測(cè)控電路課程設(shè)計(jì) 測(cè)控電路課程設(shè)計(jì)題目名稱：智能循跡小車專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：成績：成績：評(píng)語：指導(dǎo)老師簽名：日期： 測(cè)控電路課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱：智能循跡小車專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：課程設(shè)計(jì)時(shí)間：同組人員：張恒麻豪杰目錄引言 4一，設(shè)計(jì)目的 5二，設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 5三，整體方案設(shè)計(jì) 63.1車體設(shè)計(jì) 63.2單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì) 63.3循跡模塊設(shè)計(jì) 63.4驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 73.5電源模塊設(shè)計(jì) 7四，整體電路分析 84.1循跡小車硬件框圖 84.2單片機(jī)部分 84.3紅外傳感器循跡模塊 104.4穩(wěn)壓以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 12五，系統(tǒng)運(yùn)行流程圖 14六，單片機(jī)內(nèi)部程序 15七，設(shè)計(jì)總結(jié) 19參考文獻(xiàn) 20

引言隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，其與電子信息產(chǎn)業(yè)的融合速度也顯著提高，汽車開始向電子化、多媒體化和智能化方向發(fā)展，使其不僅作為一種代步工具、同時(shí)能具有交通、娛樂、辦公和通訊等多種功能。關(guān)于汽車的研究尤其是智能汽車的研究越來越受人關(guān)注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究。可見其研究意義很大。智能小車作為現(xiàn)代的新發(fā)明，是以后的發(fā)展方向，它可以按照預(yù)先人為設(shè)定的程序自動(dòng)的運(yùn)作，無需管理，可應(yīng)用于科學(xué)勘探等等的用途。智能小車能夠?qū)崟r(shí)顯示時(shí)間、速度、里程、具有自動(dòng)尋跡、尋光、避障功能、可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車，遠(yuǎn)程傳輸圖像等功能。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，為了適應(yīng)機(jī)電一體化的發(fā)展在汽車智能化方向的發(fā)展要求，提出簡易的基于51單片機(jī)的智能循跡小車的構(gòu)想，目的在于：通過獨(dú)立設(shè)計(jì)并制作一輛具有簡單智能化的簡易小車，獲得項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)的能力，并掌握多通道多樣化傳感器綜合控制的方法。設(shè)計(jì)的智能電動(dòng)小車應(yīng)該能夠具有自動(dòng)尋跡，按照設(shè)定好的路線行駛等功能。關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化51單片機(jī)智能小車

一，設(shè)計(jì)目的通過實(shí)際動(dòng)手操作實(shí)踐來鍛煉自己的動(dòng)手能力，從而更好地掌握《測(cè)控電路》這本書上面所學(xué)到的知識(shí)?！稖y(cè)控電路》是測(cè)控技術(shù)與儀器教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中十分重要的一步。通過測(cè)控電路課程設(shè)計(jì)，利用所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，與所學(xué)習(xí)的《單片機(jī)原理接口與技術(shù)》以及《傳感器原理與應(yīng)用》課程里面的知識(shí)相結(jié)合，從電路設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)，原理分析，電路元器件選擇等各方面來掌握相關(guān)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試技術(shù)，培養(yǎng)自己綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的實(shí)際動(dòng)手能力，從而學(xué)以致用。二，設(shè)計(jì)任務(wù)和要求任務(wù)：設(shè)計(jì)可以按照設(shè)定的路線自動(dòng)循跡行駛的基于51單片機(jī)的智能小車要求：通過在51單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定好的程序，使得其控制小車以及外部傳感器進(jìn)行掃描，從外界獲取所設(shè)定路線的相關(guān)信息，從而控制小車按照所設(shè)定的路線進(jìn)行行駛，達(dá)到循跡行駛功能。三，整體方案設(shè)計(jì)3.1車體設(shè)計(jì)對(duì)于循跡智能小車來說，外部車體不需要多余的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)平面范圍內(nèi)的自由移動(dòng)或者按照設(shè)定好的路線行駛即可，故選擇一般的玩具車作為智能小車的車體即可3.2單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，由于單片機(jī)控制模塊所要完成的工作就是對(duì)外部傳感器所送進(jìn)來的信號(hào)進(jìn)行分析，之后來做出相應(yīng)的“動(dòng)作”從而達(dá)到循跡行駛的功能，即單片機(jī)所要處理的程序并不復(fù)雜，故可以選用51單片機(jī)來作為整個(gè)小車的控制模塊。89C51單片機(jī)芯片的強(qiáng)大的位操作功能應(yīng)付這項(xiàng)工作綽綽有余。3.3循跡模塊設(shè)計(jì)方案(一)：通過光敏電阻來檢測(cè)外圍跑道。光敏電阻能夠檢測(cè)外界光線的強(qiáng)弱，外界光線越強(qiáng)光敏電阻的阻值越小，外界光線越弱阻值越大，當(dāng)紅色LED光投射到白色區(qū)域和黑色跑道時(shí)因?yàn)榉垂饴实牟煌?，光敏電阻的阻值?huì)發(fā)生明顯區(qū)別，便于后續(xù)電路進(jìn)行控制。方案（二）：通過紅外傳感器來檢測(cè)外圍跑道。利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射率的特點(diǎn)來設(shè)計(jì)循跡電路。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收產(chǎn)生控制信號(hào)；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號(hào)此時(shí)無控制信號(hào)。方案選擇：對(duì)于方案（一），在實(shí)際過程中并不理想，受到小車在行駛過程中穩(wěn)定性的影響容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的測(cè)量信號(hào)從而使小車偏離設(shè)定的路線，易受路面介質(zhì)以及光線的影響。方案（二）相對(duì)于方案（一）則顯得更加可靠，在安裝位置適當(dāng)?shù)那闆r下，可以有效地識(shí)別所設(shè)定的路線。故循跡模塊選擇紅外傳感器來檢測(cè)外圍跑道。3.4驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)循跡小車的驅(qū)動(dòng)模塊選擇的是恒壓恒流橋式2A驅(qū)動(dòng)芯片L298N。

L298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路?？梢苑奖愕尿?qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號(hào)；而且電路簡單，使用比較方便。L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS，VSS可接4．5～7V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2．5～46V。輸出電流可達(dá)2．5A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)3.5電源模塊設(shè)計(jì)用6節(jié)充電鎳氫電池（電壓1.2V）串聯(lián)成7.2V的電池組，直接為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊供電。采用L7805穩(wěn)壓元件將7.2V電壓降壓到5V為控制模塊和循跡模塊供電。四，整體電路分析4.1循跡小車硬件框圖該循跡小車主要的硬件組成部分為外部車體，內(nèi)部單片機(jī)控制電路，紅外循跡傳感器模塊處理電路以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊，電源模塊等相關(guān)部分組成。系統(tǒng)框圖如圖4.1所示。圖4.1循跡小車系統(tǒng)框圖4.2單片機(jī)部分在本設(shè)計(jì)中，智能循跡小車采用的是AT89C51單片機(jī)。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖如圖4.2所示。圖4.2單片機(jī)最小系統(tǒng)

4.3紅外傳感器循跡模塊無論是一體式還是分離式，其檢測(cè)原理都相同，由于黑色吸光，當(dāng)紅外發(fā)射管照射在黑色物體上時(shí)反射回來的光就較少，接收管接收到的紅外光就較少，表現(xiàn)為電阻大，通過外接電路就可以讀出檢測(cè)的狀態(tài)；同理，當(dāng)照射在白色表面時(shí)發(fā)射的紅外線就比較多，表現(xiàn)為接收管的電阻較小，此時(shí)通過外接電路就可以讀出另外一種狀態(tài)，如用電平的高低來描述上面兩種現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn)高低電平之分，也就是會(huì)出現(xiàn)所謂的0和1兩種狀態(tài)，此時(shí)再將此送到單片機(jī)的I/O口，單片機(jī)就可以判斷是黑白路面，進(jìn)而完成相應(yīng)的功能，如循跡、避障等。上面介紹了紅外光電管檢測(cè)黑線的基本原理，但光只有紅外發(fā)射和接收管不行，必須加外部電路才能實(shí)現(xiàn)功能，這里使用到了LM339。LM339為內(nèi)部集成了四路比較器的集成電路。因?yàn)閮?nèi)部的四個(gè)比較電路完全相同，這里僅以一路比較電路進(jìn)行舉例。如圖4所示為單路比較器組成的紅外檢測(cè)電路圖，比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同輸入端，用“+”號(hào)表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“－”表示。用作比較兩個(gè)電路時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓作參考電壓（也叫門限電壓），另一端則直接接需要比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“－”端電壓時(shí)，輸出正電源電壓，當(dāng)“－”端電壓高于“+”端電壓時(shí)，輸出負(fù)電源電壓（注意，此處所說的正電源電壓和負(fù)電源電壓是指接比較正負(fù)極的電壓）原理圖如圖4.3所示。圖4.3紅外傳感器原理圖

4.4穩(wěn)壓以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的

H型橋式電路。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的

PWM調(diào)速技術(shù)。在本設(shè)計(jì)中選用了L298N。

這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。圖4.4.1H橋式電路圖4.4.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊原理圖五，系統(tǒng)運(yùn)行流程圖當(dāng)循跡小車開始運(yùn)行時(shí)，外部傳感器開始掃描外圍跑道，將掃描到的相關(guān)信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號(hào)之后送入單片機(jī)中，單片機(jī)根據(jù)所設(shè)定程序?qū)λ蛠淼男畔⑦M(jìn)行判斷從而操縱車輪做出相應(yīng)的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)循跡的功能。流程圖如圖5.1所示是否檢測(cè)到黑線？開始左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)前進(jìn)是否檢測(cè)到黑線？開始左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)前進(jìn)左還是右？否是右左左還是右？否是右左結(jié)束結(jié)束 圖5.1整體流程圖

六，單片機(jī)內(nèi)部程序#include<reg51.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitqz0=P1^4;//前輪左電機(jī)控制口（使能端）sbitqz1=P1^0;//電機(jī)控制1sbitqz2=P1^1;//電機(jī)控制2sbitqy0=P1^5;//前輪右電機(jī)控制口（使能端）sbitqy1=P1^2;//電機(jī)控制1sbitqy2=P1^3;//電機(jī)控制2sbithz0=P2^4;//后輪左電機(jī)控制口（使能端）sbithz1=P2^0;//電機(jī)控制1sbithz2=P2^1;//電機(jī)控制2sbithy0=P2^5;//后輪右電機(jī)控制口（使能端）sbithy1=P2^2;//電機(jī)控制1sbithy2=P2^3;//電機(jī)控制2sbithw1=P3^0;//紅外傳感1sbithw2=P3^1;//紅外傳感2sbithw3=P3^2;//紅外傳感3sbithw4=P3^3;//紅外傳感4uchars;/******前輪電機(jī)控制函數(shù)******/voidgo_qz()//前左電機(jī)前進(jìn){ qz0=1; qz1=1; qz2=0;}voidback_qz()//前左電機(jī)后退{(lán) qz0=1; qz1=0; qz2=1;}voidgo_qy()//前右電機(jī)前進(jìn){ qy0=1; qy1=1; qy2=0;}voidback_qy()//前右電機(jī)后退{(lán) qy0=1; qy1=0; qy2=1;}/******前輪電機(jī)控制函數(shù)******/voidgo_hz()//后左電機(jī)前進(jìn){ hz0=1; hz1=1; hz2=0;}voidback_hz()//后左電機(jī)后退{(lán) hz0=1; hz1=0; hz2=1;}voidgo_hy()//后右電機(jī)前進(jìn){ hy0=1; hy1=1; hy2=0;}voidback_hy()//后右電機(jī)后退{(lán) hy0=1; hy1=0; hy2=1;}/******循跡小車運(yùn)動(dòng)函數(shù)***/voidadvance()//前進(jìn){ go_qz(); go_qy(); go_hz(); go_hy(); }voidleft_turn()//左轉(zhuǎn){ back_qz();//左側(cè)輪子后退 back_hz(); go_qy();//右輪子前進(jìn) go_hy();}voidright_turn()//右轉(zhuǎn){ go_qz();//左側(cè)輪子前進(jìn) go_hz(); back_qy();//右輪子后退 back_hy();}/******延時(shí)函數(shù)******/voiddelayms(uintxms){ uinti,j; for(i=xms;i>0;i--) for(j=110;j>0;j--);}/******循跡小車紅外檢測(cè)函數(shù)******/voidhw_scan()//紅外檢測(cè){ if(hw2==1&&hw3==1)//直線 s=1; if(hw2==1&&hw3==0)//偏左 s=2; if(hw2==0&&hw3==1)//偏右 s=3; if(hw2==