智能尋跡小車設(shè)計(jì)報(bào)告

,.目錄項(xiàng)目設(shè)計(jì)目的·1項(xiàng)目設(shè)計(jì)正文·32.1．項(xiàng)目分析及方案制定·32.2．設(shè)計(jì)步驟及流程圖·42.2.1．尋跡設(shè)計(jì)步驟·42.2.2．流程圖·42.3．主要模塊介紹·42.3.1．LM393·42.3.1.1LM393的主要特點(diǎn)·42.3.1.2LM393引腳圖及內(nèi)部框圖·52.3.1.3LM393功能簡介·52.3.2．89C2051·52.3.2.189C2051簡介·52.3.2.289C2051主要性能參數(shù)·52.3.2.389C2051功能特性概述·62.4．電路設(shè)計(jì)及PCB繪制·62.4.1．電源電路·62.4.2．紅外收發(fā)電路·62.4.3．電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路·72.4.4．單片機(jī)最小系統(tǒng)·72.4.5.整體電路·8,.2.4.6. PCB板的繪制·82.5.成品展示·93．項(xiàng)目設(shè)計(jì)總結(jié)·94．參考文獻(xiàn)·10智能尋跡小車——CDIO三級項(xiàng)目王君杰（電子信息工程1501150070116）一、項(xiàng)目設(shè)計(jì)目的在科技飛速發(fā)展的今天，智能化的概念已經(jīng)滲入到各行各業(yè)，自動(dòng)控制系統(tǒng)也出現(xiàn)在生活的方方面面，精品文檔放心下載早到工廠的機(jī)械化生產(chǎn)，近到目前的自動(dòng)駕駛。越來越多的領(lǐng)域涉及到電控制技術(shù)。特別是使用單片機(jī)一感謝閱讀類的MCU的控制，在生活中越來越常見。因此，基于單片機(jī)控制的電路的學(xué)習(xí)和時(shí)間對于我們來說就顯謝謝閱讀得尤為重要。同時(shí)，對于單片機(jī)作為軟件主控單元，結(jié)合模電數(shù)電的硬件電路支持的綜合項(xiàng)目開發(fā)，也是精品文檔放心下載作為大學(xué)生需要了解并且熟練運(yùn)用的基礎(chǔ)。掌握了這些知識，對于我們以后的職業(yè)發(fā)展也有著莫大的幫助。謝謝閱讀二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)正文2.1、項(xiàng)目分析及方案制定首先對于“智能尋跡小車”這個(gè)標(biāo)題而言，我們可以分為兩個(gè)部分：小車和智能尋跡。“小車”決定謝謝閱讀了硬件電路的大致構(gòu)成：電源、電容、電阻、開關(guān)、電機(jī)、LED。而“智能”則決定了一些高級電路的選感謝閱讀用：MCU、傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電位器及一些IC。其次，假如去掉“智能”兩字，僅關(guān)注如何做成一個(gè)能夠行駛的小車，那么電路的搭建將會(huì)變得尤為感謝閱讀簡單。假如做一個(gè)“上電即跑”的小車，那么連開關(guān)都不需要，僅感謝閱讀需要電源（1.5V干電池即可），兩個(gè)電機(jī)（3V/100mA）和兩個(gè)限感謝閱讀,.流電阻按圖一方式連接即可。當(dāng)然，這樣的小車只能實(shí)現(xiàn)向一個(gè)方向前進(jìn)，無法實(shí)現(xiàn)跑道的自動(dòng)識別和轉(zhuǎn)感謝閱讀向。不過，這個(gè)電路也是所有行駛工具的基礎(chǔ)，所有的行駛工具，都是在這個(gè)電路的基礎(chǔ)上按照想要實(shí)現(xiàn)感謝閱讀的功能進(jìn)行拓展開發(fā)。接著讓我們來到“智能”的環(huán)節(jié)。所謂智能，也就是需要小車有人的思想，正如同課題所述——尋跡。感謝閱讀智能的小車需要具備自動(dòng)識別跑道的能力。同時(shí)，在采集到跑道信息后要做出相應(yīng)的處理。在我們這個(gè)課感謝閱讀題中，也就是需要及時(shí)并準(zhǔn)確轉(zhuǎn)彎。要實(shí)現(xiàn)這些功能，就需要更多的電子器件的支持。通過表1我們可以謝謝閱讀看到不同功能所需要的不同元件。實(shí)現(xiàn)功能所需器件類型器件選型跑道信息采集傳感器紅外收發(fā)對管采集信息預(yù)處理電壓比較器LM393信息處理單元MCU89C2051表1跑道信息處理電路器件列表通過表1我們可以發(fā)現(xiàn)我們本次的課題用到的器件還不是很多，電路也是比較簡單，但是要把這些器精品文檔放心下載件整合起來得到預(yù)期實(shí)現(xiàn)的功能也不是一件很容易的事情，特別需要我們的全局觀和布局能力。精品文檔放心下載2.2、設(shè)計(jì)步驟及流程圖2.2.1、尋跡設(shè)計(jì)步驟尋跡可以說是智能尋跡小車的核心，車做的好不好關(guān)鍵在于能不能按指定的路程行駛。在我們本次的精品文檔放心下載題目中使用的傳感器是紅外對管。僅車的單側(cè)來說，利用紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線，當(dāng)小車行駛在黑線上時(shí)感謝閱讀由于紅外管安裝的位置處于白色跑道位置，因此紅外接收管接收到紅外信號，電壓比較器獲得紅外對管的精品文檔放心下載電信號后輸出一個(gè)電平，再經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行處理輸出到電使其轉(zhuǎn)動(dòng)。反之，當(dāng)小車偏移黑線，由紅外對管精品文檔放心下載檢測到的信號通過電壓比較器輸出相反電平，再經(jīng)過單片機(jī)的處理使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。拓展到兩側(cè)，車位于精品文檔放心下載正中間，兩邊的紅外對管沒有檢測到黑線，兩輪都前進(jìn)。假如車向左偏，右側(cè)的紅外管檢測到黑線，右輪謝謝閱讀停止轉(zhuǎn)動(dòng)，左輪依舊轉(zhuǎn)動(dòng)，于是車身回正，另一側(cè)原理相同。通過這樣的控制系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)車的尋跡功謝謝閱讀,.能。2.2.2、流程圖通過對小車整個(gè)系統(tǒng)的分析，我們可以得到圖2的流程圖。在我們后期的制作中，這個(gè)流程圖可以為我們提供很大的參考價(jià)值?？梢钥吹?，我們的小車是一個(gè)簡易的閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過傳感器采集回的信息來對我們車的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，再通過控制小車兩輪的差速來進(jìn)行方向的控制，最終就能夠?qū)崿F(xiàn)小車沿著黑線行駛而不會(huì)一直向前。感謝閱讀2.3、主要模塊介紹在本次的課題中，我們主要使用到的兩個(gè)重要的器件是電壓比較器LM393和單片機(jī)89C2051。其中感謝閱讀電壓比較器作為信號處理的第一級電路，有著不可忽視的作用，而單片機(jī)則是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，由它來決感謝閱讀定小車什么時(shí)候前進(jìn)，什么時(shí)候拐彎。下面我們來了解一下這兩個(gè)器件的具體信息。感謝閱讀2.3.1、LM3932.3.1.1、LM393主要特點(diǎn)：·工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源：2～36V，雙電源:±1～±18V；謝謝閱讀·消耗電流小，Icc=0.8mA；·輸入失調(diào)電壓小，VIO=±2mV；·共模輸入電壓范圍寬，Vic=0～Vcc-1.5V；謝謝閱讀·輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS等兼容；謝謝閱讀·輸出可以用開路集電極連接“或”門；2.3.1.2、LM393引腳圖及內(nèi)部框圖,.2.3.1.3、LM393功能簡介比較兩個(gè)電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系)：當(dāng)“+”輸入端電謝謝閱讀壓高于“-”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平；當(dāng)“+”輸入端電壓低于“-”輸入端時(shí)，電壓比較器精品文檔放心下載輸出為低電平；電壓比較器的作用：它可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。利用謝謝閱讀簡單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。2.3.2、89C20512.3.2.1、89C2051簡介2.3.2.2、89C2051主要性能參數(shù)·與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容·2k字節(jié)可重擦寫閃速儲存器·1000次擦寫周期·2.7V-6V的工作電壓范圍·全靜態(tài)操作0Hz-24Mhz·兩級加密程序儲存器感謝閱讀

·128X8字節(jié)內(nèi)部RAM·15個(gè)可編程I/O口線·2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器·6個(gè)中斷源·可編程串行UART通道·可直接驅(qū)動(dòng)LED的輸出端口,.·內(nèi)置一個(gè)模擬比較器 ·低功耗空閑和掉電模式2.3.2.3、89C2051功能特性概述AT89C2051提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，15個(gè)I／O口感謝閱讀線，兩個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，—個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，內(nèi)置—個(gè)精密比較器，謝謝閱讀片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C2051可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，精品文檔放心下載并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)／計(jì)數(shù)器，串行謝謝閱讀通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作精品文檔放心下載直到下一個(gè)硬件復(fù)位。2.4、電路設(shè)計(jì)及PCB繪制在分析完電路需要實(shí)現(xiàn)的功能和所需要的器件選型以后，我們要做的也就是最重要的一步：電路的設(shè)謝謝閱讀計(jì)。一個(gè)電路方案最終能不能有效運(yùn)行很大程度上取決于電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量。當(dāng)然我們首先是進(jìn)行單個(gè)模塊謝謝閱讀的電路設(shè)計(jì)，最后才將其進(jìn)行整合。整合的過程也是最不容出錯(cuò)的過程，可能一個(gè)很小的錯(cuò)誤如電容反接謝謝閱讀就將導(dǎo)致整個(gè)電路的燒毀和癱瘓，更加嚴(yán)重的可能會(huì)對人身造成一定的威脅。感謝閱讀2.4.1、電源電路一個(gè)完整的電路要想工作，首先就要具備一個(gè)動(dòng)力的源頭——電源。電源的設(shè)謝謝閱讀計(jì)方案多種多樣，由簡單要復(fù)雜。一個(gè)復(fù)雜的電源電路需要整流、濾波、限幅等多謝謝閱讀種模塊配合工作，從而實(shí)現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定的系統(tǒng)的運(yùn)作，而對于我們的小車來說，感謝閱讀不需要用到這么復(fù)雜的電路，我們選用的電源為1.5V的干電池，屬于低壓直流電源。感謝閱讀而因?yàn)樾枰o我們的單片機(jī)供電，因此直接與電路相連的方法是不可取的，查閱手感謝閱讀冊可以得知，我們選用的單片機(jī)工作電壓為2.7-6V，于是我們使用2節(jié)干電池提供感謝閱讀3V電壓，為了使電源供電穩(wěn)定，將為電源進(jìn)行濾波從而得到更好的輸入電壓波形。感謝閱讀如圖4所示，電容C5為100uf的低通濾波電容，用于濾除低頻噪聲；C1位高通濾波電容，用于濾出高精品文檔放心下載頻噪聲。,.2.4.2、紅外收發(fā)電路紅外收發(fā)電路相當(dāng)于智能尋跡小車的“眼睛”。自然，在本小車上，精品文檔放心下載我們選用了兩對紅外收發(fā)管，各安裝在車身中軸的兩側(cè)，用來檢測車謝謝閱讀身的行駛位置。圖5為單獨(dú)一對紅外收發(fā)管的電路連接情況，另一對感謝閱讀與其相同。D3和D5分別為紅外發(fā)射管和紅外接收管，兩個(gè)限流電阻精品文檔放心下載R2和R8將通過紅外管的電流限制在其工作范圍內(nèi)，防止電流過大而燒毀器件。R6為可調(diào)電阻，調(diào)整其謝謝閱讀阻值來控制LM393的基準(zhǔn)電壓值，改變此值能夠改變小車對黑線感應(yīng)的靈敏度。同是，在不同的光照環(huán)精品文檔放心下載境和不同的黑線材料下，紅外反射情況也有所區(qū)別，用可調(diào)電阻能做到應(yīng)對環(huán)境變化的及時(shí)修正，使小車精品文檔放心下載的適應(yīng)性更加強(qiáng)大。2.4.3、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以說是小車的動(dòng)力所在。一些高端智能車采用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路往往十分復(fù)雜。不僅要感謝閱讀考慮到驅(qū)動(dòng)板的安裝結(jié)構(gòu)，對于其性能的要求也十分高，而一些競速類的車更是需要最優(yōu)的器件布局，穩(wěn)謝謝閱讀定的電流輸出，良好的散熱系統(tǒng)，合適的板子結(jié)構(gòu)等等元素相配合。謝謝閱讀就我們這一個(gè)小車而言，要不了如此高的標(biāo)準(zhǔn)，因此電路的設(shè)計(jì)也就更加簡單明了。當(dāng)然也不像圖1感謝閱讀所示的那樣簡單?？紤]到我們是用單片機(jī)控制，而單片機(jī)普通I/O口的電流達(dá)不到我們電機(jī)所需要的工作精品文檔放心下載電流，所以我們就需要特殊處理。電路圖如圖6所示。精品文檔放心下載,.圖中我們用三極管進(jìn)行電流放大再接入電機(jī)，就可以有效地控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。通過單片機(jī)I/O口輸出高精品文檔放心下載電平，三極管導(dǎo)通，電機(jī)轉(zhuǎn)；I/O口輸出低電平，三極管截止，電機(jī)停轉(zhuǎn)。C2和C3均為濾波電容，對電精品文檔放心下載機(jī)兩端的電壓進(jìn)行濾波，濾除高頻噪聲，使電機(jī)的輸出更加穩(wěn)定。同時(shí)為了美觀和調(diào)試的方便，我們在驅(qū)精品文檔放心下載動(dòng)電路中再接上兩個(gè)發(fā)光二極管，利用單片機(jī)控制其亮滅。左輪轉(zhuǎn)，D1亮，反之滅；右輪轉(zhuǎn)，D2亮，反謝謝閱讀之滅。再車行駛的過程中我們能更清晰地觀察到跑道的識別情況。謝謝閱讀2.4.4、單片機(jī)最小系統(tǒng)最后一個(gè)模塊也同樣是最重要的模塊——單片機(jī)最小系統(tǒng)。接入了最小系統(tǒng)的單片機(jī)才具備正常工作的能力。打個(gè)比方，單片機(jī)是人的心臟，那么最小系統(tǒng)就是血液。有了最小系統(tǒng)，單片機(jī)就能根據(jù)我們編寫的程序工作。其中Y1為6M的晶體振蕩器，其感謝閱讀作用是為單片機(jī)提供工作的時(shí)序脈沖。P1、P2、P3分別是引出的排針，方便以后的功能拓展。2.4.5、整體電路設(shè)計(jì)完各個(gè)模塊的電路之后，我們需要將所有的模塊整合起來，以達(dá)到我們所需要的效果。如圖8是精品文檔放心下載我們整合好后的電路。,.2.4.6、PCB板的繪制電路設(shè)計(jì)的最后一步即PCB板的繪制。如何將所畫的原理圖變成我們手里的電路板，這就是必不可少的一步。在繪制過程中，如何布局、如何布線，如何確定板的大小也是十分重要的考慮因素。由于我們的課題是智能循跡小車，因此PCB板的形狀最好和小車車身匹配。又因?yàn)槲覀兊陌迨堑皖l板，電源電壓也是小電壓，輸入的電流也僅為毫安級別，因此在布線方面沒有必要進(jìn)行過于復(fù)雜謝謝閱讀的處理。我們僅將VCC和GND的布線寬度增加為25mil。如圖9所示。精品文檔放心下載2.5、成品展示,.至此，我們的電路設(shè)計(jì)已經(jīng)完工了。剩下的就是PCB的打樣以及焊接。焊接時(shí)也要注意很多問題，如需謝謝閱讀要避免虛焊、漏焊、短路等錯(cuò)誤。焊接完成后，我們的智能尋跡小車就完成了。以下是成品圖。精品文檔放心下載圖10成品正面圖 圖11成品背面圖三、項(xiàng)目設(shè)計(jì)總結(jié)這次的項(xiàng)目綜合了模電和單片機(jī)的知識，自己思考設(shè)計(jì)實(shí)踐的過程加深了我們對于上課知識的消化感謝閱讀也認(rèn)識到許多知識的欠缺部分。對于電阻電容、三極管這類器件的選型也有了一個(gè)更加深入的認(rèn)識。感謝閱讀在電路設(shè)計(jì)過程中，我們查閱了很多的資料，除了項(xiàng)目所需要的知識外，我們還學(xué)到了許多其他的知精品文檔放心下載識，比如在查閱資料的過程中我們發(fā)現(xiàn)電壓比較器和放大器的主要區(qū)別是閉環(huán)特性：放大器工作于閉環(huán)且謝謝閱讀要求閉環(huán)后不能自激，而比較器則工作在開環(huán)狀態(tài)更追求速度。另外，在電阻電容阻值和容值選型的時(shí)候，精品文檔放心下載需要根據(jù)不同的情況采用不同的數(shù)值，在一開始我們設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)，參考方案中的電路有許多問題，精品文檔放心下載僅僅用電池供電不能驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，還有一些接線的問題，導(dǎo)致最后我們焊接完成調(diào)試時(shí)遇到許多困難。精品文檔放心下載不過這次的經(jīng)驗(yàn)也讓我們明白了電路設(shè)計(jì)的重要性，不是隨便拿來一個(gè)電阻就能往電路里面接，也不是隨謝謝閱讀便連連線就能實(shí)現(xiàn)所需要的功能。在最終的電路調(diào)試過程中，我們也發(fā)現(xiàn)一些焊接的小問題，如焊接溫度過高導(dǎo)致焊盤的脫落，焊錫的精品文檔放心下載量沒控制好導(dǎo)致兩個(gè)焊盤短路了等等，當(dāng)然焊接的技巧也是需要長久的練習(xí)來提升的，絕不是一次兩次的感謝閱讀,.訓(xùn)練就能熟練。就目前的器件還算是比較好焊接的，在以后進(jìn)行大型工程中用到的IC大都是有許多的引精品文檔放心下載腳，且其封裝形式也是比較難焊接的，最關(guān)鍵的問題是IC的溫度控制都需要很精確，過熱就會(huì)導(dǎo)致芯片感謝閱讀燒壞，而過冷就沒辦法融化焊錫。因此，焊接技巧還有待于提升。精品文檔放心下載總體來說，本次的項(xiàng)目讓我們學(xué)到了很多東西，尤其是單片機(jī)的應(yīng)用。雖