单片机课程设计-自动循迹小车

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1、单片机原理及应用课程设计自动寻迹小车的设计学院名称：机电工程学院专业名称：电气工程及其自动化学生姓名：学生学号：指导教师：摘要本设计是一种基于单片机控制的简易自动寻迹小车系统，包括小车系统构成软硬件设计方法。小车以AT89C52为控制核心, 用单片机产生PWM波，控制小车速度。利用红外光电传感器对路面黑色轨迹进行检测,并将路面检测信号反馈给单片机。单片机对采集到的信号予以分析判断,及时控制驱动电机以调整小车转向,从而使小车能够沿着黑色轨迹自动行驶,实现小车自动寻迹的目的。关键词：单片机AT89C51  光电传感器  直流电机  自动循迹小车1任务要求（1）总体流程：设

2、计一个基于直流电机的自动寻迹小车，车能够自动检测地面黑色轨迹，并沿着黑色车轨迹行驶。系统方案方框图如图1所示。控制小车软件控制驱动电机检测（黑线）图1系统方案方框图（2）控制系统总体设计：自动循迹小车控制系统由主控制电路模块、稳压电源模块、红外检测模块、电机及驱动模块等部分组成,控制系统的结构框图如图2 所示。主控芯片AT89C52减速电机L298稳压电源模块电压比较器光电传感器图2控制系统的结构框图2系统工作原理这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，由于黑线和白色地板对光线的反射系数不同，可以根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”。通常采取的方法是红外探测法。 

3、 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。单片机就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。2.1主控制电路模块：用AT89C52单片机、复位电路，时钟电路 整个系统主要由主控中心（单片机）、复位电路、时钟电路、按键控制电路、数码管显示电路及LED模仿交通信号灯电路等功能模块组成。遇到特殊情况时可以通过按键电路控制实时交通实际情况，系统框图如图3所示。

4、电源电路复位电路AT89C52单片机A道LED显示电路驱动电路按键电路B道LED显示电路驱动电路晶振电路四位七段数码管显示A,B通道时间图3主控制电路模块图2.2红外检测模块：光电传感器ST188,比较器LM324红外线光电传感器【1】（简称光电传感器，又称光电开关）是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。2.3电机及驱动模块:电机驱动芯片L298N、两个直流电机  L298

5、N是SGS公司的产品，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【2】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。2.4电源模块：双路开关电源模块电源是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器，其特点是可为专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器 (DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列 (FPGA) 及其他数字或模拟负载提供供电。一般来说，这类模块称为负载点 (POL) 电源供应系统或使用点电源供应系统 (PUPS)。由于模块式结构的优点甚多，因此模块电源广泛用于交换设备、接入设备、移

6、动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通信领域和汽车电子、航空航天等。 3系统硬件设计3.1寻迹传感器模块ST系列反射式光电传感器是经常使用的传感器。这个系列的传感器种类齐全、价格便宜、体积小、使用方便、质量可靠、用途广泛。 我们采用ST188作为红外检测传感器。  在黑线检测的测试中，若检测到白色区域，发射管发射的红外线没有反射到接收管，测量接收管的电压为4.8V，若检测到黑色区域，接收管接受到发射管发射的红外线，电阻发生变化，所分得的电压也就随之发生变化，测的接收管的电压为0.5V，测试基本满足要求。 判断有无黑线我们用的一块比较器LM324，比较基准电压由30K的

7、变阻器调节，各个接收管的参数都不一致，每个传感器的比较基准电压也不尽相同，我们为每个传感器配备了一个变阻器。3.2传感器电路通过ST188检测黑线，输出接收到的信号给LM324 ，接收电压与比较电压比较后，输出信号变为高低电平，再输入到单片机中，用以判定是否检测到黑线。如4所示。图4传感器模块电路图3.3传感器安装在小车具体的循迹行走过程中，为了能精确测定黑线位置并确定小车行走的方向，需要同时在底盘装设4个红外探测头，进行两级方向纠正控制，提高其循迹的可靠性。这4个红外探头的具体位置如图5所示。图中循迹传感器全部在一条直线上。其中X1与Y1为第一级方