自动循迹小车

自动循迹小车项目名称：自动循迹小车学院：机电工程学院专业：测控技术与仪器姓名：自动循迹小车摘要：本组的智能小车是以ATMEL公司设计的AT89S52单片机为控制核心，结合多种传感器以及PID算法实现循迹功能的智能小车。利用反射式光电传感器检测黑线实现小车循迹，整个系统具有自动寻迹、寻光和速度测试功能。其中，控制部分采用AT89S52，AT89S52是一款8位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。电机驱动采用常用的PWM方式进行电机的调速控制，整个系统的电路结构较简单，可靠性能高，能满足各种设计的要求。关键词:单片机，传感器，PWM调速，循迹，光源探测Abstract：OurintelligentcarusesAT89S52SCMwhichtheATMELCompanydesignascontrolcore,combinewithmultiplesensorsandPIDcontrolalgorithmtoachievethefunctionthatfindtrack.Theelectricalcarusesreflectivephotoelectricsensortodetectblacklinetoachievetrack-finding.Theentiresystemhasthefunctionthattracerouteautomaticallyandfindlight.Amongthem,AT89S52whichhas8-bitsingle-chipisusedasthecontrolpart.Becauseofusingeasilyandhavingmulti-function,itsufferslargeusers.Themotordriverusesthecommonway--PWMforthemotorcontrollingspeed.Thecircuitstructureofthewholesystemisrelativelysimple,highreliability,anditcanmeettherequirementsofthevariousdesign.KEYWORDS:SCM，Sensor，PWMspeedadjusting，Trackfinding，Lightsourcedetection目录1总体设计方案选择...............................................................................................................42方案论证及设计.........................................................42.1车体方案论证.........................................................42.2单片机控制电路系统方案论证...........................................42.3电机驱动系统方案论证.................................................42.4循迹检测系统方案论证.................................................52.5光源检测系统方案论证.................................................53硬件设计..............................................................................................................................53.1单片机控制电路.......................................................53.2电机驱动电路.........................................................53.2.1驱动电路.........................................................53.2.2PWM调速原理.....................................................63.3循迹检测电路.........................................................63.4光源探测电路.........................................................73.5系统供电单元电路.....................................................74软件设计..............................................................................................................................84.1系统控制流程.........................................................84.2循迹算法设计.........................................................84.3探测光源算法设计.....................................................85系统调试..............................................................................................................................86测试结果与分析.........................................................96.1测试结果........................................................................................................................96.2基本要求.................................................................................................................................................................................96.3发挥部分........................................................................................................................9参考文献..................................................................................................................................9附录....................................................................................................................................10一、总体设计方案选择根据题目要求确定如下方案：在做好的小车基础上，加装反射式红外光电传感器和光敏二极管阵列，实现对外界环境的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。本方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。系统整体方框图如下图所示。二、方案论证及设计单片机AT89S52循线检测模块电机驱动模块电源模块光源检测模块1.车体方案论证根据题目设计左右两轮分别驱动，后万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本相同的直流电机进行驱动，车体尾部装一个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车的转弯。在安装时我们保证两个驱动电机同轴。当小车前进时，左右两驱动轮与后万向轮形成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现后轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移，后万向轮起支撑作用。对于车架材料的选择，我们选择了废用的电路板，变废为宝。2.单片机控制电路系统方案论证此部分是整个小车运行的核心部分，起着控制小车所有运行状态的作用。控制的方法有很多，大部分都采用单片机控制。单片机要完成电机控制、循线控制和光源检测控制等工作。本设计中小车的主控采用我们最为熟悉的AT89S52单片机。虽然这款单片机本身没有PWM模块，但若采用本身有PWM模块的单片机就会产生资源浪费。我们可以通过软件编程产生PWM，既能充分利用可用资源，又不浪费。且能很好的满足题目要求。3.电机驱动系统方案论证方案一：使用直流电机，直流电机具有良好的调速性能，控制起来也比较简单。直流电机只要通上直流电源就可连续不断的转动，调节电压的大小就可以改变电机的速度。常用的驱动方式是PWM方式，即脉冲宽度调制方式，此方法性能较好，电路和控制都比较简单，但也有其缺点，就是其控制精度较差，开动起来惯性力较大，较难控制。方案二：使用步进电机。步进电机具有良好的控制性能。当给步进电机输入一个电脉冲信号时，步进电机的输出轴就转动一个角度，因此可以实现精确的位置控制。与直流电机不同，要使步进电机连续的转动，需要连续不断的输入点脉冲信号，转速的大小由外加的脉冲频率决定。而且其转动不受电压波动和负载变化的影响，也不受温度、气压等环境因素的影响，仅与控制脉冲有关。但步进电机的驱动相对较复杂，要由控制器和功率放大器组成且成本较高。具体差别见下表1表1电机控制方式对比直流电机步进电机调速性能较好较差位置控制精度较差好驱动简单复杂稳定性较好好，仅与控制脉冲有关由上表可以看出步进电机和直流电机都有各自的优点。步进电机能进行精确的位置控制，但驱动电路麻烦，鉴于本设计中小车的位置控制不要求十分精确，直流电机即可满足小车要求的精度。且直流电机易于控制、简单，故选择方案一。4.循迹检测系统方案论证循迹检测常用到传感器。根据小车功能的要求有两种方案，一种是使用红外光电传感器，另一种是使用CCD传感器。这两种方案都可以达到小车循迹要求，目前使用最为普遍的循迹检测方法是红外探测法。两种方案的主要区别是使用的传感器不同。具体区别见表2。表2循迹检测方案对比类型红外光电传感器CCD传感器受外界干扰程度小较小实时性好差对主控芯片要求较低较高成本较低高从上表中可以很明显的看出，红外传感器相对于DDC传感器来说，在实时性和对主控芯片的要求方面都比CCD传感器要好。基于这些优势以及处于成本的考虑，本设计采用传感器放置在小车底部距地面高度合适位置，可以达到很好的检测效果。5.光源检测系统方案论证方案一：光敏电阻器又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换。方案二：利用光敏二极管对光源变换的敏感反映，检测外部光源。当有光照射时，光敏二极管呈强电阻，经比较器输出一个高电平，反之则输