1、.宜賓職業技術學院單片機系統設計項目設計報告項目設計題目： 智能尋跡避小車的實現 系 部： 電子信息與控制工程系 班 級： 電子11201班 組 號： 第 七 組 小 組 成 員： * * * 指 導 教 師： * 2013年9月30日. v.目錄一、引言.1二、方案論證.2三、小車車體設計.5四、硬件系統設計.61、單片機最小系統.62、循跡電路.73、電機驅動電路.8五、 軟件系統設計.91、系統程序設計流程圖.92、功能函數.103、主函數.11六、系統的制作、仿真與調試.12總結.13 . v.一、引言1、單片機的發展單片機誕生于1971年，經歷了SCM、MCU、SoC三大階段，早期的

2、SCM單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上發展出了MCS51系列MCU系統。基于這一系統的單片機系統直到現在還在廣泛使用。隨著工業控制領域要求的提高，開始出現了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產品大發展，單片機技術得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。當代單片機系統已經不再只在裸機環境下開發和使用，大量專用的嵌入式操作系統被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專

3、用的Windows和Linux操作系統。2、硬件特性1、系統結構簡單，使用方便，實現模塊化；2、單片機可靠性高，可工作到106 107小時無故障；3、處理功能強，速度快。4、低電壓，低功耗，便于生產便攜式產品5、控制功能強6、環境適應能力強。3、應用范圍單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械以及各種智能機械了。二、方

4、案論證總體方案設計：根據題目，我們設計了以下方案并進行了綜合的比較論證，自動尋跡電動小車系統由小車主體部分、微控制器模塊、尋跡傳感器模塊、電機驅動模塊、顯示模塊、電源模塊構成。1、總體方案論證與比較 方案一：采用數字電路來組成小車的各部分系統，實現各部分功能。本方案電路復雜，靈活性不高，效率低，不利于小車智能化的擴展，設計困難。 方案二：采用單片機來作為整機的控制單元。黑線檢測采用紅外對管對光源信號進行采集，再經過三極管放大，電壓比較使輸出轉化為數字信號送到單片機系統處理。此系統比較靈活，采用軟件方法來解決復雜的硬件電路部分，使系統硬件簡潔化，各類功能易于實現，能很好地滿足題目的要求。 方案二

5、簡潔、靈活、可擴展性好，能達到題目的設計要求，因此采用方案二來實現。方案二的基本結構圖如下：圖1 總體系統結構框圖2、尋跡檢測方案的選擇方案一：采用CCD傳感器。利用CCD傳感器進行自動導航的機器人已得到初步應用。但CCD傳感器價格較高，體積較大，數據處理復雜，不適合本次實驗使用。方案二：用紅外對管作為尋跡傳感器。紅外反射式傳感器由1個紅外發射管(發射器)和1個光電二極管(接收器)構成。紅外發射管發出的紅外光在遇到反光性較強的物體(表面為白色或近白色)后被折回，被光電二極管接收到，引起光電二極管光生電流的增大。將這個變化轉為電壓信號，該電壓通過比較器LM339后轉換為高電平（單片機的有效電平）

6、，檢測出白線；若接收不到發射管發出的光線則輸出為低電壓，該電壓通過比較器LM339后轉換為低電平（單片機的有效電平），檢測出黑線。方案可行，且紅外對管使用方便，所以選用方案二。原理圖見圖2。圖2正確選擇檢測方法和傳感器件是決定循跡效果的重要因素，而且正確的器件安裝方法也是循跡電路好壞的一個重要因素。從簡單、方便、可靠等角度出發，同時在底盤裝設3個紅外探測頭，將大大提高其循跡的可靠性。3、電機驅動方案的選擇方案一：采用繼電器對電動機的開或關進行控制,通過開關的切換對小車的進行調整.此方案的優點是電路較為簡單,缺點是繼電器的響應時間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。方案二：采用L298作為電機驅動

7、模塊。L298是一個具有高電壓大電流的全橋驅動芯片，它相應頻率高，一片L298可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅動，操作方便，穩定性好，性能優良。因此決定采用方案三。4、穩壓模塊的選擇7805穩壓芯片使用方便，用很簡單的電路即可以輸入一個直流穩壓電源,使其輸出電壓恰好為5v，達到邏輯電路電壓要求，因此，直接選用7805作為穩壓芯片，將電壓穩壓至5V給單片機系統和其他芯片供電。5、顯示模塊方案的選擇方案一：使用液晶顯示屏顯示時間。液晶顯示屏（LCD）優點是：低耗電量、無輻射危險，平面直角顯示以及影象穩定不閃爍等優勢，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強等

8、。缺點是：液晶顯示屏是以點陣的模式顯示各種符號，需要利用控制芯片創建字符庫。編程工作量大，控制器的資源占用較多，在使用時，不能有靜電干擾，否則易燒壞液晶的顯示芯片，不易維護，其成本也偏高。并且本系統只需要顯示時間，信息量比較少，因此并不適于選用液晶顯示屏。方案二：使用數碼管顯示行駛時間。數碼管具備數字接口，顯示清晰，價格較低，作為時間顯示的器件性價比非常高，方便易行。決定采用數碼管顯示行駛時間。三、小車車體設計圖3小車車頭安裝3個傳感器小車中心放單片機小系統圖4 小車尾部放驅動模塊 空缺處則放電源模塊圖5制作完成的智能循跡小車四、硬件系統設計1、單片機最小系統小車控制單元是整個小車運行的核心部

9、件，起著控制小車所有運行的作用。本實驗采用的是STC89C52單片機。控制部分設計包括單片機的復位電路及起振電路。單片機晶體振蕩模塊采用最常用的內部時鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯諧振回路。振蕩晶體選擇11.0592MHz。具體電路見圖3。單片機啟動運行時，都需要先復位，單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部電路復位。復位電路采用按鍵手動復位，電路見圖4。 圖3 圖4圖5 單片機最小系統原理圖2、循跡電路題目要求小車要沿著畫出的黑線運動，但在運動過程中，車體不可避免地會偏離運動軌跡，為了能使車體在偏離后可以自動調整方向，重新回到運動軌跡上，系統需要將車體的運動狀態及時地以電信

10、號的形式反饋到控制部分，控制部分控制兩個電機的左轉，右轉，使小車重新回到軌跡上。本設計中共使用3個集成的紅外對管LTH1550裝在車體的前方。當檢測到黑線時，紅外對管的接收端接收到黑白線反射回來的紅外光，其輸出經LM339電壓比較器后立即發生高低電平轉換，該信號經9012放大后送到單片機進行分析處理。然后將處理后的結果發送到電機驅動模塊，進行校正。電路見圖5。圖53、電機驅動電路由于單片機輸出的信號不僅點壓偏低，而且負載能力不夠，不能用來直接驅動電機L298驅動芯片是性能優越的小型直流電機驅動芯片之一。它可被用來驅動二個直流電機。在46V的電壓下，可以提供2A的驅動電流。L298還有過熱自動關

11、斷功能，并有反饋電流檢測功能，符合電機驅動的需要。因此需要使用驅動芯片L298，單片機輸出的信號，經過L298實現功率的放大，從而驅動電機工作。L298芯片是一種高壓，大電流雙全橋式驅動器，其設計是為接受標準TTL邏輯電平信號和驅動電感負載的。電路原理圖見圖6。圖6五、軟件系統設計1、系統程序設計流程圖系統端口初始化開始讀傳感器狀態測到黑線判斷處理程序向左轉向右轉判斷前進 繼續前進結束左側在黑線上右側在黑線上中間在黑線上NY圖72、功能函數*include<reg52.h>*define uint unsigned intsbit M11=P20;sbit M12=P21;sbit

12、 M21=P22;sbit M22=P23;sbit a=P24;sbit b=P25;sbit c=P26;void delay (uint m) uint x,y; for(x=m;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-);void L_z() M11=0;M12=0;M21=1;M22=0;delay(15);M11=0;M12=0;M21=0;M22=0;delay(25); void R_z() M11=1;M12=0;M21=0;M22=0;delay(15);M11=0;M12=0;M21=0;M22=0;delay(25); void Q_J() M11=

13、1;M12=0;M21=1;M22=0;delay(15);M11=0;M12=0;M21=0;M22=0;delay(25);3、主函數void main() bit a1,b1,c1;while(1) a1=a;b1=b;c1=c;if(a1=0&&b1=1&&c1=0)Q_J();else if(a1=0&&b1=0&&c1=1)L_z(); else if(a1=1&&b1=0&&c1=0)R_z();elseQ_J(); 六、系統的制作、仿真與調試尋跡子程序中紅外對管與小車偏轉方向關系如下

14、表：小車狀態紅外對管編號abc前進011101110000010左轉001右轉100表一 整機焊接完畢，首先對硬件進行檢查聯線有無錯誤，再逐步對各模塊進行調試。我負責的電源部分，驅動部分，黑線尋跡部分，具體測試過程如下：1 電源測試過程6V電壓輸入，經穩壓片7805之后的電壓為.80，電壓在4.85.2V之間，所以該部分符合要求。2 驅動部分測試過程將驅動部分與單片機正確連接之后，在單片機中寫入電機控制小程序，控制其轉動與停止，用萬用表測試輸出電壓正常。3 黑線尋跡部分測試首先，通過調每一路的電位器(50K)，使9012的C管腳輸出電壓為4.7V4.8V,然后調節10K的電位器,使其兩端的電壓為2.9V左右,作為閾值電壓。設置好閾值電壓之后，將電路板上有紅外對管的那一面朝下，分別對著白紙和黑線，測每個紅外對管的輸出信號經電壓比較器之后的電壓，數據記錄如表二：紅外對管白紙電壓（v)黑帶電壓（v)右邊10.054.93中間20.054.95左邊30.054.91表二總結 通過本次實驗，無論是在什么上都有很大的提高，這使我們經歷了一