1、沈阳理工大学2012年学士学位论文答辩,基于单片机的智能循迹小车 的研究与设计,指导老师：刘义杰报告人：于海,日期：2012.4.14,主要内容：,选题背景:,第一代可编程的示教在线型 循迹小车,第二代 离线编程型 循迹小车,第三代 智能型 循迹小车,以多种外部传感器构成感官系统，通过采集外部的环境信息，精确地描述外部环境的变化。,装有简单的传感器，可以感觉到自身的的运动位置，速度等其他物理量，电路是一个闭环反馈的控制系统，能适应一定的外部环境变化。,不装载任何传感器，只是采用简单的开关控制，通过编程来设置循迹小车的路径与运动参数。,世界上诞生第一台循迹小车诞生于1959年，至今已有50多年的
2、历史，机器人技术也取得了飞速的发展和进步，现已发展成一门包含：机械、电子、计算机、自动控制、信号处理，传感器等多学科为一体的性尖端技术。循迹小车共历了三代技术创新变革：,循迹小车特点:,1,智能循迹小车是指装备如电磁，光学或其他自动导引装置，通过电脑程序来控制，沿设定的引导路径行驶，也可把电磁轨道黏贴在地板上来确定其行进路线，无需驾驶员操作，将货物自动从起始点运送到目的地。,2,循迹小车的另一个特点是高度自动化，可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变行驶路径，而且改变运行路径的费用与传统的输送带和传送线相比非常低廉。,3,此外，循迹小车小车依靠蓄电池提供动力，具有清洁生产、运行过程
3、中无噪音、无污染的特点，可用在工作环境清洁的地方。,循迹小车总体设计:,循迹小车控制系统结构框图,本系统采用简单明了的设计方案。通过高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成的传感器循迹模块判断黑线路经，然后由STC89C52单片机通过IO口控制L298N驱动模块改变两个直流电机的工作状态，最后实现小车循迹。,晶振电路:,1,在STC89S52单片机上内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。,2,在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。,3,本设计选用12MHZ无源晶振、2个22pF电容，使得一个
4、机器周期是1s。晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号，两个电容则是起到并联谐振的作用。,晶振电路图,复位电路:,1,89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。,2,当系统上电后，由于电容充电，使RST持续一段高电平时间。当单片机已在运行之中时，按下复位键也能使RST持续一段时间的高电平，从而实现上电且开关复位的操作。,复位电路图,循迹传感器:,1,TC端是传感器工作控制端，为高电平时，发光二极管不工作，传感器休眠，为低电平时
5、，传感器启动。,2,Signal端为检测信号输出，当遇到黑线，黑线吸收大量的红外线，反射的红外线很弱，光敏三极管不导通，Signal输出高电平；当遇到白线，与黑线相反，反射的红外线很强，使光敏三极管导通，Signal输出低电平。,循迹传感器电路图,驱动电路:,1,L298N是一个内部有两个H桥的驱动芯片，这样电机的运转只需要用三个信号控制：两个方向信号和一个使能信号。,2,如果OUT1信号为“0”，OUT2信号为“1”，并且使能信号是“1”，那么三极管Q1和Q4导通，电流从左至右流经电机；如果OUT1信号变为：“1”，而OUT2信号变为“0”，那么Q2和Q3将导通，电流则反向流过电机。,L29
6、8N驱动芯片和直流电机接线图,循迹小车软件设计:,1,本设计采用C语言来编译程序。模块化结构程序的设计，可以使系统软件便于调试与优化，也使其他人更好地理解和阅读系统的程序设计。因此，软件的设计上，运用了模块化程序的结构对软件进行设计，使得程序变得更加直观易懂。程序的主要模块有：主程序、定时溢出中断服务程序、外部中断服务程序。,2,Keil C51单片机软件开发系统可用于编辑C或汇编源文件。然后分别由C51编译器编译生成目标文件（.OBJ）。目标文件与库文件一起经LIB51连接定位生成绝对目标文件（.ABS）。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件。,3,在软件调试中，使用功能强大且的WAV
7、E 6000软件进行软件编译与调试,使用Microcontroller ISP Software及其配套的单片机对程序进行烧录。,主要程序功能,/*第一部分 管脚声明*/sbit PWM1=P10;/电机A/B使能端 sbit PWM2=P11;sbit IN1=P12;/电机控制端 sbit IN2=P13;sbit IN3=P14;sbit IN4=P15;sbit RP1=P20;/传感器管脚位声明sbit RP2=P21;sbit RP3=P22;sbit RP4=P23;/*第二部分 电机控制子函数*/void forward1()/电机1前进 IN1=0;IN2=1;void fo
8、rward2()/电机2前进 IN3=0;IN4=1;,void back1()/电机1后退 IN1=1;IN2=0;void back2()/电机2后退 IN3=1;IN4=0;/*第三部分 主函数*/void main()int num=0;TMOD=0 x01;/中断模式设置 EA=1;TH0=(65536-1000)/256;/定时 1ms,/*第四部分 中断服务函数*/void time0()interrupt 1 TH0=(65536-1000)/256;/定时1ms TL0=(65536-1000)%256;count1+;count2+;if(count1=500)/周期是50
9、0ms count1=0;if(count2=500)/周期是500ms count2=0;TL0=(65536-1000)%256;ET0=1;TR0=1;turn(count1,250,count2,250);/使小车冲上黑色轨道 delay(350);/延时等待小车冲上黑色轨道,结论：,本课题研究的内容主要是智能小车的循迹系统。以实验组装小车为基础，使用了4个光电传感器来探测周围环境，同时对采集到的数据信息进行融合。取得了以下成果：,2,经过多次的测试证明，循迹传感器呈M型布局时更适合检测多弯道的轨迹。由于传感器不在同一直线上，故小车转弯时，左右两边后部的传感器有较大的采样空间，两边前端
10、的传感器则对采集的信号有更好的前瞻性。整个布局有利于在弯道处提高小车速度。但相对一字型布局，M型布局容易产生不稳定信号，从而产生信号震荡，影响小车行驶的稳定性。,3,小车保留了扩展功能。循迹小车在完成设计预想的前提下，考虑到车体结构设计的简单化，降低了制作成本，使之更具有普及性。保留了各种硬件接口和软件子程序接口，方便以后的扩展和进一步的开发。,1,小车可以实现按照预定轨道在无外部环境影响或改变时，小车将一直在轨道上循迹。,展望：,智能循迹小车属于应用开发项目，涉及了多种学科，由于本课题的试验性和不完善性。智能循迹小车在以下两个方面还有提升的空间：,1,环境信息采集功能：环境信息采集的实时性和完整性。,增加避障控制功能：包括避障的精确性和灵活度这两个指标。,2,Thank You For Your Attention!,16,
