智能迷宫小车报告.docx
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智能迷宫小车报告.docx
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智能迷宫小车报告
智能迷宫小车报告
制作人:
李大伟
指导老师:
程立敏
2008年8月20日
吉林化工学院信控学院电子信息工程专业
目录
目录-1-
摘要-2-
一、系统方案-3-
1.方案论证与实现方法-3-
1.1.1控制器选择-3-
1.1.2电动车车体的选择-3-
1.1.3电动车的动力方案选择-3-
1.1.4电机驱动电路方案选择-3-
1.1.5终点黑线及边界的检测方案选择-3-
1.1.6显示器的选择方案-3-
2.系统设计与结构框图-3-
二、理论分析与计算-4-
三、功能概述及方案设计-5-
1.功能概述-5-
2.具体方案设计-5-
2.2.1.STC12C5404AD增强型单片机系统-5-
2.2.2.电机驱动及电源电路-5-
2.2.3.边界路口及黑线检测电路-6-
2.2.4.液晶显示电路-6-
四、程序流程与程序设计-7-
1.程序流程图-7-
五、测试结果分析-8-
六、综合总结-8-
1.系统资源使用情况-8-
2.小车优缺点分析-9-
4.2.1.优点-9-
4.2.2.缺点-9-
3.结束语-9-
摘要
本系统采用STC公司12C5404AD芯片为核心进行设计,并配合L293D驱动芯片,合理利用了该芯片上丰富的资源,采用红外对管及光电反射开关作为传感器,在LCM128645ZK上对获取的信息进行实时显示。
其处理结果利用占空比不同驱动L293D从而调节小车,本系统针对现实中出现的对于转弯判断,适当进行了简化,找到迷宫出口。
小车在迷宫行进的过程中,会自动蔽障、选择路线。
为了达到在迷宫中行走的目的,我们要设计蔽障和迷宫算法。
本系统完成了题目的全部基本要求和发挥部分要求,在整体上保证了设计任务的超额完成。
关键词:
STC12C5404AD单片机,电机控制,红外传感器,迷宫算法
一、系统方案
1.方案论证与实现方法
1.1.1控制器选择
方案一:
采用CPLD为控制核心,适合复杂逻辑控制和高速运算系统;
方案二:
使用51单片机为核心,适合系统控制。
综合分析,本系统采用STC12C5404AD单片机,STC12C5404AD单片机与51单片机兼容同时可以通过下载线下载程序,方便了程序的调试和运行。
1.1.2电动车车体的选择
方案一:
购置玩具电动小车,比较方便。
缺点是不可能完全符合使用要求,需要做大量修改。
方案二:
自制,这种方法能够制作出完全适合自己设计意图的车体,缺点是需要较多时间和高水平的加工工艺。
根据实际情况,采用方案二。
1.1.3电动车的动力方案选择
方案一:
采用直流电机。
优点是动力好,速度快,缺点是难于精确控制。
方案二:
采用步进电机。
优点是控制精度高,灵活,缺点是速度慢。
根据分析,本题要求车子必须具备速度快,故本系统采用方案一,
1.1.4电机驱动电路方案选择
方案一:
由分立元件制作驱动电路。
优点是可根据实际需要制作电路,成本低廉。
缺点是电路体积大,调试困难。
方案二:
使用L293D做驱动电路简单,性能稳定,调试方便。
根据电路要求分析,本系统采用L293D做驱动电路。
1.1.5终点黑线及边界的检测方案选择
方案一:
采用红外对管,成本低廉,电路简单,但容易受到外界光线干扰。
方案二:
采用光电反射开关,能消除环境的影响,通过简单电路就可以实现开关量输出,容易使用。
根据分析,本系统设计中选用红外对管配以A/D检测边界并以光电反射开关检测有无路口。
1.1.6显示器的选择方案
方案一:
选用LED数码管显示小车的各种信息,LED显示信息量小、功耗大,同时还需要制作相应硬件驱动电路。
方案二:
选用字符点阵LCD模块显示小车的各种信息,LCD信息量大、功耗低,,它提供标准的并行或者串行接口,驱动简单,使用方便。
根据实际情况,采用方案二。
2.系统设计与结构框图
STC12C5404AD增强型单片机片内资源丰富使得设计电路简化、可靠性大大提高,因此设计中使用STC12C5404AD增强型单片机作为整机的核心部件,根据题目要求设计了线路检测电路、直流电机驱动电路和LCD显示电路等,电源采用双电源电路,由手机电池提供电机电源,电池盒提供单片机电源。
整机总体框图如图1所示。
图1系统结构框图
二、理论分析与计算
路口时间记忆恢复法:
设置定时器/计数器采用自动装载模式50ms产生一次中断
再通过设置计数标志值计10个数还原共计为
50ms*10=500ms
即半秒产生一次记忆计数
当进入死路时,时间记忆将多走往返时间减掉以达到上一个转弯前时间
time=-time+temp_time+temp_time;//消除多走时间
当达到记忆时间将要恢复时,要将要恢复多余时间加上
time+=(BACK_TIME*2);//提前返回时间变为应该返回时间
最后小车停止后显示时间应为正确时间要将半秒时间改为1秒时间
end_time=time;//将最终时间取出
end_time-=(end_count*BACK_TIME*2);//将所加时间减掉
end_time/=2;//算出最后时间
三、功能概述及方案设计
1.功能概述
我们设计的“智能迷宫小车”这一套系统主要是让小车自主的从迷宫的入口走到出口及检测到黑线后停止。
在这一过程中,小车通过前、后左、后右三个光电反射开关模块实现对周围路口的实时测距来实现转弯功能;在小车的行走过程中,也会实时地跟据前左,前右红外对管传感器测得的小车距挡板的距离利用单片机输出的PWM波调整小车的位置,在转弯的时候就会把此时的时间反馈给单片机,让单片机根据所接受到的信息适当记忆的行走路线,以达到记忆路径的效果。
2.具体方案设计
我们将系统分为小车控制模块、红外对管模块、光电反射开关模块,声光报警模块。
2.2.1.STC12C5404AD增强型单片机系统
STC12C5404AD单片机,它有23个数字I/O口,采用与8051兼容的内核速与同家族的其他单片机相比,其模拟外设性能优异,除有8路10位ADC外,还有4路PWM。
STC12C5404AD如图附录所示,主要是STC12C5404AD芯片和支持芯片工作的基本外围电路,如光耦和红外传感器及电机驱动电路等。
2.2.2.电机驱动及电源电路
如图2所示两只直流电机分别由两个L293D驱动,为进行控制信号减少干扰及单片机保护,所以使用光电偶合器隔离。
并用双电源使单片机电源与电机电源分开以达到电机速度的要求。
图2电机驱动电路
2.2.3.边界路口及黑线检测电路
如图3所示,红外对管与光电反射开关(PS-CN34)输出信号直接与单片机的AD接口相连接,边界检测跟据所测得距离值将小车与档板距离分成若干档位,按照远近距离不同调节单片机输出两路PWM值以控制小车左右偏移距离。
使小车能够维持在跑道中心。
而路口检测通过光电反射开关取得开关量值检测小车在行进中是否遇到路口。
图3边界与路口检测电路
由于光电反射开关遇到挡板接收为高电平,所以检测黑线应接一个反相器反接入光电反射开关的信号端。
以达到进入中断的目的。
而反相器正是利用光电偶合器剩余引脚产生如图4所示。
图4反相器
2.2.4.液晶显示电路
题中要求对小车最后一次所跑时间进行显示,由于本单片机引脚有限,为了节省单
片机资源,液晶选用带串口功能和中文字库的LCM128645ZK进行显示,如图5所示。
图5LCM128645ZK液晶
四、程序流程与程序设计
1.程序流程图
五、测试结果分析
边界检测结果分析
红外传感器分段
左测PWM
右测PWM
前左传感器
>990
30
18
990~850
29
19
850~650
28
20
650~500
27
21
500~400
26
22
400~300
25
23
前右传感器
400~300
18
30
400~300
19
29
400~300
20
28
400~300
21
27
400~300
22
26
400~300
23
25
通过传感器返回值使小车调节PWM值走直线程序已符合要求。
小车各程延时程序(单位ms)
检测到黑线后直走
3000
左优先左转90度
1600
左优先右转90度
1700
右优先左转90度
1600
右优先右转90度
1350
左转180度
3300
右转180度
2800
记忆左转180度
3200
记忆右转180度
3200
左边有路时左转延时时间
1000
右边有路时右转延时时间
500
通过调节延时参数使小车转弯与处理达到了符合要求的程度。
六、综合总结
1.系统资源使用情况
☑RAM的使用
⏹定义部分参数变量,程序运行时的必要堆栈空间
☑单片机内部Flash的使用
⏹存放程序(4k)
☑中断源的使用
⏹外部中断0用于检测黑线
⏹外部中断1用于检测前方传感器是否遇到挡板
⏹定时器0中断用于记忆时间判断所走路径
⏹定时器1中断用于检测左右传感器是否遇到挡板以及检测边界
⏹PCA产生两路PWM脉冲
☑串口
⏹与电脑通信下载程序(扩展)
2.小车优缺点分析
4.2.1.优点
车体采用组状零件法设计,可组装为三层,最上层为最小系统及下载板的合成并可以将第三层换成电池板层。
灵活调整组装方法。
可使整体样式美观、大方。
并且车体较小,适合转向。
在程序中可以进行适当记忆时间,以便跟据所记忆时间选择最短路径。
预留扩展口可实现PT2262与PT2272的无线遥控模块连接。
进而完成无线遥控车的实现。
预留反相器,分别用分立原件和光电隔离器搭接。
学习了反相器的分立原件组成方法并且为黑线检测扩展需高低电平转换的模块使用创造了条件。
4.2.2.缺点
采用的光电反射开关红外传感器不受外界干扰,并用手机电池作为电机电源。
取得了良好的效果,但增加了硬件的成本。
此迷宫算法在于结构简单,但并不适合所有迷宫
3.结束语
经过设计和反复调试,完成了题目的基本要求和发挥部分的要求,此电动车可以使用STC12C5404AD单片机采集红外传感器及光电反射开关信号使小车能够顺利跑完全程。
小车用自制方法做成,多用电路板也是手工完成,其中考虑了很多布线问题,尽量使其归整跳线少,车体整体布局考虑了的美观,完成后车体外观结实,不易出现接触不良等问题。
通过这几天的设计竞赛,我们不但增强了实践能力和协作精神,而且懂得了联系实际的重要性,这对我们以后的学习和工作不无裨益。
当然,我们的设计还存在着一些缺陷,有待于在将来设计中进一步提高,在此恳请各位评委专家批评指正。
五、附录
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- 关 键 词:
- 智能 迷宫 小车 报告