单片机的智能循迹小车设计
单片机的智能循迹小车设计[20200128191644]
【摘要】
本设计是一种应用单片机控制的自动循迹小车系统。包括了设计方案、小车的构成、软硬件设计方法。小车是以AT89C51为核心。利用红外光电传感器对路面黑线进行检测，并将路面信息反馈给单片机。单片机对采集到的信号进行分析。及时调整小车方向。并利用器产生的PWM波控制电机速度。从而使小车能够沿着黑色轨迹进行自动行驶。实现小车循迹的目的。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】单片机AT89C51光电传感器直流电机自动循迹小车
引言
一、系统设计方案
（一）总体方案论证 6
（二）控制系统硬件总体设计 6
（三）系统软件设计 7
（四）系统速度控制 7
二、系统硬件方案
(一）控制系统 8
(二）电源系统 8
（三）检测系统 9
（1）红外传感器ST188 9
（2）比较器LM324 10
（3）具体电路 10
（四）电机及驱动模块 11
（1）电机 11
（2）驱动 11
三、系统软件设计
（一）主程序流程图 13
（二）小车循环流程图 13
（三）中断程序流程图 14
四、调试
（一）仿真 15
（1）直行 16
（1）右转 16
（1）左转 18
（一）展望 19
总结 20
致谢 21
参考文献 22
附录 23
引言
智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等用途。智能电动小车就是其中的一个体现。设计者可以通过软件编程实现它的行进、绕障、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示，无需人工干预。因此，智能电动小车具有再编程的特性，是机器人的一种
根据本设计的要求，确定如下方案：以AT89C51单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，运用光电传感器，实现小车在行驶中自动寻迹。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小车的智能控制。
这种方案能实现对电动小车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足系统的各项要求
本设计采用了AT89C51为控制核心，功耗很低。该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、娱乐等许多方面。尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景；在考古方面也应用到了超声波传感器进行检测。所以本设计与实际相结合，现实意义很强。 随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，智能化技术的开发速度越来越快
一、系统设计方案
（一）总体方案论证
采用单片机作为整机的控制单元。
以单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，运用光电传感器、实现小车在行驶中自动寻迹光源的引导等问题。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小车的智能化控制
在本系统中，红外光电传感器检测黑线，然后将信号传送到单片机系统进行处理，使小车沿轨道自主行走。采用H型脉冲宽度调制PWM，全桥式驱动电路控制电机的转向，实现电动小车的正反向行驶、快慢速行驶及转弯。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分份，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，具有高度的智能化、人性化。一定程度体现了智能。能满足系统的要求。此方案基本原理如图1-1所示。
图1-1系统方案方框图
（二）控制系统硬件总体设计
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1-2 所示。
图1-2控制系统结构图
1、 主控制电路模系统：单片机、复位电路、时钟电路
（用于控制、处理信息，最小系统）
2、 红外检测系统：光电传感器、比较器 （用于检测黑线）
3、 电机及驱动系统:电机驱动芯片、两个直流电机 （电机驱动用于驱动电机）
4、 电源系统： （为系统供电）
（三）系统软件设计
当光电传感器开始接受信号，通过比较器将信号传如单片机中。小车进入寻迹模式，即开始不停地扫描与探测器连接的单片I/O 口，一旦检测到某个I/O 口有信号变化，就执行相应的判断程序，把相应的信号发送给电动机从而纠正小车的状态。单片机采用T0定时计数器，通过来产生PWM波控制电机转速。
（四）系统速度控制
1、PWM控制
本系统采用PWM来调节直流电机的速度。脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小,从而控制电动机的转速。因此,PWM又被称为“开关驱动装置”。
在脉冲作用下,当电机通电时,速度增加；电机断电时,速度逐渐减少。只要按一定规律,改变通、断电的时间,即可让电机转速得到控制。
本系统中通过控制51单片机的定时器T0的初值，从而可以实现P0.4和P0.5输出口输出不同占空比的脉冲波形。定时计数器若干时间（比如0.1ms）中断一次, 就使P0.4或P0.5产生一个电平。 如果把电机的速度分为100级, 周期为100个脉冲的时间。速度等级对应一个周期的高电平脉冲的个数。占空比为高电平脉冲个数占一个周期总脉冲个数的百分数。一个周期加在电机两端的电压为脉冲高电压乘以占空比。占空比越大, 加在电机两端的电压越大, 电机转动越快。电机的平均速度等于在一定的占空比下电机的最大速度乘以占空比。当我们改变占空比时, 就可以得到不同的电机平均速度, 从而达到调速的目的。准确的说, 平均速度与占空比并不是严格的线性关系, 在平时运用中, 可近似地看成线性关系。
二、系统硬件方案
（一） 控制系统
采用Atmel 公司的AT89C51 单片机作为主控制器。它是一个低功耗，高性能的8 位单片机，片内含32k 空间的可反复擦写100,000 次Flash ，只读存储器具有4K 的随机存取数据存储器 RAM，32个I/O口，2个8位可编程定时计数器，且可在线编程、调试方便地实现程序的下载与整机的调试。 如图2-1，与单片机构成最小系统
1 采用外部时钟晶振频率为12MHZ
2 采用按键复位
图2-1 时钟电路和复位电路
（二）、电源系统
为了能使智能车系统能正常工作，就需要对电池电压调节。其中，单片机系统、车速传感器电路需要5V电压，路径识别的光电传感器和接收器电路电压工作为5V，直流电机可以使用9V蓄电池直接供电。考虑到由于驱动电机引起的电压瞬间下降的现象，因此采用低压降的三端稳压器成为必然。我们在采用lm7805作为稳压芯片，经过C8、C9滤波，在电源电路里起到抑制纹波电压，滤除高频干扰的作用，使得输出得到一个稳定的逻辑数字5V直流电压。
图2-2 电源电路
（三）检测系统
ST系列反射式光电传感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。
我们采用ST188作为红外检测传感器。
在黑线检测的测试中，若检测到白色区域，接受收管不能接收发射管的红外线。测量接收管的电压为4.8V ，若检测到黑色区域，发射管发射的红外线没有被接受管接收，电阻改变，所分得的电压也跟着改变。测的接收管的电压为0~5V，测试基本满足要求。
【摘要】
本设计是一种应用单片机控制的自动循迹小车系统。包括了设计方案、小车的构成、软硬件设计方法。小车是以AT89C51为核心。利用红外光电传感器对路面黑线进行检测，并将路面信息反馈给单片机。单片机对采集到的信号进行分析。及时调整小车方向。并利用器产生的PWM波控制电机速度。从而使小车能够沿着黑色轨迹进行自动行驶。实现小车循迹的目的。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】单片机AT89C51光电传感器直流电机自动循迹小车
引言
一、系统设计方案
（一）总体方案论证 6
（二）控制系统硬件总体设计 6
（三）系统软件设计 7
（四）系统速度控制 7
二、系统硬件方案
(一）控制系统 8
(二）电源系统 8
（三）检测系统 9
（1）红外传感器ST188 9
（2）比较器LM324 10
（3）具体电路 10
（四）电机及驱动模块 11
（1）电机 11
（2）驱动 11
三、系统软件设计
（一）主程序流程图 13
（二）小车循环流程图 13
（三）中断程序流程图 14
四、调试
（一）仿真 15
（1）直行 16
（1）右转 16
（1）左转 18
（一）展望 19
总结 20
致谢 21
参考文献 22
附录 23
引言
智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等用途。智能电动小车就是其中的一个体现。设计者可以通过软件编程实现它的行进、绕障、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示，无需人工干预。因此，智能电动小车具有再编程的特性，是机器人的一种
根据本设计的要求，确定如下方案：以AT89C51单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，运用光电传感器，实现小车在行驶中自动寻迹。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小车的智能控制。
这种方案能实现对电动小车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足系统的各项要求
本设计采用了AT89C51为控制核心，功耗很低。该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、娱乐等许多方面。尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景；在考古方面也应用到了超声波传感器进行检测。所以本设计与实际相结合，现实意义很强。 随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，智能化技术的开发速度越来越快
一、系统设计方案
（一）总体方案论证
采用单片机作为整机的控制单元。
以单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，运用光电传感器、实现小车在行驶中自动寻迹光源的引导等问题。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小车的智能化控制
在本系统中，红外光电传感器检测黑线，然后将信号传送到单片机系统进行处理，使小车沿轨道自主行走。采用H型脉冲宽度调制PWM，全桥式驱动电路控制电机的转向，实现电动小车的正反向行驶、快慢速行驶及转弯。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分份，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，具有高度的智能化、人性化。一定程度体现了智能。能满足系统的要求。此方案基本原理如图1-1所示。
图1-1系统方案方框图
（二）控制系统硬件总体设计
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1-2 所示。
图1-2控制系统结构图
1、 主控制电路模系统：单片机、复位电路、时钟电路
（用于控制、处理信息，最小系统）
2、 红外检测系统：光电传感器、比较器 （用于检测黑线）
3、 电机及驱动系统:电机驱动芯片、两个直流电机 （电机驱动用于驱动电机）
4、 电源系统： （为系统供电）
（三）系统软件设计
当光电传感器开始接受信号，通过比较器将信号传如单片机中。小车进入寻迹模式，即开始不停地扫描与探测器连接的单片I/O 口，一旦检测到某个I/O 口有信号变化，就执行相应的判断程序，把相应的信号发送给电动机从而纠正小车的状态。单片机采用T0定时计数器，通过来产生PWM波控制电机转速。
（四）系统速度控制
1、PWM控制
本系统采用PWM来调节直流电机的速度。脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小,从而控制电动机的转速。因此,PWM又被称为“开关驱动装置”。
在脉冲作用下,当电机通电时,速度增加；电机断电时,速度逐渐减少。只要按一定规律,改变通、断电的时间,即可让电机转速得到控制。
本系统中通过控制51单片机的定时器T0的初值，从而可以实现P0.4和P0.5输出口输出不同占空比的脉冲波形。定时计数器若干时间（比如0.1ms）中断一次, 就使P0.4或P0.5产生一个电平。 如果把电机的速度分为100级, 周期为100个脉冲的时间。速度等级对应一个周期的高电平脉冲的个数。占空比为高电平脉冲个数占一个周期总脉冲个数的百分数。一个周期加在电机两端的电压为脉冲高电压乘以占空比。占空比越大, 加在电机两端的电压越大, 电机转动越快。电机的平均速度等于在一定的占空比下电机的最大速度乘以占空比。当我们改变占空比时, 就可以得到不同的电机平均速度, 从而达到调速的目的。准确的说, 平均速度与占空比并不是严格的线性关系, 在平时运用中, 可近似地看成线性关系。
二、系统硬件方案
（一） 控制系统
采用Atmel 公司的AT89C51 单片机作为主控制器。它是一个低功耗，高性能的8 位单片机，片内含32k 空间的可反复擦写100,000 次Flash ，只读存储器具有4K 的随机存取数据存储器 RAM，32个I/O口，2个8位可编程定时计数器，且可在线编程、调试方便地实现程序的下载与整机的调试。 如图2-1，与单片机构成最小系统
1 采用外部时钟晶振频率为12MHZ
2 采用按键复位
图2-1 时钟电路和复位电路
（二）、电源系统
为了能使智能车系统能正常工作，就需要对电池电压调节。其中，单片机系统、车速传感器电路需要5V电压，路径识别的光电传感器和接收器电路电压工作为5V，直流电机可以使用9V蓄电池直接供电。考虑到由于驱动电机引起的电压瞬间下降的现象，因此采用低压降的三端稳压器成为必然。我们在采用lm7805作为稳压芯片，经过C8、C9滤波，在电源电路里起到抑制纹波电压，滤除高频干扰的作用，使得输出得到一个稳定的逻辑数字5V直流电压。
图2-2 电源电路
（三）检测系统
ST系列反射式光电传感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。
我们采用ST188作为红外检测传感器。
在黑线检测的测试中，若检测到白色区域，接受收管不能接收发射管的红外线。测量接收管的电压为4.8V ，若检测到黑色区域，发射管发射的红外线没有被接受管接收，电阻改变，所分得的电压也跟着改变。测的接收管的电压为0~5V，测试基本满足要求。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/4511.html
