智能寻迹小车设计与实现(编辑修改稿)

智能寻迹小车设计与实现(编辑修改稿)内容摘要：

2 单片机有 4 组 8位的可编程 I/O 口，分别位 P0、 P P P3 口，每个口有 8位（ 8根引脚），共 32 根。 PO 口（ Pin39～ Pin32）： 8位双向 I/O 口线，名称为 ～ P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位准双向 I/O 口线，名称为 ～ P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8位准双向 I/O 口线，名称为 ～ P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8位准双向 I/O 口线，名称为 ～ 此部分是整个小车运行的核心部件，起着控制小车所有运行状态的作用。 控制方法有很多，大部分都采用单片机控制。 由于 51 单片机具有价格低廉是使用简单的特点，这里选择了 ATMEL 公司的 STC89C52 作为控制核心部件。 STC89C52单片机系列的存储器用的是哈佛结构，即将程序和数据存储 截然分开，程序存储器和数据存储器各有自己的寻址方式、寻址空间和控制系统。 STC89C52的存 储器可分为五类：程序存储器，内部数据存储器，特殊功能寄存器，位地址空间，外部数据存储器。 复位 操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。 这佯，只要电源 Vcc的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。 长 春 大 学 课程设计纸 共 26 页 第 9 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。 其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与 Vcc 电源接通而实现的；而按键脉冲复位则是利用 RC 微分电路产生的正脉冲来实现的， （ a）上电复位 （ b）按键电平复位 （ c）按键脉冲复位 图 25 复位电路 上述电路图中的电阻、电容参数适用于 6MHz 晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于 2个机器周期。 本系统的复位电路采用图 25（ b） 上电复位方式。 光电电路概况 防撞 正前方的一对红外发射与接受探头，可以良好的完成前方是否有障碍物的判断，当前方无障碍物时没有红外光线被反射，机器人按原来路线行走。 当有红外光线反射时，机器人会根据内部的智能程序来实现不同的功能。 寻迹 智能寻迹机器人之所以能够寻迹，主要是由前方的两对红外发射与接收探头来完成的。 我们知道光有反射的特性。 所以说当前方的红外发射出来的光线遇到物体时，就会形成反射的光线，而这个经反射的红外光线刚好被红外接收探头接收到。 当红外接收探头接收到信号后，再将信号送到单片机由单片机内部的程序来控制机器人的情况。 红外光线有一个反射特性。 但对于不同的物体反射特性是不一样的，特别是对白色反光的物体，红外光线的反射量将会多一点。 而对黑色不反光的物体，红外反射量将会大量的减少。 显示电路 数码管 按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。 共阳数码长 春 大 学 课程设计纸 共 26 页 第 10 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极 (COM)的数码管。 共阳数码管在应用时应将公共极 COM 接到 +5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。 当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。 共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极 (COM)的数码管。 共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。 当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 发光二极管 LED 发光原理：发光二极管是由 Ⅲ Ⅳ 族化合物，如 GaAs（砷化镓）、 GaP（磷化镓）、 GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是 PN 结。 因此它具有一般PN 结的 IN 特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。 此外，在一定条件下，它还具有发光特性。 在正向电压下，电子由 N 区注入 P 区，空穴由 P 区注入 N 区。 进入对方区 域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。 假设发光是在 P 区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。 除了这种发光复合 外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。 发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。 由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近 PN 结面数μm以内产生。 电机控制 电路 电机 的选择方案 方案 1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。 由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。 虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降 ，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。 经综合比较考虑，我们放弃了此方案。 方案 2：直流电机：直流电机的控制方法比较简单，只需给电机的两根控制线加上适当的电压即可使电机转动起来，电压越高则电机转速越高。 对于直流电机的长 春 大 学 课程设计纸 共 26 页 第 11 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 速度调节，可以采用改变电压的方法，也可采用 PWM 调速方法。 PWM 调使加在直流电机两端的速就是电压为方波形式，通过改变方波的占空比实现对电机转速的调节。 基于以上分析，我们选择了方案 一 ，使用直流电机作为电动车的驱动电机。 电机驱动 原理 从单片机输出的信号功率很弱，即 使在 没 有其它外在负载时也无法带动电机，所以在实际电路中我们加入了电机驱动芯片提高输入电机信号的功率，从而能够根据需要控制电机转动 LG9110 是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片 IC 之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。 该芯片有两个 TTL/CMOS 兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过 750～800mA 的持续电流，峰值电流能力可达 ～ ；同时它具有较低的输出饱和压降与静态电流 ；内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。 9110 被广泛应用于玩具汽车电机驱动、自动阀门电机驱动、电磁门锁驱动等电路上。 长 春 大 学 课程设计纸 共 26 页 第 12 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 图 26 LG9110 管脚及功能 声控 声控装置 —话筒采用了模拟电路数字电路的有机结合，声控使机器人更有趣，我们可以用拍手来控制小车的运行与停止。 模拟电路的建立有效的滤除了多余的杂波，运行更可靠。 串口通信 COM端口连接座采用 RS232连接形式，为电脑 机器人实现 RS232通信建立了接口。 同 时它还是程序下载与烧录不可少的端口，通过它让你完全 ISP/IAP 编程，无需编程器。 长 春 大 学 课程设计纸 共 26 页 第 13 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 检测（ 黑线） 软件控制 驱动电机 控制小车 第 3 章 系统软件设计 总体设计方案和框图 整个路系统分为检测、控制、驱动三个模块。 首先利用 光电对管 对路面信号进行检测，经过比较器处理之后，送给软件控制模块进行实时控制，输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车的运动。 系统方案方框图如图所示： 图 31智能小车寻迹系统框 该简易智能小车在画有黑线的白纸“路面”上行使 ,由于黑线和白线对光线的反射系数不同 ,可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路” —— 黑线。 判断信号可通过单片机控制驱动模块修正前进方向，以使其保持沿着黑线行进。 当小车脱离轨道时，即当置于中间的一只光 电开关脱离轨道时，等待外面任意一只检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线（即回到轨道）再恢复正向行驶。 在该模块中利用了简单、应用也比较普遍的检测方法 —— 红外探测法。 红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物理表面具 有不同的反射性质的特点。 在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地面时发生漫发射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，则小车上的接收管接收不到信号。 本设计以 STC89C52 单片机作为检测和控制核心。 采用红外光电传感器检测路面黑线及障碍物，用光敏电阻检测、判断车库位置，通过软件编程实现 智能小车 行进、绕障、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示。 通过对电路的优化组合，可以最大限度地利用 51 单片机的全部资源。 P0 口用于数码管显示， P1 口用于电动机的 PWM 驱动控制， P2， P3 口用于传感器的数据采集与中断控制。 这样做的优点是：充分利用了单片机的内部资源，降低了总体设计的成本。 这样做的优点是：充分利用了单片机的内部资源，降低了总体设计的成本。 长 春 大 学 课程设计纸 共 26 页 第 14 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 图 32系统总 流程 图 该系统配套的软件程序采用模块结构，由 C 语言编写完成。 主要由初始化程序、偏道调整程序、偏离光源调整程序、声光指示子程序、读。