红外自动循迹小车讲解

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1、目录目录0摘 要：11. 任务及要求21.1任务22. 系统设计方案22.1小车循迹原理22.2控制系统总体设计23. 系统方案33.1 寻迹传感器模块33.1.1红外传感器ST188简介33.1.2比较器LM324简介43. 1. 3具体电路43.1.4传感器安装53.2控制器模块63. 3电源模块63. 4电机及驱动模块73. 4. 1电机73. 4. 2驱动83. 5自动循迹小车总体设计93.5.1总体电路图93. 5. 2系统总体说明114. 软件设计114.1 PWM 控制114.2 总体软件流程图124.3小车循迹流程图124.4 中断程序流程图 134. 5单片机测序 145参考

2、资料 17自动循迹小车摘 要：本设计是一种基于单片机控制的简易自动寻迹小车系统，包括小车系统构成 软硬件设计方法。小车以AT89C51为控制核心，用单片机产生PWM波，控制小 车速度。利用红外光电传感器对路面黑色轨迹进行检测,并将路面检测信号反馈 给单片机。单片机对采集到的信号予以分析判断，及时控制驱动电机以调整小车 转向，从而使小车能够沿着黑色轨迹自动行驶，实现小车自动寻迹的目的。关键词：单片机AT89C51光电传感器 直流电机 自动循迹小车Abstract :This design is a Simple Design of a smart auto-tracking vehicle wh

3、ich based on MSC control. The construction of the car ， and methods of hardware and software design are included. The car use AT89C5 1 as heart of centrol in this system. Then using PWM waves Produced by MCU to control car speed. By using infraraed sensor to detect the information of black track. Th

4、e smart vehicle acquires the information and sends t hem to the MSC.Then the MSC analyzes the signals and controls the movements of t he motors. Which make the smart vehicle move along the given black line antomaticly.Keywords : infrared sensor；MSC；auto-tracking1. 任务及要求1.1 任务设计一个基于直流电机的自动寻迹小车，使小车能够自

5、动检测地面黑色轨迹，并沿着黑色车轨迹行驶。系统方案方框图如图1-1 所示。检测（黑线）软件控制A驱动电机控制小车图 1-1 系统方案方框图2. 系统设计方案2.1 小车循迹原理这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，由于黑线和白色地板对光线 的反射系数不同，可以根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”。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表面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；如果遇到黑线则红外光被吸 收，小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回

6、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，2.2 控制系统总体设计自动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,控制系统的结构框图如图2-1 所示。1、 主控制电路模块：用 AT89C51 单片机、复位电路，时钟电路2、红外检测模块：光电传感器ST18&比较器LM3243、电机及驱动模块：电机驱动芯片L298N、两个直流电机4、电源模块：双路开关电源3. 系统方案3.1 寻迹传感器模块ST系列反射式光电传感器是经常使用的传感器。这个系列的传感器种类齐 全、价格便宜、体积小、使用方便、质量可靠、用途广泛。我们采用S

7、T188作为红外检测传感器。在黑线检测的测试中，若检测到白色区域，发射管发射的红外线没有反射到 接收管，测量接收管的电压为4. 8V ,若检测到黑色区域，接收管接受到发射管 发射的红外线，电阻发生变化，所分得的电压也就随之发生变化，测的接收管的 电压为0. 5V,测试基本满足要求。判断有无黑线我们用的一块比较器LM324,比较基准电压由30K的变阻器调 节，各个接收管的参数都不一致，每个传感器的比较基准电压也不尽相同，我们 为每个传感器配备了一个变阻器。3.1.1红外传感器ST188简介含一个反射模块（发光二极管）和一个接收模块（光敏三极管）。通过发射 红外信号，看接收信号变化判断检测物体状态

8、的变化。A、K之间接发光二极管， C、E之间接光敏三极管（二者在电路中均正接，但要串联一定阻值的电阻）图3-1ST188实物图口口口 p !：内 Zb all 5I2 si底视图 廿部电路图3-2 ST188管脚图及内部电路3. 1.2比较器LM324简介LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。内部有四个运算放 大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，工作电压范围宽，可用正电源330V, 或正负双电源1. 5V15V工作。在黑线检测电路中用来确定红外接收信号电平的高低，以电平高低判定黑线 有无。在电路中，LM324的一个输入端需接滑动变阻器，通过改变滑动变阻器的 阻值来提供合适的比

9、较电压。1反相输入端】.7+14 13 12 11 10 9 812345 G 7图3-4集成运放的管脚图图3-3 LM324内部电路3.1.3具体电路通过ST188检测黑线，输出接收到的信号给LM324，接收电压与比较电压比 较后，输出信号变为高低电平，再输入到单片机中，用以判定是否检测到黑线。图3-5传感器模块电路图3.1.4传感器安装在小车具体的循迹行走过程中，为了能精确测定黑线位置并确定小车行走的方向，需要同时在底盘装设4个红外探测头，进行两级方向纠正控制，提高其 循迹的可靠性。这4个红外探头的具体位置如图3-6所示。1左! X j 2 ixx 詹图3-6传感器安装图图中循迹传感器全部

10、在一条直线上。其中X1与Y1为第一级方向控制传感器, X2与Y2为第二级方向控制传感器，并且黑线同一边的两个传感器之间的宽度不得 大于黑线的宽度。小车前进时，始终保持（如图3-6中所示的行走轨迹黑线）在X1 和Y1这两个第一级传感器之间，当小车偏离黑线时，第一级传感器就能检测到黑 线，把检测的信号送给小车的处理、控制系统，控制系统发出信号对小车轨迹予 以纠正。若小车回到了轨道上，即4个探测器都只检测到白纸，贝V小车会继续行 走；若小车由于惯性过大依旧偏离轨道，越出了第一级两个探测器的探测范围，这时第二级探测器动作，再次对小车的运动进行纠正，使之回到正确轨道上去。 可以看出，第二级方向探测器实际

11、是第一级的后备保护，从而提高了小车循迹的 可靠性。3.2控制器模块采用Atmel公司的AT89C51单片机作为主控制器。它是一个低功耗，高性 能的8位单片机，片内含32k空间的可反复擦写100,000次Flash只读存储器, 具有4K的随机存取数据存储器（RAM），32个I/O 口，2个8位可编程定时计 数器，且可在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。时钟电路和复位电路 如图3-7 （与单片机构成最小系统）1）采用外部时钟，晶振频率为12MHZ2）米用按键复位一-2rl cd -U1U.BFExLtxl二T 5FXTAL1PU )/ADUKT礼2P0 1/AD1P0 :2/AD2P

12、O引心P0 4/AD4P0.5/AD5PO 0/ADRRSTP0.7/AD7P2 0/A8P2 1/A9P2 2/A10PSENALEEAP2 3/Al 1 P2 4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.CIO/RXDP1.1P3.1ZTXDPI.2P3.2/|VT0PI.3P3.irTT1PI.4P3.4/T0P1.5P1.6Pl 7PS ST1 P? 6/WRP3.7/RD.-IJ.3:;12 3 4 5 6 7 89图3-7时钟电路和复位电路3.3电源模块电源采用双路开关电源。明伟牌D-30W双路开关电源。输出（5V、12V）。实物图如图3-8所示。图3-8双路开

13、关电源该开关电源尺寸为129X98X38mm,交流输入转换由开关选择，具有过流短路 保护功能，能自冷散热。低价位、高可靠。输入电压范围85132VAC/175264VAC, 4763Hz开关选择；冲击电流冷起动电流15A/115V 30A/230V；直流电压可调范围额定输出电压的10%;启动、上升、保持时间200ms, 100ms,30ms；耐压性-一输入输出间；输入与外壳1.5KVAC，输出与外壳，0.5KVAC，历时 一分钟；工作温度、湿度10C+60C，20%90%RH；安全标准 符合CE标准；EMC标准 符合CE标准；连接方法7位9.5mm接线端子；质量/包装0.41Kg,45PCS/

14、19.5Kg/1.2CUFT型号输出差值范围效率D-30A5VQ5V 4.04A2%50mV72%12VQ1 1.0A3,-7%100mV3.4电机及驱动模块3.4.1电机电机采用直流减速电机，直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生较大扭力。可选用减速比为1： 74的直流电机，减速后电机的转速为100r/min。若车 轮直径为6cm，则小车的最大速度可以达到V=2 nv=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s能够较好的满足系统的要求。3.4.2驱动驱动模块采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片，L298N是一个具有高电 压大电流的全桥驱动芯片，其响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电 机。以下为L298N的引脚图和输入输出关系表。6ENA+VS411ENB+VSS丁1SFNSFACHJT1一15SENSEB0UT25N17TN21丿0UT41斗10N3Q1 1GM)O12IN4ENAINI1X2电机运行情况HHTHLH反转HIN2快速停