心形灯课程设计报告-论文

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1、-光源循迹小车的控制与设计摘 要：本文介绍了利用光电传感器实现小车自动寻迹的设计与实现。自动寻迹是基于自动导引小车AGVauto-guided vehicle机器人系统，用以实现小车自动识别路线。本设计采用在白纸上画有黑色线条作引导路线，使用光电传感器感知导引线。系统控制核心采用ATmega单片机,系统驱动采用直流减速电机，驱动芯片为L298。该技术可以应用于无人驾驶机动车等领域。关键词：寻迹小车；ATmega；光电传感器；Source Tracing CarAbstract：This paper describes the use of photoelectric sensor automa

2、tically tracing the car Design and Implementation. Automatic tracing is based on the Automated Guided Vehicle (AGV-auto-guided vehicle) robot system to achieve automatic identification trolley line. The design is painted in black on white lines to guide line, the use of photoelectric sensor percepti

3、on guide wire. ATmega core system control using SCM system driven by DC geared motor, driver chips for L298. The technology can be applied in areas such as unmanned aerial vehiclesKey words:trailing car；ATmega；photoelectric sensor；目 录1 系统设计任务及方案确定(1)1.1 设计任务及要求(1)1.2 方案比拟与确定(1) 单片机的选型(1) 车体的选型(2)1.2

4、.3 寻迹传感器模块的选型(2)1.2.4 电机的选型(3)2 光源寻迹小车的设计思路及总体构造(3)2.1 设计与构思(3)2.2 总体设计(3)3 系统硬件的设计(4)3.1 单片机最小系统(4)3.2 ATmega16芯片(5)3.3 红外探测器的设计(8)3.3.1 光电传感器(8)3.3.2 LM339芯片(9)3.4 电机及电机驱动模块(10)3.4.1 电机(10)3.4.2 电机的驱动及L298芯片(10)3.5 PCB图制作(14)4 系统软件的设计(16)4.1 软件所实现的功能及软件流程(16)4.1 系统设计流程图(18)5 系统调试(20)6 总结(21)光源寻迹小车

5、1 系统设计任务及方案确定1.1设计任务及要求寻迹小车涉及到机械学、力学、光学、电子学等多方面的知识，是一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术来实现环境感知、规划决策和自动行驶为一体的高新技术综合体。它在军事、民用和科技研究等方面已获得了应用，对解决道路交通平安提供了一种新的途径。本设计的任务是以ATmega16为核心，利用自制传感器识别黑色引导线，ATmega16控制集成H桥芯片驱动两个带减速机构的小直流电机，小直流电机分别驱动左右车轮沿黑色引导线行驶。1.2方案比拟与确定单片机的选型方案1：核心芯片采用凌阳单片机，型号为SPCE061A,此单片机置32KWORD

6、ROM，2KWORD SRAM，2个定时器，2个外部中断，1个串口，32个通用IO口，外部接32.768KHz的晶振，部通过PLL锁相环电路倍频后最高可达49.152MHz。系统可处于低功耗睡眠状态，并可通过外部中断唤醒，系统具有低电压复位和低电压检测功能，并自带看门狗复位，最主要的是置有在线仿真电路,极方便用户调试程序。因为是工业级芯片，价格偏贵。方案2：核心芯片采用型号为ATmega16。ATmega16是基于增强的AVR RISC构造的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHZ,从而可以缓减系统在功耗和处理

7、速度之间的矛盾。比拟以上两种方案：本系统决定采用核心芯片为ATmega16的AVR单片机系统，因为AVR单片机在市场上十分容易购置,价格廉价。本系统比拟简单，不需要SPCE061A则复杂和大容量的ROM和RAM。车体的选型方案1：购置玩具电动车。购置的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路。但是一般的说来，玩具电动车具有如下缺点：首先，这种玩具电动车由于装配紧凑，使得各种所需传感器的安装十分不方便。其次，这种电动车一般都是前轮转向后轮驱动，不能适应该题目的方格地图，不能方便迅速的实现原地保持坐标转90度甚至180度的弯角。再次，玩具电动车的电机多为玩具直流电机，力矩小，空载转速快，

8、负载性能差，不易调速。而且这种电动车一般都价格不菲。因此放弃了此方案。方案2：自己制作电动车。经过反复考虑论证，制定了左右两轮分别驱动，后万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩根本完全一样的直流电机进展驱动，车体尾部装一个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时转速一样时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的90度和180度的转弯。在安装时保证两个驱动电机同轴。当小车前进时，左右两驱动轮与后万向轮形成了三点构造。这种构造使得小车在前进时比拟平稳，可以防止出现后轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移，后万向轮起支撑作用。综上考虑，方案2更好，

9、所以选择了方案2。 寻迹传感器模块的选型方案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拟器就可以输出上下电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。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，假设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，假设接收不到发射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

10、器根本能够满足要求。综上考虑，方案2更适合本设计，所以选择方案2。 电机的选型方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以准确的定位，可以实现小车前进路程和位置的准确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。方案2：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。经过综合考虑，选择方案22 光源寻迹小车的设计思路及总体构造2.1设计与构思本设计是让小车在白色地板上循黑

11、线行走，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。单片机就是以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。原理图如图1所示。图1 红外探测法承受原理2.2 总体设计本系统以ATmega16为核心，利用自制传感器识别黑色引导线，ATmega16控制集成H桥芯片驱动两个带减速机构的小直流电机，小直流电机分别驱动左右车

12、轮沿黑色引导线行驶。系统构造图如图2所示。图2 系统构造图3 系统硬件的设计3.1 单片机最小系统本最小系统采用ATmega16芯片作为核心，ATmega16是基于增强的AVR RISC构造的低功耗8位CMOS微控制器。AVR 核具有丰富的指令集和32 个通用工作存放器。所有的存放器都直接与算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期同时两个独立的存放器。这种构造大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的数据吞吐率。AVR有一个灵活的中断模块。控制存放器位于I/O空间。状态存放器里有全局中断使能位。每个中断在中断向量表里都有独立的中断向量。各个中断的优

13、先级与其在中断向量表的位置有关，中断向量地址越低，优先级越高。I/O 存储器空间包含64 个可以直接寻址的地址，作为CPU 外设的控制存放器、SPI，以及其他I/O 功能。映射到数据空间即为存放器文件之后的地址0*20-0*5F。1电路如图3所示。图3 最小系统原理图3.2 ATmega16芯片. z-功能特性描述：ATmega16有16K字节的系统可编程Flash具有同时读写的能力，即RWW，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作存放器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片调试与编程，三个具有比拟模式的灵活的定时器/计数器T/C，片/外中断，可编程串行U

14、SART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装)的ADC，具有片振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进展选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU停顿工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停顿振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停顿工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC 噪声抑制模式时终止CPU 和除了异步定时器与ADC 以外所有I/O 模块的工作，以降低ADC 转换时的开关噪声；

15、Standby 模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby 模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。2本芯片是以Atmel 高密度非易失性存储器技术生产的。片ISP Flash 允许程序存储器通过ISP 串行接口，或者通用编程器进展编程，也可以通过运行于AVR 核之中的引导程序进展编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(ApplicationFlash Memory)。在更新应用Flash存储区时引导Flash区(Boot Flash Memory)的程序继续运行，实现了RWW操作。通过将8位RISC CPU 与系统可编程的Flash 集成在一个芯片，ATmega16 成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低本钱的解决方案。ATmega16具有一整套的编程与系统开发工具，包括：C 语言编译器、宏汇编、程序调试器/ 软件仿真器、仿真器及评估板。引脚示意图如图4所示。图4 ATmega16示意图ATmega16引脚功能如表1所示。表1 ATmega16引脚功能VCC数字电路的电源GND地端口A(PA7.PA0)端口A做为A/D 转换器的模拟输入端。