简易智能小车.docx

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简易智能小车

简易智能小车制作报告

指导教师：

张新莲

作者：

锡林邱科鹏杨明

北京化工大学测控技术与仪器专业

摘要

本小车以STC89C52RC单片机为核心，完成循迹、避障、测速等功能，本小车在结构上一个电机驱动一个车轮，在转弯时灵敏度较高。

采用PWM驱动芯片L298N控制直流电机，光电传感器TCRT5000完成小车在直道区、弯道区的循迹，霍尔传感器实现速度测量并通过LCD夜间屏实时显示小车行驶的时间和距离，超声波发射和接收一体化超声波传感器HC-SR04实现小车避障。

关键词：

STC89C52RC、L298N、循迹、HC-SR04

Abstract

ThetrolleytoSTC89C52RCmicrocontrollercore,completetracking,obstacleavoidance,speedandotherfunctions,thestructureofacarinamotor-drivenwheelswhencorneringhighersensitivity.UsingPWMcontrolledDCmotordriverchipL298N,photoelectricsensorsTCRT5000completedcarinastraightarea,thetrackingcurvearea,Hallsensorsforspeedmeasurementandreal-timedisplaythroughtheLCDscreencardrivingatnighttimeanddistance,oneultrasonictransmitterandreceiverHC-SR04ultrasonicsensortechnologytoachievecarobstacleavoidance.

Keywords:

STC89C52RC,L298N,tracking,HC-SR04

1.方案论证

1.1、设计要求

本系统要求电动车按照给出的行使路线，在直道区能够按正确的轨迹行驶；通过弯道区后能够到达指定的地点并暂停5秒；在障碍区能够准确的躲避障碍物；在行驶过程中实时显示行驶时间和行驶路程。

1.2、各部分方案论述

（1）调速模块

方案一：

采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压来调速。

但电阻网络只能实现有级调速，而且数字电阻的元器件价格比较昂贵。

尤其是所使用的电动机电阻很小，但电流很大，分压不仅会降低效率，实现也很困难。

方案二：

采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调节。

此方案电路较简单，但继电器的响应时间有限，机械结构易损坏，寿命不长，可靠性也不太好。

方案三：

采用脉冲宽度调制电路。

用单片机控制信号的高低电平时间完成调速，用对两个信号的不同控制完成电机的转向和起停的控制。

这种电路由于工作在管子的饱和截止状态下，效率非常高，经试验发现，此方法调速简单可行，方便可靠。

基于上述理论分析，拟选择方案三。

（2）转向装置选择

方案一：

双电机控制。

采用两个直流电机控制小车后轮，直行时两轮转速相等，需要向左转时，增加右轮转速，降低左轮转速；需要向右转时，增加左轮转速，降低右轮转速。

但此种方法必须精确控制两车轮转速直行时相等，否则将会出现小摇摆及抖动，达不到平滑运动的效果。

方案二：

步进电机控制前轮。

步进电机将电脉冲信号转换成相应的角位移的特种电机，步进电机的显著特点是快速启动能力，测到障碍物时能够快速转向；另外步进电机的精度高，每步可以小至0.72度，不会失步，在负荷不超过动态转矩值时，可以瞬间启动和停止。

逆转时能够精确返回原始位置。

外加机械机构可以把角度变成直线位移。

小车结构原因，采用双电机控制转向。

（3）外部传感器选择

校正车行方向即寻迹传感器：

采用红外线光电反射传感器，由于车底盘较低，采用近距离（1――6mm）有效的光电传感器。

使CPU根据光电信息精确调整小车的行车方向，使小车运行时达到最小的横向抖动。

CPU根据信号发出前轮左转，右转和保持方向的指令，实现自动校正行车方向的目的。

检测两个障碍物传感器：

有两种方案可供选择。

方案一：

采用超声波测距。

超声波传感器测距时有足够的精度，可以达到1cm的近距离，对远距离也有较快的响应信号。

但是，本题目的要求是绕过障碍物，这就要求小车在较远距离时即做出绕障的反应，因此没有必要采用精确近距的超声波传感器。

方案二：

采用反射式红外线光电开关。

本设计采用的光电开关有效距离为1——13cm（对白色障碍物），小车前方只要有障碍，即输出一个开关量，向CPU申请中断，CPU响应中断即控制电机做出转向反应。

所以拟采用此方案。

测车行程传感器：

为使小车可以测量并显示小车中心至起点的距离，测小车的圈数换算即可得到。

方案一是采用投射式光电传感器如光电码盘，但对轮子的机械加工较难精确实现。

方案二是采用开关式光电传感器，在车轮上安装一个小磁铁即可实现测圈数，进而得到距离值，为此采用此方案。

2.系统设计与硬件电路

2.1总体设计

2.2硬件各模块设计

（1）电机转速控制

本系统使用L298N电机驱动模块来控制转速，使用STC89C52RC单片机通过定时器产生PWM脉冲信号，将PWM脉冲信号接至L298N的使能端口ENA、ENB便可控制电机转速，

通过单片机可调节PWM脉冲信号的占空比。

可实现在一定范围内的转速调节。

（2）电机转向控制

这个设计中电机的转向主要有两个作用，一是在直道区和弯道区根据地面黑线使小车按照指定的路线行使，不偏离跑道，并到达要求的位置；二是在障碍区控制小车前轮转向使其准确地躲避障碍物。

将前轮A和后轮C接在一起在接到L298N的OU1和OUT2端口，将前轮B和后轮D接在一起在接到L298N的OU3和OUT4端口。

当需要小车左转的时候只需减慢A和C轮的转速即可，B和D轮的速度比A和C轮速到快；当需要小车右转的时候只需减慢B和D轮的转速即可，A和C轮的速度比B和D轮速到快。

（3）循迹控制

本小车循迹模块采用3个光电传感器TCRT5000模块来实现循迹控制。

传感器阵列

通过三个光电传感器的输出来控制小车前进、左转、右转。

（4）避障控制

本小车采用2个超声波传感器模块HC-SR04来测量障碍物与小车之间的距离，从而实现小车避障，当检测到障碍物时通过L298N电机驱动模块来控制小车转向，进而到达避障目的。

通过STC89C52产生一个10uS以上脉冲触发信号，将该信号接到HC-SR04的Tr1g端口，该

模块内部将发出8个40kHz周期电平并检测回波。

一旦检测到有回波信号则Echo输出回响信号。

回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。

公式：

S/58=厘米或者S/148=英寸；或是：

距离=高电平时间*声速（340m/s）/2。

3.软件设计

控制程序的主要任务是：

（1）判别旋转方向；

（2）检测障碍物；（3）寻地面黑线；（4）速度快慢控制。

各部分程序流程如下：

以上程序全部用C语言来编写，调试时，经过语法查错和逻辑查错，与硬件联合调试，先单独调试好每一个模块，然后再连接成一个完整的系统。

经过最后的调试，总程序可以顺利执行。

4.测试

4.1测试所用仪器设备：

PC机

数字式万用表：

Fluke175

示波器：

InstekGOS-620

51单片机开发板

模拟跑道：

直道长2m,弯道半径0.8m

卷尺：

精度0.001m

秒表：

精度0.01s

障碍物：

用白纸包裹的纸盒两个。

小车部件：

4.2小车各部分代码分析

（1）LCD夜间屏显示模块

/******************************

1602显示模块

功能：

显示小车运行时间和距离

说明：

包括写命令操作和写数据操作

********************************/

voidwrite_com（ucharcom）//写命令函数

{

lcdrs=0;

P0=com;

delay（5）;

lcden=1;

delay（5）;

lcden=0;

}

voidwrite_data（uchardate）//写数据函数

{

lcdrs=1;

P0=date;

delay（5）;

lcden=1;

delay（5）;

lcden=0;

}

voidlcdinit（）//1602初始化

{

dula=0;

wela=0;

lcden=0;

write_com（0x38）;

write_com（0x0c）;

write_com（0x06）;

write_com（0x01）;

}

voidT1_time（）interrupt3//T1定时1s刷新

{

TH1=（65536-45872）/256;

TL1=（65536-45872）%256;

num1++;

if（num1==20）

{

num1=0;

j++;

bai=j/100;

shi=j%100/10;

ge=j%10;

}

}

（2）速度测量部分

voidINT0_M（）interrupt0//外部中断0测量轮子转数

{

M++;

N=88*M;

qian1=N/10000;

bai1=N/1000%10;

shi1=N/100%10;

ge1=N/10%10;

houyi=N%10;

}

（3）电机部分控制

/******************************

电机控制模块

功能：

前进，左转，右转

说明：

通过PWM脉冲调制速度

********************************/

voidqianjin（）//小车前进

{

IN1=1;

IN2=0;

IN3=1;

IN4=0;

dj1=90;

dj2=90;

}

voidright（）//小车右转

{

IN1=0;

IN2=1;

IN3=1;

IN4=0;

dj1=60;

dj2=80;

}

voidleft（）//小车左转

{

IN1=1;

IN2=0;

IN3=0;

IN4=1;

dj1=80;

dj2=60;

}

（4）PWM脉冲信号

voidtimer0（）interrupt1using1//PWM控制

{

TH0=（65536-500）/256;

TL0=（65536-500）%256;

t++;

if（t

elseENA=0;

if（t

elseENB=0;

if（t>50）

{

t=0;

}

}

4.3误差分析及改善措施

小车转向控制采用二相步进电机不同步的思想，由于寻线，测障有不同的精度要求，所以按照寻线，测障，将校车的转弯时的偏转角度改为较小，较大。

这通过在多次试验中确定小车前轮的步进电机的步数而得到。

当小车一旦检测到偏离中间黑先后STC89C52RC并会送给L298N的两个使能端不同的PWM信号，一致达到转向目的。

一开始时我们所给的PWM脉冲信号占空比都很高，这样小车在转弯过程中根本就来不及转弯，后来通过降低占空比，并实现了小车转弯。

5.结论与心得

5.1结论

我们采用STC89C52RC单片机进行电动车的脉冲宽度调速控制和步进电机的转向控制，用3个TCRT-5000光电传感器模块进行循迹。

但是由于小车前轮与横杆之间有一定的间隙，所以小车在行驶过程中车轮难免会有一定的晃动，但是，我们在程序中进行实时的黑线检测，使小车一离开黑线前轮便小幅转向，这样便使小车始终不离开黑线。

在测障方面我们采用了两个放在车两侧的传感器，可以使小车检测的前方障碍物，从而倒车并继续检测，直到绕过障碍物。

测速方面用了霍尔传感器，便用LCD实时显示小车行驶的时间和距离。

在整个过程中小车行驶稳定，基本满足要求。

5.2心得

经过两周的努力，我们较好的完成了任务，不仅基本部分完成，而且对小车的功能进行了我们感兴趣的扩展，如安装行驶指示灯、显示行使时间等。

虽然在制作过程中遇到很多困难，很多知识都市我们在课堂上没有学过的，在有限的时间之内我们得从认识到熟悉

。

在以前我们都很少接触这种将理论知识真正用到实践的场合，虽然这次花了很多时间，在制作过程中也犯了一些错误，但经过我们的团结合作，终于完成了制作。

（注：

可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!

）