本实训基于stc89c52单片机的循迹小车

循迹小车设计说明书课题名称：智能循迹小车学院（系）：电子工程学院专业：应用电子技术班级：1753班指导教师：姚老师分组成员:王强软件(XX)周聪硬件(XX)薛研露调试(XX)起讫时间：2016年4月27日～2016年5月4日I基于STC89C52单片机的智能循迹小车设计摘要智能循迹小车是一种在控制系统的作用下,可以准确沿既定路线自动行驶的系统。本设计中,采用STC89C52单片机为主控制芯片,结合直流减速电机、传感器、电源电路及其他外围电路,设计实现了小车沿黑色轨迹行走的智能循迹小车,其中小车循迹功能由红外式光电传感器完成。针对学生的能力和财力情况，只能制作有基本寻迹功能的智能小车。因此本设计的控制核心采用价格便宜、性能良好的8位CPU单片机芯片——STC89C52，驱动部分采用学校里经常教到直流减速电机，传感部分采用对光的暗亮程度比较敏感的红外式光电传感器。关键词：机械设计；STC89C52；直流减速电机；红外光电传感器等i目录摘要.......................................................................................................................I第1章绪论................................................................................................21.1引言........................................................................................................................21.2主要机械结构分析.........................................................................................2第2章结构设计.......................................................................................5一、结构设计...........................................................................................................5二、程序设计...........................................................................................................8第3章结论.................................................................................................13参考文献.........................................................................................................152第1章绪论1.1引言机器人技术的发展是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要标志和体现。机器人在单线生产生活中的应用越来越广泛，整在替代人发挥着日益重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高薪技术，集成了多学科的发展成果，代表高技术的发展前沿，是当前科技研究的热点方向。随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，机器人技术的开发速度越来越快，智能度越来越高，应用范围也得到了极大的扩展。在海洋开发、宇宙探测、工农业生产、军事、社会服务、娱乐等各个领域，机器人都有着广阔的发展空间与应用前景。机器人正朝着智能化和多样化方向发展。同时，机器人设计到的技术也不断扩展，如多传感器信息融合、；路径规划、机器人视觉、智能人机接口等，产生了一系列研究课题。目前，国内对机器人的研究不断深入，已经开发出各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的特种机器人和各种智能机器人，推出了各种样机，如移动机器人、微型机器人、水下机器人、军用机器人、服务娱机器人、仿人机器人等。对不同任务和特殊环境的适应性，是智能机器人与一般自动化装备的重要区别。智能机器人从外观上已远远脱离了最初的工业机器人所具有的形状和局限，更加符合各种不同应用环境的特殊要求，其功能和智能程度大大增强，从而为机器人技术开辟出更加广阔的发展空间。其中智能车系统将在未来工业生产和日常生活中扮演重要的角色，是以后的发展方向。智能小车的巡线功能在生产生活中都有着广泛的用途。例如：可以用在大的生产车间的物流系统中，按照预先设定的路线来传输货物；可以用在赛车比赛中能够按照轨道行驶，从而更加安全；还可以用在导航系统中等等。1.2主要机械结构分析目前智能小车的主要完成寻迹功能，是由机械结构和控制单元两个部分组成，而机械结构由一个由底盘、控制板、传感器支架、左右驱动轮、直流减速电机等组成，所以主要机械结构有车后驱动轮的驱动方式选择与安装、传感器3的安装、电机的选择与安装以及机械设计原则，这四大部分组成。1、车后驱动轮的驱动方式选择与安装1.驱动方式选择小车采用的是后左右两轮驱动的设计，而前轮起舵机的作用，并没有参与驱动功能，驱动功能就只由车后左右两轮来实现，同时又考虑到小车拐弯时的作用力也来自于车后左右两轮，所以，驱动方式必须采用左右两轮单独驱动。而影响小车转弯的重要因素是差速，小车转弯不灵活、转弯时振动较大都有可能是受差速的影响，必须要在调试过程中自己把握，不宜过松也不宜过紧，最好的标准是小车在拐S弯时，能灵活自如。考虑到小车的检测性能，所以使用双轮反向这种差速转向方式。2、传感器的的选择与安装智能小车的传感器大都会选择以下三种传感器：1.采用光敏电阻组成光敏传感器。光敏电阻原理简单，使用方便，价格低廉，但受光照强度影响很大，可靠性不高。2.采用角度传感器。实用角度传感器来测量车体水平方向和竖直方向的角度，感测到的倾角信号经编码后传感给单片机，由单片机控制电动机的运行。角度传感器灵敏度合适，响应速度好，但使用复杂，价格高昂，且不易购买。3.采用红外光电传感器。光电传感器原理简单，实现方便，价格低廉，可集发射器和接收器于一体。使用这类光电传感器电路简单，工作性能稳定，能完成需要的信号检测功能。综上分析，本设计选择方案三。传感器的抖动对检测稳定性的影响很大，前瞻增大后传感器的抖动很大地影响了检测的稳定性能，所以必须加固传感器的安装，以此来保证检测的稳定性。保证检测的稳定性，则必须保证车的稳定性，因此，必须将车身尽量压低，降低车的重心。采用三只TCRT5000型号的红外光电传感器，呈一字排布。这种方法检测连贯简单，程序控制算法简单，使小车控制稳定。电路图如下图所示：43、电机的选择与安装智能小车的减速电机是由一个普通电机和减速齿轮箱组成，齿轮箱在减速的同时可以增加扭矩。常用的减速电机有两种：1.L型直流减速电机，只有一边有轮轴，即只有一边可以安装轮子。如图1-3所示：图1-3这种电机不能加测速模块，只能作为动力电机使用，但是可以在轮子上面安装霍尔元件或者光电测速元件。2.T型直流减速电机，两边都有轮轴，即两边都可以装轮子。如图1-4所示：图1-45这种电机可在轮子的对面的电机轴上安装光电码盘，可用于侧速。但是有一点请注意，不是所有底盘板都支持这种T型测速。所以，综上所诉，选择第一种电机。电机在安装时必须考虑到啮合角和差速。啮合角没有调整好，会导致点击声音特别大，同时不仅会影响电机的声音强度，而且更会直接影响了电机对整车的驱动性，因此啮合富不应太松也不宜太紧，这在调试过程中应准确去把握。4、机械结构的设计原则机械结构在设计时，必须遵循重量适当、降低重心、加固安装这三个原则。1）重量适当。在小车运动时是很重要的，这影响到了小车的运动性能，以及爬斜坡的抓地力。众所周知，小车的车身过重，会影响到小车在运动时的动能；车身过轻，则会影响到小车在爬斜坡的抓地力，直接导致小车的车轮会打滑。这点应在调试时适当去把握。2）降低重心。这不仅能更好地增加小车的抓地力，而且更能保证检测的稳定性能。3）加固安装。这直接决定了小车的质量高低，所以在安装时，必须加固装。第2章结构设计一、结构设计通过查阅资料，浏览范文，以及根据设计任务及扩展功能，确定此设计小车是以STC89C52单片机为检测和控制核心，由轨迹探测模块、后轮驱动兼转向模块及电源模块等四大模块组成。如下图所示：首先必须将各个模块按照其功能组成一个有机的整体，系统各模块之间是紧密结合在一起完成工作的，各个模块通过单片机组成一个完整的硬件系统，通过各自不同的功能，使智能小车进行前进转向，达到实现运动控制的目的。61、检测与控制核心单片机是整个系统的核心，实现各模块传输的信息的处理，调用相应的子程序，实现控制信息处理，控制电机正反转等。系统采用STC的8位微控制器STC89C52单片机作为核心控制单元用于智能小车运动系统的控制。在选定智能车系统采用红外式光电传感器检测后，路径信号经STC89C52的I/O口输入处理后，用于小车的运动控制决策，由P0口输出电机控制信号单片机接线图如下图所示：2、轨迹探测模块（检测方式）利用红外接收装置，判断有外界控制信息的输入，并与单片机相连，传递相应控制信息。该智能小车在画有黑线的白纸“路面”上行驶由于黑线和白纸对光线的反射系数不同，可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”——黑线．判断信号可通过单片机控制驱动模块修正前进方向，以使其保持沿着黑线行进。所用的黑线宽度大约为1cm，判断黑线的方案采用红外光电传感器作为传感器，三个红外光电传感器并排放置于小车的前部进行线路跟踪——正常行驶时，中间红外光电传感器应位于黑色轨道上，而左右两个红外光电传感器应位于白色轨道上。电开关脱离轨道时，等待外面任意一只检测到黑线后，做出相应的转向调7整，直到中间的光电开关重新检测到黑线(即回到轨道)再恢复正向行驶。3、后轮驱动兼转向模块驱动包括电机和电源电机选择。由于直流电机转动力矩大，响应快速，体积小，重量轻，较大的起动转矩使其有从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，又可用变速齿轮改变其速度来达到本系统要求，价格较低等特点，所以使用两个直流电机，由单片机发出信号控制其正传反转，实现智能小车前进和转向结合。电机控制。由于L293D芯片的驱动方式比较简单，直接驱动两只直流电机。电源选择。用4节五号电池串联6V直流电源。在不超过单片机工作电压范围的情况下，又能驱动直流电机。且这个电源结构简单，价格便宜，容易得到。转向和动力结合的智能小车是使用两个独立的电动机各自带动一个轮胎位于两侧，通过两个轮胎速度的改变实现小车的转向，控制所用程序较少，控制器控制起来简单（这种转向方式类似于坦克的转向方式）。电路图如下图所示：4.小车的组装根据“车后驱动轮的驱动方式选择与安装”，则可看出如果动力轮抓地力不够，那么车的转弯不会那么灵活，因此需要提高动力轮的摩擦力，而如果把驱动等必备部件安装在动力轮上面，那么既能解决抓地力的问题（三样东西的重量够大，尤其是电池），也能解决前面搭载平台的问题。8因此把电池放在最下面，然后用一块亚克力板，使用铜柱把驱动吊装在亚克力板下面（两套铜柱足够），把最小系统支撑在亚克力上面（两个足够，也可以用四个），最后用长铜柱把整块结构支撑在导向轮上面，注意，不要挂到轮子。这样的话，在前面安装了传感器之后，重心基本是在底盘中心上，同时后轮有足够的重量来保证抓地力。二、程序设计小车程序：/*功能：循迹小车使用芯片：AT89S52或者STC89C52或AT89S51STC89C51晶振：12MHZ编译环境：Keil4作者：wangqi