单片机课程设计-基于单片机的循迹小车

1黄山学院单片机课程设计说明书专业：自动化班级：14自动化2班学生姓名：指导老师：成绩：2目录第1章绪论.........................................................31.1引言................................................................31.2课题任务要求........................................................31.3本论文研究的内容....................................................3第2章系统总体设计.................................................42.1小车的机械特性......................................................42.2智能小车寻迹基本原理................................................4第3章系统硬件设计.................................................63.1控制器的选择........................................................63.1.1概述............................................................63.1.2STC89C51开发工具特性............................................63.2硬件电路设计........................................................63.2.1系统电源电路....................................................63.2.2电机驱动模块....................................................83.2.3红外线检测电路..................................................93.3附加功能..........................................................103.3.1蓝牙小车.......................................................10第4章系统软件设计................................................114.1编译环境...........................................................114.2模块的驱动.........................................................114.2.1红外线传感器模块...............................................114.2.2电机模块的驱动.................................................124.2.3按键模块.......................................................21第5章系统调试分析................................................265.1系统设计中的注意事项...............................................265.1.1外部因素.......................................................165.1.2内部因素.......................................................265.2硬软件总体调试.....................................................26第6章结束语......................................................27致谢...............................................................28参考文献...........................................................29附录...............................................................303第1章绪论1.1引言我们所处的这个时代是信息革命的时代，各种新技术、新思想层出不穷，纵观世界范围内智能汽车技术的发展，每一次新的进步无不是受新技术新思想的推动。随着汽车工业的迅速发展，传统的汽车的发展逐渐趋于饱和。伴随着电子技术和嵌入式技术的迅猛发展，这使得汽车日渐走向智能化。智能汽车由原先的驾驶更加简单更加安全更加舒适，逐渐的向智能驾驶系统方向发展。智能驾驶系统相当于智能机器人，能代替人驾驶汽车。它主要是通过安装在前后保险杠及两侧的红外线摄像机，对汽车前后左右一定区域进行不停地扫描和监视。计算机、电子地图和光化学传感器等对红外线摄像机传来的信号进行分析计算，并根据道路交通信息管理系统传来的交通信息，代替人的大脑发出指令，指挥执行系统操作汽车。1.2课题任务要求应用STC89C51微控制器中的端口、外部中断、定时器等基本模块，实现核心控制，再结合电源板、电机驱动板来控制电机的转向，最后加上传感检测模块，实现小车的智能寻迹。这次课程实践要求每一同学都要动手都制作出一辆循迹小车，真正实现从听中学到做中学，提高同学们的动手能力。这次实践最基本的功能底线就是能够实现循迹和壁障。1.3本论文研究的内容本论文是基于STC89C51单片机开发，主要是研究4轮小车的路径识别。4第2章系统总体设计2.1小车的机械特性小车采用的是一辆三轮车车模。后轮控件前进或转弯，前轮根据后轮驱动左右摆动即可以实现左右转。该种车模控制简单。小车可通过PWM控制后轮电机转动的速度来控制前轮电机的转动幅度从而控制小车的转弯幅度，实现小车的前进与转弯操作。小车可通过对DIR控制后退。2.2寻迹小车基本原理探测路面黑线的基本原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸对光的反射系数不同，可以根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理，可以控制小车行走的路迹。这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，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。处理器就根据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。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过3cm。智能小车系统以处理器为核心，为了使智能小车能够快速行驶，处理器必须把路径的迅速判断、相应的转向电机控制以及直流驱动电机的控制精密地结合在一起。如果传感器部分的数据没有正确地采集和识别，转向电机控制的失当，都会造成模型车严重抖动甚至偏离赛道；如果直流电机的驱动控制效果不好，也会造成直线路段速度上不去，弯曲路段入弯速度过快等问题。其系统结构如所示。本次红外探测采用的是反射式探测。5图2.1系统结构图89C51处理器通过引脚读出超声波信号管脚89C51处理器向红外线传感器供5V电压，通过采集其高低电平可以控制小车的转弯。89C51处理器通过DATA引脚向键盘显示板发送要显示的数据，还可以通过KEY引脚读取键盘的按键，实现相应的功能。STC89C51单片机红外传感电源板电机驱动6第3章系统硬件设计3.1控制器的选择本次设计采用的是89C51单片机。3.1.1概述STC89C51是一款由美国NXP半导体公司提供的增强型89C51微控制器，包括16KBFlash程序存储器和1KB数据RAM，且功能上完全覆盖标准89C51单片机系列3.1.2STC89C51开发工具特性1.89C51内核，5V工作电压，操作频率0～40MHZ;2.16KB片内Flash存储器，1KB片内SRAM；3.SPI串行通信接口和增强型UART；4.PCA（可编程计数器列阵），具有PWM和捕获、比较功能；5.4个8位I/O口，含有三个高电流P1口（每个I/O口的电流为16mA）；6.8个中断源，4个中断优先级，3个16位定时器/计数器和可编程看门狗定时器（WDT）；7.2个DPTR寄存器；3.2硬件电路设计本次项目采用的电路板从画电路原理图开始，到PCB板的布线以及电路板的焊接与检测一系列工作都是自己在大一下学期课程实践期间制作的。3.2.1系统电源电路交流电经过全波电路在经过电容滤波，在经过稳压电源芯片做成稳压电路，输出电压5V、7.2V的直流电源。其电源电路原理图如图3.2所示。12345T1TRANS(3)D11N4007D21N4007C10.1uC22200uC40.1uC31000uVin12Vout3GNDU178XXD3LEDR5330ΩGND7.2V5V电源模块CN1CN-3CN8CN-10X2图3.2系统电源电路原理图7图3.3硬件电路1图3.4硬件电路图2小车的驱动电机的供电电压为7.2V，经过电容滤波后接7805进行稳压，稳压输出5V的电压。提供单片机所需5V电压。83.2.2电机驱动模块1.驱动实现与原理本项目驱动两路直流电机，实现电机的正反转与测速和遥控。输入输出逻辑表真值表3.2。表3.1L298N输入输出逻辑真值表通道1通道2输入输出控制电机1输入输出控制电机2EnAIn1In2OUT1OUT2转向EnBIn3In4OUT3OUT4转向10000停止10000停止0101反传0101反传1010正转1010正转1100停止1111停止0XX00停止0XX00停止其中“0”为低电平；“1”为高电平；“X”为任何状态。图3.5驱动原理图红外线检测电路红外对管电路原理其实很简单，就是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，Cortex-M0内核采集到的电压就是高电平；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管9接收不到红外光，然后89C51内核采集到的电压就是低电平。其基本原理图如图3.6所示。330R3VDD3.3_OUT10KR4红外线模块A1K2C3E4U3Optoisolator1P0.10_捕获12P?MHDR1X2图3.6红外线检测电路原理图鉴于本项目设计需实现的功能比较简单，故只要两路红外线检测电路即可，分别位于小车中心轴的两测即可。3.3附加功能3.3.1蓝牙模块蓝牙模块，是一种集成蓝牙功能的PCBA板，用于短距离无线通讯，按功能分为蓝牙数据模块和蓝牙语音模块。图3.6蓝牙模块作为取代数据电缆的短距离无线通信技术，蓝牙支持点对点以及点对多点的通信，以无线方式将家庭或办公室中的各种数据和语音设备连成一个微微网（Pico－net），几个微微网还可以进一步实现互联，形成一个分布式网络10（scatter－net），从而在这些连接设备之间实现快捷而方便的通信。本文介绍蓝牙接口在嵌入式数字信号处理器OMAP5910上的实现，DSP对模拟信号进行采样，并对A/D变换后的数字信号进行处理，通过蓝牙接口传输到接收端，同样，DS