基于单片机的智能循迹小车答辩ppt课件.ppt

基于单片机的智能循迹小车 的研究与设计指导老师：刘义杰报 告 人 ：于海日期：2012.4.14选题背景选题背景1循迹小车总体设计循迹小车总体设计2循迹小车硬件设计循迹小车硬件设计3循迹小车软件设计循迹小车软件设计4 总结总结5选题背景选题背景: : 第一代第一代可编程的示教可编程的示教在线在线型型 循迹小车循迹小车 第二代第二代 离线编程离线编程型型 循迹小车循迹小车 第三代第三代 智能型智能型 循迹小车循迹小车以多种外部传感器构成感官系统，通过采集外部的环境信以多种外部传感器构成感官系统，通过采集外部的环境信息，精确地描述外部环境的变化。息，精确地描述外部环境的变化。装有简单的传感器，可以感觉到自身的的运动位置，速度等装有简单的传感器，可以感觉到自身的的运动位置，速度等其他物理量，电路是一个闭环反馈的控制系统，能适应一定其他物理量，电路是一个闭环反馈的控制系统，能适应一定的外部环境变化。的外部环境变化。不装载任何传感器，只是采用简单的开关控制，通过编程来不装载任何传感器，只是采用简单的开关控制，通过编程来设置循迹小车的路径与运动参数设置循迹小车的路径与运动参数。世界上诞生第一台循迹小车诞生于世界上诞生第一台循迹小车诞生于1959年，至今已有年，至今已有50多年的历多年的历史，机器人技术也取得了飞速的发展和进步，现已发展成一门包史，机器人技术也取得了飞速的发展和进步，现已发展成一门包含：机械、电子、计算机、自动控制、信号处理，传感器等多学含：机械、电子、计算机、自动控制、信号处理，传感器等多学科为一体的性尖端技术。循迹小车共历了三代技术创新变革：科为一体的性尖端技术。循迹小车共历了三代技术创新变革：循迹小车特点循迹小车特点: :智能循迹小车是指装备如电磁，光学或其他自动导智能循迹小车是指装备如电磁，光学或其他自动导引装置，通过电脑程序来控制，沿设定的引导路径引装置，通过电脑程序来控制，沿设定的引导路径行驶，也可把电磁轨道黏贴在地板上来确定其行进行驶，也可把电磁轨道黏贴在地板上来确定其行进路线，无需驾驶员操作，将货物自动从起始点运送路线，无需驾驶员操作，将货物自动从起始点运送到目的地。到目的地。循迹小车的另一个特点是高度自动化，可以根据循迹小车的另一个特点是高度自动化，可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变行驶路径，而且改变运行路径的费用与传统的输行驶路径，而且改变运行路径的费用与传统的输送带和传送线相比非常低廉。送带和传送线相比非常低廉。此外，循迹小车小车依靠蓄电池提供动力，具有清洁此外，循迹小车小车依靠蓄电池提供动力，具有清洁生产、运行过程中无噪音、无污染的特点，可用在工生产、运行过程中无噪音、无污染的特点，可用在工作环境清洁的地方。作环境清洁的地方。循迹小车总体设计循迹小车总体设计: :循迹小车控制系统结构框图循迹小车控制系统结构框图 本系统采用简单明了的设计本系统采用简单明了的设计方案。通过高发射功率红外光电方案。通过高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组二极管和高灵敏度光电晶体管组成的传感器循迹模块判断黑线路成的传感器循迹模块判断黑线路经，然后由经，然后由STC89C52单片机单片机通过通过IOIO口控制口控制L298N驱动模块改变两驱动模块改变两个直流电机的工作状态，最后实个直流电机的工作状态，最后实现小车循迹。现小车循迹。 晶振电路晶振电路: :在在STC89S52STC89S52单片机上内部有一个用于构成振荡器的单片机上内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚高增益反相放大器，引脚XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2分别是此放分别是此放大器的输入端和输出端。大器的输入端和输出端。在在XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。器就产生自激振荡。本设计选用本设计选用12MHZ12MHZ无源晶振、无源晶振、2 2个个22pF22pF电容，使得一个电容，使得一个机器周期是机器周期是1s1s。晶振的作用是为系统提供基本的时。晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号，两个电容则是起到并联谐振的作用。钟信号，两个电容则是起到并联谐振的作用。晶振电路图晶振电路图复位电路复位电路: :8989系列单片机的复位信号是从系列单片机的复位信号是从RSTRST引脚输入到芯片内引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果且振荡器稳定后，如果RSTRST引脚上有一个高电平并维引脚上有一个高电平并维持持2 2个机器周期个机器周期(24(24个振荡周期个振荡周期) )以上，则以上，则CPUCPU就可以就可以响应并将系统复位。响应并将系统复位。当系统当系统上电后，由于电容充电，使上电后，由于电容充电，使RSTRST持续一段高持续一段高电平时间。当单片机已在运行之中时，按下复位电平时间。当单片机已在运行之中时，按下复位键也能使键也能使RSTRST持续一段时间的高电平，从而实现上持续一段时间的高电平，从而实现上电且开关复位的操作电且开关复位的操作。复位电路图复位电路图循迹传感器循迹传感器: :TCTC端是传感器工作控制端，为高电平时，发光二极端是传感器工作控制端，为高电平时，发光二极管不工作，传感器休眠，为低电平时，传感器启动。管不工作，传感器休眠，为低电平时，传感器启动。 Signal Signal端为检测信号输出，当遇到黑线，黑线吸收端为检测信号输出，当遇到黑线，黑线吸收大量的红外线，反射的红外线很弱，光敏三极管不导大量的红外线，反射的红外线很弱，光敏三极管不导通，通，SignalSignal输出高电平；当遇到白线，与黑线相反，输出高电平；当遇到白线，与黑线相反，反射的红外线很强，使光敏三极管导通，反射的红外线很强，使光敏三极管导通，SignalSignal输出输出低电平。低电平。 循迹传感器电路图循迹传感器电路图驱动电路驱动电路: : L298N是一个内部有两个是一个内部有两个H桥桥的驱动芯片，的驱动芯片，这样电机的运转这样电机的运转只需要用三个信号控制：两个只需要用三个信号控制：两个方向信号和一个使能信号。方向信号和一个使能信号。如果如果OUT1信号为信号为“0”，OUT2信信号为号为“1”，并且使能信号是，并且使能信号是“1”，那么三极管，那么三极管Q1和和Q4导通，导通，电流从左至右流经电机；如果电流从左至右流经电机；如果OUT1信号变为：信号变为：“1”，而，而OUT2信号变为信号变为“0”，那么，那么Q2Q2和和Q3Q3将导将导通，电流则反向流过电机。通，电流则反向流过电机。L298N驱动芯片和直流电机接线图驱动芯片和直流电机接线图循迹小车软件设计循迹小车软件设计: :本设计采用本设计采用C语言来编译程序。模块化结构程序的设计，可语言来编译程序。模块化结构程序的设计，可以使系统软件便于调试与优化，也使其他人更好地理解和以使系统软件便于调试与优化，也使其他人更好地理解和阅读系统的程序设计。因此，软件的设计上，运用了模块阅读系统的程序设计。因此，软件的设计上，运用了模块化程序的结构对软件进行设计，使得程序变得更加直观易化程序的结构对软件进行设计，使得程序变得更加直观易懂。程序的主要模块有：主程序、定时溢出中断服务程序、懂。程序的主要模块有：主程序、定时溢出中断服务程序、外部中断服务程序。外部中断服务程序。 Keil C51单片机软件开发系统可用于编辑单片机软件开发系统可用于编辑C或汇编或汇编源文件。然后分别由源文件。然后分别由C51编译器编译生成目标文件编译器编译生成目标文件（.OBJ）。目标文件与库文件一起经）。目标文件与库文件一起经LIB51连接连接定位生成绝对目标文件（定位生成绝对目标文件（.ABS）。）。ABS文件由文件由OH51转换成标准的转换成标准的Hex文件文件。在软件调试中，使用功能强大且的在软件调试中，使用功能强大且的WAVE 6000软件进软件进行软件编译与调试行软件编译与调试,使用使用Microcontroller ISP Software及其配套的单片机对程序进行烧录。及其配套的单片机对程序进行烧录。主要程序功能主要程序功能/*第一部分第一部分 管脚声明管脚声明*/sbit PWM1=P10; /电机电机A/B使能端使能端 sbit PWM2=P11; sbit IN1=P12; /电机控制端电机控制端 sbit IN2=P13;sbit IN3=P14; sbit IN4=P15; sbit RP1=P20; /传感器管脚位声明传感器管脚位声明sbit RP2=P21; sbit RP3=P22; sbit RP4=P23;/*第二部分第二部分 电机控制子函数电机控制子函数*/void forward1() /电机电机1前进前进 IN1=0; IN2=1; void forward2() /电机电机2前进前进 IN3=0; IN4=1; void back1() /电机电机1后退后退 IN1=1; IN2=0; void back2() /电机电机2后退后退 IN3=1; IN4=0; /*第三部分第三部分 主函数主函数*/void main() int num=0;TMOD=0 x01; /中断模式设置中断模式设置 EA=1; TH0=(65536-1000)/256; /定时定时 1ms /*第四部分第四部分 中断服务函数中断服务函数*/ void time0()interrupt 1 TH0=(65536-1000)/256; /定时定时1ms TL0=(65536-1000)%256; count1+; count2+; if(count1=500) /周期是周期是500ms count1=0; if(count2=500) /周期是周期是500ms count2=0; TL0=(65536-1000)%256; ET0=1; TR0=1; turn(count1,250,count2,250); /使小车冲上黑色轨道使小车冲上黑色轨道 delay(350); /延时等待小车冲上黑色轨道延时等待小车冲上黑色轨道结论：结论：本课题研究的内容主要是智能小车的循迹系统。以实验组装小车为基本课题研究的内容主要是智能小车的循迹系统。以实验组装小车为基础，使用了础，使用了4个光电传感器来探测周围环境，同时对采集到的数据信个光电传感器来探测周围环境，同时对采集到的数据信息进行融合。取得了以下成果：息进行融合。取得了以下成果： 经过经过多多次的测试证明，循迹传感器呈次的测试证明，循迹传感器呈M型布局时型布局时更更适合检适合检测多弯道的轨迹。由于传感器不在同一直线上，故小车转测多弯道的轨迹。由于传感器不在同一直线上，故小车转弯时，左右两边后部的传感器有较大的采样空间，两边前弯时，左右两边后部的传感器有较大的采样空间，两边前端的传感器则对采集的信号有更好的前瞻性。整个布局有端的传感器则对采集的信号有更好的前瞻性。整个布局有利于在弯道处提高小车速度。但相对一字型布局，利于在弯道处提高小车速度。但相对一字型布局，M型布型布局容易产生不稳定信号，从而产生信号震荡，影响小车行局容易产生不稳定信号，从而产生信号震荡，影响小车行驶的稳定性。驶的稳定性。小车保留了扩展功能。循迹小车在完成设计预想的前提小车保留了扩展功能。循迹小车在完成设计预想的前提下，考虑下，考虑到到车体结构设计的简单化，降低了制作成本，车体结构设计的简单化，降低了制作成本，使之更具有普及性。保留了各种硬件接口和软件子程序使之更具有普及性。保留了各种硬件接口和软件子程序接口，方便以后的扩展和进一步的开发。接口，方便以后的扩展和进一步的开发。1小车可以实现按照预定轨道在无外部环境影响或改变时，小车可以实现按照预定轨道在无外部环境影响或改变时，小车将一直在轨道上循迹。小车将一直在轨道上循迹。展望：展望：智能循迹小车属于应用开发项目，涉及了多种学科，由于本课题的试智能循迹小车属于应用开发项目，涉及了多种学科，由于本课题的试验性和不完善性。智能循迹小车在以下两个方面还有提升的空间：验性和不完善性。智能循迹小车在以下两个方面还有提升的空间：环境信息采集功能：环境信息采集的实时性和完环境信息采集功能：环境信息采集的实时性和完整性。整性。增加避障控制功能：包括避障的精确性和灵活度这两增加避障控制功能：包括避障的精确性和灵活度这两个指标。个指标。2