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1、课 程 设 计 报 告学生姓名:学 号：学 院 :自动化工程学院班 级 :题 目 :计算机控制系统设计基于光电导航的电动小车速度控制系统设 计指导教师： 职称: 2015 年 5 月 15 日摘要本文论述了基于 AT89C52 单片机的循迹智能小车的控制过程。智能循迹是用以实现小车自动识别路线，以及选择正确的路线。智能循迹小车是一个运用传感器、单片机、电机驱动及自动控制等技术来实现按照预先设定的模式下，不受人为管理时能够自动实现循迹导航的高新科技。本设计采用 AT89C52 单片机作为小车的控制核心；采用 LM339 传感器作为小车的循迹模块来识别白色路面中央的黑色引导线，采集信号并将信号转换
2、为能被单片机识别的数字信号；采用驱动芯片 L293D 构成双 H 桥控制直流电机，使小车能自动沿着黑色轨迹进行循迹，其中软件系统采用 C 程序，并用 Keil 软件进行编译，本设计的电路结构简单，容易实现，可靠性高。关键词：单片机，LM339 传感器，L293D 驱动目录第一章 绪论.1 1.1 课题背景与意义 .1 1.1.1 课题背景.1 1.1.2 课题意义.1 第二章 设计目的及要求.2 2.1 设计目的 .2 2.2 设计内容及要求 .2 2.3 设计工作任务及工作量的要求 .2 第三章 系统设计方案.3 3.1 总体方案论证与分析 .3 3.2 系统设计框图 .3 3.3 小车循迹
3、流程图.4 第四章 硬件设计.6 4.1 单片机主控电路模块 .6 4.1.1 单片机的选择.6 4.1.2 晶振电路.6 4.1.3 复位电路.7 4.2 红外传感器检测模块 .7 4.2.1 LM339 模块及红外对管模块 .7 4.2.2 检测系统的循迹原理.8 4.3 电机及驱动系统 .9 4.3.1 L293D 芯片的原理 .9 4.3.2 L293D 芯片的端口功能 .10 4.3.3 L293D 驱动模块 .11 4.3.4 PWM 调速系统 .11 4.3.5 直流电机.12 第五章 软件设计.12 5.1 系统整体流程图 .13 5.2 循迹内环检测子程序流程图 .13 5.
4、3 循迹外环子程序流程图 .14 5.4 电路连接原理图 .14 心得体会.15 参考文献.16 附录 源程序.171第一章 绪论1.1 课题背景与意义1.1.1 课题背景随着社会的不断发展，科学技术水平的不断提高，人们希望创造出一种来代替人来做一些非常危险，或者要求精度很高等其他事情的工具，于是就诞生了机器人这门学科。世界上诞生第一台机器人诞生于 1959 年，至今已有 50 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。智能小车可以作为机器人的典型代表，加装光电、红外线，实现对电动车的速度、位置
5、、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制，不仅可以实现自动导引功能和避障功能，而且还可以感知导引线和障碍物，实现自动识别路线，选择正确的行进路线，并作出正确的判断和相应的执行动作。在现有小车的基础上， 。这对于我们的各个方面都有重大的意义。1.1.2 课题意义目前在研究和发展阶段的，是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。智能循迹小车，能独立完成任务，有其自身的知识基础，多信息处理系统，在结构化或半结构化的工作环境中，根据环境变化作出决策，有一定的适应能力，自我学习能力和自我组织的能
6、力。为了让循迹小车能独立工作，一方面应具有较高的智慧和更广泛的应用，研究各种新机传感器，另一方面，也掌握多个多类传感器信息融合的技术，这样循迹小车可以更准确，更全面的获得所处环境的信息。2第二章 设计目的及要求2.1 设计目的计算机控制系统是自动控制理论和微型计算机原理和接口等技术在工业生产过程中实现自动控制的专门技术，其以自动控制理论为基础，以电子技术、传感器原理、计算机原理及接口等课程内容为辅助，通过计算机控制系统设计的实践环节培养学生理论应用能力、总结归纳能力以及自我学习能力，从而进一步提高学生工程实践能力和创新意识的培养。2.2 设计内容及要求设计并开发能自动循迹和调速的电动小车控制系
7、统，要求利用黑色引导线对小车进行导航，能实现电动小车的速度闭环控制；在保证小车不冲出跑道的前提下，要求小车能以最短的时间通过跑道上的加速区，以固定的速度通过跑道的匀速区域，以较慢的速度通过减速区，不同的区域通过黑色标记线进行划分。基本要求:(1) 利用红外对管等传感器设计导航、测速电路，设计小车的电源管理电路， 完成单片机和各模块的接口电路设计；利用脉宽调制原理实现直流电机的速度控制，完成各模块的控制程序设计。(2) 够按照指定轨迹(单迹)行驶；(3) 能够识别赛道加速和减速标志；(4) 到达终点后可以自动停车；智能车行驶过程中不得人为干预2.3 设计工作任务及工作量的要求（1）课程设计报告（
8、由“题目背景与意义” 、 “设计题目介绍” 、 “系统总体框架”、 “系统硬件设计” 、 “系统软件设计” 、 “结论”六个部分组成 ） ；（2）课程设计任务书；（3）系统硬件原理图；（4）系统软件流程图；3第三章 系统设计方案3.1 总体方案论证与分析根据设计要求，将系统分为单片机控制模块、电源模块、电机驱动模块及红外传感器检测模块。其中信号检测部分通过光电传感器检测并将信号传回单片机进行处理。控制部分的作用是接收并处理传感器检测到的信号，通过判断信号的类别控制小车的动作。本系统采用 AT89C52 单片机，其特点是小型、快速、低功耗、I/O 口资源丰富等，能够满足本小车的设计要求。采用两个
9、直流电机驱动，电路简单，成本不高。电机的驱动芯片采用 L293D，该芯片有四路输出，可以驱动一个四相步进电机或两个直流电机，四路总电流可达 4A，输出电压最高可达 46V，可以直接用单片机 I/O 口的输出信号来控制。 检测模块采用光电传感器，经光耦和 LM339 放大，信号检测稳定，能够满足系统要求。小车跑道由白色 KT 板和黑带组成，用反射式光电传感器识别路面黑白两种不同的状态，然后将路况传送到主控板，进而控制小车作相应的动作。因为反射式光电传感器发射和接收的光为红外线，受外界可见光的影响较小，能有效提高抗干扰的能力。外加四路的小车遥控模块，利用二极管的单向性进行半隔离，当小车都检测不到黑
10、线带的时候启用遥控，人工讲小车遥控到黑带线上，小车继续循迹，遥控失效。首先，要让小车正常行驶，必须保证小车不驶出边界，故利用反射式光电传感器来检测黑带，防止出界。当传感器检测到黑线时会输出一个高电平，该信号传至单片机后，单片机对其转向进行处理，使其在行车道内行驶。当左侧检测到黑线时单片机控制小车左转，反之若右侧检测到黑线时右转，否则直走。3.2 系统设计框图智能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。系统设计框图如下所示：4H 桥 驱动模块直流电机红外光电循迹传 感器模块电源模块 单片机 电路路 径小车图3.1 系统设计框图1、 主控制电路模块：
11、用 AT89C52 单片机、复位电路，时钟电路2、 红外检测模块：光电传感器,比较器 LM3393、 电机及驱动模块:电机驱动芯片 L293D、两个直流电机4、 电源模块：双路开关电源3.3 小车循迹流程图小车进入循迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片机 I/O 口，一旦检测到某个 I/O 口有信号，即进入判断处理程序，先确定 4 个探测器中的哪一个探测到了黑线，如果左面第一级传感器或者左面第二级传感器探测到黑线，即小车左半部分压到黑线，车身向右偏出，此时应使小车向左转；如果是右面第一级传感器或右面第二级传感器探测到了黑线，即车身右半部压住黑线，小车向左偏出了轨迹，则应使小车向右转。在经过了方向调整后，小车再继续向前行走，并继续探测黑线重复上述动作。循迹流程图如图 3.2 所示5启动循迹模式探测黑线是否检测到黑 线判断处理程序向左转 Turn _left2向左转 Turn _left1向右转 Turn_ right1向右转 Turn_ Lright2继续前进NY图 3.2 循迹流程图由于第二级方向控制为
