课程设计智能循迹小车

2.2总体方案设计
整个路系统分为检测、控制、驱动三个模块。首先利用光电对管对 路面信号进行检测，把检测到的光信号转化为电信号，送给单片机进行 处理，然后单片机输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制 整个小车的运动。系统方案方框图如图所示： 图2-1 智能小车寻迹流程 2.2.1 控制器模块 方案一：采用FPGA（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。FPGA 可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高。但由于本设计对数据 处理速度要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且由于 其集成度高，使其成本偏高，同时其芯片引脚较多，实物硬件电路板布 线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。因此排除该方案。 方案二：采用89C52作为控制核心。针对本设计特点—多开关量输 入的复杂程序控制系统，需要擅长处理多开关量得单片机，而不能用精 简I/O口和程序存储的小体积单片机，A/D,D/A功能也不必选用，据此， 我们选用STC89C52单片机,另外，该单片机价格低廉，使用简单。 综上所述，我们选用方案二。 2.2.2 电机驱动模块 方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换
第2章
2.1总体方案的设计思路
总体方案设计
该简易智能小车在画有黑线的白纸“路面”上行使, 不断地向地 面发射红外光，利用红外线在不同颜色的物理表面具有不同的反射性质 的特点，当红外光遇到白色地面时发生漫发射，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，则小车上的接收管接收不 到信号。当红外接收探头接收到信号后，再将信号送到单片机由单片机 内部程序来控制电机，由电机完成小车的前进，转向。因此，可根据接 收到的反射光的强弱来判断“道路”——黑线。
图3-2总控制电路图
图3-3 STC89C52各引脚图
图3-3概述：STC89C52 P为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理 器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部 寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会 聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要 管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外 接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成 的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电 源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在 本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1 的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为 I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口， 12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连主板CPU 的相应功 能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。 STC89C52芯片 共40引脚: 1~8脚: 通用I/O接口p1.0~p1.79脚: rst复位键 10 .11脚:RXD串口输入 TXD串口输出 12~19:I/O p3接口 (12,13脚 INT0中断0 INT1中断1 14,15 : 计数脉冲T0 T1 16,17: WR写控制 RD读控制输出端) 18,19: 晶振谐振器 20 地线 21~28 p2 接口 高8位地址总线 29: psen 片外rom选通端 单片机对片外rom操作时 29脚(psen)输出 低电平 30:ALE/PROG 地址锁存器 31:EA rom取指令控制器 高电平片内取 低电平片外取 32~39:p0.7~p0.0(注意此接口的顺序与其他I/O接口不同 与引脚号的排 列顺序相反) 40:电源+5V GND：接地。 P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）管脚说明： VCC：供电电压。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电
4
第1章
绪
论
随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已可以在一块芯 片上同时集成CPU、存储器、定时器／计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器、A／D转 换器、D／A转换器等多种电路，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测 量控制系统。这种技术促使机器人技术也有了突飞猛进的发展。单片机技术作为自动控制技术 的核心之一，被广泛应用于工业控制、智能仪器、机电产品、家用电器等领域。随着微电子技 术的迅速发展，单片机功能也越来越强大，本设计基于单片机技术在智能寻迹小车控制系统的 设Biblioteka Baidu中，以STC89C52为核心，用LG9110驱动两个减速电机，当产生信号驱动小车前进时，是通 过寻迹模块里的传感器管是否寻到黑线产生的电平信号通过传感器再返回到单片机，单片机根 据程序设计的要求作出相应的判断送给电机驱动模块，让小车实现前进、左转、右转、停车等 基本功能，寻白线时，外部环境光线的强弱对小车的运动会产生很大的影响，基于此原因，本 实验中的寻迹是指在白色地板上寻黑线。 当前的电动小汽车基本上采取的是基于纯硬件电路的一种开环控制方法，或者是直线行 使，或者是在遥控下作出前进、后退、转弯、停车等基本功能。但是它们不能实现在某些特殊 的场合下，我们需要能够自动控制的小型设备先采集到一些有用的信息的功能。本文正是在这 种需要之下开发设计的一种智能的电动小车的自动控制系统。它以单片机STC89C52为控制核 心，附以外围电路，在画有黑线的白纸“路面”上行使,由于黑线和白线对光线的反射系数不 同,可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”——黑线。判断信号可通过单片机控制驱动模 块修正前进方向，以使其保持沿着黑线行进。轨迹探测模块用红外对管。1只置于轨道中间，2 只置于轨道外侧，当小车脱离轨道时，即当置于中间的一只光 电开关脱离轨道时，等待外面任 意一只检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线（即回到轨 道）再恢复正向行驶等智能控制系统。 智能寻迹小车能寻迹主要是由前方的两对红外发射与接收探头来完成的。根据光有反射的 特性。所以说当红外发射出来的光线遇到物体时，就会形成反射的光线，而这个经反射的红外 光线刚好被红外接收探头接收到。当红外接收探头接收到信号后，再将信号送到单片机由单片 机内部程序来控制电机，由电机完成小车的前进，转向。
对小车的运动进行调整，此方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器 的响应速度慢，易损坏，寿命短，可靠性不高。 方案二：市面上有专门的双电机驱动芯片LG9110，经测试性能可以 满足小车的电机控制要求，而且外围电路比较简单，稳定性好，驱动能 力强，能够很好的保证两电机的同步。 因此，采用方案二。 2.2.3 黑线检测模块 方案一：采用摄像头或探测头收集画板上信息。用这种方法，对板 面信息处理准确，但是成本过高，对硬、软件的要求都非常高，短时间 内难做出实物来。 方案二：使用可见光发光二级管和光敏二级管组成的发射-接受模 块。这种方案的缺点在于其他环境光源会对光敏二级管工作产生很大干 扰，一旦外界光亮条件改变，很可能造成误判和漏判；如采用高亮发光 管可以降低一定的干扰，但会增加额外的功率损耗。 方案三：使用反射式红外二级管和接收管组合发射-接收器。由于 红外光波长比可见光长，因此受可见光的影响比较小，同时，红外对管 还具有以下优点：质量轻，灵敏度高，线性好，接口电路比较简单，安 装方便，对于本系统中近距离的检测，用它作为传感器将是最理想的。 因此，本系统采用方案三 2.2.4 电机模块 方案一：采用直流电机。直流电机使用方便，价格便宜，有优良调 速特性，实现方便平滑调速，调整范围广，有较强过载能力，能承受频 繁的冲击负载，可频繁无级快速启动，制动，反转。 方案二：采用步进电机。步进电机的运动精度很高，由其组成的位 置控制系统定位准确，稳定时间短，一般可采用开环控制。但控制系统 必须由双环形脉冲信号，功率驱动电路等组成方可使用，控制相对复 杂。 综上所述，直流电机的电路相对简单，功能合题意，使用方便，价 格便宜，本系统采用直流电机作为动力源。
目录
第1章 绪 论 1 第2章 总体方案设计 2 2.1总体方案的设计思路 2 2.2总体方案设计 2 2.2.1 控制器模块 2 2.2.2 电机驱动模块 2 2.2.3 黑线检测模块 3 2.2.4 电机模块 3 第3章 系统硬件设计及原理 4 3.1系统的硬件组成 4 3.2 STC89C52单片机 4 3.2.1 STC89C52管脚功能 3.2.2 复位 7 3.3电机驱动模块 8 3.5 声控模块 9 3.6报警模块 10 3.7 串口通信模块 10 第4章 系统软件设计 11 第4章 调试 20 4.1焊接 20 4.2调试 20 第5章 总结心得 22 参考文献 23 附录 24 附录一： 24 附录二： 27
流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部 程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程 时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0 外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器 能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作 输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的 缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接 收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻 拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输 出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位 地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地 址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行 读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验 时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个 TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输 入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是 由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期 的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁 存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在
平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率 的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意 的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE 的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令 是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行 状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期 间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两 次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器 （0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存 储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以 配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源 驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频 触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高 低电平要求的宽度。 3.2.2 复位 操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。这佯，只 要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电 源就成了系统的复位初始化。 按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是 通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的；而按键脉冲复位则是利 用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，
第3章
3.1系统的硬件组成
系统硬件设计及原理
硬件设计总体上以STC89C52为核心，辅以必要的外围电路，完成红 外传感器对运动轨迹的检测，信号的处理，电机的转动等功能。系统总 框图如下：
图3-1 系统总框图
3.2 STC89C52单片机
STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROMFlash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高 性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失 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。 3.2.1 STC89C52管脚功能