声光寻迹小车报告Word文档格式.docx
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方案一:
采用步进电机作为该系统的驱动电机。
由于其转过的角度可以精确的定位,可以实现小车前进路程和位置的精确定位。
虽然采用步进电机有诸多优点,步进电机的输出力矩较低,随转速的升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,其转速较低,不适用于小车等有一定速度要求的系统。
经综合比较考虑,我们放弃了此方案。
直流电机:
直流电机的控制方法比较简单,只需给电机的两根控制线加上适当的电压即可使电机转动起来,电压越高则电机转速越高。
对于直流电机的速度调节,可以采用改变电压的方法,也可采用PWM调速方法。
PWM调速就是使加在直流电机两端的电压为方波形式,通过改变方波的占空比实现对电机转速的调节。
基于以上分析,我们选择了方案二,使用直流电机作为电动车的驱动电机。
5.时间距离显示模块
使用霍尔传感器获得脉冲信号。
其机械结构较为简单,只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢,让霍尔开关靠近磁钢,就有信号输出,转轴旋转时,就会不断产生脉冲信号输出,如果在圆周上粘多粒磁钢,就可以实现旋转一周就获得锁个脉冲输出,测速精度比较高。
但对于本设计,由于小车的车轮距离车体较近,不适合安装霍尔传感器。
使用自制红外线传感器获得脉冲信号。
此时需要在小车车轮的内侧贴上黑白相隔的线条圆盘,当小车车轮旋转时,红外线传感器就就会输出相应的脉冲,旋转一周时,会产生多个脉冲,其测速精度也比较高。
对于显示部分,我们采用液晶显示屏。
因此我们采用方案二。
系统框图
二.系统的硬件设计与实现
1.单片机最小系统
STC89C52及外围电路构成的单片机最小系统。
2.电机驱动模块
电机驱动模块采用L298N来作为驱动芯片,L298N可以驱动两个两相电机,OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之间分别接两个直流电机,在电机端接入了保护二极管,是为了防止电机换向时电流过大烧坏电机。
单片机的P1.6,P1.7分别接电机的使能端ENA,ENB;
P1.2~P1.5分别接IN1~IN4用于控制两电机的转向。
L298N有两个电源输入端,一个是VSS是芯片的工作电压,另一个是VS是电机的工作电压,VSS、单片机及其他模块的电源和VS是独立供电的,这样可以避免电机工作时对控制电路部分的影响。
在电源的输入端接电容C1、C2、C3、C4来做电源的去耦(旁路)电容。
下面是L298N的功能逻辑图:
1298N的逻辑功能
ENA(B)
INl(IN3)
IN2(IN4)
电机运行情况
H
L
正转
反转
同IN2(IN4)
同INl(IN3)
快速停止
X
停止
3.液晶显示屏
采用LCD1602显示小车行驶的时间和路程。
电位器用于调节显示屏的对比度。
4.电源模块
采用两片L7805稳压芯片产生两个5V电压,分别供给单片机及其他电路和电机电源,保证电机电源和其他电源是独立的。
5.光源检测模块
在小车前面装两个光电二极管,一左一右。
通过不同方向的光照使光敏二极管工作,从而对小车行驶方向进行控制,根据光敏二极管的特性,只有当光达到一定强度时才能够导通,导通后光敏二极管将光信号转化为电信号,电信号经电压比较器将模拟量转化为数字量送下单片机,经判别I/O口的数字量,再控制小车。
灵敏度还是可以的。
方案二:
在小车前面装上参数一致的光敏二极管,光敏二极管将光信号转化为电信号,电信号经电压比较器将模拟量转化为数字量送下单片机,单片机再对读入的几路数据进行存储,比较,然后发出命令以外围进行操作
方案二硬件很复杂,但方案一灵敏度还不错,故用方案一。
硬件电路图:
光敏二极管也叫光电二极管。
光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结,具有单向导电性,因此工作时需加上反向电压。
无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流,此时光敏二极管截止。
当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加,形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。
当光线照射PN结时,可以使PN结中产生电子一空穴对,使少数载流子的密度增加。
这些载流子在反向电压下漂移,使反向电流增加。
因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。
我们再经过LM311电压比较器电路处理后得到高低电平输出,高低电平再加以软件加以控制,从而达到要求。
6.红外线行走距离检测模块
采用TCRT5000自制红外反射式光电传感器。
TCRT5000的核心部分为红外光电对管,红外光波长比可见光波长长,受可见光影响小,红外系统还具有尺寸小,质量轻等优点。
这种方案简单,价格便宜,灵敏度可调,抗干扰能力比较强,而且这个电路电池供电的压降较小。
采用发光二极管发光,用光敏二极管接收。
但光敏二极管受可见光的影响比较大,稳定性差。
不适宜用于寻迹。
考虑到可靠性,我们选择方案一。
硬件电路图:
TCRT5000是一个红外发射管和一个红外接收管。
当发射管的戏外信号经反射被接收管接收后,接收管的电阻会发生变化,在电路上一般以电压的形式体现出来。
TCRT5000电阻的变化取决于接收管所接收的戏外信号强度,学表现在反射面的颜色和距离二方面。
反射面的颜色我们用黑胶布线和地面做对比,接收的距离可以通过电位器调灵敏度。
7.红外线检测模块
黑线内就是范围区,小车检测到黑线就停止行走,避免小车走出黑圈。
原理,电路和红外线行走距离检测模块是相同的。
但是放在车头底下左右各一个,这样更能保证小车不会走出黑圈。
8.避障模块
避障就是当小车走到光源处,为了防止小车撞上光源,而设置的电路模块让小车差不多走到的时候自动停止。
用光敏二极管,做一个和检测光源的电路一样的电路来检测是否到过光源处。
但是光敏二极管对光的感应太灵敏了,不好调节电位器来确定所要设置的距离。
用光敏电阻,用LM358做一个比较器电路,由于光敏电阻对光的感应没有那么灵敏,比较好调节要设置的距离。
电路图如下:
光敏电阻又称光导管,常用的制作材料为硫化镉,另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。
这些制作材料在一定光强度照射下,其阻值迅速减小的特性。
我们再经过LM358电压比较器电路处理后得到高低电平输出,高低电平再加以软件加以控制,从而达到要求。
三.系统软件设计
1.程序流程图:
(1).主程序流程图:
(2).中断程序流程图:
2.软件程序:
/*-----------------------------------------------
名称:
声光寻迹小车
内容:
通过标准程序静态显示计时时间与行程;
通过光电二极管与红外二极管控制电机的PWM输出改变寻迹小车的方向
------------------------------------------------*/
#include<
reg52.h>
stdio.h>
intrins.h>
/******************************************************************/
/*定义端口*/
sbitP35=P3^5;
//行程计数输入
sbitSTOP=P3^0;
//光敏电阻
sbitRS=P2^4;
//1602控制字
sbitRW=P2^5;
sbitE=P2^6;
sbitP10=P1^0;
//光电1
sbitP11=P1^1;
//光电2
sbitPWM1=P1^2;
//电机1PWM输出
sbitIN2=P1^3;
sbitPWM2=P1^4;
//电机2PWM输出
sbitIN4=P1^5;
sbitENA=P1^6;
//电机使能
sbitENB=P1^7;
sbitRED1=P3^3;
//红外1
sbitRED2=P3^4;
//红外2
#defineDataP0//数据端口
/*全局变量*/
chardataTime[]="
"
;
chardatajourney[]="
"
unsignedcharcnt=0,tencnt=0,oldms=0,olds=0,count1=0,count2=0,PWM1_ON=0,PWM2_ON,CYCLE=50,road1=0;
unsignedints=0,min=0,count_new,count_old=1;
/*定时器0中断*/
voidtimer0()interrupt1
{
TH0=(65535-1000)/256;
TL0=(65535-1000)%256;
cnt++;
oldms=cnt;
if(RED1||RED2)//红外信号判断
{
PWM1_ON=0;
PWM2_ON=0;
ENA=0;
ENB=0;
TR0=0;
}
else//光电信号判断
if(P10&
&
P11)
{
PWM1_ON=50;
PWM2_ON=50;
}
if(P10&
!
P11)
PWM1_ON=20;
PWM2_ON=40;
if(!
P10&
PWM1_ON=40;
PWM2_ON=20;
if(!
}
if(count1==PWM1_ON)//电机1的PWM输出
PWM1=0;
count1++;
if(count1==CYCLE)
count1=1;
if(PWM1_ON!
=0)//如果左右时间是0保持原来状态
PWM1=1;
if(count2==PWM2_ON)//电机2的PWM输出
PWM2=0;
count2++;
if(count2==CYCLE)
count2=1;
if(PWM2_ON!
PWM2=1;
while(cnt==50)//50毫秒计时
{
tencnt++;
cnt=0;
if(P35!
=count_old)//脉冲计数
count_new++;
count_old=P35;
while(tencnt==20)//20个50毫秒到,秒加1
{
s++;
tencnt=0;
olds=s;
}
while(s==60)//60秒到,分加1
{
min++;
s=0;
}
/*毫秒级延时*/
voidDelayMs(unsignedchardenyms)
{unsignedcharj,newms;
for(j=0;
j<
denyms;
)
while(newms!
=oldms)
{
newms=oldms;
j++;
/*写入命令函数*/
voidWriteCommand(unsignedcharc)
DelayMs(3);
//操作前短暂延时,保证信号稳定
E=0;
RS=0;
RW=0;
_nop_();
E=1;
Data=c;
/*写入数据函数*/
voidWriteData(unsignedcharc)
//操作前短暂延时,保证信号稳定
RS=1;
/*写入字节函数*/
voidShowChar(unsignedcharpos,unsignedcharc)
unsignedcharp;
if(pos>
=0x10)
p=pos+0xb0;
//是第二行则命令代码高4位为0xc
else
p=pos+0x80;
//是第二行则命令代码高4位为0x8
WriteCommand(p);
//写命令
WriteData(c);
//写数据
/*写入字符串函数*/
voidShowString(unsignedcharline,char*ptr)
unsignedcharl,i;
l=line<
<
4;
for(i=0;
i<
16;
i++)
ShowChar(l++,*(ptr+i));
//循环显示16个字符
/*初始化函数*/
voidInitLcd()
DelayMs(5);
WriteCommand(0x38);
//displaymode
WriteCommand(0x06);
//显示光标移动位置
WriteCommand(0x0c);
//显示开及光标设置
WriteCommand(0x01);
//显示清屏
/*主函数*/
voidmain(void)
unsignedcharnews=1;
ENA=1;
//电机使能置1
ENB=1;
IN4=0;
//PWM一端置0
IN2=0;
STOP=0;
//光敏电阻置0
TMOD=0x01;
//定时器初始化
TH0=(65535-1000)/256;
TL0=(65535-1000)%256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
InitLcd();
//初始化LCD
DelayMs(5);
//延时保证信号稳定
while
(1)
while(news!
=olds)
sprintf(Time,"
time:
%d:
%d"
min,s);
//打印输出时间信息
ShowString(0,Time);
sprintf(journey,"
road:
%dcm"
2*count_new);
//打印输出行程信息
ShowString(1,journey);
news=olds;
if(STOP)//光敏二极管停止单片机运行
{
TR0=0;
PWM1=0;
PWM2=0;
}
elseTR0=1;
}
四.元件清单
元件名称
数量
L298
1个
小车(整体)
1辆
LM399
LM7805稳压芯片
2个
LM311
3个
光敏二极管
LM358
光敏电阻
TCRT5000
电阻
若干
电位器
电容
二极管
导线,排针
电池(9V)
两个
散热片
3片
注:
LM311,LM358,LM399都是集成运放放大器,都可以用作电压比较器。
以上我们都是用作电路比较器。
每个比较器有两个输入端(同相输入端),用“+”表示;
;
另一个称为反相输入端,用“-”表示。
用作比较两电压时,任意一个输入端加一个固定的电压做参考电压,另一端加一个待比较的信号电压。
当“+”端电压高于“-”端时,输出管截止,相当于输出端开路,输出就电平。
当“-”端电压高于“+”端时,输出管饱和,相当于输出端接低电位。
两个电压差别大于10mV就能确保输出可靠。
这样的比较器,在输出端到正电源一般接一个上拉电阻(1~15K)。
先不同的阻值会影响输出端高电位的值。
五.参考文献:
1.电子技术基础康华光高等教育出版社
2.数字电子技术基础阎石高等教育出版社
3.集成运算放大器(应用精粹)肖景和人民邮电出版社
4.C程序设计谭浩强清华大学出版社
5.C语言程序设计及应用
6.新型实用电子电路赵负图化学工业出版社
7.全国大学生电子设计竞赛——单片机应用技能精解蓝和慧电子工业出版社
8.《51单片机C语言常用模块与综合系统设计实例精讲于永电子工业出版社
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