智能循跡小車(chē)設(shè)計(jì)報(bào)告(2)

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1、智能循跡小車(chē)項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告組別：第四組成員：劉彪匡善華陳葉芳唐慧峰班級(jí)：智能電子092系別：電氣工程系指導(dǎo)老師：劉彤時(shí)間：2011年4月22日2概要本尋跡小車(chē)是以萬(wàn)能板為車(chē)架，AT89S51單片機(jī)為控制核心，將各傳感器的信號(hào)傳至單片機(jī)分析處理，從而控制L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制小車(chē)，速度由單片機(jī)提供的PWM波控制。利用紅外傳感器檢測(cè)黑線(xiàn)，紅外對(duì)管來(lái)實(shí)現(xiàn)循跡功能。接近式開(kāi)關(guān)傳感器檢測(cè)薄鐵片，集成紅外線(xiàn)傳感器即光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行避障。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能高。根據(jù)小車(chē)各部分功能，模塊化硬件電路，并調(diào)試電路。將調(diào)試成功的

2、各個(gè)模塊逐個(gè)地“融合”成整體，再進(jìn)行軟件編程調(diào)試，直到完成。關(guān)鍵詞：AT89S51直流電機(jī)紅外對(duì)管傳感器尋跡小車(chē)L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)2一、循跡小車(chē)的系統(tǒng)的要求和總體方案設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)要求1.1.1基本要求利用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板，并制作一定的外圍電路，編寫(xiě)程序設(shè)計(jì)制作一個(gè)智能循跡壁障的小車(chē)，具體要求如下：（1）具有啟動(dòng)、停止功能；（2）能夠完成前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)單獨(dú)動(dòng)作和復(fù)合動(dòng)作；（3）能按照規(guī)定路線(xiàn)循跡行駛；1.1.2發(fā)揮要求利用超聲波或紅外等方式實(shí)現(xiàn)避障功能1.2智能循跡小車(chē)的工作原理我們知道小車(chē)的循跡原理是根據(jù)實(shí)現(xiàn)

3、電位的高低來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)前進(jìn)方向的控制的。在這里我們?cè)O(shè)定了白色和黑色的通道界面來(lái)行駛，而根據(jù)我們所學(xué)的知識(shí)通常采取的方法是紅外探測(cè)法。紅外探測(cè)法，即利用紅外線(xiàn)在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車(chē)行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車(chē)上的接收管接收；如果遇到黑線(xiàn)則紅外光被吸收，小車(chē)上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來(lái)的紅外光為依據(jù)來(lái)確定黑線(xiàn)的位置和小車(chē)的行走路線(xiàn)。通過(guò)查資料我們知道紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過(guò)3cm。1.2.1恒壓恒

4、流橋式驅(qū)動(dòng)芯片L298N驅(qū)動(dòng)電機(jī)原理L298N驅(qū)動(dòng)芯片是由SGS公司的產(chǎn)品，比較常見(jiàn)的15腳Multiwatt封裝，內(nèi)部有4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖可知，用三極管組成H型平衡橋，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。同時(shí)H型PWM電路工作在晶體管的飽和狀態(tài)與截止?fàn)顟B(tài)，具有非常高的效率。?上圖看出該驅(qū)動(dòng)芯片有兩路H型PWM電路，用PWM控制直流電機(jī)調(diào)速的基本原理，現(xiàn)在來(lái)看電路的具體實(shí)現(xiàn)。In1為高電平，In2為低電平，EnA為高電平時(shí)，U1、U4輸出為高電平，U2、U3輸出為低電平。在OUT1、OUT2接

5、上電機(jī)后，T1、T4管導(dǎo)通，T2、T3管截止，電機(jī)向一個(gè)方向轉(zhuǎn)。In1為低電平，In2為高電平，EnA仍舊為高電平，T1、T4管截止，T2、T3管導(dǎo)通，電機(jī)向相反方向轉(zhuǎn)。In1、In2同時(shí)為高電平或低電平，T1與T3同時(shí)導(dǎo)通或截止，T2與T4也是同時(shí)導(dǎo)通與截止，但與前者相反，也就是OUT1與OUT2電壓相同。電機(jī)會(huì)快速停轉(zhuǎn)。如果EnA端為低電平，整個(gè)H型PWM電路關(guān)閉。電機(jī)當(dāng)然也就不會(huì)轉(zhuǎn)。1.3模塊方案比較與論證根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)主要由主控模塊、電源模塊、尋跡傳感器模塊、直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊、電壓比較模塊等模塊構(gòu)

6、成。為較好的實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，我們分別設(shè)計(jì)了幾種方案并分別進(jìn)行了論證。1.3.1小車(chē)車(chē)體選擇由于項(xiàng)目設(shè)計(jì)資金和資源的有限性。我們?yōu)榱斯?jié)約成本，決定應(yīng)用原有的帶四個(gè)電機(jī)的小車(chē)。1.3.2主控制器模塊方案一：采用凌陽(yáng)公司的16位單片機(jī)，它是16位控制器，具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。處理速度高，尤其適用于語(yǔ)音處理和識(shí)別等領(lǐng)域。但是當(dāng)凌陽(yáng)單片機(jī)應(yīng)用語(yǔ)音處理和辨識(shí)時(shí)，由于其占用的CPU資源較多而使得凌陽(yáng)單片機(jī)同時(shí)處理其它任務(wù)的速度和能力降低。本系統(tǒng)主要是進(jìn)行尋跡

7、運(yùn)行的檢測(cè)以及電機(jī)的控制。如果單純的使用凌陽(yáng)單片機(jī)，在語(yǔ)音播報(bào)的同時(shí)小車(chē)的控制容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性和編程的簡(jiǎn)潔性考慮，我們放棄了單純使用凌陽(yáng)單片機(jī)而考慮其它的方案。方案二：采用Atmel公司的AT89S51單片機(jī)作為主控制器。AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)

8、，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程