巡线小车开发实验报告

开放性实验报告

——巡线小车设计

系别：测控技术与仪器

姓名：高东（06072112）

王启瑞（06072113）

蒋康（06072115）

张娇（06072137）

指导老师：赵勇

时间：2009.10.24—2009.12.7

目录

1 系统功能介绍 (1)

2 设计任务与要求 (1)

3 系统硬件设计 (1)

3.1系统总体设计框图 (1)

3.2寻线模块(ST188) (2)

3.3电机控制模块 (3)

3.4单片机最小模块 (4)

3.5数码管显示模块 (5)

4 系统软件实现 (6)

4.1 设计思路 (6)

4.2 软件程序流程图 (7)

4.3程序代码见附录Ⅰ (7)

5 调试结果 (7)

6 实验总结 (7)

附录Ι (9)

附录Ⅱ (13)

1 系统功能介绍

本设计以单片机作为控制核心，电路分为最小系统模块，黑线检测模块，电机驱动模块，数码管显示模块。黑线检测模块采用反射式关电传感器st188，并且接相应的三级管来规划传感器的输出，当输出高电平为正常情况。电机为伺服电机，给定脉宽为1.5ms的信号电机保持不动，给定脉宽为1.7ms的信号电机正向转到给定脉宽为1.3ms的信号电机逆向转到。数码管动态显示小车行进过程所用的时间。

2 设计任务与要求

◆了解关电传感器st188的设计原理和方法。

◆熟悉51系列单片机的原理及应用。

◆掌握伺服电机的驱动方法。

◆掌握动态数码管显示的方法。

◆设计小车的硬件电路及软件程序。

◆制作小车的硬件电路，并调试软件，最后实现小车的自动测量黑线。

3 系统硬件设计

3.1系统总体设计框图

该系统中51单片机作为主微控芯片，其外多个I/O口作为通用I/O口接受传感器的信号并输出相应的控制信号。

系统硬件总体设计框图如下图3.1-1所示。

51控制核心

检测模块电机驱动

模块

数码管显示模块

图3.1-1系统硬件总体设计框图 3.2寻线模块(ST188)

该系统中的寻线模块我们采用的是ST188传感器。ST188是一个无限红外模块，它有一个发射管（白色）和一个接收管（黑色），一般情况下接收管能收到发射管发送的红外光，但当遇到吸光介质（如黑色物体）时接收管便不能收到发射管的红外光。由于这种现象，加上合适的硬件电路（如图3.2-1）

，我们可以引出一条信号线，当一切正常时，信号线处于一种状态，但当遇到吸光介质时信号线便处于另一种状态，利用这种不同状态的差异我们便可以通过微控制器来实现小车的寻线行驶。ST188详细资料见附录Ⅱ

下图3.2-1是该系统中我们的ST188外接硬件电路图：

图3.2-1 寻线模块电路图

图中R1为发射管的限流电阻，若R1阻值过大，则发射管功率会大幅降低，所以其阻值在50-200欧之间。R4为发光二极管的保护电阻。Ｒ２，Ｒ３，R5为起分流的作用，其阻值可根据情况而定。其工作原理是通过Ｒ２，Ｒ３，R5来确定输出信号的门限值，当发射管Ｅ端Ｖ高于R5上的压降时，由于运放的饱和特性，输出低电压0V：当V低于R5上的电压时，输出电压为5V。图中的通过发光二极管指示是否有信号输出。

实际硬件中我们可以通过调节滑动变阻器的R5电阻值来选取理想的反射距离，从而提高ST188传感器的灵敏度。

本设计中我们利用ST188来控制小车寻线。由以上叙述可知，为使小车寻线稳定，最好选择差异较大的环境，例如在白地板上贴上黑线，可使ST188寻线模块工作更加灵敏稳定。

3.3电机控制模块

本次实验采用的伺服电机的工作模式如下所示：

通过I/O口给电机的信号输入如图3.3-1所示的信号电机保持静止，这个信号称为电机的零标定信号，这个指令由时间间隔为20ms脉宽为1.5ms的一系列脉冲组成。

图3.3-1舵机控制信号（静止状态）

通过I/O口给电机的信号输入如图3.3-2所示的信号电机将全速逆时针旋转，这个指令由时间间隔为20ms脉宽为1.3ms的一系列脉冲组成。

图3.3-2舵机控制信号（逆时针旋转状态）

通过I/O口给电机的信号输入如图3.3-3所示的信号电机将全速逆时针旋转，这个指令由时间间隔为20ms脉宽为1.7ms的一系列脉冲组成。

图3.3-3舵机控制信号（顺时针旋转状态）

3.4单片机最小模块

整个试验的控制器件是51单片机，它在实验中起了核心作用，采用内部时钟方式，给它的XTAL1和XTAL2引脚外接晶振，这样就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号，给晶振的每个角又接了一个30PF的电容，让晶振快速起振并可以达到12M稳定频率，给单片机的RST口按键开关使之构成复位电路。具体电路如图3.4-1所示

图3.4-1单片机最小模块

3.5数码管显示模块

由于时钟电路显示的内容是变化的，因此本实例采用动态显示

实验时数码管采用的是共阳极的数码管，4个数码管的段选相应并联在一起，由一个8位的I/O控制，动态显示时，各位数码管轮流通，要使其稳定显示必须采用扫描的方式，即在某一时刻只选通以位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出此想相应的段码，依次规律循环，即可使各位数码管显示将要显示的字符，虽然这些字符是不不同的时刻分别显示的，但由于人眼存在暂留效应，只要每位显示时间足够短就可以给人不同的显示感觉。

采用动态显示方式时，采用三极管的放大作用，以增加led的亮度。具体电路图如3.5-1所示。其中数码管的ds1端的各位1、2、3、4、5、6、7接I/O的P0口，段选端接I/O的P2口。