智能循迹小车设计与制作.doc

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1、智能循迹小车设计与制作1、智能循迹小车的任务分析任务分析工作卡编号1所属项目智能循迹小车计划工时1天共1 页学员班级电子0903所用器材设备序号名称型号（规格）数量序号名称型号（规格）数量1联想笔记本G45012方正电脑1【功能要求】1、功能指标要求能够根据轨迹图所提供的路线进行主动的循迹小车能够在赛道上完成一圈的循迹，及包括前进，左拐，右拐，刹车停止。发挥要求按键启动转向提示蜂鸣提示 2、任务分析小车供电后,发光二极管发出光线，光线照在路面上反射回来被光电二极管接收，半导体二极管在电场作用下产生电势，将光信号转换成电信号。该智能小车在画有黑线的白纸 “路面”上行驶，由于黑

2、线和白纸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。当小车检测到黑线时，光线部分被黑线吸收，反射回的光线极少被光电二极管接收，转换成比较弱的电信号；当小车未检测到黑线时，光线大部分被反射，反射回的光线被光电二极管接收，转换成比较强的电信号。最终，这些电信号经过比较器处理后传入单片机，再由单片机进一步做信号处理。2、智能循迹小车工作计划航空职业技术学院智能循迹小车系统设计工作计划工作卡编号2所属项目智能循迹小车计划工时1天共 1 页学员琚俊杰班级电子0903所用器材设备序号名称型号（规格）数量序号名称型号（规格）数量1联想笔记本G45012方正电脑1智能循迹小车系

3、统设计工作计划第组工作任务完成安排表项目名称时量任务分解时间安排负责人智能循迹小车10天循迹小车任务分析与功能设计 2天名循迹小车硬件系统设计，制作与调试 4天琚俊杰循迹小车软件设计整机调试 4天慕宁实施任务的步骤和措施时间任务组员地点6.20循迹小车总任务与要求下发，小组进行讨论与分析。琚俊杰，名，慕宁六机房6.21制定方案，硬件电路的了解琚俊杰，名，慕宁六机房6.22硬件电路各部分设计琚俊杰，名，慕宁六机房6.23原理图的设计与验收琚俊杰，名，慕宁六机房6.24PCB板的制作琚俊杰车间制板6.27硬件电路板的制作琚俊杰实训车间6.28小车电路板元件的安装、调试电压琚俊杰，名，慕宁

4、数电教室6.29小车程序编写慕宁六机房6.30小车整机调试琚俊杰，名，慕宁六机房7.1答辩慕宁数电教室3、智能循迹小车方案论证航空职业技术学院智能循迹小车系统设计方案论证工作卡编号3所属项目智能循迹小车计划工时1天共 3 页学员琚俊杰班级电子0903所用器材设备序号名称型号（规格）数量序号名称型号（规格）数量1联想笔记本G45012方正电脑1智能循迹小车系统设计方案及论证【原理框图】循迹模块电源模块键盘模块AT89S52蜂鸣器转向灯L239驱动芯片电动机控制【原理说明】采用AT89S52单片机，AT89S52 单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程存储器

5、。AT89S52有5个中断源，和3个定时计数器。通过这些来实现小车的行走，蜂鸣，亮灯，以及转向。但可能会需要外扩大量的I/O口才能满足需要。用一个探头来扫描黑线使其前进，反馈的信息来控制电机的转向，及其左右转以及刹车停止。利用一个脉冲来记录时间。分别作出几个小的模块如：电机驱动模块，转向灯模块，蜂鸣器模块，电源模块，循迹检测模块，显示模块等等。【方案论证】1主控制器模块方案一：选用AVR单片机Atmega128L，Atmega128L是高性能、低功耗的 AVR 8 位微处理器，64引脚。采用先进的 RISC 结构，具有133 条指令，大多数可以在一个时钟周期完成。它具有两个独立的预分频器和比较

6、器功能的8 位定时器/计数器和两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器/计数器及具有独立预分频器的实时时钟计数器。片带有模拟比较器。具有上电复位以及可编程的掉电检测功能。其片资源丰富，具有： 8个外部中断， 4个定时计数器，53个I/O口，可解除I/O口资源不足的困难。其引脚大多数都有具有第二功能，功能强大。.方案二：采用AT89S52单片机，AT89S52 单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编

7、程器。AT89S52有5个中断源，和3个定时计数器。方案三：采用FPGA（现场可编辑门列阵）作为系统控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，集成度高，体积小，稳定性好，并且可利用EDA软件进行仿真和调试。FPGA采用并行工作方式，提高了系统的处理速度，常用于大规模实时性要求较高的系统。方案比较：由三种方案可以看出，以Atmega 128L核心可以方便地实现对各个部分的控制和外接，而AT89S52而需要外扩大量的I/O口才能满足需要，而FPGA的高速处理能力得不到充分发挥且价格较贵，所以我们选择方案一。2. 电机驱动模块采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电

8、路结构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的 H型桥式电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高，H型桥式电路保证了简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的 PWM调速技术。现市面上有很多此种芯片，我选用了L293D。这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。因此决定采用使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。 3循迹模块方案一采用光敏元件。该方案缺点：易受到外界

9、光源的干扰，有时甚至检测不到黑线，主要是因为可见光的反射效果跟地表的平坦程度、地表材料的反射情况均对检测效果产生直接影响。克服此缺点的方法：采用超高亮度的发光二极管能降低一定的干扰，但这又会增加检测系统的功耗。方案二脉冲调制的反射式红外发射接收器。由于采用带有交流分量的调制信号，则可大幅度减少外界的干扰；此外红外发射接收管的工作电流取决于平均电流，如果采用占空比小的调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬时电流很大（50100mA）（ST-188允许的最大输入电流为50mA），则大大提高了信噪比。此种测试方案反应速度大约在 5us。方案三采用多路阵列式光敏电阻组成的光电探测器。方案四采用CC

10、D传感器，此种方法虽然能对路面信息进行准确完备的反应，但它存在信息处理满，实时性差等缺点，而且此次比赛不允许用其它处理器，因此若采用CCD传感器，无疑会加重单片机的处理负担，不利于实现更好的控制策略（控制策略才是此次比赛的核心）。根据以上分析我们采用方案1，因为红外对管太过于灵敏了，不适合。4. 电源模块方案一采用4节1.5V干电池供电，电压达到6V，经7805稳压后给单片机、电机和其他芯片供电。方案二采用市场上流行的6V蓄电池经过7805，稳压后给单片机系统、直流电机和其他芯片供电。因为干电池比较简便，所以我们选择了方案一。5. 蜂鸣模块方案一采用普通发光二极管和蜂鸣器分别发出声光报

11、警，该方案虽能达到题目要求，但是蜂鸣器发出声音刺耳，而且受到其他指示灯的影响，发光二极管报警也不够突出。方案二采用超高亮发光二极管和语音芯片ISD1730组成声光报警，该方案避免了方案一所有缺点。语音芯片声音清晰，超高发亮的发光二极管作用非常明显。4、智能循迹小车硬件电路设计航空职业技术学院智能循迹小车硬件电路设计工作卡编号4所属项目智能循迹小车计划工时1天共 3 页学员琚俊杰班级电子0903所用器材设备序号名称型号（规格）数量序号名称型号（规格）数量1华硕笔记本P4AJ12方正电脑1智能循迹小车硬件电路设计【主控制模块设计】【循迹电路的设计】【电机驱动电路设计】【按键和转向指示电路设计

12、】【发声电路设计】5、智能循迹小车的Protel原理图绘制航空职业技术学院智能循迹小车原理图绘制工作卡编号5所属项目智能循迹小车计划工时1天共 2 页学员琚俊杰班级电子0903所用器材设备序号名称型号（规格）数量序号名称型号（规格）数量1联想笔记本G45012方正电脑1原理图元件自制图形结果自制元件名称排阻规格型号Res 8自制元件封装名称RS_8（请附元件图）原理图元件自制图形结果自制元件名称L293D规格型号L293D自制元件封装名称DIP-16（请附元件图）智能循迹小车原理图的绘制结果（请附电路原理图）【ERC文件】工作容操作步骤1、在元件库找到相应的元器件2、并将没有找到的元件自

13、己绘制出来3、将各元件布好局，再按要求将元件一一连接起来4、按照各个模块的分布进行命名注意事项1、每一个元件都要添加封装。2、再给各段线接口命名时一定要对应好。6、智能循迹小车PCB图绘制航空职业技术学院智能循迹小车PCB图绘制工作卡编号6所属项目智能循迹小车计划工时1天共 3 页学员琚俊杰班级电子0903所用器材设备序号名称型号（规格）数量序号名称型号（规格）数量1联想笔记本G4501PCB封装元件自制图形结果自制元件名称二极管规格型号自制元件封装名称（请附PCB封装元件图）PCB封装元件自制图形结果自制元件名称开关规格型号自制元件封装名称（请附PCB封装元件图）智能循迹小车PCB图绘

14、制结果智能循迹小车阻焊图绘制结果智能循迹小车丝印图绘制结果工作容操作步骤 1、在元件库找到相应的元器件 2、并将没有找到的元件自己绘制出来 3、将各元件布好局，再按要求将元件一一连接起来 4、按照各个模块的分布进行命名注意事项1、注意一一对应。7、智能循迹小车印制电路板的制作航空职业技术学院智能循迹小车印制电路板的制作工作卡编号7所属项目智能循迹小车计划工时2课时共 3页学员琚俊杰班级电子0903所用器材和工具设备序号名称型号（规格）数量序号名称型号（规格）数量1打孔机15烘烤机12刷光机113曝光机14电脑方正1工作容热转印照片成品PCB板照片照片（顶层）成品PCB板照片（底层）操作

15、步骤 1、裁板 2、打孔 3、刷光 4、线路转移（热转移） 5、腐蚀 6、印字符注意事项 1、打孔时要小心钻头被弄断 2、热转移和印字符时小心烫手 3、腐蚀电路板时要小心浓氨水8、智能循迹小车的安装检测航空职业技术学院智能循迹小车的安装检测工作卡编号8所属项目智能循迹小车计划工时2课时共 3 页学员琚俊杰班级电子0903所用器材设备序号名称型号（规格）数量序号名称型号（规格）数量1电烙铁12万用表MF7471器件清单序号器件名称型号封装要求数量1欧式晶振12M插件12三极管8550插件13自锁开关6脚插件14单排插座8脚插件15单排插座4脚插件16单排插座2脚插件 17排阻 10K插件1

16、8电解电容10UF/25V插件19电解电容100UF/25V插件210瓷片电容15P插件211瓷片电容104插件312发光二极管5红色插件113发光二极管5白色插件414按键4脚插件315双排插座10脚插件116蜂鸣器DC51插件117IC紧锁插座40脚插件118IC插座16脚插件119单片机AT89S52插件120电机驱动芯片L293D121二极管1N4007插件122电阻2K插件123电阻4.7K插件124电阻5.1K插件125电阻10K插件226电阻330插件527三端稳压块78057805插件128散热片+螺丝插件1智能小车安装结果（正面）智能小车安装结果（反面）智能小车整车效果图操作

17、步骤 1、电路板检测 2、元器件领取 3、元器件检测 4、安装、焊接 5、电路的测试注意事项在焊接时要注意焊接时间，因为板子比较薄，与热电落铁接触时间焊盘容易脱落。安装元件时应注意模块安装。9、智能循迹小车总体软件设计航空职业技术学院智能循迹小车总体软件设计工作卡编号9所属项目智能循迹小车计划工时4课时共 1页学员琚俊杰班级电子0903所用器材设备序号名称型号（规格）数量序号名称型号（规格）数量1联想笔记本G4501总体软件设计思路小车通过检测电路来判断小车在跑道上的状态，再将此时小车的状态对应数据送至CPU处理，数据处理后，来确定小车电机的工作状态。在小车转向的同时，CPU控制声光模

18、块的提示。按键模块控制着整个程序的启动与停止。总体软件设计流程图开始按键（子程序）检测（子程序）key!=1是否左转是否前进电机驱动前进是否停止是否右转左转右转停止保持 10、智能循迹小车按键子程序设计航空职业技术学院智能循迹小车按键子程序设计工作卡编号10所属项目智能循迹小车计划工时1课时共 2页学员琚俊杰班级电子0903所用器材设备序号名称型号（规格）数量序号名称型号（规格）数量1联想笔记本G4501按键子程序流程图返回 Key=2 返回键值开始 K1!=0 K1!=0 延时 K2！=0 延时 Key=1 K2!=0按键子程序代码函数名称key功能确定键值入口参数无出口

19、参数Key_datchar key()/按键子程序/char key_dat;if(k1=0)delay(10);if(k1=0) key_dat=1;if(k2=0)delay(10);if(k2=0)key_dat=2;return key_dat;11、智能循迹小车信号检测子程序设计航空职业技术学院智能循迹小车信号检测子程序设计工作卡编号11所属项目智能循迹小车计划工时1课时共 1页学员琚俊杰班级电子0903所用器材设备序号名称型号（规格）数量序号名称型号（规格）数量1联想笔记本G4501信号检测子程序流程图开始读数据处理数据返回信号检测子程序代码函数名称jc功能检测小车当

20、时状态入口参数无出口参数jc_datchar jc()/检测子程序/char jc_dat;jc_dat=P0;jc_dat=jc_dat|0xc0;return jc_dat;12、智能循迹小车电机驱动子程序设计航空职业技术学院智能循迹小车电机驱动子程序设计工作卡编号12所属项目智能循迹小车计划工时1课时共2 页学员琚俊杰班级电子0903所用器材设备序号名称型号（规格）数量序号名称型号（规格）数量1联想笔记本G4501电机驱动子程序流程图开始按键检测探测黑线判断处理检测左转右转前进结束电机驱动子程序代码函数名称dj功能驱动小车运动入口参数无出口参数void move(uchar jc)

22、学员琚俊杰班级电子0903所用器材设备序号名称型号（规格）数量序号名称型号（规格）数量1联想笔记本G4501主程序流程图开始按键检测驱动主程序代码函数名称main功能控制小车入口参数无出口参数无main() char keydat,jcdat; while(1) keydat=key(); jcdat=jc(); if(keydat=2) P2=0xf0; else if(keydat=1) move(jcdat); 14、程序调试航空职业技术学院智能循迹小车程序调试工作卡编号14所属项目智能循迹小车计划工时2课时共 1页学员琚俊杰班级电子0903所用器材设备序号名称型号（规格）数量序

23、号名称型号（规格）数量1联想笔记本G4501调试方法步骤1、在keil软件上编写好程序无错误后，生成.hex文件，并将它下载到单片机 2、将按装好的小车放到跑道上运行 3、观察小车在跑道上的运行情况 4、根据小车的错误信息再次修改程序、检查电路主要问题及解决方法记录1、小车前进时左右两边轮子的转动方向不一致。通过修改程序中P2的参数解决了问题。 2 、扫描电路的灵敏度过高或过低都影响小车的正常运行。通过调节扫描电路的电位器来达到要求。 3、小车在到达终点时不能正常停止。通过修改程序中的STOP所代表的数据，可以是小车在到达终点是停止。 4、小车的声光提示没有，还有就是有之后出现左右相反的情况。这两种情况都是程序的问题，没有声光是IO口给的数据时高电平，改为低时正常。相反这是改变对应数据，把它们反过来就好了。

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