智能循跡避障小車報告書

1、電子科協(xié)競賽項目報告書參賽作品：基于51單片機(jī)的智能尋跡避障小車小 組 成 員： 盛博專 業(yè) 班 級： 電信1205班報告提交日期： 2013年 4 月12日 目錄1設(shè)計要求與功能31.1設(shè)計基本要求.32 硬件設(shè)計.32.1主控系統(tǒng)及所需主要元件.32.2機(jī)械系統(tǒng).4 2.3電機(jī)驅(qū)動模塊.52.4 循跡模塊62.5避障模塊62.6電源模塊7 2.7報警模塊.7 2.8遠(yuǎn)程操控模塊.83 軟件設(shè)計8 3.1主程序及框圖.8 3.2電機(jī)驅(qū)動程序.9 3.3循跡程序.9 3.4避障程序.10 3.5報警及遠(yuǎn)程操控程序.104調(diào)試過程.115總結(jié).11附錄總C程序11III一設(shè)計要求與功能 設(shè)計并制

2、作一個能自動循跡壁障的智能小車?？裳夭灰?guī)則黑色軌跡行駛，遇到障礙可自動繞行，遇到黑色停止線自動停止，軌跡、通道、障礙現(xiàn)場如圖。起點軌跡障礙物終點線 1基本要求（1）小車啟動沿著軌跡行駛，遇到終點線停車；（2）小車遇到行駛軌跡范圍內(nèi)的障礙物應(yīng)自動繞行，脫離軌跡后能自動尋找軌跡并形式到終點。 2發(fā)揮部分（1）增加聲、光報警功能，增加無線遙控啟動、停止功能；（2）利用Protel或者Alitum Designer等軟件進(jìn)行PCB設(shè)計。 二 硬件設(shè)計2.1主控系統(tǒng)及所需主要元件主控系統(tǒng)由STC89C52單片機(jī)負(fù)責(zé)，通過接收并分析信號模塊傳輸過來的信號對各模塊下達(dá)指令，使各模塊能持續(xù)并穩(wěn)定地共同工作，形

3、成有機(jī)的整體，從而實現(xiàn)小車的各種功能。所需主要元件：STC89C52單片機(jī)，減速電機(jī)，紅外對管等。各口功能：P0.0-P0.2是紅外傳感器信號輸入口；P0.3-P0.6是四路紅外對管信號輸入口；P1.0-P1.1是無線信號輸入口；P2.0-P2.7是四路減速電機(jī)控制信號輸出口。智能尋跡避障小車用單片機(jī)來設(shè)計制作完成，由于其功能的實現(xiàn)主要是通過軟件編程來完成的，所以采用單片機(jī)STC89C52，它是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和512 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生

4、產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的STC89C52單片機(jī)可以提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。下圖為其I/O口引腳圖：STC89C52管腳圖2.2機(jī)械系統(tǒng) 機(jī)械系統(tǒng)由專門的雙層小車底盤及四路減速電機(jī)構(gòu)成。小車底盤由亞克力材料制作，易改造且較輕便。電機(jī)是小車專用的減速電機(jī)，操作簡單靈活。小車和電機(jī)是一套的，組裝十分方便。小車底盤圖片2.3 電機(jī)驅(qū)動模塊 采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的 H型橋式電路（如圖1）。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，

5、精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡單的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的 PWM調(diào)速技術(shù)。現(xiàn)市面上有很多此種芯片，因時間和個人能力有限，我直接選用了帶有L298N芯片的驅(qū)動模塊（如圖2）。圖1 圖2圖中置于散熱片內(nèi)部的就是L298N芯片。此種驅(qū)動板還帶有5V穩(wěn)壓輸出，可以為其他模塊供電。2.4循跡模塊 采用四路紅外對管對軌道黑線進(jìn)行檢測。中間兩路緊靠其寬度基本等于黑線寬度起主要循跡作用，旁邊兩路較分散當(dāng)小車有較大偏離時起到回到軌道的作用。當(dāng)遇到停車線時四路同時輸入信號控制小車剎停。單個紅外對管如圖

6、一所示，由于時間和個人能力有限我直接選用了設(shè)計好的四路紅外檢測模塊（圖二），其能實現(xiàn)較好的循跡功能。 圖一 圖二2.5避障模塊采用三支紅外傳感器（如圖）以60度的張角置于小車前部，可以對小車前方較大范圍進(jìn)行探測。該紅外傳感器簡單易操作，靈敏度高，探測距離遠(yuǎn)，可以給小車在遇到障礙物時調(diào)整提供充足時間。單支紅外傳感器2.6 電源模塊 由于小車較重且采用四輪驅(qū)動，所以需要較大的驅(qū)動電壓，理論上驅(qū)動端子的供電范圍是5V35V，因此我采用將三節(jié)18650鋰電池串聯(lián)的方式給驅(qū)動電路供電，其最大電壓可達(dá)12.6V。循跡避障及遠(yuǎn)程操控模塊也分別從兩個L298N驅(qū)動板上的5V穩(wěn)壓輸出取電。為了防止驅(qū)動板電流的頻

7、繁轉(zhuǎn)換對單片機(jī)造成影響以及考慮到方便的問題，單片機(jī)由一個移動電源單獨供電。2.7報警模塊 采用單片機(jī)上附帶的無緣蜂鳴器作為報警模塊，當(dāng)探測到前方有障礙物時小車會停止運行并發(fā)出五聲警報，之后小車進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。蜂鳴器圖形如圖所示。2.8遠(yuǎn)程操控模塊 采用315M/433M無線接收模塊（帶解碼）（圖一）和無線發(fā)射遙控器（圖二）實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控小車啟動、停止的功能，其操作簡單也較穩(wěn)定。 圖一 圖二三 軟件設(shè)計開始3.1主程序及框圖無線啟動 N Y無線停車 Y N 避障檢測障礙物 Y N 循跡是否到停車線 N 剎停 Y主程序部分：void main()loop:if(wstart!=0) /遠(yuǎn)程啟動開關(guān) w

8、hile(1) while(1) if(wstop!=0) goto loop; /遠(yuǎn)程停止開關(guān) if(!(I1=1&I2=1&I3=1) break; xunji(); bizhang(); else stop();3.2電機(jī)驅(qū)動程序void go() /前進(jìn)P2=0x99; void back() /后退P2=0x66;void left() /左轉(zhuǎn)P2=0x55;void right() /右轉(zhuǎn)P2=0xaa;void stop() /停車P2=0x0;void qstop() /剎車P2=0xff;3.3循跡程序void xunji() if(I4=1&I5=1&I6=1&I7=1)

9、qstop();delay(100);while(1)qstop(); else if(I5=1&I6=0) left();delay(30);stop(); else if(I5=0&I6=1) right();delay(30);stop(); else go();delay(100);stop();delay(80);3.4避障程序void bizhang()qstop();baojing();right();delay(300);stop();delay(300); 障礙物go();delay(600);stop();delay(300);left();delay(300);stop(

10、);delay(300);go();delay(300);stop();delay(300);left();delay(200);qstop();delay(300);3.5報警程序void baojing() uint i; for(i=5;i0;i-) spk=0; delay(300); delay(100); spk=1; delay(300); delay(100); spk=1;4.調(diào)試過程 小車的調(diào)試過程還比較順利，第一次由于車速過快多次沖出跑道，在經(jīng)過幾次修改測試后解決了這個問題，小車較好地實現(xiàn)了預(yù)期的循跡避障功能，只是速度降低了。我發(fā)現(xiàn)這個問題其實還有一個原因。因為我所做的小

11、車是四輪驅(qū)動的，而且載重又比較重，雖然動力好，但在遇到角度較大的軌道時靈活性不夠轉(zhuǎn)彎較吃力。如果是一個萬向輪和兩個驅(qū)動輪組成的小車系統(tǒng)在轉(zhuǎn)彎時會有更好的表現(xiàn)，但四輪也有其優(yōu)勢，如果軟件優(yōu)化到位的話應(yīng)該效果會更好。在調(diào)試的過程中也發(fā)現(xiàn)了一些小問題，例如單片機(jī)電路板因沒有和小車固定好經(jīng)常滑落，電池也因接觸不良偶爾斷電，好在最終都能解決，不影響小車的整體性能。5.總結(jié) 經(jīng)過近一個月的努力，我最終完成了小車的設(shè)計與制作，小車也基本達(dá)到了預(yù)期的要求與功能。說實話，對于我這樣一個開始時幾乎沒有接觸任何專業(yè)知識的人來說獨立制作出這種小車是很困難的。在確定了制作目標(biāo)后，我便不斷地在網(wǎng)上和圖書館搜集各種相關(guān)的資

12、料，拼命吸取其中的知識。有些零件模塊起初不知道怎么用問別人還被人取笑是菜鳥.一切都是從無到有積累起來的。通過這次競賽，我學(xué)到了很多書本上沒有的知識，也鍛煉了自己獨立思考和動手的能力，也培養(yǎng)了我絕不向困難屈服的精神，總之受益匪淺。這次競賽還有一些小小的遺憾，例如還沒有來得及學(xué)習(xí)有關(guān)protel制圖和proteus仿真軟件的知識，因此幾個重要模塊的電路板不是我親自設(shè)計制作的。單片機(jī)的軟件也沒有來得及優(yōu)化到位，元件布局也略顯粗糙. 總之，由于個人水平有限，作品中可能會存在諸多問題及可提高的地方，在此誠摯地歡迎老師和同學(xué)們的批評和指正。附錄總C程序#include#define uint unsign

13、ed intsbit I1=P00;sbit I2=P01;sbit I3=P02;sbit I4=P03;sbit I5=P04;sbit I6=P05;sbit I7=P06;sbit wstart=P10;sbit wstop=P11;sbit spk=P15;void delay(uint z) /延時函數(shù)uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void go()P2=0x99;void back()P2=0x66;void left()P2=0x55;void right()P2=0xaa;void stop()P2=0x0;void qs

14、top()P2=0xff;void xunji() if(I4=1&I5=1&I6=1&I7=1) qstop();delay(100);while(1)qstop(); else if(I5=1&I6=0) left();delay(30);stop(); else if(I5=0&I6=1) right();delay(30);stop(); else go();delay(100);stop();delay(80);void baojing()uint i; for(i=5;i0;i-) spk=0; delay(300); delay(100); spk=1; delay(300); delay(100); spk=1;void bizhang()qstop();baojing();right();delay(300);stop();delay(300);go();delay(600);stop();delay(300);left();delay(300);stop();delay