3基于51单片机的智能寻迹小车 - 副本

目录摘要.............................................................11.绪论...............................................................21.1课题背景.......................................................21.2课题研究的目的和意义...........................................22.系统方案设计.......................................................32.1循迹原理.......................................................32.2系统总体框图...................................................32.3轨迹检测模块...................................................32.3.1传感器模块..................................................42.3.2检测放大器方案..............................................42.4MCU控制模块....................................................42.5电机及驱动模块.................................................42.5.1转向和动力..................................................42.5.2电动机模块..................................................42.5.3调速系统....................................................52.5.4电机驱动模块................................................52.6电源模块.......................................................52.7显示模块.......................................................52.8系统工作原理...................................................63.硬件设计...........................................................73.1电源模块设计...................................................73.1.1智能车电源设计要点.........................................73.1.2低压差稳压芯片LM2940简介..................................73.2单片机最小系统设计.............................................83.3前向通道设计..................................................103.4后向通道设计..................................................143.4.1后向通道简介.............................................143.4.2后轮电机驱动模块设计.....................................144.软件设计..........................................................174.1系统总体流程图................................................174.2PWM调速简介以及实现...........................................184.3程序的模块化设计..............................................194.3.1小车循迹原理流程图........................................194.3.2定时器中断程序流程图......................................206.结束语............................................................21参考文献............................................................22附件............................................................23基于单片机的简易寻迹小车设计1摘要智能车辆作为现代社会的新产物，以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备，智能小车的研究和开发正成为广泛关注的焦点。本设计是一种基于单片机控制的简易自动寻迹小车系统，系统的设计主要分为总体方案设计、硬件和软件设计，其中每一部分均采用模块化设计原则，使得设计易读、易修改、易扩充。该设计重点介绍循迹小车如何解决轨迹检测和路线跟随问题。系统以AT89C51为控制核心，利用定时器T0通过定时器中断产生PWM波形，通过调整占空比控制小车速度和转向。利用红外光电传感器ST188对路面黑色轨迹进行检测，并将路面检测信号反馈给单片机，单片机对采集到的信号予以分析判断，及时控制左右轮电机的转速以调整小车转向，从而使小车能够沿着环形黑色轨迹自动行驶，达到自动寻迹的目的。关键词：AT89C51单片机、光电检测器、PWM调速、电动小车AbstractIntelligentvehicleisanewproductofmodernsociety，andproductdevelopmentbasedonintelligentvehiclehasbecomeakeyequipmentautomationlogisticstransportation，flexibleproductionorganizationsystem，researchanddevelopmentofintelligentvehicleisbecomingthefocusofattention.Thedesignisasimplecarautotracingsystembasedonsingle-chipmicrocomputercontrol，systemdesignmainlyincludesdesign，astheschemeofhardwareandsoftwaredesign，whereeachpartadoptsmodulardesignmakesthedesignprinciple，readable，easytomodify，extend.Thedesignfocusesonhowtosolvetheproblemoftrajectorytrackingcardetectionandroutetofollowproblem.SystemusesAT89C51asthecontrolcore，usingthetimerT0timerinterruptthroughPWMwaveformgeneration，byadjustingthedutycyclecontrolvehiclespeedandsteering.FortracingusinginfraredphotoelectricsensorST188，andthepavementdetectionsignalsbacktotheSCM，SCMtoanalysissignalcollected，timelycontrolleftandrightwheelmotorspeedtoadjustthecarsteering，sothatthecarcanalongtheringshapedblacktrajectoryautomatically，toachievethepurposeofautomatictracing.keyword:AT89C51microcontroller，photoelectricdetector，PWMspeed，electriccar基于单片机的简易寻迹小车设计21.绪论1.1课题背景目前，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。智能车辆也叫无人车辆，是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能。智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路(轨迹)行进。智能车辆作为移动机器人的一个重要分支正得到越来越多的关注。1.2课题研究的目的和意义目前，国内外的许多大学及研究机构都在积极投入人力、财力研制开发针对特殊条件下的安全监测系统。其中包括研究使用远程、无人的方法来进行实现，如机器人、远程监控等。无线传输的发展使得测量变得相对简单而且使得处理数据的速度变得很快甚至可以达到实时处理。该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现循迹功能，还可以扩展自动避障等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹。灵活应用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。在此过程中，加深对控制理论的理解和认识基于单片机的简易寻迹小车设计32.系统方案设计按照题目要求，本次设计的系统是利用主控芯片控制电机，通过相关传感器对路面的轨迹信息进行检测，并将检测信号传输给控制器，然后控制器做出相应的处理，实现小车的寻迹前行。设计的首要问题即解决路径检测和小车转向。2.1循迹原理采用与地面颜色有较大差别的线条(例如白色路面上画一条黑色曲线)作引导线，由于不同颜色对光线的反射系数不同，因此可根据反射光的强弱来判断路径是否正确。在该模块中可选用一种简单有效、应用较普遍的检测方法——红外探测法[1]。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体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板时发生漫反射，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，小车上的接收管接收不到红外光。正是基于光电传感器对是否接收到反射信号所产生的电压信号原理，经过后续电路处理来判断行车路径是否正确，通过单片机控制系统调节寻迹小车的转向使其能够自动检测到引导线，并沿此引导线移动。2.2系统总体框图根据设计要求，小车系统主要分为以下几个模块:单片机控制模块、轨迹检测模块、电机驱动模块。系统框架图如图2.1所示图2.1系统框架图2.3轨迹检测模块根据引导线与路面的反射系数不同，通过