智能寻迹小车实验报告
DIY达人赛
基于STC89C52
单片机智能寻迹小车
实
验
报
告
参赛队伍:
队员：
2014年4月
一、引言
我们所处的这个时代是信息革命的时代，各种新技术、新思想层出不穷，纵观世界范围内智能汽车技术的发展，每一次新的进步无不是受新技术新思想的推动。随着汽车工业的迅速发展，传统的汽车的发展逐渐趋于饱和。伴随着电子技术和嵌入式技术的迅猛发展，这使得汽车日渐走向智能化。智能汽车由原先的驾驶更加简单更加安全更加舒适，逐渐的向智能驾驶系统方向发展。智能驾驶系统相当于智能机器人，能代替人驾驶汽车。它主要是通过安装在前后保险杠及两侧的红外线摄像机，对汽车前后左右一定区域进行不停地扫描和监视。计算机、电子地图和光化学传感器等对红外线摄像机传来的信号进行分析计算，并根据道路交通信息管理系统传来的交通信息，代替人的大脑发出指令，指挥执行系统操作汽车。
1、来源
汽车的智能化是21 世纪汽车产业的核心竞争力之一。汽车的智能化是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技。
2、智能汽车国外发展情况
从20 世纪70 年代开始，美国、英国、德国等发达国家开始进行无人驾驶汽车的研究，目前在可行性和实用化方面都取得了突破性的进展。目前日本、欧美已有企业取得实用化成果。与国外相比，国内在智能车辆方面的研究起步较晚，规模较小，开展这方面研究工作的单位主要是一些大学和研究所，如国防科技大学、清华大学、吉林大学、北京理工大学、长安大学、沈阳自动化所等。我国从20 世纪80 年代开始进行无人驾驶汽车的研究，国防科技大学在1992 年成功研制出我国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车。先后研制出四代无人驾驶汽车。第四代全自主无人驾驶汽车于2000 年 6 月在长沙市绕城高速公路上进行了全自主无人驾驶试验，试验最高时速达到75.6Km/h。
3、我们的小车
我们做的是基于STC８９C52单片机开发，主要是研究3 轮小车的路径识别及其遥控运动。
二、智能寻际小车基本原理
1、红外寻迹原理
探测路面黑线的基本原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸对光的反射系数不同，可以根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理，可以控制小车行走的路迹。这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，通常采取的方法是红外探测法。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。处理器就根据是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过3cm。
2、驱动原理：利用L298N构成电机驱动电路。
2．1 L298N 的恒压恒流桥式2A 驱动芯片
Ｌ２９８Ｎ引脚介绍：
＃１和１５和８引脚直接接地；
＃４管脚VS接２.５到４６的电压，它是用来驱动电机的。
＃９引脚是用来接４.５到７V的电压的，它是用来驱动Ｌ２９８芯片的，L298需要从外部接两个电压，一个给电机，一个给芯片。
＃６和１１引脚是使能端，一个使能端控制一个电机，至于控制哪个取决自己。可以理解为总开关，只有都是高电平的时候两个电机才能工作。
＃５，７，１０，１２是２９８的信号输入端，和单片机的IO口连接。２，３，１３，１４是输出端。
＃输入５和７控制输出２和３，输入的１０，１２控制输出的１３，１４.
１；L298N是SGS公司产品，内部包含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，即内含二个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。
２；OUT1，OUT2,和OUT3，OUT4直接分别接2个电动机。TN1，TN2，TN3，TN4引脚从单片机接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。
３；对于电机的调速，我们采用PWM调速的方法。其原理就是开关管在一个周期内的导通时间为ｔ，周期为Ｔ。VCC是电源电压。电机的转速与电机两端的电压成正比，而电机两端的电压与控制波形的占空比成正比，因此电机的速度与占空比成比例。在硬件电路的连接上，我们将单片机的Ｐ２．０～Ｐ２.３口分别连接到２９８的IN１～IN４上，通过改变P2.0~Ｐ２．３上的高低电平变化以控制小车的前进方向，通过改变Ｐ２．０～Ｐ２．３口上的高低电压的占空比以控制电机的转速。
４；PWM配合桥式驱动电路Ｌ２９８Ｎ，实现直流电机调速，非常简单，且调速范围大。另外我们特别在直流电机的电驱两端并联一个磁片电容１０４，以稳定电机的电压不致对单片机造成干扰，实际效果不错，省掉了通过光耦隔离TPL５２１实现单片机输出信号与电机驱动信号隔离
2．2驱动板电路原理：
该驱动板需要７.２电源供电，但Ｌ２９８的逻辑参考电平为典型的TTL电平。用了一个Ｌ１１１７稳压芯片是为了提供稳定的５V输出电压和逻辑参考电压。Ｄ９，Ｄ１０，Ｄ１１和Ｄ１２是发光二极管，指示运动方向，与它们连接的电阻是限流电阻。Ｒ５，Ｒ８是下拉电阻，让ENB和ENB要么是高电平，要么是低电平，避免电平混乱，提高对输入信号的抗干扰能力。输出端都接有０.１ｕｆ电容，加上二极管平衡电路。都是为了保护L298N，电机是感性负载，当给电机突然通电和断电，因为电流的瞬变，电机两端会产生瞬时高电压和大电流。
如果没有保护措施，Ｌ２９８会被损害。
3 智能小车舵机控制原理
利用舵机灵活控制超声波探头1800°旋转，可以实现小车的全方位避障。
什么是舵机
在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。
舵机工作原理
控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为 1.5ms 的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。
舵机的控制
舵机的控制一般需要一个20ms 左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms~2.5ms 范围内的角度控制脉冲部分。以180 度角度伺服为例，那么对应
的控制关系是这样的：
0.5ms--------------0 度；
1.0ms------------45 度；
1.5ms------------90 度；
2.0ms-----------135 度；
2.5ms-----------180 度；
4. 智能小车避障基本原理
小车避障是利用超声波测距，并根据测出离障碍物不同距离而做出不同反应。超声波测距模块简介
检测距离：5CM-5M 分辨率：5MM 数字电平信号，可直接接单片机，无需任何辅助电路，也无需单片机产生任何信号辅助，距离和模块输出信号脉冲长度
成正比。尺寸：43.5*20.5 毫米高度：13.8 毫米 2.5.2 ．
超声波测距原理
你只需要提供一个短期的10uS 脉冲触发信号。该模块内部将发出8 个
40kHz 周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回响信号是一个脉冲的宽度成正比的距离对象。可通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距式:uS/58= 厘米或者uS/148=英寸。建议测量周期为
60ms 以上，以防止发射信号对回响信号的影响．
5. 智能小车液晶显示原理
加入液晶显示一方面是为了弥补数码管显示的局限性，其次是为了显示小车的运动状态，离前方障碍物距离，循迹状态，是否遇到黑线，后退，前进还是转向，作为一个控制平台，实现小车的灵活控制。
液晶显示原理
液晶显示其实就是对屏幕的每个点的扫描，带字库的液晶内部自带控制芯片，直接对它操作就可以显示出汉子字符，需要读写命令和数据，才能达到对液晶控制器的操作。
6. 避障模块电路设计
小车避障模块由超声波和舵机两部分组成，超声波测量距离障碍物的距离，舵机来控制超声波探头的１８０°旋转，从而达到全方位的避障控制。
7．电源
我们用的是六节干电池，用LM2940s降压。原理图如下
8.红外通信原理
通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用电路芯
片来进行控制操作。
遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32 位二进制码，周期约为108ms。当一个键按下超过36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组108ms 的编码脉冲,这108ms 发射代码由一个起始码（9ms）,一个结果码（4.5ms）,低8 位地址码（9ms~18ms）,高8 位地址码（9ms~18ms）,8 位数据码（9ms~18ms）和这8 位数据的反码（9ms~18ms）组成。
VS1838B
三、材料准备
1．小车底盘，电机。我们从淘宝网上买的车模，他们直接组装好的。
2．四路红外探测系统。
3．超声波探测模块。
4．舵机、液晶
5．STC89C52，L298N，LM2940S,VS1838B，IN5819。瓷片电容104
接收器及解码
一体化红外线接收器是一种集红外线接收和放大于一体，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。
四、实验过程
i.我们先做了单片机STC89C52最小系统。以及稳压电路。
ii.我们用L298N以及IN5819，104电容照前边原理图搭建了驱动电路。
iii.第三阶段做红外探测，用的是LM339，红外发射、接收二极管，好多次都失败了，最后我们就买了四路红外探测系统。调试时发现还不太好用，就换掉了滑动变阻器。
iv.第四阶段我们对小车进行组装，加上了液晶显示器，超声波模块，舵机（带动超声波探头），红外一体化接收头。
v.最后阶段对小车进行总体调试。
五、程序
1．一些定义
#include
#include
#include "hongwai.h"
#define uchar unsigned char //宏定义
#define uint unsigned int
sbit out1 = P2^2;//电机驱动输出控制管脚配置sbit out2 = P2^3;
sbit out3 = P2^0;
sbit out4 = P2^1;
sbit ena=P3^7;
sbit enb=P3^6;
sbit SPK=P3^5;
sbit in1 = P0^1;//循迹模块的信号输入管脚配置sbit in2 = P0^2;
sbit in3 = P0^3;
sbit in4 = P0^4;
sbit RS = P2^4; //定义端口
sbit RW = P2^5;
sbit EN = P2^6;
sbit pwm=P0^0;
sbit ECHO=P3^3;
sbit TRIG= P3^4;
extern unsigned char Y0;//外部链接变量
#define RS_CLR RS=0
#define RS_SET RS=1
#define RW_CLR RW=0
#define RW_SET RW=1
#define EN_CLR EN=0
#define EN_SET EN=1
#define DataPort P1
long S=0;
2．驱动程序
void qianjin()//使小车向前行驶
{ena=enb=1;
out2=out4=1;
}
void zuozhuan()//控制小车做轻微左转动作{
ena=enb=1;
out1=0;
out2=out3=out4=1;
}
void youzhuan()//控制小车做轻微右转? { e na=enb=1;
out1=out2=out4=1;
out3=0;}
void zuozhuan1()//控制小车做左转动作{
ena=enb=1;
out1=out4=0;
out2=out3=1;
void youzhuan1()//控制小车做右转动作
{
ena=enb=1;
out1=out4=1;
out2=out3=0;
}
void houtui()//控制小车可以使小车倒退行驶
{
ena=enb=1;
out1=out3=1;
out2=out4=0;
}
void tingzhi () //使小车停止当前所有动?
{
ena=enb=1;
out1=out2=out3=out4=1;
}
void TIM2Inital(void) //用定时器2
{
RCAP2H = (65536-100)/256;//晶振12M 60ms 16bit 自动重载
RCAP2L = (65536-100)%256;
ET2=1; //打开定时器中断
EA=1; //打开总中断
}
void TIM2(void) interrupt 5 using 1//定时器2中断输出不同PWM信号{TF2=0;
count++; //对小车调速
if(count out1=out3=1; else out1=out3=0; count=count%50; } 3．液晶显示函数 bit LCD_Check_Busy(void) //判忙 { DataPort= 0xFF; RS_CLR; RW_SET; EN_CLR; _nop_(); EN_SET; return (bit)(DataPort & 0x80); } void LCD_Write_Com(uchar com) //命令 { while(LCD_Check_Busy()); //忙则等待 RS_CLR; RW_CLR; EN_SET; DataPort= com; _nop_(); EN_CLR; } void LCD_Write_Data(uchar Data) //写数据 { while(LCD_Check_Busy()); //忙则等待 RS_SET; RW_CLR; EN_SET; DataPort= Data; _nop_(); EN_CLR; } void LCD_Clear(void) //清屏 { LCD_Write_Com(0x01); delay(5); } void LCD_Write_String(uchar x,uchar y,uchar *s)/******写字符串*****/ { if (y == 0) { LCD_Write_Com(0x80 + x); //表示第一行 } else { LCD_Write_Com(0xC0 + x); //表示第二行 } while (*s) { LCD_Write_Data( *s); s ++; } } void LCD_Write_Char(uchar x,uchar y,uchar Data) /******写单个字符**/ {