智能寻迹小车设计报告材料.doc

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1、word目录1. 项目设计目的12. 项目设计正文32.1项目分析与方案制定32.2设计步骤与流程图4寻迹设计步骤42.2.2流程图42.3主要模块介绍4LM39342.3.1.1 LM393的主要特点42.3.1.2 LM393引脚图与部框图52.3.1.3 LM393 功能简介5 89C205152.3.2.1 89C2051简介52.3.2.2 89C2051 主要性能参数52.3.2.3 89C2051 功能特性概述6电路设计与PCB绘制6电源电路6红外收发电路6电机驱动电路7单片机最小系统72.4.5. 整体电路82.4.6. PCB板的绘制82.5. 成品展示93项目设计总结94参

2、考文献10智能寻迹小车CDIO三级项目一、项目设计目的在科技飞速开展的今天，智能化的概念已经渗入到各行各业，自动控制系统也出现在生活的方方面面，早到工厂的机械化生产，近到目前的自动驾驶。越来越多的领域涉与到电控制技术。特别是使用单片机一类的MCU的控制，在生活中越来越常见。因此，基于单片机控制的电路的学习和时间对于我们来说就显得尤为重要。同时，对于单片机作为软件主控单元，结合模电数电的硬件电路支持的综合项目开发，也是作为大学生需要了解并且熟练运用的根底。掌握了这些知识，对于我们以后的职业开展也有着莫大的帮助。二、 项目设计正文2.1、项目分析与方案制定首先对于“智能寻迹小车这个标题而言，我们可

3、以分为两个局部：小车和智能寻迹。“小车决定了硬件电路的大致构成：电源、电容、电阻、开关、电机、LED。而“智能如此决定了一些高级电路的选用：MCU、传感器、电机驱动、电位器与一些IC。其次，假设去掉“智能两字，仅关注如何做成一个能够行驶的小车，那么电路的搭建将会变得尤为简单。假设做一个“上电即跑V干电池即可，两个电机3V/100mA和两个限流电阻按图一方式连接即可。当然，这样的小车只能实现向一个方向前进，无法实现跑道的自动识别和转向。不过，这个电路也是所有行驶工具的根底，所有的行驶工具，都是在这个电路的根底上按照想要实现的功能进展拓展开发。接着让我们来到“智能的环节。所谓智能，也就是需要小车有

4、人的思想，正如同课题所述寻迹。智能的小车需要具备自动识别跑道的能力。同时，在采集到跑道信息后要做出相应的处理。在我们这个课题中，也就是需要与时并准确转弯。要实现这些功能，就需要更多的电子器件的支持。通过表1我们可以看到不同功能所需要的不同元件。实现功能所需器件类型器件选型跑道信息采集传感器红外收发对管采集信息预处理电压比拟器LM393信息处理单元MCU89C2051表1 跑道信息处理电路器件列表通过表1我们可以发现我们本次的课题用到的器件还不是很多，电路也是比拟简单，但是要把这些器件整合起来得到预期实现的功能也不是一件很容易的事情，特别需要我们的全局观和布局能力。、设计步骤与流程图2.2.1、

5、寻迹设计步骤寻迹可以说是智能寻迹小车的核心，车做的好不好关键在于能不能按指定的路程行驶。在我们本次的题目中使用的传感器是红外对管。仅车的单侧来说，利用红外发射管发射红外线，当小车行驶在黑线上时由于红外管安装的位置处于白色跑道位置，因此红外接收管接收到红外信号，电压比拟器获得红外对管的电信号后输出一个电平，再经过单片机进展处理输出到电使其转动。反之，当小车偏移黑线，由红外对管检测到的信号通过电压比拟器输出相反电平，再经过单片机的处理使电机停止转动。拓展到两侧，车位于正中间，两边的红外对管没有检测到黑线，两轮都前进。假设车向左偏，右侧的红外管检测到黑线，右轮停止转动，左轮依旧转动，于是车身回正，另

6、一侧原理一样。通过这样的控制系统，即可实现车的寻迹功能。、流程图通过对小车整个系统的分析，我们可以得到图2的流程图。在我们后期的制作中，这个流程图可以为我们提供很大的参考价值。可以看到，我们的小车是一个简易的闭环控制系统，通过传感器采集回的信息来对我们车的姿态进展调整，再通过控制小车两轮的差速来进展方向的控制，最终就能够实现小车沿着黑线行驶而不会一直向前。 、主要模块介绍在本次的课题中，我们主要使用到的两个重要的器件是电压比拟器LM393和单片机89C2051。其中电压比拟器作为信号处理的第一级电路，有着不可无视的作用，而单片机如此是整个系统的大脑，由它来决定小车什么时候前进，什么时候拐弯。下

7、面我们来了解一下这两个器件的具体信息。2.3.1、LM393、LM393主要特点：工作电源电压围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：236V，双电源:118V；消耗电流小，Icc=0.8mA；输入失调电压小，VIO=2mV；共模输入电压围宽，Vic=0Vcc-1.5V；输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；输出可以用开路集电极连接“或门；、LM393引脚图与部框图、LM393 功能简介比拟两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)：当“+输入端电压高于“-输入端时，电压比拟器输出为高电平；当“+输入端电压低于“-输入端时，电压比拟器输出为低电平；电压比拟器的

8、作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比拟器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。2.3.2、89C2051、89C2051简介、89C2051主要性能参数- 11 - / 11与MCS-51产品指令系统完全兼容 2k字节可重擦写闪速储存器1000次擦写周期 全静态操作0Hz-24Mhz两级加密程序储存器128X8字节部RAM 15个可编程I/O口线2个16位定时/计数器 6个中断源可编程串行UART通道 可直接驱动LED的输出端口置一个模拟比拟器 低功耗空闲和掉电模式2.3.2.3、89C2051功能特性概述AT89C2051 提供以下标准功能：2

9、k字节 Flash 闪速存储器，128 字节部 RAM，15 个 IO口线，两个 16位定时计数器，个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，置个精细比拟器，片振荡器与时钟电路。同时，AT89C2051 可降至 0HZ 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时计数 器，串行通信口与中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。2.4、电路设计与PCB绘制在分析完电路需要实现的功能和所需要的器件选型以后，我们要做的也就是最重要的一步：电路的设计。一个电路方案最终能不能有效运行很

10、大程度上取决于电路设计的质量。当然我们首先是进展单个模块的电路设计，最后才将其进展整合。整合的过程也是最不容出错的过程，可能一个很小的错误如电容反接就将导致整个电路的烧毁和瘫痪，更加严重的可能会对人身造成一定的威胁。2.4.1、电源电路一个完整的电路要想工作，首先就要具备一个动力的源头V6V，于是我们使用2节干电池提供3V电压，为了使电源供电稳定，将为电源进展滤波从而得到更好的输入电压波形。如图4所示，电容C5为100uf的低通滤波电容，用于滤除低频噪声；C1位高通滤波电容，用于滤出高频噪声。2.4.2、红外收发电路红外收发电路相当于智能寻迹小车的“眼睛。自然，在本小车上，我们选用了两对红外收

11、发管，各安装在车身中轴的两侧，用来检测车身的行驶位置。图5为单独一对红外收发管的电路连接情况，另一对与其一样。D3和D5分别为红外发射管和红外接收管，两个限流电阻R2和R8将通过红外管的电流限制在其工作围，防止电流过大而烧毁器件。R6为可调电阻，调整其阻值来控制LM393的基准电压值，改变此值能够改变小车对黑线感应的灵敏度。同是，在不同的光照环境和不同的黑线材料下，红外反射情况也有所区别，用可调电阻能做到应对环境变化的与时修正，使小车的适应性更加强大。2.4.3、电机驱动电路电机驱动电路可以说是小车的动力所在。一些高端智能车采用的电机驱动电路往往十分复杂。不仅要考虑到驱动板的安装结构，对于其性

12、能的要求也十分高，而一些竞速类的车更是需要最优的器件布局，稳定的电流输出，良好的散热系统，适宜的板子结构等等元素相配合。就我们这一个小车而言，要不了如此高的标准，因此电路的设计也就更加简单明了。当然也不像图1所示的那样简单。考虑到我们是用单片机控制，而单片机普通I/O口的电流达不到我们电机所需要的工作电流，所以我们就需要特殊处理。电路图如图6所示。图中我们用三极管进展电流放大再接入电机，就可以有效地控制电机运转。通过单片机I/O口输出高电平，三极管导通，电机转；I/O口输出低电平，三极管截止，电机停转。C2和C3均为滤波电容，对电机两端的电压进展滤波，滤除高频噪声，使电机的输出更加稳定。同时为

13、了美观和调试的方便，我们在驱动电路中再接上两个发光二极管，利用单片机控制其亮灭。左轮转，D1亮，反之灭；右轮转，D2亮，反之灭。再车行驶的过程中我们能更清晰地观察到跑道的识别情况。2.4.4、单片机最小系统最后一个模块也同样是最重要的模块单片机最小系统。接入了最小系统的单片机才具备正常工作的能力。打个比方，单片机是人的心脏，那么最小系统就是血液。有了最小系统，单片机就能根据我们编写的程序工作。其中Y1为6M的晶体振荡器，其作用是为单片机提供工作的时序脉冲。P1、P2、P3分别是引出的排针，方便以后的功能拓展。2.4.5、整体电路设计完各个模块的电路之后，我们需要将所有的模块整合起来，以达到我们

14、所需要的效果。如图8是我们整合好后的电路。2.4.6、PCB板的绘制电路设计的最后一步即PCB板的绘制。如何将所画的原理图变成我们手里的电路板，这就是必不可少的一步。在绘制过程中，如何布局、如何布线，如何确定板的大小也是十分重要的考虑因素。由于我们的课题是智能循迹小车，因此PCB板的形状最好和小车车身匹配。又因为我们的板是低频板，电源电压也是小电压，输入的电流也仅为毫安级别，因此在布线方面没有必要进展过于复杂的处理。我们仅将VCC和GND的布线宽度增加为25mil。如图9所示。、成品展示至此，我们的电路设计已经完工了。剩下的就是PCB的打样以与焊接。焊接时也要注意很多问题，如需要防止虚焊、漏焊

15、、短路等错误。焊接完成后，我们的智能寻迹小车就完成了。以下是成品图。 图10 成品正面图 图11 成品背面图三、 项目设计总结这次的项目综合了模电和单片机的知识，自己思考设计实践的过程加深了我们对于上课知识的消化也认识到许多知识的欠缺局部。对于电阻电容、三极管这类器件的选型也有了一个更加深入的认识。在电路设计过程中，我们查阅了很多的资料，除了项目所需要的知识外，我们还学到了许多其他的知识，比如在查阅资料的过程中我们发现电压比拟器和放大器的主要区别是闭环特性：放大器工作于闭环且要求闭环后不能自激，而比拟器如此工作在开环状态更追求速度。另外，在电阻电容阻值和容值选型的时候，需要根据不同的情况采用不

16、同的数值，在一开始我们设计的过程中发现，参考方案中的电路有许多问题，仅仅用电池供电不能驱动电机的运转，还有一些接线的问题，导致最后我们焊接完成调试时遇到许多困难。不过这次的经验也让我们明白了电路设计的重要性，不是随便拿来一个电阻就能往电路里面接，也不是随便连连线就能实现所需要的功能。在最终的电路调试过程中，我们也发现一些焊接的小问题，如焊接温度过高导致焊盘的脱落，焊锡的量没控制好导致两个焊盘短路了等等，当然焊接的技巧也是需要长久的练习来提升的，绝不是一次两次的训练就能熟练。就目前的器件还算是比拟好焊接的，在以后进展大型工程中用到的IC大都是有许多的引脚，且其封装形式也是比拟难焊接的，最关键的问

17、题是IC的温度控制都需要很准确，过热就会导致芯片烧坏，而过冷就没方法融化焊锡。因此，焊接技巧还有待于提升。总体来说，本次的项目让我们学到了很多东西，尤其是单片机的应用。虽然这次涉与的单片机还很浅，而且没有手动写程序，但是通过资料的查找，我们也对其有了一个很好的了解。对于以后即将开设的单片机课程也是打下了一个伏笔。相信以后的学习将会变得更加轻松且高效。四、 参考文献1.宏晶科技.STC89C51RC/RD+系列单片机器件手册EB/OL.2011,92.全利.单片机原理与应用技术M.高等教育，2009，13.丁明亮.51 单片机应用设计与仿真-基于 keil C 与 ProteusM.航空航天大学，2009，24.鑫.单片机原理与应用第 2 版M.电子工业，20105.毅刚.单片机原理与应用设计M.电子工业，20086.何立民.单片机应用系统设计系统配置与接口技术M.航空航天大学， 20017.周立功,单片机实验与实践教程三M.航空航天大学,20068.强，51 系列单片机应用软件编程技术M.航空航天大学,20099清华大学电子学教研组编,童诗白模拟电子技术根底(上下册)M.人民教育,198310吴运昌,模拟集成电路原理与应用,.华南理工大学,1995