1、電子信息專業實驗報告課 程 電子信息系統綜合設計實驗mcu部分實驗題目 智能機器小車設計 實驗總分 學生姓名 學 號 0942051015 學生姓名 學 號 0942051159 學生姓名 學 號 0942051003 實驗時間 周二 下午 地 點 jb520 分組 30 電子信息學院專業實驗中心 尋跡小車摘要利用stc-89c52為控制核心,通過紅外發射和接收管采集信號,并將信號轉換為能被單片機識別的數字信號。單片機控制直流電機不同的轉動狀態,實現小車的左轉、右轉等功能,并通過發光二極管指示不同的運動狀態。整個系統的電路結構簡單,可靠性高。關鍵字：單片機 紅外發射 步進電機 智能小車目錄一、

2、題目要求3二、軟硬件設計方案32.1總體設計方案 32.1.1電機驅動系統方案論證42.1.2循跡檢測系統方案 4三、各部分電路的作用及電路工作原理分析53.1單片機控制電路53.2電機驅動電路.63.3循跡檢測電路 .63.4系統供電單元電路.7四、軟件設計原理及流程圖.74.1主程序流程圖 .74.2程序8五、實驗結果.85.1測試結果85.2基本要求8六、參考文獻.8圖1 控制電路圖2 穩壓電路單片機是整個小車運行的核心部分，起著控制小車所有運行狀態的作用。單片機要完成電機控制、循線控制和光源檢測控制等工作。本設計中小車的主控采用我們最為熟悉的stc-89c52單片機。1.電機驅動系統方

3、案論證方案一：使用直流電機，直流電機具有良好的調速性能，控制起來也比較簡單。直流電機只要通上直流電源就可連續不斷的轉動，調節電壓的大小就可以改變電機的速度。常用的驅動方式是pwm方式，即脈沖寬度調制方式，此方法性能較好，電路和控制都比較簡單，但也有其缺點，就是其控制精度較差，開動起來慣性力較大，較難控制。方案二：使用步進電機。步進電機具有良好的控制性能。當給步進電機輸入一個電脈沖信號時，步進電機的輸出軸就轉動一個角度，因此可以實現精確的位置控制。與直流電機不同，要使步進電機連續的轉動，需要連續不斷的輸入點脈沖信號，轉速的大小由外加的脈沖頻率決定。而且其轉動不受電壓波動和負載變化的影響，也不受溫

4、度、氣壓等環境因素的影響，僅與控制脈沖有關。但步進電機的驅動相對較復雜，要由控制器和功率放大器組成且成本較高。具體差別見下表1:表1 電機控制方式對比直流電機步進電機調速性能較好較差位置控制精度較差好驅動簡單復雜穩定性較好好，僅與控制脈沖有關由上表可以看出步進電機和直流電機都有各自的優點。鑒于本設計中老師提供的是步進電機，所以我們采用步進電機。 2.循跡檢測系統方案循跡檢測常用到傳感器。根據小車功能的要求有兩種方案，一種是使用紅外光電傳感器，另一種是使用ccd傳感器。這兩種方案都可以達到小車循跡要求，目前使用最為普遍的循跡檢測方法是紅外探測法。兩種方案的主要區別是使用的傳感器不同。具體區別見表

5、2。表2 循跡檢測方案對比類型紅外光電傳感器ccd傳感器受外界干擾程度小較小實時性好差對主控芯片要求較低較高成本較低高從上表中可以很明顯的看出，紅外傳感器相對于ddc傳感器來說，在實時性和對主控芯片的要求方面都比ccd傳感器要好。基于這些優勢以及處于成本的考慮，本設計采用傳感器放置在小車底部距地面高度合適位置，可以達到很好的檢測效果。三、 各部分電路的作用及電路工作原理分析1. 單片機控制電路微處理器是智能車的核心部分，主要完成對外圍各個模塊的管理。實現對外圍模塊的信號送以及對傳感器模塊的信號采集。并根據軟件算法對所采集的信號進行處理發送信號給執行模塊進行任務執行還對各種突發事件進行監控和處理

6、。保證整個系統的正常運作。這里采用stc89c52單片機該單片機是兼容8051內核的低電壓、高性能cmos8位單片機片內含8kb的可反復擦寫的只讀存儲器(perom)和256b的隨機存取數據存儲器(ram)，32個io口線，3個16位定時計數器，1個全雙工串行通行口。isp(在系統可編程)iap(在應用可編程)，無需專用編程器，如圖3所示。 圖3 單片機控制電路2.電機驅動電路電機驅動模塊由74hcl4d和l298d構成如圖4所示。由于l298d有6個輸入控制線，而in1和in2、in3和in4分別保持反向能夠使電機做出正確動作為了節省單片機口線，單片機輸出的控制碼首先經過74hcl4d施密特

7、觸發器反相。然后再送到l298進行功率放大圖中8個二極管起續流作用。 圖4 電機驅動電路3.循跡檢測電路該智能小車在鋪有約兩厘米寬黑紙的路面行駛，路面可看作白色。由于黑紙和白色路面對光線的反射系數不同，可以根據接收的反射光的強弱來判斷道路黑紙軌跡。本設計利用紅外線在不同顏色的物表面具有不同的反射性質的特點。在小車行駛過程中不斷地向地面發射紅外光，當紅外線遇到白色地面時發生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑紙則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到信號。考慮到st系列集成紅外探測頭價格便宜。體積小。簡便易用，性能可靠。所以本設計選擇了st178反射式紅外線光電傳感器作為紅外光的發射

8、和接受器件，一般檢測距離可達410cm,其內部結構和外接電路均較為簡單.鑒于小車底部聚地面的距離不超過五厘米，故用紅外光電傳感器足以滿足要求。其內部結構和外接電路均較為簡單，檢測電路如圖5所示。圖 5 循跡檢測電路一、 軟件設計原理及流程圖二、 實驗結果三、 參考文獻等。 圖 6光敏電路4.系統供電單元電路智能車控制系統中，不同電路模塊需要的工作電壓和電流容量各不相同。芯片需要提供5v的工作電壓，而電機所需的電壓為12v，本設計中用到的是12v的電源供電，然后通過三端穩壓器lm7805將電壓變換為5v電壓供給電路系統。電源系統的電路圖如圖6所示。圖6 穩壓電源提供電路四、軟件設計原理及流程圖1

9、.主程序流程圖 如圖7所示 圖7 2.程序：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuint time=5; / 延時變量/可控制速度 sbit k1=p32; / 2個輸入sbit k2=p33;uchar temp;uchar code table1=0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09;/ 正轉時序uchar code table2=0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01;/ 反轉時序void delay(uint z) / 延

10、時1ms 函數uint x,y; for (x=z;x0;x-)for (y=110;y0;y-);main()uchar i; while(1)temp=table1i4|table2i; / 裝入驅動時序if(k1=0)&(k2=1) /左跑位了 向右拐temp&=0xf0; / 右邊驅動清零if(k1=1)&(k2=0) /左跑位了 向右拐temp&=0x0f; / 右邊驅動清零p2=temp;i+;if(i=8) /依次輸出8個碼i=0;delay(time); / 每個 脈沖都需延時五、 實驗結果1.測試結果本次測試在長63cm寬42cm白底黑線的環形跑道上行駛，測試5次。實驗儀器：12v直流電源，秒表。測試數據如下 表3。 表3、長63cm寬42cm的跑道 項目次數完成時間（s）有無脫離軌道備注1未完成有由于車體過高，沒有接收到反射信號2118.12無順利跑完3122.57無順利跑完4127.04無順利跑完5123.09無順利跑完2.基本要求（1）能否沿著指定黑線走完規定軌道行駛完全程 滿