單片機原理及應用課程設計--自動尋電動小車

1、<p><b>　　單片機原理及</b></p><p><b>　　應用課程設計</b></p><p>　　班 級： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： <

2、;/p><p>　　指導教師： </p><p>　　撰寫日期： </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 課程設計內容與要求分析…………………………2</p><p>　　1.1課程設計內容……………………………

3、…………………………2</p><p>　　1.2課程設計要求分析…………………………………………………2</p><p>　　1.2.1各模塊設計…………………………………………………………4</p><p>　　1.2.2循跡小車原理圖……………………………………………………5</p><p>　　第二章 控制系統(tǒng)程序設計……………………

4、……………6</p><p>　　第三章 總結 ………………………………………………12</p><p>　　參考文獻……………………………………………………13</p><p>　　附錄Ⅰ………………………………………………………14</p><p>　　附錄Ⅱ………………………………………………………15</p><p

5、>　　第一章 課程設計內容與要求分析</p><p><b>　　1.1課程設計內容</b></p><p>　　設計一臺自動尋電動小車。</p><p>　　電動車能自動尋跡，按設定好的軌跡前進。</p><p>　　尋跡由小車前端左右兩個光電開關完成，通過調整RW2和RW4可以改變光電開關的靈敏度。</p

6、><p>　　1.2課程設計要求分析</p><p>　　目前 ，在企業(yè)生產技術不斷提高、對自動化技術要求不斷加深的環(huán)境下，智能車輛以及在智能車輛基礎上開發(fā)出來的產品已成為自動化物流運輸、柔性生產組織等系統(tǒng)的關鍵設備。世界上許多國家都在積極進行智能車輛的研究和開發(fā)設計。移動機器人是機器人學中的一個重要分支，出現于20世紀06年代。當時斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen和charl

7、es Rosen等人，在1966年至1972年中研制出了取名shakey的自主式移動機器人，目的是將人工智能技術應用在復雜環(huán)境下，完成機器人系統(tǒng)的自主推理、規(guī)劃和控制。從此，移動機器人從無到有，數量不斷增多，智能車輛作為移動機器人的一個重要分支也得到越來越多的關注。</p><p>　　智能小車，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中地運用了計算機、傳感、信息、通信、導航及白動控制等技

8、術，是典型的高新技術綜合體。它具有道路障礙自動識別、自動報警、自動制動、自動保持安全距離、車速和巡航控制等功能。智能車輛的主要特點是在復雜的道路情況下，能自動地操縱和駕駛車輛繞開障礙物并沿著預定的道路(軌跡)行進。智能車輛在原有車輛系統(tǒng)的基礎上增加了一些智能化技術設備:</p><p>　　(1)計算機處理系統(tǒng)，主要完成對來自攝像機所獲取的圖像的預處理、增強、分析、識別等工作;</p><p&

9、gt;　　(2)攝像機，用來獲得道路圖像信息;</p><p>　　(3)傳感器設備，車速傳感器用來獲得當前車速，障礙物傳感器用來獲得前方、側方、后方障礙物等信息。</p><p>　　智能車輛技術按功能可分為三層，即智能感知/預警系統(tǒng)、車輛駕駛系統(tǒng)和全自動操作系統(tǒng)團。上一層技術是下一層技術的基礎。三個層次具體如下:</p><p>　　(1)智能感知系統(tǒng)，利用各種

10、傳感器來獲得車輛自身、車輛行駛的周圍環(huán)境及駕駛員本身的狀態(tài)信息，必要時發(fā)出預警信息。主要包括碰撞預警系統(tǒng)和駕駛員狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。碰撞預警系統(tǒng)可以給出前方碰撞警告、盲點警告、車道偏離警告、換道/并道警告、十字路口警告、行人檢測與警告、后方碰撞警告等.駕駛員狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)包括駕駛員打噸警告系統(tǒng)、駕駛員位置占有狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等。</p><p>　　(2)輔助駕駛系統(tǒng)，利用智能感知系統(tǒng)的信息進行決策規(guī)劃，給駕駛員提出駕駛建議

11、或部分地代替駕駛員進行車輛控制操作。主要包括:巡航控制、車輛跟蹤系統(tǒng)、準確泊車系統(tǒng)及精確機動系統(tǒng)。</p><p>　　(3)車輛自動駕駛系統(tǒng)，這是智能車輛技術的最高層次，它由車載計算機全部自動地實現車輛操作功能。目前，主要發(fā)展用于擁擠交通時低速自動駕駛系統(tǒng)、近距離車輛排隊駕駛系統(tǒng)等。</p><p>　　這種智能小車的主要應用領域包括以下幾個方面:</p><p>

12、;　　(1)軍事偵察與環(huán)境探測</p><p>　　現代戰(zhàn)爭對軍事偵察提出了更高的要求，世界各國普遍重視對軍事偵察的建設，采取各種有效措施預防敵方的突然襲擊，并廣泛應用先進科學技術，不斷研制多用途的偵察器材和探測設備，在車上裝備攝像機、安全激光測距儀、夜視裝置和衛(wèi)星全球定位儀等設備，通過光纜操縱，完成偵察和監(jiān)視敵情、情報收集、目標搜索和自主巡邏等任務，進一步擴大偵察的范圍，提高偵察的時效性和準確性。</p&

13、gt;<p>　　(2)探測危險與排除險情</p><p>　　在戰(zhàn)場上或工程中，常常會遇到各種各樣的意外。這時，智能化探測小車就會發(fā)揮很好的作用。戰(zhàn)場上，可以使用智能車輛掃除路邊炸彈、尋找和銷毀地雷。民用方面，可以探測化學泄漏物質，可以進行地鐵滅火，以及在強烈地震發(fā)生后到廢墟中尋找被埋人員等。</p><p>　　(3)安全檢測受損評估</p><p&g

14、t;　　在工程建設領域，可對高速公路自動巡跡，進行道路質量檢測和破壞分析檢測;對水庫堤壩、海岸護岸堤、江河大壩進行質量和安全性檢測。在制造領域，可用于工業(yè)管道中機械損傷，裂紋等缺陷的探尋，對輸油和輸氣管線的泄漏和破損點的查找和定位等。</p><p><b>　　(4)智能家居</b></p><p>　　在家庭中，可以用智能小車進行家具、遠程控制家中的家用電器，控制

15、室溫等等。對這種小車的研究，將為未來環(huán)境探測術上的有力支持。</p><p>　　本尋跡小車采用鋁合金為車架，STC89C52單片機為控制核心，加以直流電機、光電傳感器和電源電路以及其他電路的設計思路。系統(tǒng)由STC89C52通過I/O口控制小車的前進后退以及轉向。</p><p>　　為了適應機電一體化的發(fā)展在汽車智能化方向的發(fā)展要求，提出簡易智能小車的構想，目的在于：通過獨立設計并制作一

16、輛具有簡單智能化的簡易小車，獲得項目整體設計的能力，并掌握多通道多樣化傳感器綜合控制的方法。</p><p>　　根據題目要求，確定如下方案：在現有的玩具電動車的基礎上，加裝光電對管、傳感器，實現對電動車位置、運行狀況的實時測量，并將測量數據傳送至單片機進行處理，然后由單片機根據所檢測的各種數據實現對電動車的智能控制。</p><p>　　這種方案能實現對電動車的運動狀態(tài)進行實時控制，控制

17、靈活、可靠、精度高，可以滿足對系統(tǒng)的各項要求。</p><p>　　整個系統(tǒng)基于普通玩具小車的機械結構，并利用了小車的底盤、前后輪電機及其自動復原裝置，能夠平穩(wěn)跟蹤路面黑色軌跡運行</p><p>　　該智能小車在畫有黑線的白紙 “路面”上行駛，由于黑線和白紙對光線的反射系數不同，可根據接收到的反射光的強弱來判斷“道路”—黑線。利用了簡單、應用比較普遍的檢測方法—發(fā)光二極管+光敏電阻。&l

18、t;/p><p>　　發(fā)光二極管+光敏電阻，即利用光線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質的特點。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射白光，當白光遇到白色地面時發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號。</p><p>　　整個電路系統(tǒng)分為檢測、控制、顯示、驅動四個模塊。首先利用光電對管對路面信號進行檢測，經過比較器處理之后，送給軟件控

19、制模塊進行實時控制，然后顯示小車的運行狀態(tài)，輸出相應的信號給驅動芯片驅動電機轉動，從而控制整個小車的運動。系統(tǒng)方案方框圖如圖所示。</p><p>　　圖1-1 智能小車尋跡系統(tǒng)框圖</p><p>　　1.2.1各模塊設計</p><p><b>　　1、循跡模塊設計</b></p><p>　　發(fā)光二極管+光敏電阻組

20、成光敏探測器，光敏電阻的阻值可以根跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當光線照射到白線上面時，光線發(fā)射強烈，光線照射到黑線上面時，光線發(fā)射較弱 。因此光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經過比較器就可以輸出高低電平。</p><p><b>　　2、控制模塊設計</b></p><p>　　此部分是整個小車運行的核心部件，起著控制小車所有的運行狀

21、態(tài)作用。控制方法很多，大部分都采用單片機控制。這里選擇了ATMEL公司的AT89C52作為控制芯片，在芯片體積小、集成度高、可靠性好、容量足夠、驅動能力強、運用方便、經濟廉價。</p><p><b>　　3、電機驅動模塊</b></p><p>　　從單片機輸出信號功率很弱，即使在沒有其它外在負載是也無法帶動電機，所以在實際電路中我們加入了電機驅動芯片提高輸入電機信

22、號的功率，從而能夠根據需要控制電機轉動。</p><p>　　1.2.2循跡小車原理圖</p><p>　　圖1-2 循跡小車原理圖</p><p>　　第二章 控制系統(tǒng)程序設計</p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#include<intrins.h>

23、</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit IN1=P1^2;</p><p>　　sbit IN2=P1^3;</p><p>　　sbit IN3=P1^5;</p>

24、<p>　　sbit IN4=P1^4;</p><p>　　sbit en1=P1^1;</p><p>　　sbit en2=P1^6;</p><p>　　sbit S1=P1^0;</p><p>　　sbit S2=P1^7;</p><p>　　void go();</p><

25、;p>　　void left();</p><p>　　void right();</p><p>　　void stop();</p><p>　　void delay_ms(uint t); </p><p>　　void pwm_init();</p><p>　　void qidong();</p&

26、gt;<p><b>　　uchar h;</b></p><p>　　uint flag1,flag2,pwm1,pwm2;</p><p>　　void disp(uint disp_value);</p><p>　　void Bcd(uint bcd_value);</p><p>　　uchar

27、data led_point[4]={0xef,0xdf,0xbf,0x7f};</p><p>　　uchar code LED_Val[] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x98};</p><p>　　uchar data num[4];</p><p><b>　　/////////

28、</b></p><p>　　void go() //前進</p><p><b>　　{</b></p><p>　　IN1=0; </p><p><b>　　IN2=1;</b></p><p><b>　　IN3

29、=0;</b></p><p><b>　　IN4=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　///////////////</p><p>　　void left() //向左</p><p><b>　　{&l

30、t;/b></p><p><b>　　IN1=0;</b></p><p><b>　　IN2=1;</b></p><p><b>　　IN3=0;</b></p><p><b>　　IN4=0;</b></p><p>

31、;<b>　　}</b></p><p>　　//////////////</p><p>　　void right() //向右</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　IN1=0;</b></p><p><

32、;b>　　IN2=0;</b></p><p><b>　　IN3=0;</b></p><p><b>　　IN4=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　///////////////</p><p&g

33、t;　　void stop() //停止

34、 </p><p><b>　　{</b></p><p>

35、;<b>　　IN1=0;</b></p><p><b>　　IN2=0;</b></p><p><b>　　IN3=0;</b></p><p><b>　　IN4=0;</b></p><p><b>　　}</b></

36、p><p>　　///////////////////延時函數///////////////</p><p>　　void delay_ms(uint t)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　whil

37、e(t--)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(i=1;i<125;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　////////////////

38、/////定時器0方式1//////////////</p><p>　　void pwm_init()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD=0x01;</p><p>　　TH0=(65526-200)/256;</p><p>　　TL0=(65536-200

39、)%256;</p><p><b>　　EA=1; </b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p><b>　　en1=1;</b></p><p>&

40、lt;b>　　en2=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//////////////</p><p>　　void T0_Ser() interrupt 1 using 1</p><p><b>　　{</b></p><

41、;p>　　TH1=(65536-200)/256;</p><p>　　TL1=(65536-200)%256; </p><p><b>　　flag1++;</b></p><p><b>　　flag2++;</b></p><p>　　if(flag1<=pwm1)

42、</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　en1=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(flag1>pwm1)</p><p><b>　　{</b><

43、;/p><p><b>　　en1=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(flag1==100) </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　flag1=0;

44、</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(flag2<=pwm2) </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　en2=1;</b></p><p><b>　

45、　} </b></p><p>　　if(flag2>pwm2) </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　en2=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(fl

46、ag2==100) </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　flag2=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//

47、//// 主函數///////////////</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　// pwm_init();</p><p>　　// en1=1;</p><p>　　// en2=1;</p><

48、p>　　// while(1)</p><p><b>　　// {</b></p><p>　　// disp(h);</p><p>　　// delay_ms(500);</p><p>　　// qidong();</p><p><b>　　// }<

49、;/b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　disp(200);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b>

50、;</p><p>　　//////////////啟動程序//////////////// </p><p>　　void qidong()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if((S1==0)&&(S2==0))</p><p><b>　

51、　{</b></p><p>　　while(S1==0&&S2==0);</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　go(); </b></p><p><b>　　}</b></p><p>

52、　　delay_ms(700);</p><p><b>　　h++;</b></p><p><b>　　go();</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　if((S1==1)&&(S2==1))</p><

53、p><b>　　{</b></p><p><b>　　go();</b></p><p><b>　　if(h==0)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　go();</b></

54、p><p><b>　　pwm1=20;</b></p><p><b>　　pwm2=20;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(h==1)</b></p><p><b>　　

55、{ </b></p><p><b>　　go();</b></p><p><b>　　pwm1=90;</b></p><p><b>　　pwm2=90;</b></p><p><b>　　} </b></p><

56、p><b>　　if(h==2)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　go();</b></p><p><b>　　pwm1=20;</b></p><p><b>　　pwm2=20;<

57、/b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(S1==1&&S2==0)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　left(

58、);</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(S1==0&&S2==1)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　right();</b></p><p><

59、b>　　}</b></p><p><b>　　if(h==3)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　stop();</b></p><p><b>　　}</b></p>

60、<p><b>　　}</b></p><p>　　/////////////數據分離////////////////////</p><p>　　void Bcd(uint bcd_value)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　num[0]=

61、0;</b></p><p>　　num[1]=(bcd_value%1000)/100;</p><p>　　num[2]=((bcd_value%1000)%100)/10;</p><p>　　num[3]=((bcd_value%1000)%100)%10;</p><p><b>　　}</b>&l

62、t;/p><p>　　////////////////顯示函數//////////////////</p><p>　　void disp(uint disp_value)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p&g

63、t;　　Bcd(disp_value);</p><p>　　for(i=0;i<4;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P1=led_point[i];</p><p>　　SBUF=LED_Val[num[i]];</p><p>　　delay_ms(

64、5);</p><p><b>　　P1=0XFF;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　第三章 總結</b></p><p>　　小車能夠較好的完成實驗的基本要求，尋跡誤差較小。通過這次設計，我們熟練掌握了DXP、KeiL51等軟件的使

65、用方法，并了解了更多關于單片機的知識。</p><p>　　本系統(tǒng)基本能夠滿足設計要求，能夠較快較平穩(wěn)的使小車沿引導線行駛，但由于經驗能力有限，該系統(tǒng)還存在著許多不盡人意的地方有待于進一步的完善與改進。</p><p>　　此方案選擇的器件比較簡單，實際中也很容易實現。經過多次測試，結果表明在一定的弧度范圍內，小車能夠沿著黑線軌跡行進，達到了預期的目標。不足之處，由于小車采用直流電機，其速

66、度控制不夠精確和穩(wěn)定，導致小車循跡時行走不是很流暢；其次，由于車身比較重，導致小車拐彎時候比較吃力，有時候會卡死不動。</p><p>　　通過兩周的努力，即將完成設計，當然由于本組精力和時間有限，本設計中或多或少會存在一些缺點，所設計的軟硬件難免會存在一些不足，剛開始選擇這個項目的時候其實是抱著好奇的心里，真的開始做了才發(fā)現困難重重。首先是DXP畫圖軟件不熟悉，接下來是小車硬件的連接，最后是編程。雖然整個過程很

67、堅辛，但我收獲了更多。我學會了使用DXP繪圖軟件，學會了再難也要做下去，學會了向周圍優(yōu)秀的同學積極地學習。</p><p><b>　　總結人： </b></p><p><b>　　2015.6.14</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　

68、[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</p><p>　　[2] 何立民編著.MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計系統(tǒng)配置與接口技術.北京:北京航空航天大學出版社,1999</p><p>　　[3] 蔡美琴等編著.MCS-51 單片機系統(tǒng)及應用.北京:高等教育出版社.1992</p><p>　　附錄Ⅰ DXP練習圖