哈尔滨理工大学第五届电子设计大赛技术报告(小车).docx

《哈尔滨理工大学第五届电子设计大赛技术报告(小车).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《哈尔滨理工大学第五届电子设计大赛技术报告(小车).docx（28页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、小组名称（智能车组）组长张延聪组员李晖组员马力指导人 万泉三英卓越电子协会比赛论文哈尔滨理工大学第五届“电子设计大赛”技术报告 比赛论文三英卓越电子协会版本修改日期原因作者目 录1. 摘要12. 系统设计要求13. 系统方案的选择与论证24. 算法设计与分析35. 系统设计46. 系统调试57. 系统测试结果分析68. 参考文献.79. 附录.8摘要 随着计算机和信息技术的飞速发展，智能技术的开发受到越来越广泛的重视，其开发速度也在快速增加。由于智能化的程度越来越高，使得其应用范围也在不断的扩展。与此同时，机器人技术的发展势头迅猛,其应用领域众多，智能循迹小车就是机器人技术与智能控制技术相结合

2、的一个应用典范。通俗来讲，智能循迹小车就是智能机器人的另一种形式，它用轮子代替了机器人的双腿，因而在机械设计和电路方面都要比智能机器人简单，另外，其控制系统和智能机器人相比也较为简单，可是其对行车速度和行驶方向的配合则要求较严格，它首先通过传感器获取目标道路信息，然后结合智能车当前的行驶状态智能地做出决策，对其行驶方向与行车速度进行调整，从而达到准确快速跟踪道路的目的。下面将介绍了基于STC12c5a60s2单片机为控制核心的智能循迹小车的设计，该智能循迹小车是一种在控制系统的作用下，可以准确沿既定路线自动行驶的系统。本设计中，采用STC12c5a60s2单片机为主控制芯片，结合步进电机、传感

3、器、电源电路及其他外围电路,设计实现了小车沿黑色轨迹行走的智能循迹小车，其中小车循迹功能由红外式光电传感器完成，小车的驱动功能由L298n驱动电路完成。一、 系统设计要求本设计中，循迹指的是小车在白色纸板上沿着2cm宽的黑线行走。红外传感器的发射管发出红外线，由接收管接收。同时，接收的物理量被转化成电信号，经过信号放大电路处理，将信息传递给单片机，进行一定的算法处理，最后根据处理过的信息通过驱动L298n芯片，来对小车的状态进行控制，从而达到驱动小车行走和循迹的目的。循迹时，由于红外线在白色地板和黑线上的反射系数不同，所以可以根据三极管接收红外线的强弱来决定小车的走向，以下是循迹小车可以实现的

4、具体功能：1、 在白色纸板上沿着2cm宽的黑线行走 2、 能排除中途十字线的干扰，并在终点停车3、 可以识别并通过锐角弯、钝角弯、直角弯等4、 可以圆滑的走过弧线形跑道二、系统方案的选择与论证1、方案选择本设计采用五对红外传感器，采用“一字型”分布。中间传感器接收不到反射回来的红外线，而左右各两个传感器能接收到反射回来的红外线，则小车直线前进；当左边和中间（或只有左边）的传感器接收不到反射回来的红外线，只有右边传感器能接收到时，说明小车向右偏离黑色轨道，则小车向左转动；同理，当中间和右边（或只有右边）的传感器接收不到反射回来的红外线，只有左边传感器能接收到时，说明小车向左偏离黑色轨道，则小车向

5、右转动，从而实现自动循迹。本设计中红外传感器离地面垂直距离为2cm，能在没有强烈日光干扰或在有日光灯的房间里，完全能满足探测要求，具有很好的可靠性与抗干扰能力。2、模块选择(1)单片机最小系统：STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。（2）红外探测模块本模块使用五个红外对管，成一字型排列，能够很好地对黑线进行检测并对小车的状态

6、进行引导。（3）电源模块 输入12V直流电，输出为5V、6V和12V。为单片机、红外探测模块、电机驱动模块和步进电机供电。（4） 电机驱动模块 采用L298N芯片对步进电机进行控制，L298N有四个输入口IN1、IN2、IN3、IN4与单片机IO口相连，和四个输出口OUT1、OUT2、OUT3、OUT4分别于步进电机四线进行控制。三、算法设计与分析1.通过前置的一字型排列的5个红外传感器把小车此时的可能状态探测出来（探测到黑线返回低电平，否则为高电平）。定义最左边的红外对管为左1，左边第二个为左2，同理，右1，右2，中间的红外对管定义为中。情况如下：（低低电平，高高电平）（1）小左转的情况：左

7、1（高）左2（低）中（低）右2（高）右1（高） 左1（高）左2（低）中（高）右2（高）右1（高）（2） 小右转的情况：左1（高）左2（高）中（低）右2（低）右1（高） 左1（高）左2（高）中（高）右2（低）右1（高）（3） 直线行走： 左1（高）左2（高）中（低）右2（高）右1（高） 左1（高）左2（低）中（低）右2（低）右1（高） 左1（低）左2（低）中（低）右2（低）右1（低） 左1（高）左2（高）中（高）右2（高）右1（高） （4）大右转的情况：左1（高）左2（高）中（低）右2（低）右1（低） 左1（高）左2（高）中（高）右2（低）右1（低） 左1（高）左2（低）中（低）右2（低）右1（

8、低） 左1（高）左2（低）中（低）右2（高）右1（低） 左1（高）左2（低）中（高）右2（高）右1（低） 左1（高）左2（低）中（高）右2（低）右1（低） 左1（高）左2（高）中（高）右2（高）右1（低） （5）大右转的情况：左1（低）左2（低）中（低）右2（高）右1（高） 左1（低）左2（低）中（高）右2（高）右1（高）左1（低）左2（高）中（高）右2（高）右1（高）左1（低）左2（低）中（低）右2（低）右1（高）左1（低）左2（高）中（低）右2（低）右1（高）左1（低）左2（高）中（高）右2（低）右1（高）左1（低）左2（低）中（高）右2（低）右1（高）采用if语句对上述情况进行检测。（1

9、）（2）（3）情况下小车大致在沿直线行走或在过钝角弯，所以只对小车进行小幅度控制。采用一个轮前转，一个轮不转的方式。（4）（5）情况下小车大致在过直角弯，锐角弯。所以需要对小车进行大幅度的调整。采用一个轮前转，一个轮后转的方式。2.采用8拍控制2相4线步进电机，且采用总线的控制方式。这样电机在运转时相对比较稳定。总线型8拍（双电机）：0x11,0x33,0x22,0x66,0x44,0xcc,0x88,0x99采用FOR循环驱动电机，例如：前进函数：Char bit=0x11,0x33,0x22,0x66,0x44,0xcc,0x88,0x99;For(i=0;i8;i+)8_biti;Del

10、ay（）；这样通过不断地给电机送8拍信号就使电机前转了，而且可以通过控制给电机的8拍的数量来控制电机转动的角度。四、 系统设计（一）、硬件设计原理：本系统采用STC12C5A60S2单片机为控制核心控制循迹模块及电机驱动模块。循迹模块采用五个红外线发射管LTH-1550-01，当检测到黑线时，红外对管的接收端接收到黑白线返回来的红外光，其输出经LM358运放后传给单片机进行分析处理，然后将处理结果发送到电机驱动模块。电机驱动模块采用L298N驱动芯片，由于单片机输出信号电压偏低，且负载能力不够，故不能用来直接驱动电机。L298N驱动芯片是性能优越的小型直流电机驱动芯片之一。它可以被用来驱动两个

11、直流电机，或一个四线二相步进电机，在4V6V电压下，可以提供2A驱动电流。供电模块采用LM2596稳压。LM2596是3A电流输出降压开关型集成稳压芯片，它内含固定频率振荡器（150KHZ），和基准稳压器（1.23v），并具有完善的保护电路：电流限制、热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。可以实现对输出电压的调节。（二）、硬件原理图：1、红外探测模块原理图：元件清单：LTH1550 5个、LM358 3个、滑动变阻器 5个、电阻若干2、供电模块：元件清单：LM2596 3个、LM1117 1个、滑动变阻器 3个、电感 3个、贴片led 1个、电阻若干、电容若干、二极管

12、若干3、电机驱动模块：元件清单：L298N 2个、电阻若干4、 控制核心单片机（三）、程序原理图：（四）、程序设计原理：*以下为最终程序*#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char/*sbit zuo_a=P20;sbit zuo_b=P21;sbit zuo_c=P22;sbit zuo_d=P23;/左右电机4线位声明sbit you_a=P24;sbit you_b=P25;sbit you_c=P26;sbit you_d=P27;/*sbit zuo_1=P17;sbit zuo_2=P16;sbit zh

13、ong=P15;/5个红外对管位声明sbit you_2=P14;sbit you_1=P13;/*sbit zuo_qian=P10;sbit you_qian=P11;/*函数声明*void delay(uint z);void go();void turn_zuo(uint a);void turn_you(uint b);void init();void jiance();void turn_big_zuo(uint big_zuo);void go_(uint go);void turn_big_you(uint big_you);void time0_init();/*uchar

14、code date=0x11,0x33,0x22,0x66,0x44,0xcc,0x88,0x99;/前进码uchar code date_zuo=0x10,0x30,0x20,0x60,0x40,0xc0,0x80,0x90;/小左转码uchar code date_big_zuo=0x19,0x38,0x2c,0x64,0x46,0xc2,0x83,0x91;/大左转码uchar code date_big_you=0x91,0x83,0xc2,0x46,0x64,0x2c,0x38,0x19;/大右转码uchar code date_you=0x01,0x03,0x02,0x06,0x0

15、4,0x0c,0x08,0x09;/小右转码/*uint c,turn_you_delay,turn_zuo_delay,small_zuo,small_you,shizi,num,shizi_float,shizi1,o,black;void main()delay(6000);delay(6000);/延时大约3秒delay(6000);init();/初始化函数while(1)jiance();/检测函数void init()shizi1=0;shizi_float=0;shizi=0;time0_init();turn_zuo_delay=20;turn_you_delay=20;c=

16、40;small_zuo=20;small_you=20;num=0;o=14;black=2;/*定时器0初始化50ms*void time0_init()TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1; /*中断函数*void time0() interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;/*终点停止函数*shizi+;if(shizi=4)shizi=0;if(zuo_1=0&zuo_2=0&zhong=0&you_1=0&you_

17、2=0)go_(10);num+;if(num=2)TR0=0;num=0;go_(20);while(1);/*/*延时函数*void delay(uint z)uint i ;uchar j;for(i=0; iz; i+)for(j=0; j110; j+);/*前进函数*void go()uint i;for(i=0;i8;i+)P2=datei;delay(c);/*可控前进函数*void go_(uint go)while(-go)uint i;for(i=0;i8;i+)P2=datei;delay(c);/*小左转函数*void turn_zuo(uint a)uint i;w

18、hile(-a)for(i=0;i8;i+)P2=date_zuoi;delay(small_zuo);/*大左转函数*void turn_big_zuo(uint big_zuo)uint i;while(-big_zuo)for(i=0;i8;i+)P2=date_big_zuoi;delay(turn_zuo_delay);/*小右转函数*void turn_you(uint b)uint i;while(-b)for(i=0;i8;i+)P2=date_youi;delay(small_you);/*大右转函数*void turn_big_you(uint big_you)uint i

19、;while(-big_you)for(i=0;i8;i+)P2=date_big_youi;delay(turn_you_delay);/*检测函数*void jiance()if(zhong=0&zuo_1=0&zuo_2=0&you_1=0&you_2=0)go();if(zhong=0&zuo_1=1&zuo_2=1&you_1=1&you_2=1)go();if(zhong=0&zuo_1=1&zuo_2=0&you_1=1&you_2=0)go();if(zhong=1&zuo_1=1&zuo_2=1&you_1=1&you_2=1)go();if(zhong=0&zuo_2=0&

20、zuo_1=1&you_1=1&you_2=1)turn_you(4);if(zhong=1&zuo_2=0&zuo_1=1&you_1=1&you_2=1)turn_zuo(4);if(zhong=0&zuo_2=1&zuo_1=1&you_1=1&you_2=0)turn_you(4);if(zhong=1&zuo_2=1&zuo_1=1&you_1=1&you_2=0)turn_you(4);/.大左转.if(zhong=0&zuo_2=0&zuo_1=0&you_1=1&you_2=1)go_(black);if(zhong=0&zuo_2=0&zuo_1=0&you_1=1&you_

21、2=1)go_(o);while(zhong)turn_big_zuo(2);if(zuo_1=0&zuo_2=0&zhong=0&you_1=1&you_2=0)if(zuo_1=0&zuo_2=0&zhong=0&you_1=1&you_2=0)go_(black);go_(o);while(zhong)turn_big_zuo(2);if(zhong=0&zuo_2=1&zuo_1=0&you_1=1&you_2=1)go_(black);if(zhong=0&zuo_2=1&zuo_1=0&you_1=1&you_2=1)go_(o);while(zhong)turn_big_zuo(

22、2); if(zhong=1&zuo_2=1&zuo_1=0&you_1=1&you_2=1)go_(black);if(zhong=1&zuo_2=1&zuo_1=0&you_1=1&you_2=1)go_(o);while(zhong)turn_big_zuo(2);if(zhong=1&zuo_2=0&zuo_1=0&you_1=1&you_2=1)go_(black);if(zhong=1&zuo_2=0&zuo_1=0&you_1=1&you_2=1)go_(o);while(zhong)turn_big_zuo(2);if(zuo_1=0&zuo_2=1&zhong=0&you_2

23、=0&you_1=1)go_(black);if(zuo_1=0&zuo_2=1&zhong=0&you_2=0&you_1=1)go_(o);while(zhong)turn_big_zuo(2);/.大右转.if(zuo_1=1&zuo_2=0&zhong=0&you_1=0&you_2=0)go_(black);if(zuo_1=1&zuo_2=0&zhong=0&you_1=0&you_2=0)go_(o);while(zhong)turn_big_you(2); if(zhong=0&zuo_2=1&zuo_1=1&you_1=0&you_2=0)go_(black);if(zhon

24、g=0&zuo_2=1&zuo_1=1&you_1=0&you_2=0)go_(o);while(zhong)turn_big_you(2); if(zhong=0&zuo_2=1&zuo_1=1&you_1=0&you_2=1)go_(black);if(zhong=0&zuo_2=1&zuo_1=1&you_1=0&you_2=1)go_(o);while(zhong)turn_big_you(2);if(zuo_1=1&zuo_2=0&zhong=0&you_2=1&you_1=0)go_(black);if(zuo_1=1&zuo_2=0&zhong=0&you_2=1&you_1=0

25、)go_(o);while(zhong)turn_big_you(2);if(zhong=1&zuo_2=1&zuo_1=1&you_1=0&you_2=1)go_(black);if(zhong=1&zuo_2=1&zuo_1=1&you_1=0&you_2=1)go_(o);while(zhong)turn_big_you(2);if(zhong=1&zuo_2=1&zuo_1=1&you_1=0&you_2=0)go_(black);if(zhong=1&zuo_2=1&zuo_1=1&you_1=0&you_2=0)go_(o);while(zhong)turn_big_you(2);

26、五、 系统调试（一）、硬件调试：1、红外探测模块的调试：检测红外检测模块能否有效的探测到黑条，并返回有效的高低电平。2、 单片机模块的调试:检测打片机模块是否能输出有效的高低电平，并能实现相应的功能。3、 电机驱动模块的调试：检测L298N能否被单片机有效控制，并输出电机所需要的有效电压。4、 电源模块：检测电源模块能否在输入12V的情况下输出6V，12V的稳定电压。（二）、软件调试：初级调试：1. 首先在LEIL上进行初步的程序编译，检查是否存在最基本的语法错误。2. 检测程序能否对单片机进行有效的控制。3. 检测电机驱动部分能否对步进电机进行有效的控制。4. 检测程序能否对外检测模块反馈回

27、来的信息作出正确的判断。功能调试：1. 检测程序控制小车走直线的效果。2. 检测程序控制小车过直角弯，钝角弯，锐角弯，大圆弧，十字线的效果。3. 检测终点停车函数是否有效。（三）、整体调试：将小车各个模块组装起来，并将写好的程序下载到小车的单片机中。在跑道中进行整体的测试。六、 测试结果与分析（一） 、硬件调试结果：1. 调试过程中发现红外探测模块受光线要求太大，很不稳定。最后我们把红外对管的高度放低，这样尽量减少光线对其的影响。效果比较好。2. 电机驱动模块存在虚焊的情况，并且有的二极管方向反了。最后把焊点重新用焊锡焊一边把虚焊的情况解决了。然后将焊反的二极管换了新的二极管。（二） 、软件调

28、试结果：1. 首先发现采用分步控制步进电机的方法时，电机状态不稳。通过采用总线控制将问题解决了。2. 过干扰黑条是出现误判现象，原因是前方传感器不是平行进入黑条的，带有一定的角度，这样可能误判成过锐角弯。解决方法：在每个大角弯判断语句后加上前进的函数，前进一段距离后在进行判断。从而避免了误判。3. 过锐角弯是转弯过早且角度不好。解决方法：过锐角弯的动作函数改为一个轮前进，一个轮后退，这样转弯速度，角度都变得更合适了。且在判断为锐角弯时命令车向前走适当的距离，解决转弯过早的问题。4. 原终点停车方式容易造成误判。解决方法：使用中断，每0.2s对红外探测信号检测一次。如果同时为低，则计数一次，计数4次后停车。5. 过圆弧弯不够圆滑，且又是错过大角度弯。原因分析：在做小角度调整是恰好经过大角度弯，将其错过。解决方法：将小转弯函数的转弯时间改短。七、参考文献（1）马忠梅.单片机的c 语言应用程序设计M. 北京:北京航空航天大学出版社，2007(2) 阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，1997年.(3) 吴运昌.模拟电子线路基础著M.广州：华南理工大学出版社，2004年.（4）王晓明.电动机的单片机控制M.北京:北京航空航天大学出版社，2002.附录 24