设计与指导M.北京:北京航空航天大学出版社,2007.7.1评阅人：
