循迹小车实践报告

下载后可任意编辑 江 西 理 工 大 学 创新实验报告 题 目循迹小车的制作 学 院电气工程与自动化学院 专 业自动化 班 级 113 学 生黄 盼 学 号23 时间2024年8月2号 目 录 目 录 摘 要 1.任务及要求 1.1任务 2.系统设计方案 2.1小车循迹原理 2.2控制系统总体设计 3.系统方案 3.1 寻迹传感器模块 3.1.1红外传感器简介 3.1.2传感器安装 3.2控制器模块 3.3电源模块 3.4电机及驱动模块 3.4.1电机 3.4.2驱动 3.5自动循迹小车总体设计 3.5.1系统总体说明 4.软件设计 4.1 PWM控制 4.2 总体软件流程图 4.3小车循迹流程图 4.4中断程序流程图 4.5单片机测序 5. 实验总结----------------------------------------------------------------- 自动循迹小车 摘 要 本设计是一种基于单片机控制的简易自动寻迹小车系统，包括小车系统构成软硬件设计方法。利用红外光电传感器对路面黑色轨迹进行检测,并将路面检测信号反馈给单片机。单片机对采集到的信号予以分析推断,及时控制驱动电机以调整小车转向,从而使小车能够沿着黑色轨迹自动行驶,实现小车自动寻迹的目的。 关键词单片机 光电传感器 直流电机 自动循迹小车 1.任务及要求 1.1任务 设计一个基于直流电机的自动寻迹小车，使小车能够自动检测地面黑色轨迹，并沿着黑色车轨迹行驶。系统方案方框图如图1-1所示。 检测（黑线） 驱动电机 软件控制 控制小车 图1-1 系统方案方框图 2.系统设计方案 2.1小车循迹原理 这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，由于黑线和白色地板对光线的反射系数不同，可以根据接收到的反射光的强弱来推断“道路”。通常实行的方法是红外探测法。 红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；假如遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限。 2.2控制系统总体设计 自动循迹小车控制系统由主控制电路模块、稳压电源模块、红外检测模块、电机及驱动模块等部分组成, 1、 主控制电路模块单片机、复位电路，时钟电路 2、 红外检测模块光电传感器。 3、 电机及驱动模块电机驱动芯片、两个直流电机 4、 电源模块开关电源 3.系统方案 3.1 寻迹传感器模块 ST系列反射式光电传感器是常常使用的传感器。这个系列的传感器种类齐全、价格便宜、体积小、使用方便、质量可靠、用途广泛。。 在黑线检测的测试中，若检测到白色区域，发射管发射的红外线没有反射到接收管，测量接收管的电压为4．8V ，若检测到黑色区域，接收管接受到发射管发射的红外线，电阻发生变化，所分得的电压也就随之发生变化，测的接收管的电压为0．5V，测试基本满足要求。 3.1.1红外传感器 含一个反射模块（发光二极管）和一个接收模块（光敏三极管）。通过发射红外信号，看接收信号变化推断检测物体状态的变化。A、K之间接发光二极管，C、E之间接光敏三极管（二者在电路中均正接，但要串联一定阻值的电阻） 图 3-1 实物图 图 3-2 管脚图及内部电路 3.1.2传感器安装 在小车具体的循迹行走过程中，为了能精确测定黑线位置并确定小车行走的方向，需要同时在底盘装设2个红外探测头，进行两级方向纠正控制，提高其循迹的可靠性。这2个红外探头的具体位置如图3-6所示。 传感器安装图 图中循迹传感器全部在一条直线上。其中X1与Y1为方向控制传感器.小车前进时，始终保持如图3-6中所示的行走轨迹黑线在X1和Y1这两个传感器之间，当小车偏离黑线时，传感器就能检测到黑线，把检测的信号送给小车的处理、控制系统，控制系统发出信号对小车轨迹予以纠正。若小车回到了轨道上，即2个探测器都只检测到白纸，则小车会继续行走,从而提高了小车循迹的可靠性。 3.2控制器模块 采纳Atmel 公司的80C51单片机作为主控制器。它是一个低功耗，高性能的8 位单片机，片内含16k 空间的Flash 只读存储器，具有1K 的随机存取数据存储器（RAM），4 个I/O口，1个可编程看门狗定时计数器，且可在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。 时钟电路和复位电路 如图3-7（与单片机构成最小系统） 1）采纳外部时钟，晶振频率为12MHZ 2）采纳按键复位 P89V51QFP-44最小系统 3.3电源模块 3.4电机及驱动模块 3.4.1电机 电机采纳直流减速电机，直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生较大扭力。 3.4.2驱动 驱动模块采纳专用芯片L298N 作为电机驱动芯片，L298N 是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，其响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机。以下为L298N的引脚图和输入输出关系表。 图3-9 L298N外部引脚 表2 L298N输入输出关系 实物图部分背面 3.5自动循迹小车总体设计 图3-11 总体电路图 3.5.1系统总体说明 如图3-11所示，当光电传感器开始接受信号，通过比较器将信号传如单片机中。小车进入寻迹模式，即开始不停地扫描与探测器连接的单片I/O 口，一旦检测到某个I/O 口有信号变化，就执行相应的推断程序，把相应的信号发送给电动机从而纠正小车的状态。单片机采纳T0定时计数器，通过来产生PWM波，控制电机转速。 4.软件设计 4.1 PWM控制 本系统采纳PWM来调节直流电机的速度。PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率,从而改变负载两端的电压,进而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面,如电机调速、温度控制、压力控制等。 在PWM驱动控制的调整系统中,按一个固定的频率来接通和断开电源,并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机