自动循迹小车电子教案

基于单片机的智能寻迹小车的设计小车沿线自动行驶•1.智能寻迹小车的研究意义•2.系统模块组成结构•3.系统硬件设计•4.系统软件设计•5实验测试1.智能寻迹小车的研究意义大家在新闻中都看到过登月小车或者听说过无人驾驶车吧在那些人类很难适应、或无法进入的工作环境中，我们可以看到它们的身影。智能车以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为航天、医疗、工业控制、物流等各个领域的关键设备•世界上许多国家都在积极进行智能车的研究和开发设计。5对红外发射接收二极管发射管接收管伺服电机光电编码轮小车安装结构图）单片机控制系统电路（包括液晶，键盘）整个系统包括单片机控制模块、驱动模块、液晶显示模块、键盘、红外采集模块和小车车体组成。2系统结构示意图将单片机控制模块、驱动模块、键盘、液晶显示模块固定在小车上部，红外发射接收对管安装在小车前部的底部，离地面约1厘米。采用左右两轮分别驱动，万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，车体前部装一个万向轮。小车怎么转弯呢？怎么直行？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坐标不变的90度和180度的转弯。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。为了防止小车重心的偏移，后万向轮起支撑作用。2.1系统实物图图1系统安装图照片图2数据采集部分安装图•白色地板上约5cm宽的黑色轨迹跑道•两平行跑道间距为80cm，半圆半径为40cm图3系统测试场地2.1系统实物图2图1系统安装图照片光电传感器电路模块跑车跑道2.3系统工作原理•黑色和白色路面对光的反射程度不同，•白色反射程度强，而黑色反射程度弱。恍然大悟了吗？利用红外采集模块中的红外发射接收对管检测路面上的轨迹将轨迹信息送到单片机单片机采用模糊推理求出转向的角度和行走速度，然后去控制行走部分最终完成智能小车可以按照路面上的轨迹运行。3、系统硬件设计液晶显示路面数据采集电路小车电机驱动STC89C52单片机图5单片机控制模块组成的结构框图键盘电路1.单片机系统电路2.寻迹电路3.小车驱动4.键盘电路5.液晶显示3.1单片机系统电路T2/P1.01T2EX/P1.12ECI/P1.23CEX0/P1.34CEX1/P1.45CEX2/P1.56CEX3/P1.67CEX4/P1.78RST9RxD/P3.010TxD/P3.111INT0/P3.212INT1/P3.313T0/P3.414T1/P3.515WR/P3.616RD/P3.717XTAL118XTAL219Vss20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE/PTOG30EA/Vpp31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039Vcc40STC89C58B22p22p10uF1K47K10K10K10K10K10K10K10K10KVCCVCCVCC12MVSS1VDD2V03RS(CS)4RW(SID)5E(SCLK)6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714PSB15NC16/RST17VOUT18LEDK19LEDA2012864VCC47K47K47K47KVCCVCCC4104pFC6104pFC5104pFC7104pFC8104pF162738495J1R1IN13R2IN8T1IN11T2IN10GND15V+2V-6VCC16R1OUT12R2OUT9T1OUT14T2OUT7C1+1C1-3C2+4C2-5U2MAX232ACPE(16)TXDRXD下载电路键盘从单片机液晶显示单片机系统电路•电源电路•L298电机控制驱动：小车光电采样电路3.2寻迹电路原理采样电路1采样电路2采样电路3采样电路4采样电路5P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3图7光电采样原理框图a.采样电路原理框图提示红外发射管红外接收管8931214U1CLM33910KR21560R1310KR141KR154.7KR17VCCVCCR18200输出端红外发射管红外接收管无遮挡物/白色接收管导通AA点为高电平输出端为低电平有遮挡物/黑色接收管截止A点为低电平输出端为高电平问题1、为什么要加比较器？问题2、为什么里用滑动变阻器？流水线运行方向3.3小车驱动针对不同的电机采取不同的驱动方法我们这里讲两种1.减速电机2.伺服电机1.减速电机控制方法•采用PWM（PulseWidthModulation脉冲宽度调制）驱动方法•占空比越大，电机的速度越快•电机驱动芯片可以采用L298N，18200•MC33886等1.当高电平等于1.5ms时，两小车车轮处于停止；2.当高电平大于1.5ms时，车轮会逆时针旋转3.当高电平小于1.5ms时，车轮会顺时针旋转1.5ms20ms图8驱动脉宽示意图1.3ms1.7ms20ms20ms(a)(b)(c)2.舵机/伺服电机控制方法利用伺服电机控制，小车需要零校准•步骤：•（1）由单片机定时器程序在P1.4、P1.5引脚产生1.5ms高电平20ms低电平的脉冲信号•（2）用螺丝刀调节伺服电机内马达上的电位器，使伺服电机保持静止，即完成相应调零过程。4软件设计•4.1软件流程图开始判断键盘是否按下N判键键1键2Y左转右转键3前进后退键4寻迹图9总体软件流程图结束4.2寻迹流程图P2.７图10采集电路图P2.６P2.５P2.４P2.３P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3小车状态控制方法01110轨迹居中前进11100小车偏右左转110001000000111小车偏左右转000110000100000没在轨迹上后退P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3小车状态控制方法01110轨迹居中前进11100小车小偏右小左11000小车中偏右中左10000小车大偏右大左00111小车小偏左小右00011小车中偏左中右00001小车大偏左大右00000没在轨迹上后退表1小车控制表格小车控制采用模糊控制算法读取P2口P2=P2&0XF8P2=0x00P2=ox70P2=0x18P2=0xe0P2=0x38P2=0x08P2=0x80P2=0xc0后退前进图11寻迹流程图小左中左大左小右中右大右P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3小车状态控制方法01110轨迹居中前进001001111100111小车小偏左小右0011000010小车中偏左中右0001100001小车大偏左大右11100小车小偏右小左0110011000小车中偏右中左0100010000小车大偏右大左00000没在轨迹上后退5实验测试•将小车系统放在预定白色地板上，白色地板上有5cm宽黑色轨迹，两平行跑道间距为80cm，半圆半径为40cm，根据小车下方的5个光电发射接收对管关于黑线和白色地板反应不同，观察小车是否可以自己完成寻迹。•1）若小车偏左的时候，车轮将向右偏转；若小车偏右，车轮将向左偏转；若没有偏移，小车将继续向前；若小车完全偏离黑色轨迹，小车后退以寻找黑色轨迹。•2）液晶显示器将显示车轮所在位置的数据。•观察小车运动，证明小车可以在轨道上完成行驶，不会偏离轨道。以上现象，证明调试成功。