单片机实习报告_简易智能小车
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单片机实习报告_简易智能小车
指导老师：李勇波
日期：2011年7月
单片机实习报告 班级：073092-15 | 姓名：赵英俊（20091002410）
简易智能小车报告
摘要
本小车以Atmel公司生产的AT89S52为核心，完成寻迹、避障、光源检测和车速测量等功能。在机械结构上，对普通的小车进行了改造，即用一个万向轮来代替两个前轮，是小车的转向更加灵敏。采用PWM驱动芯片控制电机，红外传感器检测白线、障碍物以及用来测量速度，光敏器件检测光强。基于可靠的硬件设计和稳定的软件算法，基本实现题目要求。
关键字：STC89C52 寻迹 光源检测 避障 测速测量
Abstract
This design is controlled with the MCU (AT89S52) to
complete the function of finding trace,avoiding
barrier,tending to light and measure speed. In the
mechanical structure, about the car, the reform which is
a universal wheel instead of two front, the more sensitive
to the car. Using PWM motor drive chip control, infrared
sensor detection white line, obstacles and used to measure
the speed, photodetector detection light intensity. Based
on reliable hardware design and stable software algorithm,
basically realize the topic request.
Key words: STC89C52 trace avoiding barrier
tending to light measure speed
1.系统设计
1.1 设计要求
1. 基本要求
（1）小车从起跑线出发（不得超过起跑线），沿引导线到达B点
在B点有一障碍物需绕过障碍物到达C点
（2）小车到达C点沿一段直到到达D点后进入“弯道区”（中间有一断点），此时有一光源照射，引导小车转弯并通过断点继续进入大弯道区。
（3）小车在光源的引导下通过进入停车区并到达车库
（4）小车在最终在遇到停车标志后停车，并最终显示时间和速度(实时速度)。
1.2方案论证
1. 电机驱动方案的选择与论证
由于普通直流电机更易于购买，小车对于精度要求不是特别高，同时电路和控制相对简单，所以本设计采用直流电机作为驱动单元。
方案一：使用继电器对电机进行开关控制和调制。但缺点很明显，继电器响应慢而且机械结构容易坏。
方案二：使用三极管或达林顿管，结合单片机输出PWM信号实现调速的目的，此方案易于实施，但若控制电机转动方向较为困难。
方案三：使用PWM控制芯片来实现对电机的控制。
方案选择：采用方案三。该方案电路简单，性能稳定，可以轻松实现对电机方向的控制。
2. 路面寻迹模块
方案一：采用光敏传感器，根据白色背景和黑色反光程度的不同来判断是否位于黑线上。
方案二：采用采用反射式红外传感器来进行探测。只要选择数量和合适的红外传感器，可以准确的判断出黑线的位置。
方案选择：采用方案二。方案一受环境光的影响太大，效果不佳而红外光不易受到环境光的干扰。
3. 趋光模块
方案一：采用单一的光敏电阻，利用其在不同的光强下阻值不同，确定小车的转向，保证其朝着光源最强的角度前进。
方案二：采用多个光敏电阻，在小车车头摆成半圆状结构。
方案选择：方案二精度较高，实现较为复杂，这里采用方案一，实现效果足以。
4. 避障模块
方案一：采用光电式传感器，根据白色背景和黑色反光程度的不同来判断障碍物。
方案二：采用超声波测距的方法，利用超声波传感器，监视测量发射脉冲和接受脉冲的时间差，计算超声波和物体之间的距离。可以将避障和寻光模块一起排列为环状结构。
方案选择：虽然超声波测距有其性能上的优势，但价格过高，且通过算法上的优化光电式传感器测距完全可以满足设计要求，故采用方案一。
5. 测距模块
方案一：采用断电式光电开关测距。
方案二：采用光电传感器，结合轮子外围自身所带白条，通过光电传感器红外检测单位时间内扫描到白条的个数。
方案选择：考虑到小车的实际机械结构，如果采用方案一必然会对小车的结构有较大的改变。方案二结构简单易于在小车上很好的固定安装，而且在软件上也易于实现。
2.硬件电路设计
智能小车总体构成：
趋光
单片机最小系统 避障 电
机
控
制
器
测速 寻迹
本系统以STC89C52为控制核心，最小系统如下：
2.1 主控制模块
STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程擦出只读存储器的低电压，高性能COMMOS8的微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失真存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
STC89C52主要完成液晶显示、寻迹、避障、光源检测和车速测量等功能。
2.2 电机驱动模块
电机的驱动芯片选用L298N作为驱动芯片。工作稳定电机驱动信号由单片机提供，信号经过光耦隔离后传至PWM控制芯片L298N，通过L298N的输出引脚与两个电机相连。L198N的连接方法如下图所示
本设计中采用脉宽调制技术（PWM）控制使能端（En），然后改变IN1和IN2的状态实现电机的正转和反转。同时可改变脉宽的占空比来调节电机的转速。PWM波形为周期不变的周期性高低电平信号，占空比为高电平时间除以周期，改变占空比实质上是改变了电动机的驱动电压。下图为10%和50%占空比的PWM信号。
2.2 寻迹模块
当小车在白色地面行驶时，装在小车下的红外发射管发射红外线信号，经白色反射后，被接收管接受，一旦接收管接收到信号，输输出端将输出低电平，从而实现了通过红外线检测信号的功能。将检测到的信号传到单片机的I/O口，当I/O口检测到的信号为高电平时，表明红外光被地上的黑线吸收了，表明小车正处在黑色的引线上；同理，当I/O口检测到的信号为低电平时，表明小车行驶在白色地面线上。
反射式红外传感器ST188采用高发射功率红外广电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。检测距离可调整范围为4—15mm;采用非接触式检测方式。
当ST188前方为白色时，ST188接收管导通，电阻值减少，En A IN1 IN2 运转状态
0 X X 停止
1 1 0 正转
1 0 1 反转
1 1 1 刹停
1 0 0 停止 输出电压降低，此时比较器同相输入端（3脚）输入电压小，比较器输出为低电平，发光二极管点亮。如下图所示
2.3 趋光避障模块
本设计采用光敏电阻检测光源从而达到趋光效果，光敏电阻阻值随光照强度增大而减小，首先在自然光条件下调节R18改变基准电压，使发光二极管点亮。当光照强度增大，光敏电阻阻值减少，输出电压增加，此时比较器同相输入端（3脚）输入电压大，比较器输出为高电平，发光二极管熄灭，如下图所示
在进行避障时采用了反射式红外传感器ST188，放于小车前部，三个ST188，左右中间各一个，且左右两个各向各自的两边倾斜45度角。具体算法如下：
否遇到障碍单片机检测到信号 小车右拐继续前进 小车左拐90度并前小车倒退1s 是否
继续执行，当再次遇到障碍物时再次执行上程序，直到绕出障碍物为止。
2.4 测距和显示模块
测距采用反射式红外传感器ST188结合小车轮子外围白条，进行扫描，由单片机计算其一秒钟所扫描白条的个数乘以两白条间的距离即可。
显示部分：
控制端口如下：
RS RW E D0~D7
读状态 L H H 状态字
写状态 L L 高脉冲 指令码
读数据 H H H 数据
写数据 H L 高脉冲 数据
2.5 电源模块
小车采用单电源供电，12VDC给电机驱动芯片L298N供电，并经一降压模块输出5V给主控制芯片以及其他芯片供电，电路如图所示：
3.结论
按照要求，小车已经较好的完成了题目要求的任务。涉及包括机械结构，硬件，软件。其中机械结构是小车能否稳定运行的基础，硬件电路决定了小车实现的功能，而软件部分则是控制的灵魂，算法的好坏直接决定了完成任务的质量。
整个设计无疑是一个充满辛苦的过程，期间也遇到了很多的困难，不过在全组组员的共同努力下，在整个实验室同仁的无私帮助下，以及老师的指导下，最终完成任务，在此对指导老师以及各位同学一并表示感谢！
