梁炯名自動(dòng)往返小汽車設(shè)計(jì)論文

1、題目（自動(dòng)往返小汽車） 完成日期: 2012 年 12 月 13日學(xué) 校： 中山市技師學(xué)院系別： 電子應(yīng)用系專業(yè)名稱： 電子技術(shù)應(yīng)用學(xué) 生 姓 名： 梁炯名 劉賢 謝南南組 別： 基礎(chǔ)組指導(dǎo)教師姓名、職稱： 黃江 (教師) 目錄 摘要 1 Abstract 2第一章 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)和要求 2 1.1 任務(wù) 31.2 要求 3第二章 設(shè)計(jì)方法與論證 42.1 總體設(shè)計(jì)方案 42.2 驅(qū)動(dòng)模塊 52.3 黑線檢測(cè)模塊 62.4 碼盤測(cè)距設(shè)計(jì) 7第三章 系統(tǒng)理論分析與計(jì)算 83.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 93.3 黑線檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 93.4 系統(tǒng)供電單元設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 11 4

2、.1 系統(tǒng)控制流程 114.2 系統(tǒng)電路圖 11第五章 系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)論 125.1 硬件測(cè)試 125.2 結(jié)論 13 5.3程序 13摘要 通過仔細(xì)的分析和論證，本電路系統(tǒng)可分為檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)和顯示模塊，首先利用反射式光電傳感器檢測(cè)路面的黑線個(gè)數(shù)，將其傳給控制模塊，這里我們主控芯片采用的是STC89C52芯片，小車裝載了紅外壁障光電傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)車身兩側(cè)黑線，單片機(jī)將根據(jù)實(shí)際情況來控制小車的驅(qū)動(dòng)模塊，精確的控制小車的轉(zhuǎn)速。小車前行過程中所有信息包括檢測(cè)黑線個(gè)數(shù).。 關(guān)鍵詞：PWM 黑線檢測(cè) STC89C52 Abstract Through the careful analysis and ar

3、gumentation .This circuit system can be divided into detection, drive, obstacle avoidance, driver and display module . First, the reflecting photoelectric sensor to test the pavement of the black line number, passing it on to control module .Here we master control chip USES is STC12C5A60S2 chip . A

4、load of infrared barrier and photoelectric sensor .Real-time detection body on both sides of the obstacles . SCM will according to actual condition to control the car driver module . In the process of car forward all information including detection line number,。Key words: PWM Line detection STC89C52

5、 第一章，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)和要求一、任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)能自動(dòng)往返于起跑線與終點(diǎn)線間的小汽車。允許用玩具汽車改裝，但不能用人工遙控（包括有線和無線遙控）。跑道寬度0.5m，表面貼有白紙,跑道用地面,貼上白紙。在跑道的B、C、D、E、F、G各點(diǎn)處畫有2cm寬的黑線(用黑色電工膠布)，各段的長(zhǎng)度如圖1所示。 1.2要求1基本要求（1）車輛從起跑線出發(fā)（出發(fā)前，車體不得超出起跑線），到達(dá)終點(diǎn)線后停留10秒，然后自動(dòng)返回起跑線（允許倒車返回）。往返一次的時(shí)間應(yīng)力求最短（從合上汽車電源開關(guān)開始計(jì)時(shí)）。（2）到達(dá)終點(diǎn)線和返回起跑線時(shí)，停車位置離起跑線和終點(diǎn)線偏差應(yīng)最?。ㄒ攒囕v中心點(diǎn)與終點(diǎn)線或起跑線中心線之間距離

6、作為偏差的測(cè)量值）。（3）DE間為限速區(qū)，車輛往返均要求以低速通過，通過時(shí)間不得少于4秒，但不允許在限速區(qū)內(nèi)停車。第2章 設(shè)計(jì)方法與論證方案一：本設(shè)計(jì)選用兩塊單片機(jī)(89C52 和 89C2051)作為自動(dòng)往返小汽車的檢測(cè)和控制核心。路面黑線檢測(cè)使用反射式紅外傳感器，車速和距離檢測(cè)使用斷續(xù)式光電開關(guān)，利用PWM技術(shù)動(dòng)態(tài)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?；谶@些完備而可靠的硬件設(shè)計(jì)，使用了一套獨(dú)特的軟件算法，實(shí)現(xiàn)了小車在限速和壓線過程中的精確控制。本設(shè)計(jì)的主要特色 : 高效的H型PWM電路，提高電源利用率；  控制電路電源和電動(dòng)機(jī)電源隔離，信號(hào)通過光電禍合器傳輸； 脈沖調(diào)制路面檢測(cè)，超強(qiáng)糾錯(cuò)

7、，免受路面雜質(zhì)干擾；  優(yōu)化的軟件算法，智能化的自動(dòng)控制， 定位精確;后置式紅、綠方向燈行駛狀態(tài)一目了然。方框圖如1-2所示。 圖1-2 方案一方框圖方案二：系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51作為核心器件實(shí)現(xiàn)小車行駛的自動(dòng)控制?？刂七^程是利用反射式光電檢測(cè)器采集的數(shù)據(jù)，通過軟件完成對(duì)小車在不同路段的行駛速度實(shí)時(shí)控制，用數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)對(duì)指定行程和所用時(shí)間顯示，同時(shí)利用紅外數(shù)據(jù)傳輸方式將在限速區(qū)、終點(diǎn)區(qū)和返回到起點(diǎn)區(qū)后的時(shí)間和距離數(shù)據(jù)向手持顯示裝置單相傳送。鍵盤設(shè)置在小車中，對(duì)速度的控制調(diào)整更加方便、精確。方框圖如1-3所示。數(shù)據(jù)采集1線標(biāo)志檢測(cè)數(shù)據(jù)采集2 圈數(shù)檢測(cè) 單 片 機(jī) A T 8 9 C

8、 5 1顯示結(jié)果電動(dòng)機(jī)控制紅外發(fā)射鍵盤輸入紅外接收單 片 機(jī) A T 8 9 C 5 1 速度、時(shí)間、里程顯示鍵盤輸入 圖1-3 方案二方框圖方案三：采里程檢測(cè)STC89C52數(shù)碼顯示電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)速跑道標(biāo)志檢測(cè)用單片機(jī)STC89C52作為系統(tǒng)的控制中心。電機(jī)采用飼服控制電機(jī)來驅(qū)動(dòng);檢測(cè)電路采用紅外對(duì)管來控制小車的快行,慢行,停止;用LCD1602液晶實(shí)現(xiàn)對(duì)指定行程和所用時(shí)間的顯示。方框圖如1-4所示。方案一，方案二材料較多。故選用方案三。2.2 電機(jī)控制模塊為了實(shí)現(xiàn)電動(dòng)小車對(duì)行走路徑的準(zhǔn)確定位和精確測(cè)量，可以考慮一下兩種方案：方案一：采用飼服電機(jī)。飼服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，轉(zhuǎn)配簡(jiǎn)單

9、，使用方便。方案二：采用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，控制也比較簡(jiǎn)單，具有瞬時(shí)啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越性，比較適合本系統(tǒng)控制精度高的特點(diǎn)?？偵戏治?，但由于實(shí)際原材料考慮，本設(shè)計(jì)使用方案一。2.3、黑線檢測(cè)模塊圖2.3 黑線檢測(cè)模塊方案一：使用發(fā)光二極管和光敏二極管。此方案缺點(diǎn)在于環(huán)境的其他光源對(duì)光敏二極管的工作產(chǎn)生很大的干擾，一旦外界光強(qiáng)改變，很可能造成誤判和漏判，即使采用超高亮發(fā)光管可以降低一定的干擾，但這又增加額外的功耗。方案二：反射式紅外發(fā)射接收管。此方案可以降低可見光的干擾，靈敏度高，同時(shí)其尺寸小、質(zhì)量輕、價(jià)格也低廉。外圍電路簡(jiǎn)單，安裝起來方便，電源要求不高，用它作為近距離傳感器是最理

10、想的。方案三：利用激光。此方案雖然抗干擾性強(qiáng)、可靠性高，但其缺點(diǎn)在于體積大、功耗大、價(jià)格高。一般用在要求場(chǎng)合非常高的場(chǎng)合，本系統(tǒng)采用方案二已經(jīng)能夠勝任，無須采用其它方案。2.4、碼盤測(cè)距模塊方案一：采用霍爾器件。該器件內(nèi)部由一片霍爾金屬板組成，當(dāng)磁鋼正對(duì)金屬片時(shí)，由于霍爾效應(yīng)，金屬板發(fā)生橫向?qū)?，因此可在電機(jī)軸上安裝固定有磁片的圓片，而將霍爾器件固定在距圓片上方1cm3的范圍，通過對(duì)脈沖的記數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的檢測(cè)。方案二：采用碼盤。由于該器件是溝槽結(jié)構(gòu)，可以將其置于固定軸上，再在電機(jī)軸上安裝圓片，均勻地固定多個(gè)遮光片，讓其恰好通過溝槽，產(chǎn)生一個(gè)個(gè)脈沖。通過脈沖的計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的檢測(cè)。兩種方案都是

11、可行性的轉(zhuǎn)速檢測(cè)方案。采用方案。第三章 系統(tǒng)理論分析與計(jì)算3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)本系統(tǒng)采用的是STC89C52芯片作為控制核心，4個(gè)16位定時(shí)器。內(nèi)部就含有PWM調(diào)制，而本實(shí)驗(yàn)用到的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的所需的PWM信號(hào)就是由該芯片產(chǎn)生的。下面是它的引腳圖和電路圖。圖 3.1 STC89C52的引圖 圖 3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖3.2黑線檢測(cè)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 該智能小車在跑道是上共設(shè)有6道黑線，路面可看做白色。由于黑線和白色路面對(duì)光線的反射系數(shù)不同，可以根據(jù)接收的反射光的強(qiáng)弱來判斷道路的“障礙”黑線。本設(shè)計(jì)利用紅外線在不同顏色的物表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外線遇

12、到白色地面時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑紙則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到信號(hào)?？紤]到集成紅外探測(cè)頭體積小、簡(jiǎn)便易用，性能可靠。所以本設(shè)計(jì)選擇了反射式紅外線光電傳感器作為紅外光的發(fā)射和接受器件，一般檢測(cè)距離可達(dá)410厘米cm,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外接電路均較為簡(jiǎn)單.鑒于小車底部聚地面的距離不超過五厘米，故用紅外光電傳感器足以滿足要求。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外接電路均較為簡(jiǎn)單，檢測(cè)電路如下圖所示。 圖 黑線檢測(cè)電路 3.3系統(tǒng)供電單元設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)智能車控制系統(tǒng)中， 芯片需要提供5V的工作電壓，而電機(jī)所需的電壓為12V，本設(shè)計(jì)中用到的是12V的電源供電，然后通過三端穩(wěn)壓器LM317將電

13、壓變換為5V電壓供給電路系統(tǒng)。電源系統(tǒng)的電路圖如圖3.7所示。 圖 3.7 穩(wěn)壓電源提供電路系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)開始4.1程序流程圖檢測(cè)黑線正常行駛檢測(cè)第三條黑線減速行駛檢測(cè)第四條黑加速速行終點(diǎn)時(shí)停留10S左黑白線檢測(cè)右黑白線檢測(cè) 倒車返回 4.2系統(tǒng)電路圖 測(cè)試數(shù)據(jù)、測(cè)試結(jié)果分析及結(jié)論測(cè)試方法與儀器：1、 測(cè)試儀器 測(cè)試儀器包括秒表、數(shù)字萬用表、示波器、MCS51仿真機(jī)、直流穩(wěn)壓電源等。2、測(cè)試方法 數(shù)字萬用表主要用來測(cè)試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止/導(dǎo)通狀態(tài)等參數(shù)；信號(hào)發(fā)生器與示波器用于測(cè)試各光電傳感器信號(hào)的接收與傳輸；MCS51仿真機(jī)用于測(cè)試軟件；直流穩(wěn)壓電源在測(cè)試期間為各待測(cè)系統(tǒng)供電；

14、秒表用于產(chǎn)品測(cè)試，按照任務(wù)書的基本要求對(duì)制成的電動(dòng)車進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試。測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果分析： 計(jì)時(shí)精度分析 計(jì)時(shí)系統(tǒng)采用了新型顯示芯片。理論上的誤差不到1秒/年。 測(cè)距精度分析 測(cè)速系統(tǒng)采用了電機(jī)軸光電碼盤檢測(cè)技術(shù)。電機(jī)軸與車輪軸之間采用了齒輪箱二級(jí)減速，變比1/16。車輪周長(zhǎng)135mm,光電碼盤與電機(jī)軸安裝在一起，電機(jī)軸每一轉(zhuǎn)產(chǎn)生2個(gè)脈沖，車輪每轉(zhuǎn)產(chǎn)生32個(gè)脈沖，理論測(cè)量精度可達(dá)135mm/32=4.22mm<4.5mm 定位精度分析 本設(shè)計(jì)采用實(shí)際測(cè)量與軟件補(bǔ)償技術(shù)，理論上可使定位精度提高到誤差<10mm。3、結(jié)論歷時(shí)一個(gè)月的設(shè)計(jì)過程中，我首先邊查資料，邊在實(shí)驗(yàn)室焊接小車的線路板

15、。在焊接過程中，我感覺到即使是一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，要想很輕松的焊好，也不是很容易的事情。有時(shí)是“虛焊”的原因，有時(shí)可能是阻值選錯(cuò)。在焊接顯示電路時(shí)，我就錯(cuò)將680歐的電阻焊成了6.8千歐。這使我深深感受到理論與實(shí)際間的差距。通過這樣的設(shè)計(jì)，提高了我的動(dòng)手能力。每天在實(shí)驗(yàn)室除了焊接線路板，還可以上機(jī)編程，使我軟件調(diào)試知識(shí)也提高了。致 謝通過這次設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了學(xué)校的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這幾個(gè)月的設(shè)計(jì)是對(duì)過去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展

16、打下了良好的基礎(chǔ)。由于自身水平有限，設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。、參 考 文 獻(xiàn)1 何立民,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì),北京：航天航空大學(xué)出版社,25,46502 李廣弟,單片機(jī)基礎(chǔ),北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2001,56643 何希才,新型實(shí)用電子電路400例,電子工業(yè)出版社,2000年,60654 趙負(fù)圖,傳感器集成電路手冊(cè),第一版,化學(xué)工業(yè)出版社,2004,5905915 陳伯時(shí),電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng),第二版,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000年6月,1271306 張毅剛,彭喜元,新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì),第一版,哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2003,2527,4114

17、17#include <reg52.h> #include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit MOTOR_PORT_L = P36;sbit MOTOR_PORT_R = P37;#define MOTOR_PORT_L_SET(x) MOTOR_PORT_L = x#define MOTOR_PORT_R_SET(x) MOTOR_PORT_R = x/電機(jī)修正#define MOTOR_WAIT_OFFSET -5 /電機(jī)停止參數(shù)#define MOTOR_STOP

18、 (1500 + MOTOR_WAIT_OFFSET)/前進(jìn)速度參數(shù)#define MOTOR_UP_H (MOTOR_STOP + 500)#define MOTOR_UP_L (MOTOR_STOP + 40)/后退速度參數(shù)#define MOTOR_DOWN_H (MOTOR_STOP - 500)#define MOTOR_DOWN_L (MOTOR_STOP - 40)typedef union _U16_U8_unsigned int u16;unsigned char u82;U16_U8;void timer_config(void)EA = 1;TMOD = (TMOD &a

19、mp; 0xf0) | 0x01;ET0 = 1;void timer_start(void)TH0 = 0x00;TL0 = 0x00;TR0 = 1;void timer_stop(void)TR0 = 0;unsigned char timer_wait(unsigned int wait) U16_U8 buf;buf.u80 = TH0;buf.u81 = TL0; if(buf.u16 >= wait)return 1;return 0;void motor_inital(void) MOTOR_PORT_L_SET(0);MOTOR_PORT_R_SET(0);timer_

20、config();void motor_move(unsigned int ml,unsigned int mr) bit flag_l = 0;bit flag_r = 0; timer_start(); MOTOR_PORT_L_SET(1);MOTOR_PORT_R_SET(1);if(ml = mr) while(!flag_l) if(timer_wait(ml) = 1)MOTOR_PORT_L_SET(0);MOTOR_PORT_R_SET(0);flag_l = 1; elsewhile(!flag_l | !flag_r) if(!flag_l) if(timer_wait(

21、ml) = 1)MOTOR_PORT_L_SET(0);flag_l = 1;if(!flag_r) if(timer_wait(mr) = 1)MOTOR_PORT_R_SET(0);flag_r = 1;while(timer_wait(20000+MOTOR_WAIT_OFFSET) = 0);timer_stop(); sbit RS = P24;sbit RW = P25;sbit EN = P26;#define LCD1602_PORT P0#define RS(x) RS = x ; _nop_();_nop_();#define RW(x) RW = x ; _nop_();

22、_nop_();#define EN(x) EN = x ; _nop_();_nop_(); void busy(void) LCD1602_PORT=0xff;RS(0);RW(1);EN(1);while(LCD1602_PORT&0x80)=0x80);EN(0);void LCD1602_Write_Data(uchar select,uchar wdata) busy();if(select)/write dataRS(1);RW(0); LCD1602_PORT = wdata; EN(1);EN(0);else/write insRS(0);RW(0); LCD1602

23、_PORT = wdata; EN(1);EN(0);void LCD1602_Prints(uchar line,uchar *str)if(line)LCD1602_Write_Data(0,0x80 + 0x40);/設(shè)定坐標(biāo) 第2行第1格else LCD1602_Write_Data(0,0x80);/設(shè)定坐標(biāo) 第1行第1格while(*str != '0')LCD1602_Write_Data(1,*str);str+;void LCD1602_Inital(void)LCD1602_Write_Data(0,0x38);LCD1602_Write_Data(0,0x

24、08);LCD1602_Write_Data(0,0x01);LCD1602_Write_Data(0,0x06);LCD1602_Write_Data(0,0x0c);sbit MEDIAN_PORT = P32;/中線sbit GO_Left_PORT = P11;sbit GO_Righ_PORT = P10;sbit Wai = P33;sbit P15=P15;sbit P16=P16;sbit P17=P17;void Control_Manage(void) static uchar state = 0;uchar i;static bit flag = 0;static uch

25、ar num;static uint count = 0;static uchar timer = 0;static uint miao = 0;static uint Jiance = 0;static uchar Juli = 0;if(state < 7)if(+timer>=50)timer = 0;miao+;if(Wai = 0)Jiance+;LCD1602_Write_Data(0,0x85);LCD1602_Write_Data(1,0x30|Juli/100%10);LCD1602_Write_Data(1,0x30|Juli/10%10); LCD1602_W

26、rite_Data(1,'.');LCD1602_Write_Data(1,0x30|Juli%10);LCD1602_Write_Data(1,' ');LCD1602_Write_Data(1,0x30|miao/60%10);LCD1602_Write_Data(1,':');LCD1602_Write_Data(1,0x30|miao%60/10);LCD1602_Write_Data(1,0x30|miao%60%10);LCD1602_Write_Data(0,0x80);LCD1602_Write_Data(1,0x30|Jianc

27、e/100%10);LCD1602_Write_Data(1,0x30|Jiance/10%10);LCD1602_Write_Data(1,0x30|Jiance%10);switch(state)case 0:count = 0;if(MEDIAN_PORT) state = 1;Juli += 0;motor_move(MOTOR_DOWN_L,MOTOR_UP_L); elseif(GO_Left_PORT)motor_move(MOTOR_STOP,MOTOR_UP_H); else if(GO_Righ_PORT)motor_move(MOTOR_DOWN_H,MOTOR_STOP

28、); else motor_move(MOTOR_DOWN_L,MOTOR_UP_L); break; case 1:count = 0;if(MEDIAN_PORT = 1 && num >= 30)state = 2;Juli += 5;num = 0;break; elseif(+num >= 30)num = 31;if(GO_Left_PORT)motor_move(MOTOR_STOP,MOTOR_UP_H); else if(GO_Righ_PORT)motor_move(MOTOR_DOWN_H,MOTOR_STOP); else motor_mov

29、e(MOTOR_DOWN_H,MOTOR_UP_H);P15=0;P16=1;P17=1; break;case 2: count = 0;if(MEDIAN_PORT = 1 && num >= 30)state+;Juli += 20;num = 0;break; elseif(+num >= 30)num = 31;if(GO_Left_PORT)motor_move(MOTOR_STOP,MOTOR_UP_H); else if(GO_Righ_PORT)motor_move(MOTOR_DOWN_H,MOTOR_STOP); else motor_move

30、(MOTOR_DOWN_H,MOTOR_UP_H);P15=0;P16=1;P17=1; break; case 3: /限速區(qū)count = 0;if(MEDIAN_PORT = 1 && num >= 30)state+;num = 0;Juli += 10;break; elseif(+num >= 30)num = 31;if(GO_Left_PORT)motor_move(MOTOR_STOP,MOTOR_UP_H); else if(GO_Righ_PORT)motor_move(MOTOR_DOWN_H,MOTOR_STOP); else motor_move(MOTOR_DOWN_L,MOTOR_UP_L); P15=1;P16=0;P17=1; break;case 4:count = 0;if(MEDIAN_PO