智能小车循迹系统设计.docx

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1、智能循迹小车设计与实现摘要本文简介的是基于单片机STC89C52控制智能循迹小车的设计。运用红外对光管检测黑线与障碍物，并以STC89C52单片机为控制芯片控制电动小汽车的运动，从而实现自动循迹避障日勺功能。其中小车H勺电机由1G9110驱动，整个系统的电路构造简朴，可靠性高。关键词STC89C521G9110红外对光管循迹小车Themanufactureofinte11igenttrackingcarAbstractThisartica1eintroducesthedesignofinte11igenttrackingcarbasedontheSTC89C52sing1echipcomput

2、er.Basedinfrareddetectionofb1ack1inesandtheroadobstac1es,anduseaSTC89C52MCUasthecontro11ingcoreforthemovement.Ae1ectronicdrived,whichcanautomatictrackandavoidobstac1e,wasdesignedandfabricated.Inwhich,thee1ectricmachineryofcarisdrivedbythe1G9110.Thee1ectriccircuitStuctionofwho1esystemissimp1e,andthef

3、unctionisdependab1e.KeywordsSTC89C521G9110InfraredemittingdiodeTrackingcar第1章引言伴随微电子技术的J不停发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机己可以在一块芯片上同步集成CPU、存储器、定期器/计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器、A/D转换器、D/A转换器等多种电路，这就很轻易将计算机技术与测量控制技术结合，构成智能化测量控制系统。这种技术促使机器人技术也有了突飞猛进的发展。单片机技术作为自动控制技术的关键之一，被广泛应用于工业控制、智能仪器、机电产品、家用电器等领域。伴随微电子技术的迅速发展，单片机功能也

4、越来越强大，本设计基于单片机技术在智能寻迹小车控制系统的设计中，以STC89C52为关键，用1G9110驱动两个减速电机，当产生信号驱动小车前进时，是通过寻迹模块里的传感器管与否寻到黑线产生B电平信号通过传感器再返回到单片机，单片机根据程序设计日勺规定作出对应的判断送给电机驱动模块，让小车实现前进、左转、右转、停车等基本功能，寻白线时，外部环境光线日勺强弱对小车的运动会产生很大B影响，基于此原因，本试验中的寻迹是指在白色地板上寻黑线。1.1设计目的1、理解机械部件构造与机械安装过程；2、掌握电动机齿轮箱内部构造及减速原理；3、理解电子元器件的基本形状及焊接过程；4、掌握电子元器件0焊接环节与检

5、测过程；5、理解单片机内部构造与程序编制措施；6、理解1ED灯驱动措施，全面掌握流水灯/跑马灯编程技术；7、理解数码管内部构造，掌握数码显示技术；8、理解键盘构造原理，掌握中断查询技术；9、理解话筒电路构造，掌握话筒输入技术；10、理解蜂鸣器驱动技术，全面体现音乐报警功能；11、理解光敏电阻构造原理，充足体现夜间自动照明功能；12、理解红外发射与接受技术，有力体现防撞检测与智能寻迹功能13、理解直流电机驱动原理，掌握电机驱动技术；14、认识红外检测传感器，全面掌握红外遥控编码解码技术；15、理解R232通信协议，掌握串口通信技术。16、通过本机系统学习，全面掌握智能自动寻迹机器人的控制措施。1

6、.2设计规定目前的电动小汽车基本上采用的是基于纯硬件电路的一种开环控制措施，或者是直线行使，或者是在遥控下作出前进、后退、转弯、停车等基本功能。不过它们不能实目前某些特殊0场所下，我们需要可以自动控制日勺小型设备先采集到某些有用的信息的功能。本文正是在这种需要之下开发设计日勺一种智能B电动小车0自动控制系统。它以单片机STC89C51为控制关键，附以外围电路,在画有黑线的白纸“路面”上行使,由于黑线和白线对光线的反射系数不一样,可根据接受到的反射光的强弱来判断“道路”黑线。判断信号可通过单片机控制驱动模块修正前进方向，以使其保持沿着黑线行进。轨迹探测模块用2对红外发射管。2对各置于轨道外侧，当

7、小车脱离轨道时，外面任意一只检测到黑线后，做出对应的转向调整，直到重新回到轨道。第2章总体方案设计2.1总体方案的设计思绪该简易智能小车在画有黑线日勺白纸“路面”上行使，不停地向地面发射红外光，运用红外线在不一样颜色的物理表面具有不一样的反射性质的特点，当红外光碰到白色地面时发生漫发射，反射光被装在小车上的接受管接受；假如碰到黑线则红外光被吸取，则小车上B接受管接受不到信号。当红外接受探头接受到信号后，再将信号送到单片机由单片机内部程序来控制电机，由电机完毕小车的前进，转向。因此，可根据接受到的反射光的强弱来判断“道路”黑线。2.2总体方案设计整个路系统分为检测、控制、驱动三个模块。首先运用光

8、电对管对路面信号进行检测，把检测到时光信号转化为电信号，送给单片机进行处理，然后单片机输出对应0信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车B运动。系统方案方框图如图所示：检测（黑线）软件控制驱动电机图22智能小车寻迹系统框控制小车2.2.1控制器模块方案一：采用FPGA（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。FPGA可以实现多种复杂的逻辑功能，规模大，密度高。但由于本设计对数据处理速度规定不高，FPGA0高速处理0优势得不到充足体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同步其芯片引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。因此排除该方案。方案一：采用89C51作为控制关键。

9、针对本设计特点一多开关量输入0复杂程序控制系统，需要擅长处理多开关量得单片机，而不能用精简IO和程序存储时小体积单片机，A/D,D/A功能也不必选用，据此，我们选用STC89C51单片机，此外，该单片机价格低廉，使用简朴。综上所述，我们选用方案二。2.2.2电机驱动模块方案一：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运动进行调整，此方案0长处是电路较为简朴，缺陷是继电器0响应速度慢，易损坏，寿命短，可靠性不高。方案二：市面上有专门的双电机驱动芯片-1G9U0,经测试性能可以满足小车的电机控制规定，并且外围电路比较简朴，稳定性好，驱动能力强，可以很好的保证两电机B同步。因此，采

10、用方案二。2.2.3黑线检测模块方案一：采用摄像头或探测头搜集画板上信息。用这种措施，对板面信息处理精确，不过成本过高，对硬、软件的规定都非常高，短时间内难做出实物来。方案二：使用可见光发光二级管和光敏二级管构成的发射-接受模块。这种方案aJ缺陷在于其他环境光源会对光敏二级管工作产生很大干扰，一旦外界光亮条件变化，很也许导致误判和漏判；如采用高亮发光管可以减少一定0干扰,但会增长额外B功率损耗。方案三：使用反射式红外二级管和接受管组合发射-接受器。由于红外光波长比可见光长，因此受可见光0影响比较小，同步，红外对管还具有如下长处:质量轻，敏捷度高，线性好，接口电路比较简朴，安装以便，对于本系统中

11、近距离的检测，用它作为传感器将是最理想的。因此，本系统采用方案三2.2.4电机模块方案一：采用直流电机。直流电机使用以便，价格廉价，有优良调速特性，实现以便平滑调速，调整范围广，有较强过载能力，能承受频繁的J冲击负载，可频繁无级迅速启动，制动，反转。方案二：采用步进电机。步进电机的运动精度很高，由其构成的位置控制系统定位精确，稳定期间短，一般可采用开环控制。但控制系统必须由双环形脉冲信号，功率驱动电路等构成方可使用，控制相对复杂。综上所述，直流电机的电路相对简朴，功能合题意，使用以便，价格廉价,本系统采用直流电机作为动力源。第3章系统硬件设计3.1 系统的硬件构成硬件设计总体上以STC89C5

12、2为关键，辅以必要0外围电路，完毕红外传感器对运动轨迹的检测，信号的处理，电机的转动等功能。系统总框图如下：3.2 单片机模块此部分是整个小车运行的J关键部件，起着控制小车所有运行状态aJ作用。这里选择了ATME1企业BSTC89C52作为控制关键部件。该单片机要想正常工作,还需有复位电路和晶振电路，此单片机的最小系统图如下:3115图3-2P1O/TPP11/TPO1P12P02P13P03P14P04PI5P05PI6P06P17P07INTIP20INTOP21P22T1P23TOP24P25EA/VPP26P27X1X2RESETRXDTXDRDA1E/PWRPSEN80C5219Ts

13、3.3 电机驱动模块1G9110是为控制和驱动电机设计日勺两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC之中，使外围器件成本减少，整机可靠性提高。该芯片有两个TT1/CMOS兼容电平0输入，具有良好的J抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机B正反向运动，它具有较大0电流驱动能力，每通道能通过75080OmA的持续电流，峰值电流能力可达1.52.0A；同步它具有较低的输出饱和压降与静态电流；内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管0使用上安全可靠。9110被广泛应用于玩具汽车电机驱动、自动阀门电机驱动、电磁门锁驱动等电路上。该驱动

14、芯片1G911O0IA,IB口接单片机，输出口0A,OB接电机。0口为低电平时，电机正传。口为高电平时，电机反转。电机驱动电动如下图3-3：图3-33.4 红外检测模块本单元模块中，白色管作为发色管，黑色管作为接管，当白色管发射一束光，碰到黑线或白色物体反射，黑色管接受到反射光，然后把光信号转化为电信号送给单片机进行处理,控制电机的正反转，电路原理图如下：VCC31R1220RS15K1iR6220R515K1I1R3220IR415KP3.5V23V6V5鼠3V3V4P3.6P3.7i1图3-43.5 声控模块话筒的阻值随接受到声音信号强度的变化而变化，在电容正端产生变化的电压信号，经电容C

15、5耦合和基本共射极三极管V3的电压反向存在，通过单片机P0.4引脚采集和处理可实现小车的声控功能，正常状况下P04管脚采集到的是高电平信号，当话简收到强度足够的声音后，三极管导通后P0.4管脚变为低电平。原理图如图3-5：VCC图3-53.6 报警模块单片机上电后各管脚默认为高电平，三极管不导通。当需要执行报警时，单片机P0.6管脚出现低电平信号，三极管导通驱动蜂鸣器报警。如图3-6PO.6R2220H图3-63.7 串口通信模块此模块用于单片机和电脑进行串口通信，但由于计算机串口为RS232电平，高电平为-12V,低电平为+12V,而单片机为TT1电平，高电平为+5V,低电平为OV,因此，计算机与单片机之间通讯时需要加电平转