基于51單片機的智能循跡避障小車C源程序行業(yè)二類

上傳人:仙*** 文檔編號:34250113 上傳時間:2021-10-20 格式:DOC 頁數(shù):14 大?。?.47MB
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1、 項目名稱:智能小車 系別: 信息工程系 專業(yè):11電氣工程及其自動化 姓名:劉亮、崔占闖、韓康 指導老師: 王蕾 崔占闖聯(lián)系郵箱:1308253761@ 目錄 摘要:...............................................................................................3關(guān)鍵詞:.......................................................................

2、......................3 緒論:.................................................................................................3 一、 系統(tǒng)設(shè)計.............................................................................4 1.1、任務及要求...................................................................4 1.2車體方

3、案認證與選擇......................................................4 二、硬件設(shè)計及說明....................................................................5 2.1循跡+避障模塊..............................................................5 2.2主控模塊........................................................................6

4、2.3電機驅(qū)動模塊................................................................6 2.4機械模塊........................................................................7 2.5 電源模塊.......................................................................7 三、自動循跡避障小車總體設(shè)計………………………………..7 四、軟件設(shè)計及說明....................

5、.................................................8 4.1系統(tǒng)軟件流程圖............................................................9 4.2系統(tǒng)程序........................................................................9 五、系統(tǒng)測試過程.......................................................................12 六、總結(jié)......

6、.................................................................................13 七、附錄:系統(tǒng)元器件..................................................................13 摘要 本設(shè)計主要有三個模塊包括信號檢測模塊、主控模塊、電機驅(qū)動模塊。信號檢測模塊采用紅外光對管,用以對有無障礙與黑線進行檢測。主控電路采用宏晶公司的8051核心的STC89C52單片機為控制芯片。電機驅(qū)動模塊采用意法半導體的L298N專用電機驅(qū)動芯片,單片控制與傳統(tǒng)分

7、立元件電路相比,使整個系統(tǒng)有很好的穩(wěn)定性。信號檢測模塊將采集到的路況信號傳入STC89C52單片機,經(jīng)單片機處理過后對L298N發(fā)出指令進行相應的調(diào)整。通過有無光線接收來控制電動小車的轉(zhuǎn)向,從而實現(xiàn)自動循跡避障的功能。 關(guān)鍵詞:智能循跡避障小車,STC89C52單片機,L298N驅(qū)動芯片,信號檢測模塊,循跡避障 緒論 (一)智能小車的作用和意義 自第一臺工業(yè)機器人誕生以來,機器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領(lǐng)域。近年來機器人的智能水平不斷提高,并且迅速地改變著人們的生活方式。人們在不斷探討、改造、認識自然的過程中,制造能替代人勞動的機器一直是人類的夢想。

8、 隨著科學技術(shù)的發(fā)展,機器人的感系統(tǒng),對于視覺的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當發(fā)達,而基于圖像的理解技術(shù)還很落后,機器視覺需要通過大量的運算也只能識別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡單的目標。視覺傳感器的核心器件是攝像管或CCD,目前的CCD已能做到自動聚焦。但CCD傳感器的價格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢,因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺的系統(tǒng)中考慮使用接近覺傳感器是覺傳感器種類越來越多,其中視覺傳感器成為自動行走和駕駛的重要部件。視覺的典型應用領(lǐng)域為自主式智能導航一種實用有效的方法。 機器人要實現(xiàn)自動導引循跡功能和避障功能就必須要感知導引線和障礙物,感知導引線相當給機器人一個視覺功能。避障控制系統(tǒng)是基

9、于自動導引小車系統(tǒng),基于它的智能小車實現(xiàn)自動識別路線,判斷并自動避開障礙,選擇正確的行進路線。使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應的執(zhí)行動作。 該智能小車可以作為機器人的典型代表。它可以分為三大組成部分:傳感器檢測部分、cpu、執(zhí)行部分。機器人要實現(xiàn)自動循跡避障功能,感知導引線和障礙物??梢詫崿F(xiàn)小車自動識別路線,選擇正確的行進路線,并檢測到障礙物自動躲避?;谏鲜鲆?,傳感檢測部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像,只要求粗略感知即可,所以可以舍棄昂貴的CCD傳感器而考慮使用價廉物美的紅外光電傳感器來充當。智能小車的執(zhí)行部分,是由直流電機來充當?shù)?,主要控制小車的行進方向。單片機驅(qū)動直流電

10、機一般有兩種方案:第一,勿需占用單片機資源,直接選擇有PWM功能的單片機,這樣可以實現(xiàn)精確調(diào)速;第二,可以由軟件模擬PWM輸出調(diào)制,需要占用單片機資源,難以精確調(diào)速,但單片機型號的選擇余地較大??紤]到實際情況,本文選擇第二種方案。CPU使用STC89C52單片機,配合軟件編程實現(xiàn)。 (二)智能小車的現(xiàn)狀 現(xiàn)智能小車發(fā)展很快,從智能玩具到其它各行業(yè)都有實質(zhì)成果。其基本可實現(xiàn)循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫、避崖等基本功能,這幾節(jié)的電子設(shè)計大賽智能小車又在向聲控系統(tǒng)發(fā)展。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列。我此次的設(shè)計主要實現(xiàn)循跡避障這兩個功能 一、系統(tǒng)設(shè)計 本組智能小車的硬件主要有

11、以STC89C52單片機作為核心的主控器部分、自動循跡+避障部分、電機驅(qū)動部分。電機驅(qū)動部分和其他部分由一個電源通過串聯(lián)供電。 小車硬件系統(tǒng)示意圖如下: 自動循跡+避障模塊 電機驅(qū)動模塊 STC89C52 單片機 電源5V 供電途徑 功能控制 1.1、任務及要求 設(shè)計一個基于直流電機的自動循跡避障小車,使小車能夠自動檢測地面黑色軌跡和道路兩側(cè)的擋板(沒有黑線時),并沿著黑色軌跡和擋板行駛。 檢測(黑線) 驅(qū)動電機 軟件控制 控制小車 1.2、車體方案認證與選擇 方案一:自己動手制作電動車,一方面材料缺少,另一方面制作過程要花費大量的時間,而且

12、同學中手藝也不好,制作出來的小車還可能機械性能不好??紤]到時間與性能這兩方面,我們放棄了這一方案 方案二:購買小車全套零件,購買的小車全套零件具有組裝完整的車架車輪、電機及其驅(qū)動電路。易改裝,好控制。機械性能有保障。 小車圖片如下: 綜合考慮,最終選擇方案二 二、硬件設(shè)計及說明 2.1循跡+避障模塊 我們選擇四路紅外探測 尋跡光電傳感器 此模塊是為智能小車、機器人等自動化機械裝置提供一種多用途的紅外線探測系統(tǒng)的解決方案。使用紅外線發(fā)射和接收管等分立元器件組成探頭,并使用LM339 電壓比較器(加入了遲滯電路更加穩(wěn)定)做為核心器件構(gòu)成中控電路。此系統(tǒng)具有的多種探測功能能

13、極大的滿足各種自動化、智能化的小型系統(tǒng)的應用。 此模塊的特點: 易于安裝,使用簡便; 4 路分別獨立工作,工作時不受數(shù)量限制; 中控板與探頭分開,安裝位置不受限制; 模塊高度≤10 毫米; 安全工作電壓范圍在 3伏特至 6 伏特之間; 4 路全開工作電流 30 毫安至 55 毫安之間。 2.2主控模塊 我們采用宏晶公司的STC89C52單片機作為主控制器。STC89C52是一個高速,低功耗,超強抗干擾的8位單片機,片內(nèi)含32k 空間的可反復擦寫100,000 次Flash 只讀存儲器,具有4K 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),32 個I/O口,2個8位可編程定時計數(shù)器

14、,且可在線編程、調(diào)試,方便地實現(xiàn)程序的下載與整機的調(diào)試。 時鐘電路和復位電路(與單片機構(gòu)成最小系統(tǒng)) 1)采用外部時鐘,晶振頻率為12MHZ 2)采用按鍵復位 2.3電機驅(qū)動模塊 電機 電機采用直流減速電機,直流減速電機轉(zhuǎn)動力矩大,體積小,重量輕,裝配簡單,使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動機提供原始動力,帶動變速(減速)齒輪組,可以產(chǎn)生較大扭力。 可選用減速比為1:74 的直流電機,減速后電機的轉(zhuǎn)速為100r/min。若車輪直徑為6cm,則小車的最大速度可以達到 V=2πrv=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s 能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求。 驅(qū)動 驅(qū)動

15、模塊采用專用芯片L298N 作為電機驅(qū)動芯片,L298N 是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片,其響應頻率高,一片L298N可以分別控制兩個直流電機。以下為L298N的引腳圖和輸入輸出關(guān)系表。 圖L298N外部引腳 表1 L298N輸入輸出關(guān)系 驅(qū)動電路的設(shè)計如圖2 所示: 圖2 L298N電機驅(qū)動電路 L298N 的5、7、10、12 四個引腳接到單片機上,通過對單片機的編程就可實現(xiàn)兩個直流電機的PWM調(diào)速控制。 2.4電源模塊 采用4節(jié)普通1.5V干電池單電源供電,采用串聯(lián)方式同時給單片機與電機供電。 三、自動循跡避障小車總體設(shè)計

16、 3.1 總體電路圖 四、軟件設(shè)計及說明 4.1系統(tǒng)軟件流程圖 開始 前進 否 否 掃描I/O口,是否檢測到黑線 掃描I/O口,是否檢測到障礙 是 是 左/右檢測到黑線 左/右檢測到障礙 右/左行進 左/右行進 4.2循跡避障程序 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int unsigned char zkb1=0 ; //**左邊電機的占空比**// unsigned char zkb2=0 ; //**

17、右邊電機的占空比**// unsigned char t=0; //**定時器中斷計數(shù)器**// sbit LSEN2=P2^0; sbit LSEN1=P2^1; sbit RSEN1=P2^2; sbit RSEN2=P2^3; //**傳感器***/ sbit IN1=P1^0; sbit IN2=P1^1; sbit IN3=P1^2; sbit IN4=P1^3; sbit ENA=P1^4; sbit ENB=P1^5; //**********初始化定時器中斷***********// void init() { TMO

18、D=0x01; TH0=(65536-100)/256; TL0=(65536-100)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; } //***********中斷函數(shù)+脈寬調(diào)制***********// void timer0() interrupt 1 { if(t

19、=50) {t=0;} } //******************直行******************// void qianjin() { zkb1=50; zkb2=50; } //***************左轉(zhuǎn)函數(shù)1***************// void turn_left1() { zkb1=0; zkb2=50; } //***************左轉(zhuǎn)函數(shù)2***************// void turn_left2() { zkb1=0; zkb2=50;

20、 } //***************右轉(zhuǎn)函數(shù)1***************// void turn_right1() { zkb1=50; zkb2=0; } //***************右轉(zhuǎn)函數(shù)2***************// void turn_right2() { zkb1=50; zkb2=0; } //***************循跡函數(shù)*****************// void xunji() { uchar flag; if((RSEN2==1)&&(RSEN1

21、==0)&&(LSEN1==0)&&(LSEN2==1)) { flag=0; } //*******直行*******// else if((RSEN2==1)&&(RSEN1==1)&&(LSEN1==0)&&(LSEN2==1)) { flag=1;} //***左偏1,右轉(zhuǎn)***// else if((RSEN2==1)&&(RSEN1==0)&&(LSEN1==1)&&(LSEN2==1)) { flag=2; } //***右偏1,左轉(zhuǎn)***// else if((RSEN2==0)&&(RSEN1

22、==0)&&(LSEN1==0)&&(LSEN2==1)) { flag=3; } //***右偏2,左轉(zhuǎn)***// else if((RSEN2==1)&&(RSEN1==0)&&(LSEN1==0)&&(LSEN2==0)) { flag=4;} //***左偏2,右轉(zhuǎn)***// switch (flag) { case 0:qianjin(); break; case 1:turn_right1(); break; case 2:turn_left1();

23、 break; case 3:turn_left2(); break; case 4:turn_right2(); break; default: break; } } //****************主程序****************// void main() { init(); zkb1=50; zkb2=50; while(1) { //******給電機加電啟動******// IN1=1; IN2=0; IN

24、3=1; IN4=0; ENA=1; ENB=1; while(1) { xunji(); //*********尋跡**********// } } } 五、系統(tǒng)測試過程 本小車能實現(xiàn)循跡避障功能,它能沿著地面上黑色軌跡行駛實現(xiàn)循跡功能,也能檢測到跑道兩側(cè)的擋板,沿擋板行駛實現(xiàn)避障功能。 尋跡避障小車軌跡圖介紹:軌道由循跡部分(黑線)和避障部分(道路兩側(cè)加擋板)兩部分組成,小車先進入循跡軌道,沿黑線行駛,到達兩部分連接處進入避障軌道沿擋板行駛,從而實現(xiàn)尋跡和避障功能的展示。軌道

25、示意圖如下: 為保證小車能正常行駛,循跡部分的黑線寬度應在3.5至4cm。避障軌道的寬度應大于20cm小于25cm。 六、總結(jié) 測試結(jié)果表明:本組智能小車能很好的完成了循跡和避障功能,循跡跑道是由黑色膠布在白色地面上拉線完成,小車可以從O型跑道的任何段為起點,跑完全程。避障跑到是通過擺放障礙物,小車可以走出障礙區(qū)間。 七、附錄:系統(tǒng)元器件 L298N模塊/步進電機直流電機驅(qū)動模塊/小車電機驅(qū)動模塊/輸出5V 四路紅外探測 尋跡光電傳感器 尋跡小車 循跡避障模塊 黑白線識別 51單片機最小系統(tǒng)板/USB下載程序/51單片機開發(fā)板 智能小車底盤/尋跡小車/機器人/帶碼盤/強磁電機/ZK-2WD 四節(jié)五號電池板組 附帶四節(jié)五號干電池 導線若干 14 文書#借鑒

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