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1、基于单片机的循迹小车实验研 究报告作者:日期:#课程设计报告嵌入式技术实践二学 院：电气工程与自动化学院题 目：基丁 P89V51RB2I片机寻迹小车专业班级：学 号：学生姓名：指导老师：2021年06月07日第1章绪论6.1.1 引言61.2 课题任务要求61.3 本论文研究的内容 6第2章系统总体设计7.2.1 小车的机械特性 72.2 智能小车寻迹根本原理 72.3 智能小车测速根本原理 72.2智能小车遥控根本原理 7第3章系统硬件设计9.3.1 控制器的选择 93.1.1 概述93.1.2 P89V51RB2开发工具特性 93.2 硬件电路设计 93.2.1 系统电源电路 93.2.
2、2 电机驱动模块 103.2.3 光电编码器113.2.4 红外线检测电路93.2.5 超声波蔽障/测距 错误!未定义书签。3.2.6 LCD显示设计 错误!未定义书签。第4章系统软件设计1.54.1 编译环境154.2 模块的驱动154.2.1 红外线传感器模块 15422 电机模块的驱动 16423 转速捕获184.2.4 LCD1602 显示模块174.2.5 按键模块214.2.6 超声波模块模块 23第5章系统调试分析2651 系统设计中的洋意事项 265.1.1 外部因素285.1.2 内部因素2652 硬软件总体调试 26第6章结束语27致谢28参考文献29附录30.第1章绪论1
3、.1弓I言我们所处的这个时代是信息革命的时代，各种新技术、新思想层出不穷，纵 观世界范围内智能汽车技术的开展，每一次新的进步无不是受新技术新思想的推 动。智能汽车由原先的驾 智能驾驶系统它主要是通过安装在前后保险杠及两侧 域进行不停地扫描和监视。计算机、 机传来的信号进行分析计算，并根据代替人的大脑发出指令，指挥执行系统随着汽车工业的迅速开展，传统的汽车的开展逐渐趋丁饱和。伴随着电子技 术和嵌入式技术的迅猛开展，这使得汽车日渐走向智能化。驶更加简单更加平安更加舒适，逐渐的向智能驾驶系统方向开展。 相当丁智能机器人，能代替人驾驶汽车。 的红外线摄像机，对汽车前后左右一定区 电子地图和光化学传感器
4、等对红外线摄像 道路交通信息管理系统传来的交通信息， 操作汽车。1.2课题任务要求应用P89V51RB撅控制器中的端口、外部中断、定时器等根本模块，实现核心 控制，再结合电源板、电机驱动板来控制电机的转向，最后加上传感检测模块， 实现小车的智能寻迹。这次课程实践要求每一同学都要动手都制作出一辆循迹小车，真正实现从听 中学到做中学，提高同学们的动手能力。这次实践最根本的功能底线就是能够实 现循迹，附加的有超声波测距，蜂鸣器报警及液晶屏显示。1.3本论文研究的内容本论文是基丁 P89V51RB蓍片机开发，主要是研究3轮小车的路径识别及其 控制算法以及超声波测距及 LCD1602M示距离。第2章系统
5、总体设计2.1小车的机械特性小车采用的是一辆三轮车车模。后轮控件前进或转弯，前轮根据后轮驱动左 右摆动即可以实现左右转。该种车模控制简单。小车可通过PWM制后轮电机转 动的速度来控制前轮电机的转动幅度从而控制小车的转弯幅度，实现小车的前进与转弯操作。小车可通过对 DIR控制后退。2.2寻迹小车根本原理探测路面黑线的根本原理：光线照射到路面并反射，由丁黑线和白纸对光的 反射系数不同，可以根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理， 可以控制小车行走的路迹。这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，通常采取的方法是红外探测法。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体外表具有不同的反射性质
6、的特 点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光 ，当红外光遇到白色纸质地板时 发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线那么红外光被吸收， 小车上的接收管接收不到红外光。处理器就根据是否收到反射回来的红外光为依 据来确定黑线的位置和小车的行走路线。 红外探测器探测距离有限，一般最大不 应超过3cm智能小车系统以处理器为核心，为了使智能小车能够快速行驶，处理器必须把路径的迅速判断、相应的转向电机控制以及直流驱动电机的控制精密地结合 在一起。如果传感器局部的数据没有正确地采集和识别，转向电机控制的失当， 都会造成模型车严重抖动甚至偏离赛道；如果直流电机的驱动控制效果不好，也会造成直
7、线路段速度上不去，弯曲路段入弯速度过快等问题。其系统结构如所图 错误！文档中没有指定样式的文字。.1示。本次红外探测采用的是反射式探测。2.3智能小车超声波测距原理利用超声波连续发出10us以上的高电平，就可以在接口有高电频输出，等待 接受到返回的高电频信号时，通过定时器电波对被控对象进行时间检测。就可以 计算相应的时间了。图 错误！文档中没有指定样式的文字。.1系统结构图电源板80C51处理器通过引脚读出超声波信号管脚80C51处理器向红外线传感器供5V电压，通过采集其上下电平可以控制小车 的转弯。80C51处理器通过DATA引脚向键盘显示板发送要显示的数据，还可以通过 KEY引脚读取键盘的
8、按键，实现相应的功能。第3章系统硬件设计3.1控制器的选择本次设计采用的是80C51单片机。3.1.1 概述P89V51RB昵一款由美国NXP半导体公司提供的增强型 80C51微控制器， 包括16KB Flash程序存储器和1KB数据RAM,且功能上完全覆盖标准 80C51单 片机系列3.1.2 P89V51RB2开发工具特性1.80C51内核，5V工作电压，操作频率040MHZ;2.16KB片内Flash存储器，1KB片内SRAM3.SPI申行通信接口和增强型 UART4.PCA可编程计数器列阵，具有PWM日捕获、比拟功能；5.4个8位I/O 口，含有三个高电流 P1 口每个I/O 口的电流
9、为16mA;6.8个中断源，4个中断优先级，3个16位定时器/计数器和可编程看门 狗定时器WDT；7.2个DPTFW存器；3.2硬件电路设计本次工程采用的电路板从画电路原理图开始，到PCB的布线以及电路板的焊接与检测一系列工作都是自己在大一下学期课程实践期间制作的。3.2.1系统电源电路交流电经过全波电路在经过电容滤波，在经过稳压电源芯片做成稳压电路， 输出电压5V、7.2V的直流电源。其电源电路原理图如图 3.2所示。图 错误！文档中没有指定样式的文字。.2系统电源电路原理图小车的驱动电机的供电电压为 7.2V，经过电容滤波后接7805进行稳压，稳 压输出5V的电压。提供单片机所需5V电压。
10、3.2.2电机驱动模块1. 驱动实现与原理本工程驱动两路直流电机，实现电机的正反转与测速和遥控。输入输出逻辑表真值表3.2。表 错误！文档中没有指定样式的文字。.1 L298N输入输出逻辑真值表通道1通道2输入输出控制电机1输入输出控制电机2EnAIn1In2OUT1OUT2转向EnBIn3In4OUT3OUT4转向10000停止10000停止0101反传0101反传1010正转1010正转1100停止1111停止0XX00停止0XX00停止其中“0为低电平；“1为高电平；“X为任何状态驱动原理图3.2.3光电编码器/测速2. 光电编码器原理光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位
11、移量转换成脉冲 或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电 检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通假设干个长方形孔。由丁光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极 管等电子元件组成的检测装置检测输出假设干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。3. 光电编码器的实现光电编码器的发光装置一般由发光二极管来实现。光敏元件那么由光敏三极管 接上了上拉电阻来完成。光电式旋转编码器是转速或转角的检测元件， 旋转的编 码器与电动机相连，当电机转动时，带动码盘旋转，便发出转速或转角信号。其 示意图如图 错误!
12、文档中没有指定样式的文字。.55所示。图 错误！文档中没有指定样式的文字。.5光电编码器的实现示意图当电机旋转时，码盘随之一起转动。通过光栅的作用，使得光敏三极管随着 光栅透出的光而导通。接收的频率和转速成正比。在接收端可以输出一系列的方 波，80C51内核可以通过采集方波的频率从而可以计算出电机的速度。3.2.4红外线检测电路红外线检测电路原理其实很简单，就是利用红外线在不同颜色的物体外表具 有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收， Cortex-M0内核采集到的电压就是高电平；如果遇到黑线那么红外
13、光被吸收，小车 上的接收管接收不到红外光，然后80C51内核采集到的电压就是低电平。其根本 原理图如图3.6所示。图3.6红外线检测电路原理图鉴丁本工程设计需实现的功能比拟简单，故只要两路红外线检测电路即可， 分别位丁小车中心轴的两测即可。3.2.5 超声波蔽障/测距3.2.5.1超声波测距模块简介超声波检测设计小车避障是利用超声波测距，并根据测出离障碍物不同距离而做出不同反响。检测距离：5CM-4M分辨率：5MM数字电平信号，可直接接单片机，无需任何辅助电路，也无需单片机产生任 何信号辅助，距离和模块输出信号脉冲长度成正比。尺寸：43.5*20.5毫米高度：13.8毫米3.2.5.2超声波测
14、距模块的引脚功能图3.2.5.3超声波实物3.2.5.3超声波测距原理:uS/58=3.2.5.4超声波测距时序图救信弓清环饬出8个405Hz等冲曾出职图3.2.5超声波测距时序图13模块内部 发出信号成正比的距离对象。可通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距式回响信号是一个脉冲的宽度周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号那么输出回响信厘米或者uS/148=英寸。建议测量周期为 60ms以上，以防止发射信号对回响信号的影响3.2.6 LCD显示设计加液晶显示是为了弥补在超声波蔽障及测距是，对丁具体我们不知道的距离显示出来，有助丁我们更好的预知路程蔽障的范围及距离障碍物的距离。通过1602的显示，让我们更加活楚小车隔障碍物的距离。图3.2.6液晶显示实物图3. 2.7.1液晶工作原理在数字电路中，所有的数据都是以0和1保存的，对LCD控制器进行不同的数 据操作，可以得到不同的结果。对丁显示英文操作，由丁英文字母种类很少，只 需要8位一字节即可。而对丁中文，常用却有 6000以上，丁是我们的DOSB 辈想了一个方法，就是将ASCII表的高128个很少用到的数值以两个为一组来表 示汉字，即汉字的内码。而剩下的低128位那么留给
