智能循迹小车实验报告材料

简单电子系统设计报告

---------智能循迹小车

学号2

年级10

学院理学院

专业电子信息科学与技术

马洪岳

指导教师怀强

摘要

本实验完成采用红外反射式传感器的自寻迹小车的设计与实现。采用与白色地面色差很大的黑色路线引导小车按照既定路线前进，在意外偏离引导线的情况下自动回位。

本设计采用单片机STC89C51作为小车检测、控制、时间显示核心，以实验室给定的车架为车体，两直流机为主驱动，附加相应的电源电路下载电路，显示电路构成整体电路。自动寻迹的功能采用红外传感器，通过检测高低电平将信号送给单片机，由单片机通过控制驱动芯片L298N驱动电动小车的电机，实现小车的动作。

关键词：STC89C51单片机；L298N；红外传感器；寻迹

一、设计目的

通过设计进一步掌握５１单片机的应用，特别是在控制系统中的应用。进一步学习５１单片机在系统中的控制功能，能够合理设计单片机的外围电路，并使之与单片机构成整个系统。

二、设计要求

该智能车采用红外传感器对赛道进行道路检测，单片机根据采集到的信号的不同状态判断小车当前状态，通过电机驱动芯片L298N发出控制命令，控制电机的工作状态以实现对小车姿态的控制，绕跑到行驶一周。

三、软硬件设计

硬件电路的设计

1、最小系统：

小车采用atmel公司的AT89C52单片机作为控制芯片，图1是其最小系统电路。主要包括：时钟电路、电源电路、复位电路。其中各个部分的功能如下：

（1）、电源电路：给单片机提供5V电源。

（2）、复位电路：在电压达到正常值时给单片机一个复位信号。

图1 单片机最小系统原理图

2、电源电路设计：

模型车通过自身系统，采集赛道信息，获取自身速度信息，加以处理，由芯片给出指令控制其前进转向等动作，各部分都需要由电路支持，电源管理尤为重要。在本设计中，51单片机使用5V电源，电机及舵机使用5V电源。考虑到电源为电池组，额定电压为4.5V，实际充满电后电压则为4-4.5V，所以单片机及传感器模块采用最小系统模块稳压后的5V电源供电，舵机及电机直接由电池供电。

3、传感器电路：

光电寻线方案一般由多对红外收发管组成，通过检测接收到的反射光强，判断黑白线。原理图由红外对管和电压比较器两部分组成，红外对管输出的模拟电压通过电压比较器转换成数字电平输出到单片机。

图2 赛道检测原理图：

4、电机驱动电路：

电机驱动芯片L298N是SGS公司的产品，部包含4通道逻辑驱动

电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。其引脚排列如图1中U4所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号。L298可驱动2个电机，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。也利用单片机产生PWM信号接到ENA，ENB端子，对电机的转速进行调节。

L298N的逻辑功能：

表1 SHARP GP2D12实物图

L298N 电路原理图：

由于一片L298N 可以直接驱动两个电机，但是为了加大驱动力，我们采用两路并联的方式来驱动电机。

IN15IN27IN310IN412ENA 6ENB 11GND 1GND 15GND 8

VS S 4

VC C

9

OUT12OUT23OUT313OUT414U1

L298N A

-

+

MG1MOTOR RIGHT

A

-

+

MG2

MOTOR LEFT

D14007

D54007

D34007

D44007

D24007

D74007

D84007

D64007

123456

J1

单片机引脚

P3.1P3.3P3.5P3.7P4.2P4.4

IN15IN27IN310IN412ENA 6ENB 11GND 1GND 15GND 8

VS S 4

VC C

9

OUT12OUT23OUT313OUT414U2

L298N

+12V

+12V

+12V

+12V

+5V

+5V

小 车 电 机 驱 动

整体设计图

软件系统的实现

4.1 主程序流程图

小车循迹规则：

若小车偏左的时候，车轮将向右偏转；若小车偏右，车轮将向左偏转；若没有偏移，小车将继续向前；若小车完全偏离黑色轨迹，小车后退以寻找黑色轨迹。

小车程序：

#include

#define unchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit ss1=P2^0;//左边

sbit ss2=P2^1;//右边

void main()

{

P0=0x05;//直行

if(ss1==0)

P0=0x04;//左转

if(ss2==0)

P0=0x01;//右转

}

四、智能车调试

检测调试步骤：

整机连接完毕，首先对硬件进行检查联线有无错误，再逐步对各模块进行调试。电源部分，驱动部分，黑线寻迹部分，具体测试过程如下：

电源测试过程

4.5V电压输入，实际电压在4.3~7.7V之间，所以该部分符合要求。

驱动部分测试过程

将驱动部分与单片机正确连接之后，在单片机中写入电机控制小程序，控制其转动与停止，用万用表测试输出电压正常。

黑线寻迹部分测试

将电路板上有红外对管的那一面朝下，分别对着白纸和黑线，测每个红外对管的输出信号经电压比较器之后的电压，得出电压在4.3~4.6之间

由测量结果可知，每个红外对管检测到白纸和黑线的输出电压均可以为单片机提供信号，符合要求。

至此，这三部分硬件调试完毕。

4.整体综合调试

将所有模块连接（加入最小系统，显示部分），检查连接无误之后，写入总程序。开始整车测试，小车起初不转，是因为给L298N提供的电压过小，加大电压后，小车正常运转。

五、心得体会

电子设计是以学生自己动手，掌握一定操作技能并亲手设计、制作、组装与调试为特色的。它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神。

在实验过程中,由于连接的问题和电源的问题，起初并没有成功,通过这次设计，我感受到，做电子设计这一方面，耐心很重要，因为很少有人能够一次性成功，这是需要