智能遥控循迹小车设计报告Word格式文档下载.docx
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设计要求…………………………………………………………………4
模块设计…………………………………………………………………5
软硬件调试………………………………………………………………9
实训总结…………………………………………………………………9
附录……………………………………………………………………10
摘要:
本次设计是一种基于单片机控制的简易智能寻迹小车系统,其中包括智能小车软硬件的设计、焊接、调试。
智能小车以AT89C51为控制核心,利用红外探测法对路面黑色轨迹进行检测,从而路面检测信号反馈给单片机予以分析判断,驱动电机调整小车前进方向,从而使小车能够沿着黑色轨迹自动行驶,实现小车自动寻迹。
项目分工:
软件编写:
C51模块:
曾向东游敬德;
FPGA模块:
曾向东游敬德
软硬件调试:
刘佳谭佳兴
设计报告:
谭佳兴刘佳
时间安排:
十六周:
材料购买及焊接
十七周:
软件编写
十八周:
软硬件调试和设计报告
十九周:
作品验收及答辩
课题目标:
1、掌握基于单片机及FPGA的软件的编写。
2、通过智能小车的的软硬件调试掌握各种工具的运用。
3、培养团队合作、沟通、创新能力.
设计要求
1、电路原理方框图
2、主要功能:
寻迹板送过来的5路检测信号送到FPGA板,FPGA将此5路信号送出至5个LED灯显示状态(检测至黑线灭,否则亮);
同时将此5路信号送到单片机。
FPGA发出一个启动信号给单片机,从而启动小车。
小车在接收到FPGA送过来的启动指令后,读取寻迹信号,根据寻迹信号确定小车的运行状态,将小车的运行状态送至FPGA,同时根据相应算法,驱动小车的左右电机前进。
并实现前进、左拐弯、右拐弯、后退等功能。
模块设计
1、寻光的原理
利用光敏电阻的特性,遇到光电阻减小。
通过比较器LM339进行电压比较,测到光则输出高电平,没测到光则输出低电平。
用三个光电阻来实现寻找光源,左,中,右三个,左边测到则向左转,中间测到直走,右边测到向右走。
2、模块方案比较与论证
根据设计要求,本系统主要由控制器模块、寻迹传感器模块、直流电机及其驱动模块。
1)车体设计
方案1:
购买玩具电动车.购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路.但是一般的说来,玩具电动车具有如下缺点:
首先,这种玩具电动车由于装配紧凑,使得各种所需传感器的安装十分不方便。
其次,这种电动车一般都是前轮转向后轮驱动,不能适应该题目的方格地图,不能方便迅速的实现原地保持坐标转90度甚至180度的弯角。
再次,玩具电动车的电机多为玩具直流电机,力矩小,空载转速快,负载性能差,不易调速.因此我们放弃了此方案。
方案2:
通过网络购买买四轮专用车。
经过反复考虑论证,四轮车子行驶更平稳,所以我们选择了这种方案。
2、控制器模块
采用Atmel公司的AT89C51单片机作为主控制器。
它是一个低功耗,高性能的8位单片机,片内含32k空间的可反复擦写100,000次Flash只读存储器,具有4K的随机存取数据存储器(RAM),32个I/O口,2个8位可编程定时计数器,且可在线编程、调试,方便地实现程序的下载与整机的调试.时钟电路和复位电路如图3—1(与单片机构成最小系统)
图3.1主控原理图
3、寻迹方案的设计
这里的寻迹是指小车在白色地板上,寻着黑线行走。
方案一:
用光敏电阻组成光敏探测器。
光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。
当光线照射到白线上面时,光线发射强烈,光线照射到黑线上面时,光线发射较弱。
因此光敏电阻在白线和黑线上方时,阻值会发生明显的变化。
将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。
但是这种方案受光照影响很大,不能够稳定的工作。
方案二:
用RPR220型光电对管,RPR220是一种一体化反射型光电探测器,其发射器是一个砷化镓红外发光二极管,而接受器是一个高灵敏度,硅平面光电三极管。
RPR220特点:
(1)、塑料透镜可以提高灵敏度
(2)、内置可见光过滤器能减小离散光的影响
(3)、体积小,结构紧凑
当发光二极管发出的光反射回来时,三极管导通输出低电平。
此光电对管调理电路简单,工作性能稳定。
综上所述,我们选择方案一,但是这种方案受光照影响很大,不能够稳定的工作,所以用黑色布隔开一些外部光源,减少影响.
原理图:
实物图:
4、电源模块
用9V的电池电源给电机供电,然后使用7805稳压管来把高电压稳成5V分别给单片机和电机驱动芯片供电。
这种接法比较简单,但小车的车体重量过大会导致电机动力不足。
方案2:
采用双电源.为了确保单片机控制部分和电机驱动的部分的电压不会互相影响,要把单片机的供电和驱动电路分开来,即:
用4节干电池6V为单片机系统和其他芯片供电。
电机的电源采用将220V交流电进行整流、滤波、稳压使输出值为12V的电源。
结合车体重量和实际考虑,我们采用方案二。
5、遥控模块
1)控制流程图:
2)器材选择
超再生接收模块采用LC振荡电路,内含放大整形,输出的数据信号为解码后的高电平信
号,使用极为方便,并且价格低廉,所以被广泛使用.带四路解码输出(同时也可改为六路点动或互锁输出),使用方便;
数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应,有遥控信号时数据脚是高电平,即驱动电机工作。
遥控信号消失时数据脚立即恢复为低电平,驱动电机停止。
各脚位名称以及功能说明:
1VT输出状态指示
2D3数据输出(前进)
3D2数据输出(后退)
4D1数据输出(右转)
5D0数据输出(左转)
65V电源正极
7GND电源负极
8ANT接天线端
6、小车各模块分布
小车的总体布局应以尽量减少互相干扰为原则,兼顾美观整齐。
基于这两点,通过调试,在小车底板下面只安放了两个减速电机,防止电机磁对电气信号的干扰.车头部分放置传感器模块,这样和别的电流通路基本隔离,有利于信号的稳定。
单片机置于车的中央且用铜柱将其支起来,于电机、电源等干扰源远离,很好地保证单片机的稳定可靠地运行。
总体布局图如下图所示。
此次调试主要是在实训室进行的,通过实训室提供的各类工具进行检测、试验。
硬件调试的内容主要有循迹电路板的检测、小车电机、开发板。
软件调试则通过硬件部分实现。
调试中遇到的问题及解决方案:
1、循迹板焊接处接口脱落:
重新进行焊接
2、芯片引脚配置错误:
正确配置引脚
3、小车行驶方向错误,无法正确循迹:
检查程序并改正
实训总结:
这次的实训已不是大学里面的第一次实训,但绝对是我态度最认真,最看重的一次实训,当然也是付出最多的一次实训,至于收获那是可想而知的,实训一般是一组为单位,小组成员分工合作的形式完成的。
我的主要任务是完成报告的撰写,附加任务为在整个实训过程中配合其他成员完成实训,表面上看起来,我的任务是最简单最轻松的,其实不然,因为我需要参与整个过程,并熟悉每个流程的作用,要达到的目的和效果,这次的实训覆盖面很广。
它牵涉到很多的专业知识,如何设计车体,如何编写程序,如何让它达到预期效果,每一步都要花费很多时间去专研,去调试.虽然最后的结果不是让我们很满意,但在看到小车跑起来的那一刻,每位小组成员内心都有洋溢着喜悦,这是一种前所未有的体验,结果对我们已不是很重要,重要的是我们在整个实训过程中的所感所悟,它让我们认识到学科之间的紧密联系,培养了我们的相互合作协调的团队意识,拓展了我们思维空间想象能力,还有调试中出现的种种问题让我们学会独立思考,加强了我们解决问题的能力,在解决问题的同时,同时还巩固了对专业知识的认知及加强了我们的求知欲,所以这次实训目的不仅仅只是打一个好的分数为求不挂科,它对我们实现了一次专业知识综合运用能力的大考察,也是一次将理论结合于实践的一次大演练,这样我们的学习不再局限于课本上的理论知识,实践才会让我们收获更多。
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附录
单片机程序:
#include〈reg52。
h>
#defineuintunsignedint
voiddelay()
{uintm,n;
for(m=1;
m<
100;
m++)
for(n=1;
n<
121;
n++);
}
voiddelay1(uinta)
{uinti,j;
for(i=a;
i〉0;
i-—)
for(j=121;
j>
0;
j-—);
}
voidmain()
{
/*if(P1==0xe4)//黑底白色轨迹赛道程序
{
P1=0xff;
P2=0xff;
while
(1)
{//P1=0xff;
switch(P1)
{case0xe4:
//前进,两灯灯
P2=0x55;
break;
case0xe8:
//左转,右灯亮
P2=0x95;
break;
case0xf0:
//左转,右灯亮
break;
case0xe2:
//右转,左灯亮
P2=0x59;
break;
case0xe1:
case0xff:
//全速前进
P2=0x55;
case0xe0:
//后退,两灯不亮
P2=0xee;
}
delay();
}*/
//if(P1==0xfb)//白底黑色轨迹赛道程序
P1=0xff;
while
(1)
{
switch(P1)
{case0xfb:
P2=0x55;
case0xf9:
//前进,两灯灯
case0xf3:
P2=0x55;
case0xf7:
P2=0x95;
//左转,右灯亮
case0xef:
P2=0x95;
case0xfd:
P2=0x59;
//右转,左灯亮
case0xfe:
P2=0x59;
case0xff:
{P2=0xee;
delay1(60);
};
delay1(60);
}
}
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