基于stc12c5a08s2单片机履带小车的功率控制毕业论文

基于stc12c5a08s2单片机履带小车的功率控制毕业论文内容摘要：

管不是一个实质的元件，而是在电路中起到续流作用。 本设计中 履带车在时间跑动中会控制电机 频繁 的正反转，直流电机也相当于发电机电机两级间会产生感应电动势，当电流消失时感应电动势会对电路中其他元件产生反向电压，当方向电压高于元件的反击穿电压时会损坏 一些元器件，如三极管，晶闸管。 这里我分别在量电机极端接上续流二极管作为保护电路。 这些续流二极管构成回路消耗感应电动势产生的能量，从而保护整个电路中 其他元件 [9]。 10 循迹电路设计 传感器是智能车的“眼睛”，它能给我提供智能车的周围的信 息，在本次设计中采用两种传感器：循迹传感器和避障传感器。 循迹 传感器探测距离短，但探测效果较好，识别黑白色的能力较强，成本低。 而避障方面采用红外传感器，探测距离较远，能有效识别大多数颜色和黑色的差别提供稳定信号，成本稍高点。 循迹 传感器 LM324为四运放集成电路，采用 14脚双列直插塑料封装。 内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。 电路功耗很小，工作电压范围宽，可用正电源 3～ 30V，或正负双电源177。 1． 5V～ 177。 15V 工作 ，其内部电路如图 [10]。 图 LM324内部电路 在黑线检测电路中用来确定红外接收信号电平的高低，以电平高低判定黑线有无。 在电路中， LM324的一个输入端需接滑动变阻器，通过改变滑 动 变 阻器 的阻值来提供合适的比较电压 ，单个集成运放如图。 图 集成运放的管脚图 循迹电路图 如图 所示，当 TCRT5000 感光导通的时候 R1 和 R2 接地， 3 处的电 11 压接近 0,R3 位滑动电阻， 2 处的电压设为 3V， 3处小于 2处， LM342 的 OUT 端会输出低电平，供单片机检测。 反之 LM324 处输出高电平。 图 循迹电路图 本次设计采用 3路循迹模块，依次排在小车前方，左中右 3路接单片机 P1_4到 P1_6。 循迹对应如 表 2所示。 表 2 循迹端口状态对应表 P1_4 P1_5 P1_6 左 中 右 1 0 1 前进 0 1 1 左转 1 1 0 右转 避障 传感器 设计 该传感器检测距离为 080CM，于淘宝购买。 该传感器属于市场产品 ，这里只介绍用法。 实物图如 所示。 12 图 避障传感器 使用于本次设计的避障任务 ，避障模块采用了 2 个传感器分别放于小车前方的左侧和右侧，调节该传感器的检测距离为 15cm。 当遇到障碍时传感器会给出低电平。 左避障传感器接于单片机 P3_5 端口，右避障传感器接于单片机 P3_6 端口。 蜂鸣器驱动模块 设计 由于单片机输出电流较小不能驱动蜂鸣器，这里借助 S9013 PNP 型三极管放大电路驱动蜂鸣器，三极管 Q起开关作用，其基极的高电平使三极管饱和导通，集电极和发射极导通，蜂鸣器发声；而基极低电平则使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。 在本设计中只要 输出不同的频率方波信号，蜂鸣器也能发出各种频率 声音，电路图如图 所示。 图 蜂鸣器驱动电路 在以上电路中我在蜂鸣器上并联一个续流二极管。 蜂鸣器本质上是一个感性元件，其电流不能瞬变，因此必须有一个续流二极管提供续流。 否则，在蜂鸣器两端会产生几十伏的尖峰电压，可能损坏驱动三极管 [11]。 13 履带车车体 本题目要求小车的机械系统稳定 、 灵活、简单，自己手工制作的履带车通常会出现两侧履带松紧度不一样，跑边，履带脱轮等现象。 综合这些因素在网上找到 PR5 小车底盘 符合设计需要 ，模型如图 所示。 图 履带车底盘模型 小车上 装有 电池、电机、电子器件等，使得电机负担较重。 该底盘 运动平稳， 从图 在直流电机和轮车轴之间加装了减速齿轮 ，这样不仅使电机的符合减轻，也符合我的设计需要。 电池的安装：将电池放置在车体前排车轮的上部 位置， 使车体的 重心 靠近前排车轮，进行大转弯时小车能以前排轮为圆心转弯，排除履带车转弯时侧滑不确定性。 14 第四章 行驶方案 设计 在进行微机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量 的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。 因此，行驶 设计在微机控制系统设计中占重要地位。 对于 本系统， 行驶方案和 软件 控制 更为重要。 在单片机控制系统中，大体上可分为数据处理、过程控制两个基本类型。 数据处理包括：数据的采集、数字滤波、标度变换等。 过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便控制生产。 本系统中我采用了 5 个传感器， 3 路循迹传感器， 2 路避障传感器。 总体控制方案如图 所示。 图 总体系统 左避障 右避障 左循迹 中循迹 右循迹 单片机 报警 显示 电机驱动 左侧前进 左侧后退 右侧前进 右侧后退 15 循迹方案 设计 小车进入循迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接 的单片机 I/O 口，一旦检测到某个 I/O 口有信号，即进入判断处理程序 ， 先确定 3个探测器中的哪一个探测到了黑线，如果左面 传感器探测到黑线，即小车左半部分压 到黑线，车身向右偏出，此时应使小车向左转； 如果左面和中间传感器同时探测到黑线，此种情况为向左急转弯 ； 如果是右面传感 器探测到了黑线，即车身右半部压住黑线，小车向左偏出了轨迹，则应使小车向右转。 如果右面和中间传感器同时探测到黑线，此种情况为向右急转弯。 在经过了方向调整后， 如果中间传感器探测黑线，左右没有探测到黑线 小车再继续向前行走，并继续探测黑线重复上述动作 ，履带 车控制如表 3所示 [12]。 表 3 小车驱动控制对应表 单片机通过电机驱动电路控制小车的运行方法 状态 1 0 0 1 前进 1 0 1 1 0 0 1 前进 1 1 1 1 0 0 1 前进 0 0 0 0 1 1 0 后退 X X X 1 0 0 0 左转 0 1 1 0 0 0 1 右转 1 1 0 1 0 1 0 快速左 转 0 0 1 0 1 0 1 快速右 转 1 1 0 16 循迹流程图 由于第二 级方向控制为第一级的后备，则两个等级间的转向力度必须相互配合。 第二级通常是在超出第一级的控制范围的情况下发生 作用，它也是最后一层保护，所以它必须要保证小车回到正确轨迹上来 ，流程如图 所示。 图 循迹流程图 检测黑线 进入循迹 是否检测到黑线 状态判断处理 左急转 左转 右转 右急转 继续前进 N Y 17 循迹程序 设计 循迹方面我使用了 3 个传感器，通过寻黑线实现对履带车的智能控制，本次设计目的实现对履带车的控制，在这里使用 3路传感器不仅能达到循迹目的也能显示出对履带车的控制 效果。 void ww()//循迹 { if(P14==0amp。 amp。 P15==1amp。 amp。 P16==1)//右转 {P10=1。 P11=0。 P12=0。 P13=0。 P17=0。 } else if(P14==0amp。 amp。 P15==0amp。 amp。 P16==1)//右急转 {P10=1。 P11=0。 P12=1。 P13=0。 P17=0。 } else if(P14==1amp。 amp。 P15==1amp。 amp。 P16==0)左转 {P10=0。 P11=0。 P12=0。 P13=1。 P17=0。 } else if (P14==1amp。 amp。 P15==0amp。 amp。 P16==0)//左急转 {P10=0。 P11=1。 P12=0。 P13=1。 P17=0。 } else if(P14==1amp。 amp。 P15==0amp。 amp。 P16==1) //中寻黑前进 {P10=1。 P11=0。 P12=0。 P13=1。 P17=0。 } else if (P14==1amp。 amp。 P15==1amp。 amp。 P16==1)//不寻黑前进 {P10=1。 P11=0。 P12=0。 P13=1。 P17=0。 } else P10=1。 P11=0。 P12=0。 P13=1。 } } 以上程序我采用了简单明了的 if语句将我设计的路线循迹情况和对驱动电路的控制对应起来，类似查询表格方式。 这样设计程序使用 else if 语句我可以很容易添加运行状态，使程序调试相对容易，减小工作量。 18 避障方案 如图 所示，经过试验测试，本设计使用的红外传感器的探测夹角较小，当小车与障碍物平行行驶，或者与障碍物的夹角过小时，小车将识别不到障碍，导致小车一侧于障碍物解除碰撞。 图 传感器角度示意图 解决这个问题可以再 小车左右 2 个方向增加 2 个传感器探测，但这样对传感器的 资源浪费较大，加大了电源的负荷，程序相对复杂。 而我采用的方案是在 小车前方水平避障传感器的安装 使其 约有 10 度的夹角，左右都是向外扩张 10 度， 此红外传感器的探测距离调试约为 15cm，那么斜侧 10 度夹角后前方探测距离变为 15cm可以认为保持不变，而 2 侧多出了 3cm的横向安全距离，当横向距离小于 3cm时候小车也会执行避障程序 [13]。 软件设计上，避障动作是先检测到障碍执行避障程序，小车先后退一小段距离，在这期间蜂鸣器报警，然后如果是右传感器探测 到障碍，小车将向左转向，反之向右转向，之后再检测障碍，如果有障碍继续循环动作，没有障碍 时小车将检测循迹“黑线”检查道路，如 果无道路小车会向前直行。 单片机通过传感器控制驱动电路运行方法如表 4 所示。 表 4 避障状态对应表 左传感器 右传感器 执行 =1 =0 第一步 0 1 1 0 第二步 1 0 1 0 =0 =1 第一步 0 1 1 0 第二步 0 1 0 1 19 避障 流程图 在整体程序中，小车避障的优先级最高 ，无论履带车当前是什么行驶状态，检测到障碍时，就跳入避障环节，避障完成后才执行其他循迹，前进动作。 在其他智能设计中，我们都要考虑各个环节先后循序，使其符合应用场合 ，流程如图 所示。 图 避障流程 检测障碍 判断是否有障碍 左避障信号 右避障信号 执行右转避障程序 执行左转避障程序 前进 开始 Y Y N 20 避障程序设计 整个电路中我采用 12MHZ 的外部晶振电路， 在流程图中能简明的看出各个状态执行步骤，如果按照这个步骤以 12MHZ 的频率执行，程序检测不会出现错误，但实际我 们人眼将看不任何动作，速度太快。 所以各个步骤我们需要设定他们的执行时间，比如避障时履带车会倒退，那么我们需要设定它倒退的时间。 在这里我们可以使用定时器也可以。