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1、 1 计计 算算 机机 控控 制制 课程设计说明书 题目：题目： 循 迹 小 车 学生姓名： 王 荣 明 学生姓名： 王 荣 明 学 号： 200706040123 学 号： 200706040123 院 （系） ： 院 （系） ： 电信学院（自动化系） 电信学院（自动化系） 专 业： 专 业： 测控技术与仪器测控技术与仪器 指导教师：指导教师： 刘文波、姜丽波 刘文波、姜丽波 2011 年 2 月 25 日 2011 年 2 月 25 日 2 循迹小车方案书循迹小车方案书 一、课设题目：一、课设题目：循迹小车 二、课设要求： 二、课设要求： 1、完成基本设计功能 （顺利走一个“8“字型的黑色
2、轨迹一周） 2、所用时间长短 3、自己发挥部分（音乐、彩灯、壁障、显示等） 4、指导老师：郑恩让 周强 黄建兵 姜丽波 刘文波 三、任务时间表三、任务时间表：1、元月 4-6 号完成方案的大体框架，确定大致元器件及元器件相关参数。 2、元月 7 号完成电路图绘制 3、元月 8 号确定元器件清单 4、元月 9-10 进行编程，仿真 5、元月 11 号购买元器件 四、框架图 四、框架图 五、小车各模块电路图及说明 五、小车各模块电路图及说明 1 电源部分： 方案 1： 采用 6 节 1.5V 干电池供电，电压达到 9v，经 7805 稳压后给支流电机供电，给单片机系统和其他 芯片供电。但干电池电量
3、有限，使用大量的干电池给系统调试带来很大的不便，因此，我们放弃了这种方案。 方案 2：采用 2 节 4.2V 可充电式锂电池串联共 8.6V 给直流电机供电，经过 7805 的电压变换后给支流电机 供电，给单片机系统和其他芯片供电。但由于电压不太够，价格昂贵，因此，我们放弃了。 方案 3：采用:9V 蓄电池为直流电机供电，将 12V 电压降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。蓄电池 具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。但蓄电池的体积过于庞大，使用极为不方便，因此，我们放 弃了。 单片机 电机 循迹小车光电传感器 车速和方向 给定值 r | 反馈值 + 偏差 e 控制器 执行器 被控
4、对象 图 1 循迹小车框架图 3 方案 4：直接采用 9V 直流电源，由稳压模块将 220v 交流电转换为 9V 直流电，再经 7805 稳压到 5V 供单片 机，电机使用。但其不能用于远距离，且在运行中要注意电线的干扰。由于用于本次设计演示的标轨道不太大， 在演示时我们可以人为控制电源线部分，所以我们采用此方案，因为它最经济实惠。电路图如下：图 2 电源模块电路图 2、电机驱动控制部分： 这部分采用专门的电机控制芯片 L298，它可同时对两个电机进行驱动控制，电路简单，控制效果好，干扰 小，因此我们采用此方案，电路图如下 图 3 电机驱动控制部分电路图 L298 的具体参数如下： 4 L29
5、8 管脚排列如下： 3 传感器探测部分： 方案 1方案 1：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到 白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值 会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。 但是这种方案受光照影响很大，不能够 稳定的工作。因此我们考虑其他更加稳定的方案。 方案 2方案 2：用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照 射到白色的平面后反射， 若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平， 若接收不到发射
6、管 发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。 这样自己制作组装的寻迹传感器基本能够满足要求， 但是工作不够稳 定，且容易受外界光线的影响，因此我们放弃了这个方案。 方案 3方案 3：用 RPR220 型光电对管。RPR220 是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光 二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。 5 RPR220 采用 DIP4 封装，其具有如下特点： 塑料透镜可以提高灵敏度。 内置可见光过滤器能减小离散光的影响。 体积小，结构紧凑。 我 们 设 计 并 论 证 了 两 种 光 电 对 管 检 测 及 调 理 电 路 ， 电 路 原 理 图 分 别 如 4
7、 和 图 5 所 示 ： 图 4 光电对管检测电路 1 图 4 所示电路中，R1 起限流电阻的作用，当有光反射回来时，光电对管中的三极管导通，R2 的上端变为高 电平，此时 VT1 饱和导通，三极管集电极输出低电平。 当没有光反射回来时，光电对管中的三极管不导通，VT1 截至，其集电极输出高电平。 VT1 在该电路中起到滤波整形的作用。 经试验和示波器验证，该电路工作性能一般，输出还有杂散干扰波的成分。如果输出加施密特触发器就可以 实现良好的输出波形。 但是这种电路用电量比较大，给此种传感器调理电路供电的电池压降较快。究其原因，是因为光敏三极管和 三极管 VT1 导通时的导通电流较大。 因此我
8、们考虑用比较器的方案。 6 图 5 光电对管检测电路 2 RPR220 参数如下： 六、总电路原理图图： 六、总电路原理图图： 7 图 6 循迹小车电路图（详见附页） 七、元器件清单： 七、元器件清单： 元器件 数量 电机（带轮） 2 L298 1 LM339 2 RPR220 4 Max232 1 Stc89c51（带底座） 1 104 电容 10 10uf 电容 2 1k 电阻 5 2k 电阻 5 510 欧姆 5 10K 电阻 5 5.1K 电阻 2 10K 电位器 2 个 开关 5 电路板 1 33pf 12晶振 Led 1 7805 1 8 排阻 1K 1 二极管 4148 10 八
9、、程序流程图 八、程序流程图 九、循迹小车程序 九、循迹小车程序 开始 启动寻迹程序 探 测 黑 线 是否探测到黑线 判断处理程序(switch) 右轮探测到黑线 左轮探测到黑线 左右轮同时探测到黑线 向 右 转 向 左 转 继续前进 继 续 前 进 是 否 结束 9 #include /*第一部分 Start* sbit IN1=P10;/以下是点击驱动芯片 L298 管脚位声明 sbit PWM1=P11; sbit IN2=P12; sbit IN3=P13; sbit PWM2=P14; sbit IN4=P15; sbit RPR1=P16;/此处是传感器 RPR220 管脚位声明
10、sbit RPR2=P17; int count1=0;/用于定时计数的两个全局变量位声明 int count2=0; /*第一部分 End* /*第二部分 子函数定义 Start* void forward_turn1()/电机 1 前进 IN1=0; IN2=1; void reverse_rutn1()/电机 1 后退 IN1=1; IN2=0; void forward_turn2()/电机 2 前进 10 IN3=0; IN4=1; void reverse_rutn2()/电机 2 后退 IN1=1; IN2=0; void speed1(int ct,int sd)/电机 1 速
11、度控制函数，其中参数 sd 为生成 PWM 波形的比较基准 if(ct=1000)/周期是 1s count1=0; 14void time1()interrupt 3 TH0=(65536-1000)/256;/定时 1ms TL0=(65536-1000)%256; count2+; if(count2=1000)/周期是 1s count2=0; /*第五部分 中断服务程序 End* 十、总结 十、总结 这次课程设计，不仅锻炼了我单片机硬件设计的能力，也进一步掌握了 C51 语言的编程，让我对自动控制领的相关理论有了更深刻的认识，同时也看到了教学知识与工业应用的差距。 这次运用的处理器是
12、 C51 单片机，程序是用 C 语言编写的，这不但要求设计者具有较强的编程能力，还要对 硬件相当熟悉。从计算机诞生到现在已有 60 多年了，计算机现在已成为了一种工具，编程能力强的人不胜枚举， 熟悉硬件的同志比比皆是，然而既有较好的编程能力，又能熟悉硬件，并且能基于硬件进行开发的工程师仍是稀 缺资源， 这是以后发展的一个亮点， 也是我们奋斗的一个方向。 微控制领域已从 8 位的单片机发展到 16 位的 DSP 器件，而目前 32 位的基于 ARM 的嵌入式控制技术已经成熟，小到 MP4，大到航空航天，应用领域十分广泛， ARM 占据嵌入式处理器 75%以上的份额， 可见学习 ARM 之类的处理器已势在必行。 遗憾的是学校没有开始 ARM 的课程， 这就需要我们在学好专业课的基础上自行奋斗！不懈努力！ 十一、参考文献 十一、参考文献 1. 李正军。计算机控制系统。北京：机械工业出版社，2005 2. 童诗白，华成英。模拟电子技术基础。北京：高等教育出版社，2003 3. 高峰编。单片微型计算机原理与接口技术。北京：科学出版社，2003 4. 21IC 中国电子网。 附页1 ：循迹小车原理图桌面 课设 循迹小车电路
