基于单片机控制的循迹小车设计毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机控制的循迹小车设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

充当。 智能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。 单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有 PWM功能的单片机，这样可以实现精确调速；第二，可以由软件模拟 PWM输出调制，需要占用单片 机资源，难以精确调速，但单片机型号的选择余地较大。 考虑到实际情况，本文选择第二种方案。 CPU使用 STC89C52单片机，配合软件编程实现。 2 第二章 方案设计与论证 根据要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装光电检测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。 这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。 第一节 主控系统 根据设计要求，我认为此设计属于 多输入量的复杂程序控制问题。 据此，拟定了以下两种方案并进行了综合的比较论证，具体如下： 方案一： 选用一片 CPLD（如 EPM7128LC8415）作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。 CPLD 具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用 VHDL 语言进行编写开发。 但 CPLD 在控制上较单片机有较大的劣势。 同时， CPLD 的处理速度非常快，而小车的行进速度不可能太高，那么对系统处理信息的要求也就不会太高，在这一点上， MCU 就已经可以胜任了。 若采用该方案，必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题。 为 此，我们不采用该种方案，进而提出了第二种设想。 方案二： 采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。 充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势 —— 控制简单、方便、快捷。 这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。 因此，这种方案是一种较为理想的方案。 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的标准单片机，而不能用精简 I/O 口和程序存储器的小体积单片 机， D/A、 A/D 功能也不必选用。 根据这些分析 ,我选定了 P89C52RA 单片机作为本设计的主控装置， 52单片机具有功能强大的位操作指令， I/O 口均可按位寻址，程序空间多达 8K，对于本 3 设计也绰绰有余，更可贵的是 52 单片机价格非常低廉。 在综合考虑了传感器、两部电机的驱动等诸多因素后，我们决定采用一片单片机，充分利用 STC89C52 单片机的资源。 第二节 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 ,通过开关的切换对小车的速度进行调整 .此方案的优点是电路较为简单 ,缺点是继电器的响应时间慢 ,易损坏 ,寿命较短 ,可靠性不高。 方案二： 采用电阻网络或数字电位器调节电动机的分压，从而达到分压的目的。 但电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。 更主要的问题在于一般的电动机电阻很小，但电流很大，分压不仅回降低效率，而且实现很困难。 方案三： 采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。 线性型驱动的电路结构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的 H型桥式电路 (如图 )。 用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机转速。 这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效 率非常高， H 型桥式电路保证了简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的 PWM调速技术。 现市面上有很多此种芯片，我选用了 L293D 如图 )。 这种调速方式有 采用 16 引脚 DIP 封装，其内部集成了双极型 H桥电路，所有的开量都做成 n 型。 这种双极型脉冲调宽方式具有很多优点，如电流连续；电机可四角限运行；电机停止时有微振电流，起到“动力润滑”作用，消除正反向时的静摩擦死区：低速平稳性好等。 我选取第三种方案来实现循迹。 4 图 桥式电路 图 L293D 5 第三节 循迹模块 方案一： 采用简易光电传感器结合外围电路探测，但实际效果并不理想，对行驶过程中的稳定性要求很高，且误测几率较大、易受光线环境和路面介质影响。 在使用过程极易出现问题，而且容易因为 该部件造成整个系统的不稳定。 故最 终未采用该方案。 方案二： 采用两只红外对管 (如图 )，分别置于小车车身前轨道的两侧，根据两只光电开关接受到白线与黑线的情况来控制小车转向来调整车向，测试表明，只要合理安装好两只光电开关的位置就可以很好的实现循迹的功能。 方案三： 采用四只红外对管，两只置于轨道中间，两只置于轨道外侧，当小车脱离轨道时，即当置于中间的两只光电开关脱离轨道时，等待外面任一只检测到黑线后，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。 现场实测表明，小车在循迹过程中有一定的左右摇摆不定，但 能够很成功的寻迹。 我选取第三种方案来实现循迹。 图 红外对管 6 第四节 避障模块 方案一： 采用一只红外对管置于小车中央。 其安装简易，也可以检测到障碍物的存在，但难以确定小车在水平方向上是否会与障碍物相撞，也不易让小车做出精确的转向反应。 方案二： 采用二只红外对管分别置于小车的前端两侧，方向与小车前进方向平行，对小车与障碍物相对距离和方位能作出较为准确的判别和及时反应。 但此方案过于依赖硬件、成本较高、缺乏创造性，而且置于小车左方的红外对管用到的几率很小，所以最终未采用。 方案三： 采用超声波置于小车前端。 通过测试此。