循迹小车报告2

武汉工业学院工商学院电子设计大赛报告目录目录...........................................................................................................21.任务及要求.............................................................................................21.1任务................................................................................................22.系统设计方案........................................................................................22.1小车循迹原理...............................................................................22.2控制系统总体设计.......................................................................23.系统方案.................................................................................................33.1寻迹传感器模块..........................................................................63.1.1红外传感器ST188简介...................错误!未定义书签。3.1.2比较器LM324简介...........................错误!未定义书签。3.1.3具体电路...........................................错误!未定义书签。3.1.4传感器安装.....................................................................103.2控制器模块................................................................................113.3电源模块....................................................................................123.4电机及驱动模块........................................................................123.4.1电机.................................................................................123.4.2驱动.................................................................................133.5自动循迹小车总体设计............................................................143.5.1总体电路图.....................................................................143.5.2系统总体说明.................................................................144.软件设计.................................................................错误!未定义书签。4.1PWM控制....................................................................................154.2总体软件流程图.......................................................................164.3小车循迹流程图........................................................................174.4中断程序流程图........................................................................184.5单片机测序..................................................错误!未定义书签。5.提高部份............................................................................................5.1显示车行驶的距离......................................................................5.2电量不足报警器..........................................................................6．参考资料...............................................................错误!未定义书签。摘要本设计是一种基于单片机控制的简易自动寻迹小车系统，包括小车系统构成软硬件设计方法。小车以ATmega16为控制核心,用单片机产生PWM波，控制小车速度。利用红外光电传感器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,及时控制驱动电机以调整小车转向,从而使小车能够沿着黑色轨迹自动行驶,实现小车自动寻迹的目的。1.任务及要求1.1任务设计一个基于直流电机的自动寻迹小车，使小车能够自动检测地面黑色轨迹，并沿着黑色车轨迹行驶。系统方案方框图如图1-1所示。图1-1系统方案方框图2.系统设计方案2.1小车循迹原理这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，由于黑线和白色地板对光线的反射系数不同，可以根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”。通常采取的方法是红外探测法。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，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，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。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。2.2控制系统总体设计自动循迹小车控制系统由主控制电路模块、稳压电源模块、红外检测模块、电机及驱动模块等部分组成,控制系统的结构框图如图所检测（黑线）驱动电机软件控制控制小车示。图2-1控制系统的结构框(1)主控制电路模块：用ATMEG16单片机(2)红外检测模块：光电传感器PRP220,比较器LM339(3)电机及驱动模块:电机驱动芯片L298、两个直流电机3.系统方案3.1寻迹传感器模块RPR反射式光探测器是经常使用的传感器。这个系列的传感器种类齐全、价格便宜、体积小、使用方便、质量可靠、用途广泛图3-1传感器电路图（a）稳压电源模块主控芯片ATMEGA16L298减速电机光电传感器电压比较器图3-2传感器电路图（b）图3-3传感器电路图（c）我们采用RPR220作为红外检测传感器。如上图在黑线检测的测试中，若检测到白色区域，发射管发射的红外线反射到接收管，接收管导通。测量接收管的输出电压为3.5V左右，若检测到黑色区域，接收管没有接受到发射管发射的红外线，接收管不导通，测的接收管的输出电压为5V。其后我们把接收管的输出电压与比较器基准电压比较，比较基准电压由10K的变阻器调节，各个接收管的参数都不一致，每个传感器的比较基准电压也不尽相同，假设基准电压设为4.5v且从比较器同向端输入，接收管的电压从反向端输入，则没有接受到红外线的接收管（即检测到是黑线）与比较器相比较后比较器输出0，接受到红外线的接收管（即检测到是白线）与比较器相比较后输出5V，然后把输出电压送给单片机后进行识别，作出反应。3.1.1反射型光探测器RPR220简介RPR-220是一种一体化反射型光电探测器。其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。主要应用在游戏机，复印机和办公自动化等设备中。其特点如下：（1）塑料透镜以提高灵敏度；（2）内置的可见光过滤器以减小离散光的影响；（3）体积小结构紧凑。它采用DIP4封装。发射器和接收器都有两根引出脚，其中长脚为正极，短脚为负极。它的封装如图3-4所示：图3-4传感器模块电路比较器LM339简介：图3-5比较器LM339LM339电压比较器芯片内部装有四个独立的电压比较器，是很常见LM339引脚图的集成电路。利用lm339可以方便的组成各种电压比较器电路和振荡器电路。LM339的特点和一些参数：（1）电压失调小，一般是2mV；（2）共模范围非常大，为0v到电源电压减1.5v；（3）他对比较信号源的内阻限制很宽；（4）LM339vcc电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；（5）输出端电位可灵活方便地选用；（6）差动输入电压范围很大，甚至能等于vcc。3.1.2传感器安装在小车具体的循迹行走过程中，为了能精确测定黑线位置并确定小车行走的方向，需要同时在底盘装设4个红外探测头，进行两级方向纠正控制，提高其循迹的可靠性。这4个红外探头的具体位置如图3-6所示。图3-6传感器安装图图3-6中循迹传感器全部在一条直线上。其中X1与Y1为第一级方向控制传感器，X2与Y2为第二级方向控制传感器，并且黑线同一边的两个传感器之间的宽度不得大于黑线的宽度。小车前进时，始终保持(如图中所示的行走轨迹黑线)在X1和Y1这两个第一级传感器之间，当小车偏离黑线时，第一级传感器就能检测到黑线，把检测的信号送给小车的处理、控制系统，控制系统发出信号对小车轨迹予以纠正。若小车回到了轨道上，即4个探测器都只检测到白纸，则小车会继续行走；若小车由于惯性过大依旧偏离轨道，越出了第一级两个探测器的探测范围，这时第二级探测器动作，再次对小车的运动进行纠正，使之回到正确轨道上去。可以看出，第二级方向探测器实际是第一级的后备保护，从而提高了小车循迹的可靠性。转向原理：图3-7转向原理图3.2控制器模块采用Atmel公司的ATMEGA16芯片为主控制器。ATMEGEA16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位COMS微控制器。由于先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHZ,从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。5KR133KR7MISOMOSISCKRSTVCCPB0(XCK/T0)40PB1(T1)41PB2(AIN0/INT2)42PB3(AIN1/OC0)43PB4(SS)44PB5(MOSI)1PB6(MISO)2PB7(SCK)3RESET4PD0(RXD)9PD1(TXD)10PD2(INT0)11PD3(INT1)12PD4(OC1B)13PD5(OC1A)14PD6(ICP)15PD7(OC2)16XTAL27XTAL18GND6