單片機(jī)循跡小車論文電賽資料下載

ID:370451 · 發(fā)表于 2018-7-12 19:29

第十五屆“長通杯”大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽

循跡小車（I題）

摘  要
隨著現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，智能水平逐漸進(jìn)步，某些智能引導(dǎo)機(jī)器人已經(jīng)逐步出現(xiàn)在無人駕駛機(jī)動(dòng)車，倉庫，無人快遞工廠及服務(wù)機(jī)器人等方面，智能循跡小車就是其中一個(gè)重要的應(yīng)用方向。本文論述了智能循跡小車的控制過程，本設(shè)計(jì)采用STC89C516RD+單片機(jī)作為智能小車的控制核心，運(yùn)用紅外對(duì)管傳感器檢測道路情況，識(shí)別白色路面中央的黑色標(biāo)識(shí)線，采集信號(hào)并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為能被單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，采用L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制直流電機(jī)，通過相應(yīng)程序完成雙線循跡及自動(dòng)泊車，自動(dòng)避障，整體系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)簡單，可靠性能高。

目  錄

摘  要
目  錄             III

1 系統(tǒng)方案
1.1 智能循跡小車控制芯片的論證與選擇
2 系統(tǒng)理論分析與計(jì)算
2.1 系統(tǒng)整體的分析
2.1.1  所用元件的分析             1
2.1.2 系統(tǒng)模塊與接線分析             2
2.1.3 小車電源模塊分析             2
2.1.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊分析             2
2.1.5 紅外循跡模塊分析             3
3 電路與程序設(shè)計(jì)             3
3.1 電路的設(shè)計(jì)             4
3.1.1 系統(tǒng)總體框圖             4
3.1.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)框圖與電路原理圖             4
3.2 程序的設(shè)計(jì)             5
3.2.1 程序功能描述與設(shè)計(jì)思路             5
3.2.2 程序流程圖             5

4 測試方案與測試結(jié)果             6
4.1 測試方案             6
4.2 測試條件與儀器             6
4.3 測試結(jié)果及分析                         6
4.3.1 測試結(jié)果(數(shù)據(jù))                         6
4.3.2 測試分析與結(jié)論                         7
5 心得體會(huì)                         7
附錄1：電路原理圖             8
附錄2：源程序             10

循跡小車（I題）

1 系統(tǒng)方案

1.1智能小車控制芯片的論證與選擇

方案1：采用Atmel公司的AT89C516RD+單片機(jī)作為智能小車的主控芯片， AT89C516RD+是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，工作電壓為5V，32個(gè)I/O口，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。該芯片價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛，操作簡單，硬件與軟件設(shè)計(jì)相對(duì)簡單。大學(xué)生廣泛用于單片機(jī)學(xué)習(xí)與創(chuàng)作。資源足夠用于智能小車的設(shè)計(jì)。因此，本設(shè)計(jì)選擇了此芯片。

方案2：采用單片機(jī)MSP430F1611作為智能小車的主控芯片，MSP430F1611是一款超低功耗單片機(jī)，工作電壓范圍為1.8V-3.6V,48 位I/O 口線，16-Bit RISC 架構(gòu)，但相應(yīng)硬件復(fù)雜，軟件編寫相對(duì)難度大，而且價(jià)格昂貴，用于智能小車資源過剩，造成浪費(fèi)。所以我們放棄了此方案。

方案3：采用AT89C51單片機(jī)，4k字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。現(xiàn)已被C52逐漸取代，故放棄。

本設(shè)計(jì)方案采用方案一中的易于操作的AT89C516RD+單片機(jī)作為電信號(hào)處理、控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及紅外尋跡功能。

2 系統(tǒng)理論分析與計(jì)算

2.1系統(tǒng)整體的分析

2.1.1 所用元件的分析

（1）采用AT89C516RD+主控芯片。

采用L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的主芯片。
采用紅外對(duì)管制作黑線檢測模塊。
采用超聲波傳感器作為避障模塊。

2.1.2 系統(tǒng)模塊與接線分析

（1）對(duì)單片機(jī)的程序編程與燒錄

程序采用c語言編程，通過keil uVision4軟件對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試以及對(duì)可以運(yùn)行的程序生成單片機(jī)可以運(yùn)行的hex文件；程序的燒錄采用stc-isp-15-v6.85燒錄軟件；用USB轉(zhuǎn)TTL小板給單片機(jī)燒錄程序。小板的RX接單片機(jī)的TX（p3.1）,TX接單片機(jī)的RX（p3.0），GND接單片機(jī)的GND，VCC接單片機(jī)的VCC。但需要注意的是在用燒錄軟件給單片機(jī)燒錄程序時(shí)要用冷啟動(dòng)，即先點(diǎn)擊‘下載/編程’按鈕，再將USB小板的VCC連接單片機(jī)的VCC。

2.1.3 小車的電源模塊分析

電池模塊采用4節(jié)干電池對(duì)小車送電。電機(jī)的運(yùn)行需要8V左右的電壓，而單片機(jī)、超聲波、以及紅外模塊都需要穩(wěn)定的5v的邏輯電壓；因此采用L7805CV穩(wěn)壓芯片輸出穩(wěn)定的5v電壓。

圖1 電源模塊

2.1.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊分析

電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用L298N集成芯片與單片機(jī)和電機(jī)連接。通過單片機(jī)運(yùn)行程序?qū)⒏叩碗娖剿徒o驅(qū)動(dòng)模塊從而控制電機(jī)的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、后傳、停止。電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成板自帶穩(wěn)壓芯片高壓端接電源電壓（8v左右），GND接地線，然后輸出5v電壓；out1、out2用導(dǎo)線和左電機(jī)連接，out3、out4用導(dǎo)線和右電機(jī)連接。驅(qū)動(dòng)模塊的IN1、IN2與單片機(jī)的p1.2、p1.3連接，IN3、IN4與單片機(jī) 的p1.6、p1.7連接。使能端ENA、ENB通過跳帽連接。

2.1.5 紅外尋跡模塊分析

紅外尋跡采用兩個(gè)集成的紅外對(duì)管。紅外對(duì)管有發(fā)射管和接收管，發(fā)射管發(fā)射紅外線，接收管接收。一個(gè)紅外對(duì)管有3個(gè)引腳，VCC引腳接5v電平，GND引腳接地，OUT引腳輸出高低電平并通過杜邦線與單片機(jī)連接。左紅外對(duì)管與單片機(jī)p3.7引腳連接，右紅外對(duì)管與單片機(jī)p3.6引腳連接。若沒有尋

到黑線，接收管接收到反射的紅外光，光敏電阻變小，輸出低電平‘0’；若尋到黑線，接收管不能接收到紅外光，光敏電阻大小不變，輸出高電平‘1’；單片機(jī)處理高低電平并給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊輸出命令，從而控制電機(jī)的運(yùn)行。

3 電路與程序設(shè)計(jì)

根據(jù)題目要求，把技術(shù)指標(biāo)分配到方框圖或主流程圖中各部分（即各單元電路或程序模塊中）。設(shè)計(jì)各單元之間的匹配關(guān)系對(duì)各單元的技術(shù)要求。

3.1 電路的設(shè)計(jì)

3.1.1系統(tǒng)總體框圖

圖4 系統(tǒng)總體框圖

3.2 程序的設(shè)計(jì)

3.2.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路

程序有小車直走，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，停止，延時(shí)，尋跡子程序。

用If和while等語句將小車尋到黑跡以及走在白線上用‘0、1’表示。尋到黑跡輸出為‘1’，未尋到輸出為‘0’。‘IN1=1,IN2=0’表示小車左輪正轉(zhuǎn)；‘IN3=1,IN4=0’表示小車右輪正轉(zhuǎn)；‘IN1=0,IN2=1’表示小車左輪倒轉(zhuǎn)；‘IN3=0,IN4=1’表示小車右輪倒轉(zhuǎn)；‘IN1=1,IN2=0，IN3=1,IN4=0’表示小車直走；通過紅外尋跡模塊向單片機(jī)引腳輸出‘0、1’電平，從而單片機(jī)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)尋跡行走。

3.2.2程序流程圖：見附錄1

4 測試方案與測試結(jié)果

根據(jù)總體設(shè)計(jì)對(duì)各單元電路的要求，實(shí)測該單元電路的對(duì)應(yīng)指標(biāo)。用表格的形式列出實(shí)測數(shù)據(jù)及實(shí)測時(shí)所用儀器設(shè)備的名稱、型號(hào)。有些數(shù)據(jù)最好能畫出實(shí)測曲線。要求數(shù)據(jù)、曲線必須真實(shí)。

根據(jù)題目技術(shù)要求，測試作品整體技術(shù)指標(biāo)。用表格的形式列出實(shí)測數(shù)據(jù)及實(shí)測時(shí)所用儀器設(shè)備的名稱、型號(hào)。有些數(shù)據(jù)最好能畫出實(shí)測曲線。要求數(shù)據(jù)、曲線必須真實(shí)。

4.1 測試方案

將設(shè)計(jì)的程序燒錄到單片機(jī)中，并用自制的賽道測試小車的行走情況；通過小車在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題在程序中進(jìn)行更改，并繼續(xù)進(jìn)行行走測試。

4.2 測試條件與儀器

條件：光線正常的房間。

工具：焊槍，焊錫，螺絲，螺絲刀，小道，鉗子等。

儀器：萬用表，計(jì)算機(jī)。

4.3 測試結(jié)果及分析

4.3.1 測試結(jié)果(數(shù)據(jù))

結(jié)果：小車只能進(jìn)行單黑線尋跡

4.3.2測試分析與結(jié)論

分析：小車硬件缺少紅外收發(fā)管，只能進(jìn)行黑線尋跡；軟件編程不熟練，超聲波避障程序未能調(diào)試成功。

5 心得體會(huì)

在收到長通杯競賽通知后，憑借著心中的熱情與好奇，我們便迅速的組隊(duì)參加，但參與過程是異常艱辛與困難的，靠熱情無疑難以脫穎而出，在眾多的課題中，經(jīng)過認(rèn)真考慮，綜合實(shí)際因素，我們便選擇了循跡小車的題目。
  由于腦中沒有絲毫頭緒，我們就瘋狂的在網(wǎng)絡(luò)上尋找信息，向?qū)I(yè)性更強(qiáng)的伙伴求援，還購買了一個(gè)成品小車認(rèn)真研究。然而制作過程仍然坎坷異常，小車的拼接算是最簡單的一個(gè)環(huán)節(jié)，但如何在有限的面板合理美觀的安裝上各種系統(tǒng)還是讓我們費(fèi)盡了心思。另外，各模塊的焊接也是個(gè)精細(xì)活，雖然反復(fù)的修正，嘗試結(jié)果也只能算是差強(qiáng)人意。
  當(dāng)小車可以做簡單的直線運(yùn)動(dòng)后，我們便想讓其實(shí)現(xiàn)更多的功能，可程序的編寫燒入又是橫亙?cè)谖覀兠媲暗囊坏离y題，縱然是廢寢忘食，我們也只是做出了簡單的循跡模塊。對(duì)于更加困難的功能，由于能力不足，時(shí)間緊迫，課程緊張，終究未能實(shí)現(xiàn)，我們實(shí)在是感到遺憾與羞愧。
  最后，雖然我們的成品十分簡陋，功能不全，但這終歸是我們小組努力的成果，是我們的心血之作。我們對(duì)自己所做的感到驕傲，對(duì)未能實(shí)現(xiàn)的會(huì)繼續(xù)研究，完善作品。我們小組不是最強(qiáng)的，但我們用盡全力，堅(jiān)如磐石！