0812501-35曹红泽.doc

单片机课程设计报告书课题名称基于单片机的自动循迹智能小车的设计姓名曹红泽学号081250135院系物理与电信工程系专业电子科学与技术指导教师肖卫初副教授2011年6月10日一、设计任务及要求:本课程设计以ATmega16为核心,用L298N驱动两个减速电机,当产生信号驱动小车前进时,是通过循迹模块里的红外对管是否寻到黑线产生的电平信号通过LM324再返回到单片机,单片机根据程序设计的要求做出相应的判断送给电机驱动模块,让小车来实现前进、左转、右转、停车等基本功能。本设计要求设计的模块主要有:单片机最小系统模块、传感器循迹模块、L298驱动直流电机模块、LCD12864液晶显示模块、稳压电源模块等。指导教师签名:2011年04月 22日二、指导教师评语:指导教师签名:2011年 6 月 16 日三、成绩验收盖章2011年6 月 16日基于单片机的自动循迹智能小车的设计曹红泽(湖南城市学院物理与电信工程系电子科学与技术专业,益阳,413000)1设计目的本课程设计的主要目的是设计一智能循迹小车,通过设计把所学的知识运用到实践中,通过本次设计更好的掌握单片机的控制原理以及传感器的知识,并培养独立查阅资料、设计、安装和调试的实践能力。真正的做到学以致用。2设计的主要内容和要求当前的电动小汽车基本上采取的是基于纯硬件电路的一种开环控制方法,或者是直线行使,或者是在遥控下作出前进、后退、转弯、停车等基本功能。但是它们不能实现在某些特殊的场合下,我们需要能够自动控制的小型设备先采集到一些有用的信息的功能。本设计正是在这种需要之下设计的一种智能的电动小车的自动控制系统。它是以单片机ATmega16为控制核心,附以外围电路,在画有黑线的白纸“路面”上行使,由于黑线和白线对光线的反射系数不同,可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”——黑线。判断信号可通过单片机控制驱动模块修正前进方向,以使其保持沿着黑线行进。轨迹探测模块用5只光电开关。通过检测5只光电开关的电平状态,来判断小车的运行状况,当小车有偏转时,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)再恢复正向行驶等智能控制系统。3整体设计方案经过反复论证,最终确定了如下整体设计方案:(1)车体用现成的玩具小车改装,前轮驱动,后轮为万向轮。(2)采用ATmega16单片机作为主控制器。(3)L298N作为直流电机的驱动芯片。(4)用TCRT5000型光电对管进行循迹。(5)用LCD12864液晶显示小车的运行时间。(6)用自制的直流稳压电源给单片机和驱动芯片L298等供电,稳压电源可以输出12V和5V。系统的总体设计方框图如下图所示:,整个电路系统分为TCRT5000循迹模块、STC89C51控制模块、L298驱动模块、LCD12864显示模块、电源模块等五个模块。工作原理为:首先利用光电对管对路面信号进行检测,经过比较器LM324处理之后,送给软件控制模块进行实时控制,当任意一个光电对管检测黑线后,小车进入寻线环节,光电对管继续对路面信号进行检测,同时根据检测的结果小车输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动,从而控制整个小车的运动。,该控制器具有性能稳定,价格便宜,I/O端口分布简单,便于接口电路的设计,易于控制和操作,执行程序速度和功耗可以满足一般系统的要求,是实现阶段比较常用的微处理器。方案二采用ATMEL公司的ATmage16单片机,该控制器属于增强型内置Flash的RISC精简指令集高速8位单片机,有多种频率的内部RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能,使得电路设计变得非常简单,并且内部资源丰富,一般都集成模/数转换器、SPI、PWM、USART、TWI通信口和丰富的中断源等。小车控制时需要控制小车的速度,ATmage16单片机的定时器可以直接输出PWM,方便速度的控制。综合考虑采用方案二。 控制电机选择的比较与论证方案一利用步进电机的准确定长步进性能方便的实现调速和方向的偏转,且能准确的测量速度、路程以及时间,简化编程和硬件连接的工作量。但是步进电机在与机械配合的小车改装上难度极大,非短时间所能完成。该方案实现较困难。方案二用小车上自带的双直流电机分别负责小车的驱动的功能,依据外围红外反射传感器所采集到的信息可以补足直流电机定位不准的缺点,同时红外反射传感器的使用还能实现比较准确的寻迹行驶,用较好的控制算法及特色硬件来提高小车的整体性能,可具有很高的性能/价格比。电机驱动可采用PWM调速方案可以很方便地在程序中实现对电机的调速,减少硬件电路。经比较验证,显然方案一的机械结构也短时间内难以满足题目的要求,而方案二本身是与小车相兼容的,性能也