智能小车实习报告

《智能小车实习报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能小车实习报告（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、智能小车实习报告西农可用1. 实习任务与要求1.1 实习目的1、机械构件如何通过电机驱动实现不同的动作；2、控制电路的设计及其分析；3、控制器如何通过传感电路感知世界；4、设备如何构成控制反馈等。1.2 实习要求1、熟练掌握单一传感器、单电机在控制器作用下实现具体机械构件 的控制。2、熟练掌握控制器采集多类型、多数量传感器信息并通过复杂电路 控制多 电机实现对多 机械构件的控制；3、熟练掌握各种电机在控制器作用下，驱动机械构件实现复杂运 动。2.1 四轮直流电机智能小车2.1.1 小车的装配组装按照电路图要求组装，组装完成如附件直流小车图。2.1.2 电机系统1.电机的工作原理：复杂的直流电机

2、结构可简化为电机具有一对主磁极，电枢绕组只是一 个线圈，线圈两端分别联在两个换向片上，换向片上压着电刷A和B,如 图 2-2 。1 主磁极：励磁绕组上加上直流电压，励磁绕组上有励磁电流通 过，使定子铁心产生固定磁场，即定子的主要作用是产生主磁场。2 电机绕组：在固定的磁场中旋转，主要作用是产生感应电动势或 产生机械转矩，实现能量的转换。3、4换向器：电刷固定不动，换向片与电枢绕组一起旋转，主要作 用对电动机而言，则是将外加的直流电流转换为电枢绕组的交变电流，并 保证每一磁极下，电枢导体的电流的方向不变，以产生恒定的电磁转矩。西农可用2. 直流电机的控制1使用脉冲宽度调制（PWM）方式来驱动直流

3、电机，也就是给直流电 机输入占空比可调的方波，当电平为1时电机转动，电平为0时电机停 止。电动机的驱动方波周期一定，通过改变高电平的持续时间来控制电动 机使能，从而改变电动机一个周期内动作时间，达到控制电动机转速的目 的。控制加减速时可以控制占空比的变化，是占空比不断减小可以控制电 机的减速，相反可以控制电机的加速。直流电机控制基本原理：两个电极与电源正接或反接，可以使其正转 或反转。 由于直流电机的工作电流比较大，不能直接使用单片机来驱 动，一般使用集成芯片L293D或L298D。3控制信号：每1个电机需要3个控制信号EN1、IN1、IN2 （如图23）; EN1是使能信号。选用一路PWM连

4、接EN1引脚，通过调整PWM 的占空比可以调整电机的转速；IN1、IN2为电机转动方向控制信号。IN1、IN2分别为1，0时，电机 正转；反之，电机反转。（为节省单片机引脚，可以只用一路I/O 口，经 反向器74HC14分别接IN1和IN2引脚，控制电机的正反转。）2-1-2西农可用前进：左侧轮子逆时针转，右侧轮子顺时针转。 后退：右侧轮子逆时针转，左侧轮子顺时针转。左转：左侧向后转，右侧向前转。右转：左侧向前转，右侧向后转。2.1.3 程序流程图1. 循迹2.遥控西农可用2.1.4程序清单（见附件）2.1.程序运行原理 小车主要有三个模块组成：驱动模块，传感模块， 51 单片机模块。驱动模块

5、通过给电机“0”， “1”信号来驱动电机，传感模块主要是通过红外检测来产生电信号，当传感器接收到信号时，输出“1”，接收不到信号时为“0”；再通过反相器最后输出给单片机相反地信号。 51单片机模块主要 是用来通过各个借口连接不同的模块，然后再通过单片机内部已经存储的 程序来处理各个接口的电信号，从而进行各个要求运行状态的执行。2.1.6 总结直流小车是我们组第一个小车，首先要进行小车的组装，由于小车主 要组成部分不是很多，很快完成小车的单片机、直流电机以及小车的其他 部分的初步组装。初步组装完成后，通过分析资料上给的电路图进行小车 的接线，并进行分析电路，了解每一个模块的功能及运行原理。经过一

6、天 的时间小车基本完成了全部西农可用的组装。组装完成后，进入了前进程序的调试过程，直流电机前进后退是根据 两级的电势差，这个比较简单，随后就是小车的后退和左转右转。也很快 的的完成。在调试中遇到了小车的报警，通过寻找原因是 P3.6 口是个特 殊的口，不能接东西。在这些基础的程序完成后又开始了小车的加减速的 程序调试，根据老师给的资料，我们知道了速度是通过调节电机的使能的 占空比的大小，调节加速减速只需要是每个小时刻的占空比不同就可以 了。根据单片机原理，占空比的调节需要用到中断，在程序中我们假设波 形周期是1s,从而控制中断来次数来使单片机输出的电压取反。中断的 次数不同，高电平持续的时间不

7、同，占空比就不同，最后的速度不同。只 要控制次数的变化,就完成的加减速。由于小车电机原因,当占空比过小 时,电机就不能使小车行走,因此我们的占空比最小只有 50%。随后就进入了,小车寻迹的调试。这个程序对我来说比较陌生,感觉 很神奇,随后看了资料的介绍,我们知道了它的基本原理,通过传感模块 的输入单片机的信号，来判断小车需要运行的轨迹。我们用了 if语句来实 现，程序编好后，有一个问题出现了，我们的单片机下载进不去程序，刚 开始以为是单片机芯片坏掉了，可是换了一个芯片还是不行，最后怀疑是 传输口的原因，换了单片机后还是不行，最后我们发现是由于连接了传感 器驱动模块后才不行的，是由于电压的分配不

8、够导致不能下载程序。只要 拔掉传感器的电源线就可以完成。下载最开始的程序后。在手上演示能按 照程序运行，放下去不会走动，进过推测是传感器灵装的离地面太高，于 是把传感器向下放，最后能够前进。随后又遇到了新的问题，速度太快， 传感器反应不出来，这次我们就用到了占空比来调节，通过反复的实验最 终完成了寻迹的目标。红外遥控时需要对红外信号进行解码，解码程序没有学习过，根据资 料的程序，进行了解码比较困难，因此用了一个比较折中的办法，就是不 用解码，先把红外信号对应的码数给单片机内部的一个值，然后在进行比 较，用来控制小车的运行。经过调试程序最终完成的预期的要求，老师最 后又给了一个程序，里面有对英的

9、码数，我们根据这个直接进行了码数的 比较，也完成了预期的结果。在红外控制时也遇到了问题，就是放在地上 不动，在手里遥控动，原因是传感模块影响红外遥控，是小车不能接受是 遥控器信号。拔出传感器模块的电源最后成功遥控。这个小车做的比较久，做完后感觉很有成就感，把我们以前学的电机 和单片机的内容得到的巩固，更加理解单片机程序的编写和直流电机的运 行，对我们的知识有了一定的提高，也激发了我们的兴趣，更好的学习。2.2 两轮舵机智能小车2.2.1 舵机的结构和控制1、舵机由舵盘、位置反馈电位器、减速齿轮组、直流电机和控制电 路组成。2、控制电路板接受来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带 动一系列齿

10、轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位 计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个 电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电 机的转动方向和速度，从而达到目标停止。3、舵机的脉冲控制舵机三根线：红-电源VCC；黑-地；白-信号线西农可用舵机控制信号是周期为20ms的脉宽调制(PWM)信号，其中脉冲宽度 从0.5ms-2.5ms,对应舵盘的位置为01800(900)，呈线性变化。也就 是说，给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度 上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它 才会改变输出角度到新的

11、对应的位置上。4、舵机的单片机控制舵机内部有一个基准电路，产生周期20ms,宽度1.5ms的基准信 号，有一个比较器，将外加信号与基准信号相比较，判断出方向和大小， 从而产生电机的转动信号。由此可见，舵机是一种位置伺服的驱动器。如果用 12M 的晶振，单片机的一个时钟周期为 12 个晶振周期，正好 是1/1000 ms，计数器每隔1/1000 ms计一次数。先设定脉宽的初始值， 并置输出p12为髙位。当计数结束时，触发计数器溢出中断函数。在 for 循环中可以随时通过改变 a 值来改变转动角度。舵机的 3 根线，电压和地接好，脉宽控制信号线，与单片机定时器输 出脚相连，用单片机的定时器产生 2

12、0ms 的脉冲频率控制舵机，通过改变 脉冲的占空比来控制输出角度。舵机转动时需要消耗比较大的电流，所以 舵机的电源最好单独提供，不要和单片机使用同一路电源。5、舵机的单片机控制舵机的 3 根线，电压和地接好，脉宽控制信号线，与单片机定时器输 出脚相连，用单片机的定时器产生 20ms 的脉冲频率控制舵机，通过改变 脉冲的占空比来控制输出角度。舵机转动时需要消耗比较大的电流，所以 舵机的电源最好单独提供，不要和单片机使用同一路电源。6、舵机控制方法顺时针全速：连续给1.3ms的脉冲，间隔20ms，全速顺时针旋转。 全速的范围是50到 60RPM.。逆时针旋转：连续给1.7ms的脉冲，间隔20ms，

13、全速顺时针旋转。 全速的范围是50到60RPM。不动：连续给 1500us。2.2.2 舵机加减速控制由舵机的工作原理可知，当脉冲延迟1 5 0 0时静止，延时 1300 时顺 时针转速最大，延时 1700 时逆时针转速最大，所以当脉冲延时从 1500 向1300递减时舵机加速顺转，当脉冲延时从1500向1700 递增时加速逆 转，同理当延时从1300 向1500递增时减速顺转，延时从1700 向1500 递减时减速逆转。又因为小车两个舵机相对安装，左侧逆时针转，右侧顺时针转才能前 进，后退、左转、右转。2.2.3 程序流程图1. 寻迹西农可用2. 触角西农可用2.2.4 程序清单（见附件）2

14、.2.5 硬件原理由于我们的小车是有一块单片机组成的，通过控制电信号的时间来控 制电机的运动，前进后退时，由于两个电机的是对着安装的，所以前进时 一个是顺时针一个是逆时针运动，这样才能够前进，后退，右转，左转 同理。触角是根据下图的电路图分析西农可用分析如下：触须就相当与单刀开关，没有碰到障碍时，单刀开关开 启，借口有电平的输出，当开关碰到障碍时，开关闭合，接口电路被短 路，是低电位。就可以根据这个原理来编写程序。从而达到壁障的要求。寻迹原理和四轮的小车基本相似，都是输入传感器信号，然后触发单 片机来控制转向。校园行：是组合了避障和寻迹的原理。主要通过触须电路和传感器的 输出，来给单片机信号，

15、再通过单片机内部程序的处理最后完成预期的效 果。2.2.6 总结这次的小车是舵机小车，对于舵机以前没有接触过，所以要先看舵机 的原理。舵机小车要先进行舵机的调零，调零之后我们又进行了小车的组 装，在组装的时候接触了面包板，了解了面包板的接线方法，当组装触须 的时候明白了设计者的神奇，刚开始不知道触须的工作原理，看了电路图 知道了并不是这有传感器才能用来避障，很是佩服。由于上个小车的实习 对这个小车的连线很快就连好了。 下面就是舵机前进的调试，因为每个 舵机的转速不同，当前进的时候不走直线，因此我们要不断地改写延迟的 时间，在不断的实验下最后终于完成直线的行走。后面的左转右转进行的 比较快。随后

16、就是避障，避障程序还是第一次接触，我们仔细看了电路图，明 白了原理，开始程序的调试，这个程序感觉和寻迹有点像，由于小车是靠 碰到墙壁的时候转动，所以要有后退的过程，避障的最终目的是走迷宫， 所以我们在双触须都碰到的时候后退并且右转。旋转角度是 90。在寻迹的时候，还是传感器的原因，要紧贴着地面才能收到信号，这 次寻迹小车本身速度不快，所以没有改变前进的速度，按照上次直流小车 的寻迹经验，很快编号程序。可是转弯的时候由于转弯延迟太大，小车不 稳，只有改变小车转弯的延迟，经过几次实验完成了寻迹。最后我们开始校园游的设计，这个线路图比较复杂，进过观察，和把 小车拿在手上在轨迹运行上的实验，设计出来的初步想法：一般情