智能循迹小车---设计报告

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竞速智能循迹小车设计报告参赛队伍——参赛人——胡沁玫，万超 目录摘要:………………………………………………引言：………………………………………………设计方案：…………………………………………报告内容安排：……………………………………技术方案说明：……………………………………一、总体模块：……………………………………二、设计思路：……………………………………硬件电路的设计：……………………………………一、最小系统：………………………………………二、电源电路设计：…………………………………三、传感器电路：……………………………………四、电机驱动电路：…………………………………小车调试：……………………………………………小车循迹规则：………………………………………软件系统的实现：……………………………………制作总结：…………………………………………… 摘要：本次参赛作品是基于AT89S52单片机的智能小车的设计与实现，小车完成的主要功能是能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶。小车系统以AT89S52单片机为系统控制处理器；采用红外传感获取赛道的信息，来对小车的方向和速度进行控制。此外，对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的融合，实现小车的预期功能。引言当今世界，传感器技术和自动控制技术正在飞速发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能”这个词也已经成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达到了很高的水平，特别是日本，比如日本本田制作的机器人，其仿人双足行走已经做得十分逼真，而且具有一定的学习能力，还据说其智商已达到6岁儿童的水平。而本次学校组织的智能循迹小车大赛也让同学们能充分的参与到实际电子作品的设计，制作中，同时也让同学们能在实际制作中理解传感器系统，自动控制系统。无容置疑，人才的培养不论是在国外还是国内，都开始重视起来，主要表现在大学生的各种大型的创新比赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛（ABUROBCON）、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛等众多重 要竞赛都能很好的培养大学生对于电子，电路，自动控制，传感系统相关知识。学校此次的比赛对于我们来说就是很好的一个平台，让我们能更加的加强自己理论方面的知识，同时，增强理论与实践相结合的发散性，创造性思维的能力。设计大致方案：该智能车采用红外传感器对赛道进行道路检测，单片机根据采集到的信号的不同状态判断小车当前状态，通过电机驱动芯片L298N发出控制命令，控制电机的工作状态以实现对小车姿态的控制。报告内容安排：本技术报告主要分为三个部分。第一部分是对整个系统实现方法的一个概要说明，主要内容是对整个技术原理的概述；第二部分是对硬件电路设计的说明，主要介绍系统传感器的设计及其他硬件电路的设计原理等；第三部分是对系统软件设计部分的说明，主要内容是智能模型车设计中主要用到的控制理论、算法说明及代码设计介绍等。技术方案概要说明本模型车的电路系统包括电源管理模块、单片机模块、传感 器模块、电机驱动模块。通过个模块的协调工作，最后组成一个完整的小车控制系统，最终实现小车的各项功能。总体模块：单片机AT89S52红外探测路面信息驱动模块小车电机设计思路：Ø利用红外采集模块中的红外发射接收对管检测路面上的轨迹Ø将轨迹信息送到单片机Ø单片机采用模糊推理求出转向的角度和行走速度，然后去控制行走部分Ø最终完成智能小车可以按照路面上的轨迹运行。 硬件电路的设计1、最小系统：小车采用atmel公司的AT89S52单片机作为控制芯片，图1是其最小系统电路。主要包括：时钟电路、电源电路、复位电路。其中各个部分的功能如下：1、时钟电路：给单片机提供一个外接的16MHz的石英晶振。2、电源电路：给单片机提供5V电源。3、复位电路：在电压达到正常值时给单片机一个复位信号。图1单片机最小系统原理图 2、电源电路设计：模型车通过自身系统，采集赛道信息，获取自身速度信息，加以处理，由芯片给出指令控制其前进转向等动作，各部分都需要由电路支持，电源管理尤为重要。在本设计中，AT89S52单片机使用5V电源，电机考虑到电源为充电电池组，额定电压为12V，实际充满电后电压则为11.5-11.8V，所以单片机及传感器模块采用7805稳压后的5V电源供电，舵机及电机直接由电池供电。3、传感器电路：光电寻线方案一般由多对红外收发管组成，通过检测接收到的反射光强，判断黑白线。原理图由红外对管和电压比较器两部分组成，红外对管输出的模拟电压通过电压比较器转换成数字电平输出到单片机。此次用的是LM324芯片，红外传感器是st178，管脚解法图如图所示，通过lm324的稳压，输出0或1信号，来控制是否检测到黑线。 图2赛道检测原理图：4、电机驱动电路：电机驱动芯片L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。其引脚排列如图1中U4所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号。L298可驱动2个电机，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。也利用单片机产生PWM信号接到ENA，ENB端子，对电机的转速进行调节。L298N的逻辑功能：表1SHARPGP2D12实物图 外形及封装：图3L298N实物图L298N电路原理图：由于一片L298N可以直接驱动两个电机，但是为了加大驱动力，我们采用两路并联的方式来驱动电机。 图3.3L298N电路图小车调试：虽然对小车的整个系统已经完全的进行了各系统的焊接与组装工作，源程序也有了一定的准备，但在调试过程中却也出现了一些小问题；在对红外传感器调试的过程中，在传感器模块的指示灯总是无法点亮，起初我们认为是管脚的解法问题，但在对线路的排错测试里发现，线路的排布是没有问题的，于是我们便再对lm324的接法产生了怀疑，通过网上资料的收集，以及实际电路中的运用发现，芯片没有进行电源的连接（vcc和GND没有连接），在我们连接好后，现红外探测器的指示灯依旧无法点亮，但红外传感器本身能够点亮，于是我们对线路中的电阻产生了怀疑，怀疑运用的电阻的阻值太小，无法产生比较信号，于是，我们换了一个更大的电阻，终于，只是等被我们点亮了，同时，我们还测出了传感器的感应距离。通过此次调试，我们还发现了许多的问题，并一一解决。小车循迹规则：在小车前进的过程中，当小车遇到弯道时，红外线传感器偏离原有的直线轨道，若是遇到向左的弯道，则左边的红外传感器，便会探测到黑线，接受到黑线的信号传给单片机， 再通过驱动系统传送给减速电机，则减速电机便会对左轮的电机进行减速，使小车向左开始转，当小车遇到右拐弯的时候，也同理对右轮进行减速，从而使小车进行右拐。软件系统的实现结论根据本次比赛要求，我们小组队伍地阅读了大量的资料，并认真分析了设计的需求，还系统学习了单片机的工作原理及其使用方法，并独自设计智能小车的整个项目。虽然条件艰苦，但经过不懈钻研和努力，购买到了所有所需的元器件，并系统的进行了多项试验，最终做出了整个小车的硬件系统，然后结合课题任务和小车硬件进行了程序的编制，本系统能够基本满足设计要求，能够较快较平稳的是小车沿引导线行驶，但由于经验能力有限，该系统还存在着许多不尽人意的地方有待于进一步的完善与改进。通过本次小车的制作，不仅是对我们课本所学知识的考查，更是对我 们的自学能力和收集资料能力以及动手能力的考验。本次比赛使我们对一个项目的整体设计有了初步认识，还认识了几种传感器，并能独立设计出其接口电路，再有对电路板的制作有了一定的了解，并学会了使用Protel设计电路。本次小车制作使我们意识到了实验的重要性，在硬件制作和软件调试的过程中，出现了很多问题，最终都是通过实验的方法来解决的。还有以前对程序只是一个很模糊的概念，通过这次的课题设计使我对程序完全有了一个新的认识，并能使用C熟练的进行编程了。通过本次比赛，极大的锻炼了我们的思考和分析问题的能力，并对单片机有了一个更深的认识。总之，在制作小车的过程中，无论是对于学习方法还是理论知识，我们都有了新的认识，受益匪浅，这将激励我们在今后再接再厉，不断完善自己的理论知识，提高实践运作能力。