尋跡小車課程設計報告

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文檔簡介

1、　　單片機原理及應用課程設計　　專業(yè)：自動化 　　設計題目：尋跡小車設計 　　班級： 0941 學生姓名：董玉凱學號： 14 　　指導教師：

2、 　　分院院長： 　　教研室主任： 　　電氣工程學院　　目錄　　第一章課程設計內(nèi)容與要求分析

3、3　　1.1課程設計內(nèi)容3　　1.2課程設計要求分析3　　1.2.1系統(tǒng)單元電路組成3　　1.2.2尋跡小車原理4　　1.2.3電源管理4　　1.2.4電機驅(qū)動管理4</

4、p>　　第二章C語言編程5　　第三章軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)9　　3.1主程序設計9　　3.2 程序思路9　　第四章結(jié)論及感想10　　附錄11</p&

5、gt;　　參考文獻17　　第一章課程設計內(nèi)容與要求分析　　1.1課程設計內(nèi)容　　本題目以STC10F04XE.h單片機為核心器件。小車完成的主要功能就是能夠自主識別賽道上的黑線并根據(jù)黑線的位置與距離來實現(xiàn)相應的變

6、速與變向操作。　　1.2課程設計要求分析　　電動車能夠自動尋跡，按設定好的軌跡從區(qū)域1進至區(qū)域3，并在黑線末端停車，小車前進的路線圖如1-1所示。在區(qū)域1和區(qū)域3內(nèi)，小車緩緩前進，在區(qū)域2內(nèi)小車全速前進。當小車未進入任何區(qū)域時，小車上的數(shù)碼顯示管顯示為0000，當小車第一次碰見賽道上的黑線時，小車上的顯示管顯示為0001；當小車碰到區(qū)域1與區(qū)域2的交界，

7、也就是碰見黑線時，小車上的顯示管顯示為0002；小車行駛到區(qū)域2與區(qū)域3的交界處碰上黑線時，小車上的顯示管顯示為0003；小車行駛到區(qū)域3的末端時，碰上黑線時，小車顯示管顯示為0004并停止。小車前段的兩個燈全部亮的時候，小車前進；全部滅的時候，小車停止；左側(cè)的燈亮的時候，向左拐；右側(cè)的燈亮時，向右拐。尋跡用的小車前端左右兩個光電開關完成，通過調(diào)整RW2和RW4可以改變光電開關的靈敏度。　　圖1

8、-1尋跡小車路線　　1.2.1系統(tǒng)單元電路組成　　STC10F04XE采用宏晶最新第六代加密技術，超強抗干擾，超強抗靜電，整機可輕松經(jīng)過2萬伏靜電測試。速度快，1個時鐘/機器周期，可用低頻晶振，大幅降低EMI。輸入/輸出口多，最多有40個I/O,復位腳如當I/O口使用，可省去外部復位電路。超低功耗。在系統(tǒng)可編程，無需編程器，無需仿真器，可遠程升級。內(nèi)部集

9、成高可靠復位電路，復位腳設置為I/O口使用時，復位腳可懸空。　　尋跡檢測原理如圖1-2所示，由光電開關和比較器組成，漫反射式光電開關能反應反射光的強弱，用比較器進行分辨，從而實現(xiàn)尋跡。　　電機控制用L293D實現(xiàn)，L293D是電機控制專用芯片，接口簡單如圖1-3所示。用P0.0---P0.5進行控制。P0.0---EN3 P0.1---IN1 P0.

10、2---IN2 P0.3---IN4 P0.4---IN3 P0.5---EN4　　傳感器信號輸入分別為P0.6---S1 P0.7---S2　　圖1-2 尋跡檢測電路原理圖　　圖1-3 電機驅(qū)動原理圖　　1.2.2尋跡小車原理<p&

11、gt;　　由于賽道存在黑線，落在黑色區(qū)域內(nèi)的光電開關與比較器收到反射的光線與白色的賽道而不同，進而在管兩端產(chǎn)生了不同的電壓值，由此來判斷路線的走向，并將當前的采集到的一組電壓值傳遞給單片機，進而通過單片機的輸出指令來得到相應的控制指令，使小車自動尋跡行走。　　1.2.3電源管理　　系統(tǒng)電源采用220V交流電源，對單片

12、機，電動機，比較器等供電。　　1.2.4電機驅(qū)動管理　　電機的電源由上可知，由220V電源直接供給，輸入的信號為PWM波，通過輸出的PWM的波的占空比可以達到控制電機轉(zhuǎn)速的效果。　　第二章C語言編程　　在編寫程序之前，先安裝數(shù)據(jù)線驅(qū)動

13、和stc-isp-v4.79-setup軟件。以下的C語言程序分別是電機測速程序和PWM調(diào)速程序　　電機測速程序：　　#include"STC10F04XE.h"　　#define uchar unsigned char<

14、p>　　#define uint unsigned int　　sbit IN1=P0^1;　　sbit IN2=P0^2;　　sbit IN3=P0^4;　　sbit IN4=P0^3;　　sbit en1=P0^0;<

15、;/p>　　sbit en2=P0^5; 　　void go();　　void stop();　　void left();　　void right();　　void delay_ms(uint t);

16、　　void main()　　{　　en1=1;　　en2=2;　　while(1)</b&

17、gt;　　{　　go();　　delay_ms(1000);　　stop();　　delay_ms(1000);&l

18、t;/p>　　left();　　delay_ms(1000);　　right();　　delay_ms(1000);　　}<

19、/p>　　}　　void go()　　{　　IN1=0;　　IN2=1;&

20、lt;/b>　　IN3=0;　　IN4=1;　　}　　void stop()　　{</

21、b>　　IN1=0;　　IN2=0;　　IN3=0;　　IN4=0;&l

22、t;b>　　}　　void left()　　{ 　　IN1=0;　　IN2=1;&l

23、t;b>　　IN3=0;　　IN4=0;　　}　　void right()　　{ &

24、lt;b>　　IN1=0;　　IN2=0;　　IN3=0;　　IN4=1;　　}</p&

25、gt;　　void delay_ms(uint t)　　{　　uchar f;　　while(t--)　　{&l

26、t;p>　　for(f=1;f<125;f++)　　{　　;　　}　　}<p

27、>　　}　　PWM調(diào)速程序：　　#include"STC10F04XE.h"　　#define uint unsigned int　　#define uchar unsi

28、gned char　　sbit en1=P0^0;　　sbit en2=P0^5;　　sbit IN1=P0^1;　　sbit IN2=P0^2;　　sbit IN3=P0^4;　　sbi

29、t IN4=P0^3;　　uint flag1,flag2,pwm1,pwm2;　　void pwm_init();　　void go();　　void pwm_init()　　{</p

30、>　　TMOD=0X01;　　TH0=(65536-200)/256;　　TL0=(65536-200)%256;　　EA=1;　　ET0=1;

31、　　TR0=1;　　en1=1;　　en2=1;　　}　　void TO_Ser()interrupt

32、 1 using 1　　{　　TH0=(65536-200)/256;　　TL0=(65536-200)%256;　　flag1++;

33、　flag2++;　　if (flag1<=pwm1)　　{　　en1=1;　　}　　if

34、 (flag1>pwm1)　　{　　en1=0;　　}　　if (flag1==100)

35、{　　flag1=0;　　}　　if (flag2<=pwm2)　　{

36、　en2=1;　　}　　if (flag2>pwm2)　　{　　en2=0;<b&g

37、t;　　}　　if (flag2==100)　　{　　flag2=0;　　}

38、　}　　void go()　　{　　IN1=0;　　IN2=1;<p&

39、gt;　　IN3=0;　　IN4=1;　　}　　void main()　　{

40、　pwm_init();　　P1=0x00;　　while(1)　　{　　go();<p&

41、gt;　　pwm1=60;　　pwm2=0;　　}　　}　　第三章軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)<p&g

42、t;　　3.1主程序設計　　單片機系統(tǒng)需要接收路徑識別電路的信號，采用某種路徑搜索算法進行尋線判斷，進而控制舵機和直流驅(qū)動電機的工作。小車系統(tǒng)的軟件使用C語言實現(xiàn)。　　主體控制框架：　　模型車采用的控制方法是根據(jù)傳感器采集到的路況信息，通

43、過計算得到具體的方向偏移量和速度，控制小車的行走狀態(tài)。　　3.2 程序思路　　智能車利用了一字形排布的８個傳感器來探測道路，并將每個傳感器采集到的信息轉(zhuǎn)換成了數(shù)字電平。因此８個傳感器的數(shù)據(jù)正好構(gòu)成一個字節(jié)，由單片機Ｐ２口讀入。　　由于讀入的數(shù)據(jù)并不方便直接參與控制計算，因此

44、先將該數(shù)據(jù)集分成１６類，分別對應于小車不同的位置信息，由0-15表示，其中０表示引導線位于小車最左側(cè)，7表示引導線位于小車中部，14表示引導線位于小車最右側(cè)，15表示未檢測到引導線或其他錯誤情況。　　將上面的轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)作為控制計算的反饋輸入，與７相減即得到小車偏差信息，然后通過增量型pid算法計算出舵機的控制信息。　　將小車偏差信息的微分作為速度pid

45、的輸入，依然通過增量型pid算法得到電機的控制信息。至此小車完成一次控制周期?？梢允褂靡粋€定時器來作為一路PWM波的計時器。先將I/O口置位，設定高電平時間及定時器的初值，當定時器產(chǎn)生中斷時，再將I/O口清零，并設定低電平時間，由此循環(huán)即可產(chǎn)生PWM波。其中，高電平時間有控制計算得出，低電平時間有PWM周期減去高電平時間得到。　　第四章結(jié)論及感想</

46、p>　　本設計主要用到了單片機的通用IO口的讀寫，定時器，中斷等基本功能，通過實際操作進一步掌握了單片機的使用。同時，通過單片機外圍電路的設計，更深入學習了單片機在嵌入式系統(tǒng)中的應用。通過實際焊接電路，編寫程序，也進一步提高了我的動手能力以及分析解決錯誤的能力，是我能夠更好的將所學知識應用到實際中來。　　很感想方老師在課設過程中對一些重點處的指點與幫助，通過一次次編程

47、與調(diào)試，加強了我對單片機軟件的認識，以及增強了對成功的渴望，也增強了我的團隊意識與配合能力。　　附錄　　我們小組的尋跡小車的c語言編程：　　#include"STC10F04XE.h"　　#include"

48、;intrins.h"　　#define uchar unsigned char　　#define uint unsigned int　　sbit IN1=P0^1;　　sbit IN2=P0^2;　　sbit IN

49、3=P0^4;　　sbit IN4=P0^3;　　sbit en1=P0^0;　　sbit en2=P0^5; 　　sbit C1=P0^6;　　sbit C2=P0^7;　　void

50、go();　　void stop();　　void left();　　void right();　　void delay_ms(uint t);　　uchar count,flag1,flag2,pwm1,pwm2;</p&

51、gt;　　void quyu();　　void system_init();　　uchar T,second,minite,sum,a;　　uchar code LED_Val[] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x82,0xf8,0x

52、80,0x98};　　uchar data num[4];　　uchar data led_point[4]={0xef,0xdf,0xbf,0x7f};　　void disp(uint disp_value);　　void bcd(uint bcd_value);<

53、;/p>　　void pwm_init();　　void main()　　{　　// system_init();　　pwm_init();

54、P1=0x00;　　T=0;　　en1=1;　　en2=1;　　while(1)

55、　　{　　disp(sum);　　delay_ms(100);　　quyu();　　}<

56、b>　　}　　void go()　　{　　IN1=0;　　IN2=1;

57、　　IN3=0;　　IN4=1;　　}　　void stop()　　{<

58、p>　　IN1=0;　　IN2=0;　　IN3=0;　　IN4=0;　　}&

59、lt;/p>　　void left()　　{ 　　IN1=0;　　IN2=1;　　IN3=0;</b

60、>　　IN4=0;　　}　　void right()　　{ 　　IN1=0;</

61、b>　　IN2=0;　　IN3=0;　　IN4=1;　　}　　void

62、delay_ms(uint t)　　{　　uchar f;　　while(t--)　　{　　for(f=1;f<

63、;125;f++)　　{　　;　　}　　}　　}</

64、b>　　void quyu()　　{　　if((C1==0)&&(C2==0))　　{　　while(C1==0&&am

65、p;C2==0);　　{　　go();　　}　　delay_ms(1500);　　T++;<

66、/b>　　go();　　///delay_ms(1000);　　}　　if((C1==1)&&(C2==1))

67、{　　go();　　if(T<=1)　　{　　go();<p&g

68、t;　　pwm1=30;　　pwm2=30;　　}　　if(T==2)　　{<

69、;/p>　　go();　　pwm1=90;　　pwm2=90;　　}

70、if(T==3)　　{　　go();　　pwm1=30;　　pwm2=30;

71、　　}　　}　　if((C1==1)&&(C2==0))　　{　　left();&

72、lt;/p>　　}　　if((C1==0)&&(C2==1))　　{　　right();　　}&

73、lt;/b>　　if(T>=4)　　{　　stop();　　} &

74、lt;b>　　}　　void pwm_init()　　{　　TMOD=0X01;　　TH0=(65536-200)/256;　　TL0=(65536-200)%25

75、6;　　EA=1;　　ET0=1;　　TR0=1;　　en1=1;<b&

76、gt;　　en2=1;　　} 　　void bcd(uint bcd_value)　　{　　num[0]=T;&l

77、t;p>　　num[1]=(bcd_value%1000)/100;　　num[2]=((bcd_value%1000)%1000)/10;　　num[3]=((bcd_value%1000)%1000)%10;　　}　　voi

78、d disp(uint disp_value)　　{　　uchar i;　　bcd(disp_value);　　for(i=0;i<4;i++)&l

79、t;b>　　{　　P1=led_point[i];　　SBUF=LED_Val[num[i]];　　delay_ms(50);　　P1=0XFF;

80、　}　　}　　/*void system_init()　　{　　TMOD=0X11;　　TH0=(65536-50000)/256;&

81、lt;/p>　　TL0=(65536-50000)%256;　　TH1=(65536-10000)/256;　　TL1=(65536-10000)%256;　　EA=1;　　ET0=1;&

82、lt;/b>　　ET1=1;　　TR0=1;　　TR1=1;　　} */

83、　　void T1_Ser() interrupt 1　　{　　TH0=(65536-1000)/256;　　TL0=(65536-1000)%256; 　　flag1++;

84、　　flag2++;　　if(flag1<=pwm1)　　{　　en1=1;　　}&l

85、t;/p>　　if(flag1>pwm1)　　{　　en1=0;　　}　　if(flag1==100)

86、　　{　　flag1=0;　　}　　if(flag2<=pwm2) 　　{</b

87、>　　en2=1;　　}　　if(flag2>pwm2) 　　{　　en2=0;

88、　　}　　if(flag2==100) 　　{　　flag2=0;

89、}　　} 　　參考文獻　　[1]李廣弟,朱月秀,王秀山編著.單片機基礎. 北京:北京航空航天大學出版社,2001　　[2]何立民編著.MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計系

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