第二次答辩设计项目报告[指南]

'中北大学大学生电子设计竞赛项目总结技术报告负责人:樊芬芳学号：0805014106学院、系：信息与通信工程学院光电工程系专业：电子信息科学与技术联系电话：13593185462Email:fanfenfang.hi@163.com项目名称：循迹小车指导教师：吴其洲联系电话：134534633582011年06月03日一、学生基本信息 研究项目名称循迹小车所属学科A机械工程B电了信息C其它（B）参加人员姓名性别学号&业项目分工签名樊芬芳女0805014106电子信息科学与技术软件樊芬芳高鹏波男0805014124电了信息科学与技术软件高鹏波韩丰明男0805014145电子信息科学与技术硬件韩丰明摘要本系统设计如何使小车稳定地跟踪黑线，并行驶至预先设置的黑线处。该系统采用AT89C51单片机作为小车检测和控制的核心，以实现黑白线检测和自动控制功能。通过两个红外光屯传感器对小车运动方向进行检测，使其沿着引导线前进，运用PWM直流电机调速技术，完成对小车运动速度和运动方向的控制。基于一些完备而可靠的硬件设计，使用了切实的软件算法，实现了小车的自动控制。充分利用小车的机械结构，巧妙构思改造，使小车的整体架构达到最佳性能，系统测试性能优异、稳定。关键词：H型PWM电路红外检测驱动电路-、方案的选择与论证: 根据题口要求，系统可以划分为几个基本模块，如图1所示:光电传感器单片机后轮调速电机前轮转向电机图1系统框图对各模块的实现.分别有以下一些不同的设计方案：1、电动机驱动调速模块方案一：采用数控电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是数控电阻的元器件价格比较昂贵，不实用。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压会降低效率，而且实现也很困难。方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整，这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应吋间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。方案三：采用由达林顿管组成的II型PWM电路。用单片机控制达林顿管，使Z工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高，H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快稳定性也极强.是一种广泛采用的PWM调速技术。基于上述理论得分析，我们采用了方案三。2、电源模块：方案1：采用4节1.5V干电池供电，电压达到6v,经7805稳压后给支流电机供电，给单片机系统和其他芯片供电。方案2：采用2节4.2V可充电式锂电池串联共&6V给直流电机供电，经过7805的电压变换后给直流电机供电，给单片机系统和其他芯片供电。但曲于电压不太够，价格昂贵，因此，我们放弃了。方案3：采用12V蓄电池降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。蓄电池具有较强的电流駅动能力以及稳定的电压输出性能。但蓄电池的体积过于庞大，使用极为不方便，因此，我们放弃了。方案4：直接采用9V直流电源，出稳压模块将220v交流电转换为9V直流电，再经7805稳压到5V供单片机，电机使用。但其不能用于远距离，且在运行中要注意电线的干扰。综上所述，我们选择方案一，因为它最经济实惠。电路图如下：3、传感器检测模块：方案1：用光敏屯阻组成光敏探测器。光敏屯阻的阻值口J以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到口线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。因此我们考虑其他更加稳定的方案。方案2：用红外发射管和接收管口己制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。这样自C制作组 装的寻迹传感器基本能够满足要求，但是工作不够稳定，且容易受外界光线的影响，因此我们放弃了这个方案。方案3：用TCRT5000型光电对管。TCRT5000是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个神化稼红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光屯三极管。4、方案小结：经过一番仔细的论证与比较，我们决定了系统各个主要模块的最终方案如下：电动机驱动与调速模块：采用达林顿管的H型PWM电动机驱动电路；电源模块：采用4节1.5V干电池供电，电压达到6v,经7805稳压后给支流电机供电，给单片机系统和其他芯片供电；传感器检测模块：用TCRT5000型光电对管检测黑口线。二、系统的具体设计与实现1、系统的硬件设计(1)电动机驱动调速模块这部分采用专门的屯机控制芯片L298,它可同吋对两个电机进行驱动控制，电路简单，控制效果好，干扰小，电路图如下： 图2电机驱动控制部分电路图L298的具体参数如下：SymbolParameterValueUnitVsPowerSupply50VVssLogicSupplyVoltage7VV|.VenInputandEnableVoltage-0.3to7VIoPeakOutputCurrent(eachChannel)-NonRepetitive(t=10Ops)-Repetitive(80%on一20%off:ton=10ms)-DCOperation32.52AAAVsensSensingVoltage-1to2.3VPtotTotalPowerDissipation(Tease=75°C)25wTopJunctionOperatingTemperature-25to130°CTstg,TjStorageandJunctionTemperature-40to150°CL298管脚排列如下: CURRENTSENSINGBOUTPUT4OUTPUTSINPUT4ENABLEBINPUT3LOGICSUPPLYVOLTAGEGNDINPUT2ENABLEAINPUT1SUPPLYVOLTAGEVsOUTPUT2OUTPUT1CURRENTSENSINGA通过对输入电压高低电平的切换来控制电动机的正转与反转。（2）光电控制模块的电路设计与实现光电发射部分采用了TCRT5000组成了一个检测电路，具体电路如图3光电接收部分采用9013芯片组成的电路，三极管极输出低电平，该输出将被单片机接收到,从而控制小车的转向电动机，纠正小车的方向。TCRT5000采用DIP4封装，其具有如下特点:塑料透镜可以提高灵敏度；内置可见光过滤器能减小离散光的影响；休积小，结构紧凑。我们设计并论证了光屯对管检测及调理屯路，屯路原理图如图3所示:VCCR41KOUT10KVCC图3图3所示电路中，R1起限流电阻的作用，当有光反射回来时，光电对管中的三极管导通,R2的上端变为高电平，此时VT1饱和导通，三极管集电极输出低电平。当没有光反射冋來时, 光电对管小的三极管不导通，VT1截至，其集电极输出高电平。VT1在该电路小起到滤波整形的作用。经试验和示波器验证，该电路工作性能一般，输岀还有杂散干扰波的成分。如果输出加施密特触发器就可以实现良好的输出波形。但是这种屯路用屯量比较人，给此种传感器调理屯路供屯的屯池压降较快。究其原因，是因为光皱三极管和三极管VT1导通时的导通电流较大。实验中我们将两对红外对管装在小车的前端。I大I为若将红外对管装在小车的后端或中间,小车的前轮可能已经偏离了引导线，但红外对管却不能及时的检测到，所以将红外对管装到小车的前端才能及时反馈小车的方向。我们将其中的一对红外管装在小车前端的中间部位，这样可以检测到小车返冋到引导线，自动调节方向。(3)电源模块采用4节1.5V干电池供电，电压达到6v,经7805稳压后给支流电机供电，给单片机系统和其他芯片供电。6VU17805104C410uFVIVOQN0G3-C210uF104图4电源模块电路图2.系统的软件设计(1)、软件所实现的功能采集红外接收屯路输岀的情况，及时纠正小车方向；控制汽车速度(产生PWM信号)。(2)单片机引导线检测：当检测到黑线信号后便发中断给单片机到达黑线，单片机立即控制小车前端的屯动机进行转向。(3)单片机的中断①定吋器服务程序。T0定吋器负责计算时间，每执行一个中断子程序就会累加计吋变量,而T1定时器负责计时输出方波信号。②INTO中断子程序。任何一路的红外信号都会触发单片机的INTO中断，在中断服务子程序中查询所有红外信号，根据检测到的信号来控制小车的转向。(4)软件的特色①为了提高小车行驶的速度，并冃耍保证行驶距离的精度，在离终点一定距离吋，便开始减速，在到达终点时便立即刹车。为了能讣小车到终点立即停住，单片机控制车轮加一瞬间反转来降低小车因为惯性的冲力。②在小车前部的中间加一红外对管，当检测到中间传感信号吋，小车前轮的控制电机不转动，小车的弹簧会将前轮拉回中间，小车可以重新一直线行驶，而不会以后都走S路线或宜 接冲出轨道。三、总电路原理图:‘‘C1•33pC233pU2X11.2MHz■ewe—LLIU1ZXD3ZSD1DIODEDIODE140UT4GNDSENSBSENSADIODE丄D6DIODE130UT30UT20UT19ENBENAIN4IN3IN2VCCIN111厂4r2123104fi556715L298>XTAL1VTAIOP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6DH7/AH7A1ALZDQTno1PSENALEEAP2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15r1.Uro.Ui"MAUP3.1/TXDDQOdMTArI.Ir1.dDioP3.3.1NTTP3.4/T0P3.5/T1P3.&WRP3.7/RDrl.oD1Arl.4Cr1.□P1.6P1.7191829303lZAT89C51PROGRAM=XIAOCHE.HEX39383534212224ZU—281011_121314卫_1617TD7DIODED8DIODE四、元器件清单:元器件数量AT89C511直流电机2TCRT50002L29817805112M晶振1电路板2电容33pf2发光二极管2五、程序流程图 sbitsbitsbitsbitsbitsbitsbitsbit六、循迹小车程序#include//乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂•-^^1//•QVr~V»幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺幺jj个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个口p7J0Lcl[°个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个INl=PrO;//以下是点击驱动芯片L298管脚位声明pwMi=pri；IN2二P「2;IN3二P「3;PWM2二P「4;IN4二P「5;RPR1二Pl飞;//此处是传感器RPR220管脚位声明RPR2二P「7;intcount1=0;//用于定时计数的两个全局变量位声明intcount2=0;//|.—、亿［//.LjyJ//<_X_Ar—=1000)//周期是Iscountl=0;}voidtimel()interrupt3 {TH0=(65536-1000)/256;//定时1msTL0=(65536-1000)%256;count2++;if(count2>=1000)//周期是1scount2二0;}//**********第五部中断丿报务手呈丿芋End********************************七、总结良并小车的制作，不仅锻炼了我们单片机硬件设计的能力，也进一步掌握了C51语言的编程，让我对自动控制领的相关理论有了更深刻的认识，同时也看到了教学知识与工业应用的差距。这次运用的处理器是C51单片机，程序是用C语言编写的，这不但耍求设计者具有较强的编程能力，还要对侦件相当熟悉。从计算机诞生到现在已有60多年了，计算机现在己成为了一种工具，编程能力强的人不胜枚举，熟悉硬件的同志比比皆是，然而既有较好的编程能力，乂能熟悉硬件，并且能基于硬件进行开发的工程师仍是稀缺资源，这是以后发展的一个亮点，也是我们奋斗的一个方向。微控制领域已从8位的单片机发展到16位的DSP器件，而目前32位的基TARM的嵌入式控制技术已经成熟，小到MP4,大到航空航天，应用领域十分广泛，ARM占据嵌入式处理器75%以上的份额，可见学习ARM之类的处理器已势在必行。遗憾的是学校没有开始ARM的课程，这就需要我们在学好专业课的基础上自行奋斗！不懈努力！八、参考文献1.李正军，计算机控制系统，北京：机械工业出版社，20052.童诗门、华成英，模拟电子技术基础，北京：高等教育出版社，20033.高峰编，单片微型计算机原理与接口技术，北京：科学出版社，2003专业好文档精心整理欢迎下载'