嵌入式系统实践报告.docx

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1、课程设计报告（嵌入式技术实践） 学 院：电气工程与自动化学院 题 目：循迹小车设计与制作 专业班级：自动化152班32号 学 号：2420152930 学生姓名：冯宝文 指导老师：张振利 温如春 2016年 9 月 1 日摘要本次实践目的是制作一辆通过编程控制，可以按给定的轨道前进的小车。实践中，我与搭档（廖鑫明）将小车板(含电机，车轮)，红外对管和AT89C51单片机等组装好后，两人都从网上查找相同的程序样例进行仿写修改。然后分别导入小车里进行测试，经过反复讨论和修改，终于制作成功。其中红外对管用于检测路况，然后将采集的信息传送给AT89C51单片机，经程序处理后对L298N发出指令进行相应

2、的驱动，而小车的速度由单片机输送的PWM控制，从而实现自动寻迹的功能。通过这次实践，我觉得自动化是一门实践和理论结合性很强的学科。想学好自动化，除了要有兴趣，还要狠下苦心。关键词：AT89C51单片机 红外对管 L298N 编程 目录第一章 硬件组成及功能11.1 所需元器件11.2 功能简述11.3 制作步骤2第二章 模块原理及测试32.1 模块原理32.2 测试说明82.3 测试程序8 心得体会11 致谢11 参考文献11第一章1.1所需元器件L298N一个，红外对管TCRT5000两个，车轮三个，51单片机一块，小车板（塑料）一块，直流电机两个，电阻10千欧两个，电阻220欧六个，杜邦线

3、若干。1.2功能简述 车轮：三个车轮，支撑整辆小车，后面两个车轮通过电机驱动从而驱动小车前进，前轮为万向轮。 直流电机：两个电机起驱动作用，通过分别控制两个后轮的转速和转向，从而控制小车的速度和方向。 小车板：整辆小车的基本骨架。红外对管：根据黑色和白色对光的吸收和反射的强弱特点，用于检测路面轨迹的状况，并传递信号给单片机。AT89C51单片机：装载程序，根据红外对管传递的信息而向L298N发出相应的电平信号，单片机是小车的主控模块，是程序和硬件之间的桥梁。L298N：根据对单片机发出不同的高低电平信号进行处理，控制电机的正反转。杜邦线：用于连接电源，接地以及连接相关接口。进行通电和传递电平信

4、号。 1 1.3制作步骤 第一步：准备上述硬件材料齐全。第二步：组装硬件。组装后如图所示。 图1 第三步：根据两个红外对管的间距与黑色轨迹的间距的大小特点而编写适合的程序。使用Keil软件，建立工程，编写程序，生成头文件。第四步：将编写好的程序导入单片机并进行测试。用数据线连接AT89C51单片机和电脑，打开烧写程序软件，擦除单片机芯片的内容后，添加已生成的头文件。第五步：测试结果分析与总结。最终测试结果：接通电源后，小车按黑线轨迹前进的同时，经常左右摇晃。原因分析与总结：由于两个红外对管分别处于黑线两边的边界，检测过于频繁。应该将两个红外对管放到黑线里面，或者分别放到黑线两边的外面。 2第二

5、章2.1模块原理小车系统主要由信息采集模块，控制模块，电机驱动模块这三大模块组成。信息采集模块功能主要由TCRT5000完成控制模块功能主要由单片机完成，电机驱动模块功能主要由L298N完成。系统方案方框图如下。 信息采集模块：TCRT5000实物图及电路图如下。 图2 图3 3 传感器的的发射端和接收端的正负极如图2所示，传感器TCRT5000工作原理：传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，光敏三极管饱和，此时模块的输出端为高电平，指示二极管被点亮；当发射出的红外线没有被反射回来或者被反射回来当强度不够大时，光敏三极管一直处于关断

6、状态，此时模块的输出端为低电平，指示二极管一直处于熄灭状态。 信息采集状态分类：根据两个传感器的间距与黑线宽度的大小可分为三种，如下图所示。 图4 图4的三个小图中，黑色的代表黑线轨迹，而蓝色的小圈代表TCRT5000传感器。如左图，当两个传感器都在黑线里时，则小车直走 ；当左传感器检测不到黑线，右传感器检测到黑线，则小车右拐；当左传感器检测到黑线，右传感器检测不到黑线，则小车左拐。如中图，当两个传感器都在黑线外时，则小车直走；当右传感器检测到黑线，左传感器检测不到黑线，则小车右拐；当右传感器检测不到黑线， 4 左传感器检测到黑线，则小车左拐。如右图，由于两个传感器检测黑色和白色的频率较高，则

7、小车在前进的同时会不断地左右晃动。 电机驱动模块：所采用硬件L298N实物图及基本属性如下所示。 图5 图6 图7产品特点：本模块使用ST公司的L298N作为主驱动芯片，具有驱动能力强，发热量低，抗干扰能力强的特点。本模块可以使用内置的78M05通过驱动电源部分取电工作，但是为了避免稳压芯片损坏，当使用大于12V驱动电压的时请使用外置的5V逻辑供电。 5本模块使用大量的滤波电容，续流保护二极管，可以提高可靠性。注意事项：当你的驱动电压（上图标识为12V输入，实际可以接受的输入范围是712V）为7V12V的时候，可以使能板载的5V逻辑供电，当使用板载5V供电后，接口中的+5V供电不要输入电压，但

8、是可以引出5V电压供外部使用。当驱动电压高于12V，小于等于24V（图7中显示可以支持到35V，但是按照一般298保守应用电压支持到24V已经很了不起）时，比如要驱动额定电压为18V的电机，首先必须拔除板载5V输出使能的跳线帽。然后在5V输出端口外部接入5V。5V使能即一个电平为5V的控制信号，当此信号输入有效时，且电机驱动模块中电源供电正常时，电机驱动模块输出电流。否则即使电源供电正常，电机上也无电流。L298N内置电路图： 图8 6电机驱动小车原理：如下表。.使能端A使能端B左电机右电机左电机状态右电机状态小车状态IN1IN2IN3IN4111010正转正转前行111001正转反转右转11

9、1011正转停止以右电机为中心原地右转110110反转正转左转110101反转反转后退111110停止正转以左电机为中心原地左转 表1直流电机实物图及尺寸大小如下： 图9 图10 本次实践中小车所采用的电机为如图9所示的单轴输出直流减速电机。减速比1:120，额定电压为3V的，额定电流200mA，转速50转/分。额定电压为6V的，额定电流300mA，转速120转/分。 7 2.2测试说明 小车测试具体现象请看作品视频。测试现象描述：用导线将小车和充电宝连接后，相关指示灯发亮。由于小车没有电源开关，接通电源后，两个后轮立刻正转（此时小车还在空中）。将小车放到心形黑色轨道上，因为一条轨道，至少要两

10、个TCRT5000传感器，而两个传感器间距与轨道宽度相差甚微，导致小车前进的时候指示二极管经常亮了又灭，这也使得小车在拐弯时比较慢。拐弯时，内侧后轮不转或反转，外侧后轮正转。2.3测试程序#include#include#define uchar unsigned charsbit port_1=P35;sbit port_2=P34;sbit port_3=P31;sbit port_4=P30;sbit en_1=P32;sbit en_2=P33;sbit infrared1 = P20;sbit infrared2 = P21;void init() /初始化函数 8 TMOD=0X0

11、1; TH0=(65536-1000)/256; TR0=(65536-1000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; en_1=1; en_2=1;void motor(uchar pesition)if(pesition=0) /小车直走 port_1=1; /左电机正转 port_2=0; port_3=1; /右电机正转 port_4=0; if(pesition=1) /小车左转 port_1=0; /左电机反转 port_2=1; port_3=1; /右电机正转 port_4=0; if(pesition=2) /小车右转 port_1=1; /左电机正转 port

12、_2=0; port_3=0; /右电机反转 9port_4=1; if(pesition=3) /小车直走 port_1=1; /左电机正转port_2=0;port_3=1; /右电机正转port_4=0;void main(void) init(); motor(); while(1) if(infrared1=0&infrared2=0)/小车前行 motor(0); if(infrared1=1&infrared2=0) /小车左转 motor(1); if(infrared1=0&infrared2=1) /小车右转 motor(2); if(infrared1=1&infrare

13、d2=1) /小车前行 motor(3); 10心得体会在做小车之前，感觉一头雾水，不知从何入手。还好有大家的互相帮助，让我明白了集体的力量远远大于个人的力量。还有实践出真知，多动动手，动动脑，不懂就问，总会有收获的。 致谢首先由衷地感谢张振利老师和温如春老师的言传身教，淳淳教导。然后非常感谢李荣学长和小威学长亲临指导。还有感谢余金荣同学向我讲解一些关于单片机的接口问题和注意事项。最后特别感谢我的搭档廖鑫明同学，我们俩同心协力，分工合作的过程中，感觉他付出得比较多。在此再次感谢以上各位啦！参考文献1 谭浩强.C程序设计. 北京：清华大学出版20052 彭伟.单片机C语言程序设计实训100例.北京：电子工业出版社3百度文献和淘宝 11