1、基于单片机的智能寻迹小车的设计基于单片机的智能寻迹小车的设计小车沿线自动行驶 1.智能寻迹小车的研究意义智能寻迹小车的研究意义 2.系统模块组成结构系统模块组成结构 3.系统硬件设计系统硬件设计 4.系统系统软件设计软件设计 5 实验测试实验测试1.智能寻迹小车的研究意义智能寻迹小车的研究意义 大家在新闻中都看到过登月小车或者听说过无人驾驶车吧 在那些人类很难适应、或无法进入的工在那些人类很难适应、或无法进入的工作环境中，我们可以看到它们的身影。作环境中，我们可以看到它们的身影。智能车以及在智能车辆基础上开发智能车以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为航天、医疗、工业控出来的产品已成为航天、
2、医疗、工业控制、物流等各个领域的关键设备制、物流等各个领域的关键设备 世界上许多国家都在积极进行智能车的世界上许多国家都在积极进行智能车的研究和开发设计。研究和开发设计。5 5 对红外发射对红外发射 接收二极管接收二极管 发射管发射管 接收管接收管 伺服电机 光电编码轮光电编码轮 小车小车安装安装结构图结构图 ）单片机控制系统电单片机控制系统电路（包括液晶，键盘路（包括液晶，键盘）整个系统包括单片机控制整个系统包括单片机控制模块、驱动模块、液晶显模块、驱动模块、液晶显示模块、键盘、红外采集示模块、键盘、红外采集模块和小车车体组成。模块和小车车体组成。2 系统结构示意图系统结构示意图 将单片机控
3、制模块、驱动模块、键盘、将单片机控制模块、驱动模块、键盘、液晶显示模块固定在小车上部，红外发射接收液晶显示模块固定在小车上部，红外发射接收对管安装在小车前部的底部，离地面约对管安装在小车前部的底部，离地面约1厘米。厘米。采用左右两轮分别驱动，万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，车体前部装一个万向轮。小车怎么转弯呢？怎么直行？当两个直流电机转向相反同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的90度和180度的转弯。在安装时我们保证两个驱动电机同轴。当小车前进时，左右两驱动轮与后万向轮形成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比
4、较平稳。为了防止小车重心的偏移，后万向轮起支撑作用。2.1 系统实物图系统实物图 图图1 系统安装图照片系统安装图照片图图2 数据采集部分安装图数据采集部分安装图 白色地板上约白色地板上约5cm宽的黑色轨迹跑道宽的黑色轨迹跑道 两平行跑道间距为两平行跑道间距为80cm，半圆半径为，半圆半径为40cm图图3 系统测试场地系统测试场地2.1 系统实物图系统实物图2 图图1 系统安装图照片系统安装图照片光电传感器电路模块跑车跑道2.3 系统工作原理系统工作原理 黑色和白色路面对光的反射程度不同，黑色和白色路面对光的反射程度不同，白色反射程度强，而黑色反射程度弱。白色反射程度强，而黑色反射程度弱。恍然
5、大悟了吗？利用红外采集模块中的红外发射接收对利用红外采集模块中的红外发射接收对管检测路面上的轨迹管检测路面上的轨迹将轨迹信息送到单片机将轨迹信息送到单片机单片机采用模糊推理求出转向的角度和单片机采用模糊推理求出转向的角度和行走速度，然后去控制行走部分行走速度，然后去控制行走部分最终完成智能小车可以按照路面上的轨最终完成智能小车可以按照路面上的轨迹运行。迹运行。3、系统硬件设计、系统硬件设计 液液晶晶显显示示 路路面面数数据据采采集集电电路路 小小车车电电机机 驱驱动动 STC 89C52 单单片片机机 图图 5 5 单单片片机机控控制制模模块块组组成成的的结结构构框框图图 键键盘盘电电路路 1
6、.单片机系统电路单片机系统电路 2.寻迹电路寻迹电路3.小车驱动小车驱动 4.键盘电路键盘电路 5.液晶显示液晶显示 3.1 单片机系统电路单片机系统电路T2/P1.01T2EX/P1.12ECI/P1.23CEX 0/P1.34CEX 1/P1.45CEX 2/P1.56CEX 3/P1.67CEX 4/P1.78RST9RxD/P3.010TxD/P3.111INT0/P3.212INT1/P3.313T0/P3.414T1/P3.515WR/P3.616RD/P3.717XTAL 118XTAL 219Vss20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124
7、P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE/PTOG30EA/Vpp31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039Vcc40STC89C58 B22p22p10uF1K47K10K10K10K10K10K10K10K10KVCCVCCVCC12MVSS1VDD2V03RS(CS)4RW(SID)5E(SCLK)6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714PSB15NC16/RST17VOUT
8、18LEDK19LEDA2012864VCC47K47K47K47KVCCVCCC4104pFC6104pFC5104pFC7104pFC8104pF162738495J1R1 IN13R2 IN8T1 IN11T2 IN10GND15V+2V-6VCC16R1 OUT12R2 OUT9T1 OUT14T2 OUT7C1+1C1-3C2+4C2-5U2MAX232ACPE(16)TXDRXD下载电路下载电路键盘键盘从单片机从单片机液晶显示液晶显示 单片机系统电路单片机系统电路电源电路L298电机控制驱动：小车光电采样电路3.2 寻迹电路原理寻迹电路原理 采采 样样 电电 路路1 采采 样样 电
9、电 路路2 采采 样样 电电 路路3 采采 样样 电电 路路4 采采 样样 电电 路路5 P 2.7 P 2.6 P 2.5 P 2.4 P 2.3 图图7 7 光光 电电 采采 样样 原原 理理 框框 图图 a.采样电路原理框图采样电路原理框图提示红外发射管红外发射管红外接收管红外接收管8931214U1CLM33910KR21560R1310KR141KR154.7KR17VCCVCCR18200输出端输出端红外发射管红外发射管红外接收管红外接收管无遮挡物/白色接收管导通AA点为高电平输出端为低电平有遮挡物/黑色接收管截止A点为低电平输出端为高电平问题1、为什么要加比较器？问题2、为什么里
10、用滑动变阻器？流水线运行方向流水线运行方向 3.3 小车驱动小车驱动针对不同的电机采取不同的驱动方法针对不同的电机采取不同的驱动方法我们这里讲两种我们这里讲两种1.减速电机减速电机 2.伺服电机伺服电机1.减速电机控制方法 采用PWM（Pulse Width Modulation脉冲宽度调制）驱动方法 占空比越大，电机的速度越快 电机驱动芯片可以采用L298N，18200 MC33886等1.当高电平等于当高电平等于1.5ms时，时，两小车车轮处于停止；两小车车轮处于停止；2.当高电平大于当高电平大于1.5ms时，时，车轮会逆时针旋转车轮会逆时针旋转3.当高电平小于当高电平小于1.5ms时，时
11、，车轮会顺时针旋转车轮会顺时针旋转 1.5m s 20m s 图图 8 8 驱驱 动动 脉脉 宽宽 示示 意意 图图 1.3m s 1.7m s 20m s 20m s(a)(b)(c)2.舵机舵机/伺服电机控制方法伺服电机控制方法利用伺服电机控制，小车需要零校准利用伺服电机控制，小车需要零校准 步骤：步骤：（1）由单片机定时器程序在）由单片机定时器程序在P1.4、P1.5引引脚产生脚产生1.5ms高电平高电平20ms低电平的脉冲信号低电平的脉冲信号（2）用螺丝刀调节伺服电机内马达上的电）用螺丝刀调节伺服电机内马达上的电位器，使伺服电机保持静止，即完成相应调位器，使伺服电机保持静止，即完成相应
12、调零过程。零过程。4 软件设计 4.1 软件流程图软件流程图 开开 始始 判判 断断 键键 盘盘 是是 否否按按 下下 N 判判 键键 键键 1 1 键键 2 2 Y 左左 转转 右右 转转 键键 3 3 前前 进进 后后 退退 键键 4 4 寻寻 迹迹 图图 9 9 总总 体体 软软 件件 流流 程程 图图 结结 束束 4.2 寻迹流程图寻迹流程图P2.图图10 采集电路图采集电路图P2.P2.P2.P2.P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3小车状态小车状态控制方法控制方法01110轨迹居中轨迹居中前进前进11100小车小车偏右偏右左转左转110001000000111小车小车偏左偏左右
13、转右转000110000100000没在轨迹没在轨迹上上后退后退P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3小车状态小车状态控制方法控制方法01110轨迹居中轨迹居中前进前进11100小车小车小偏右小偏右小左小左11000小车小车中偏右中偏右中左中左10000小车小车大偏右大偏右大左大左00111小车小车小偏左小偏左小右小右00011小车小车中偏左中偏左中右中右00001小车小车大偏左大偏左大右大右00000没在轨迹没在轨迹上上后退后退表表1 小车控制表格小车控制表格小车控制采用模糊控制算法小车控制采用模糊控制算法读读 取取 P P2 2 口口 P P2 2=P P2 2&0 0 X XF F8
14、8 P P2 2=0 0 x x0 00 0 P P2 2=o ox x7 70 0 P P2 2=0 0 x x1 18 8 P P2 2=0 0 x xe e0 0 P P2 2=0 0 x x3 38 8 P P2 2=0 0 x x0 08 8 P P2 2=0 0 x x8 80 0 P P2 2=0 0 x xc c0 0 后后 退退 前前 进进 图图 1 11 1 寻寻 迹迹 流流 程程图图 小小 左左 中中 左左 大大 左左 小小 右右 中中 右右 大大 右右 P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3小车状态小车状态控制方控制方法法01110轨迹居中轨迹居中前进前进001001
15、111100111小车小偏左小车小偏左小右小右0011000010小车中偏左小车中偏左中右中右0001100001小车大偏左小车大偏左大右大右11100小车小偏右小车小偏右小左小左0110011000小车中偏右小车中偏右中左中左0100010000小车大偏右小车大偏右大左大左00000没在轨迹上没在轨迹上后退后退5 实验测试实验测试 将小车系统放在预定白色地板上，白色地板上有将小车系统放在预定白色地板上，白色地板上有5cm宽黑色轨迹，两平行跑道间距为宽黑色轨迹，两平行跑道间距为80cm，半圆，半圆半径为半径为40cm，根据小车下方的，根据小车下方的5个光电发射接收对个光电发射接收对管关于黑线和
16、白色地板反应不同，观察小车是否可管关于黑线和白色地板反应不同，观察小车是否可以自己完成寻迹。以自己完成寻迹。1）若小车偏左的时候，车轮将向右偏转；若）若小车偏左的时候，车轮将向右偏转；若小车偏右，车轮将向左偏转；若没有偏移，小小车偏右，车轮将向左偏转；若没有偏移，小车将继续向前；若小车完全偏离黑色轨迹，小车将继续向前；若小车完全偏离黑色轨迹，小车后退以寻找黑色轨迹。车后退以寻找黑色轨迹。2）液晶显示器将显示车轮所在位置的数据。）液晶显示器将显示车轮所在位置的数据。观察小车运动，证明小车可以在轨道上完成行观察小车运动，证明小车可以在轨道上完成行驶，不会偏离轨道。以上现象，证明调试成功。驶，不会偏离轨道。以上现象，证明调试成功。
