哈理工智能循迹小车实习报告
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哈理工智能循迹小车实习报告篇一：智能循迹小车实验报告
摘要
本设计主要有单片机模块、传感器模块、电机驱动模块以及电源模块组成，小车具有自主寻迹的功能。本次设计采用STC公司的89C52单片机作为控制芯片，传感器模块采用红外光电对管和比较器实现，能够轻松识别黑白两色路面，同时具有抗环境干扰能力，电机模块由L298N芯片和两个直流电机构成，组成了智能车的动力系统，电源采用7.2V的直流电池，经过系统组装，从而实现了小车的自动循迹的功能。
关键词 智能小车
单片机红外光对管STC89C52 L298N
1 绪论
随着科学技术的发展，机器人的设计越来越精细，功能越来越复杂，智能小车作为其的一个分支，也在不断发展。在近几年的电子设计大赛中，关于小车的智能化功能的实现也多种多样，因此本次我们也打算设计一智能小车，使其能自动识别预制道路，按照设计的道路自行寻迹。
2 设计任务与要求
采用MCS-51单片机为控制芯片（也可采用其他的芯片），红外对管为识别器件、步进电机为行进部件，设计出一个能够识别以白底为道路色，宽度10mm左右的黑色胶带制作的不规则的封闭曲线为引导轨迹并能沿该轨迹行进的智能寻迹机器小车。
3 方案设计与方案选择
3.1 硬件部分
可分为四个模块：单片机模块、传感器模块、电机驱动模块以及电源模块。
3.1.1 单片机模块
为小车运行的核心
3.1.2 传感器模块
方案一：使用光敏电阻组成光敏探测器采集路面信息。阻值经过比较器输出高低电平进行分析，但是光照影响很大，不能稳定工作。
方案二：使用光电传感器来采集路面信息。使用红外光电对管，其结构简明，实现方便，成本低廉，没有复杂的图像处理工作，因此反应灵敏，响应时间少。但也存在不足，它能获取的信息是不完全的，容易受很多扰动（如背景光源，高度等）的影响，抗干扰能力较差。
方案三：使用CCD传感器来采集路面信息。使用CCD可以获取大量的图像信息，掌握全面的路径信息，抗干扰能力强，为以后功能的扩展提供方便。但使用CCD需要大量的图像处理工作，进行大量数据的存储和计算，因此电路复杂，实现起来工作量大。
方案四：使用光电对管采集路面信息。RPR220结构紧凑，体积小，调整电路简单工作性能稳定。
可见方案四最适宜，但仅从此项目考虑，方案二成本低，也能完成设计，故选用方案二。
3.1.3 电机控制模块
3.1.3.1电机的选择
方案一：采用步进电机，其转过的角度可以精确定位，可实现小车行进过程的精确定位。但步进电机的输出力矩低，随转速的升高而降低，且转速越快下降得越快。
方案二：采用直流电机，其转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，操作方便。速度的调节可以改变电压也可以调节PWM。
基于以上，我们选择了方案二，使用直流电机作为驱动电机。
3.1.3.2电机的驱动
采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片，其操作方便，稳定性好，性能优良。一片L298N就可以分别控制两个直流电机。
3.1.4 电源模块
给整个系统稳定供电以保持其正常工作，包括7.2V的电源以及转5V部分，其中7.2V的是给电机和其驱动供电，5V的用来驱动单片机及其他芯片。
以上单元连接如下图所示：
3.2 软件部分
3.2.1程序流程图
此系统采用89C52单片机，再根据硬件连接，通过相应的软件来完成对信号的采集和数据的分析，再控制小车的运行状态，以下为主程序流程图：
3.2.2程序设计思路
3.2.2.1寻迹模块程序
通过传感器获得路面信息然后反馈给单片机，再通过单片机来实现相应的功能。
3.2.2.2电机驱动模块程序
控制两个直流电机，实现前进、后退、前左转、前右转、停车等功能。
4 各部分电路的作用及电路工作原理分析
4.1 信号采集模块
4.1.1 TCRT500结构与工作原理
TCRT5000(L)具有紧凑的结构发光灯和检测器安排在同一方向上，利用红外光谱反射对象存在另一个对象上，操作的波长大约是950毫米。探测器由光电晶体三极管组成的,它由高发射功率红外光电二极管和高度灵敏光电晶体管组成。通过测试，其检测距离在2mm-10mm。TCRT5000的发射管和接收管是一起封装在矩形塑料壳中，为了使检测更加准确，我们用了5只TCRT5000检测黑线，实物见图4-1。
4.1.2 信号采集电路图及原理
小车在白色地面行驶时，红外发射管发出的红外信号被反射，接收管收到信号后，输出端为低电平，经过比较器比较后输出为低电平。而当红外信号遇到黑色导轨时，红外信号被吸收，接收管不能接收信号，输出端为高电平，经过比较器比较后输出高电平。单片机通过采集每个比较器的输出端电压，便可以检测出黑线的相对位置的位置，从而控制小车的行驶方向。
哈理工智能循迹小车实习报告篇二：自循迹小车电子综合实训报告
自循迹小车
电子综合实训报告
学 院：自 动 化 学 院
学生姓名：
学 号：指导教师：陈国军、张津杨 完成时间：
2015.12.15
一、实习目的
1.能熟悉的使用Altium Designer软件画出实验原理图以及PCB图；
2.能使用Proteus软件实现电路的仿真，并且找出仿真失败的原因；
3.加深对数字电路以及模拟电路的理解，更好的掌握学过的理论知识；
4.通过实习，培养自独立解决问题实际问题的能力；
5.掌握电子电路的一般设计方法，为以后的工作打下基础；
6.能够进行良好的团队合作，培养团队协作和沟通能力；
7.掌握循迹小车的设计方法；
8.掌握基本的焊接电路的方法。
二、基本功能
小车可以在检测到黑线的情况下自动绕着黑线走，在三个传感器同时检测到黑线时停止。
系统概述为以下所示：
三、设计的具体实现
（一）单元电路设计(仿真)分析
(1).电源电路
原理图如下所示
a.该电路使用到7805芯片，7805芯片的功能为稳定输出电压，使输出不发
生明显的波动，以至于影响到他的输出端的稳
定，经常用于电子制作方面。
由于电子电路内部还有过流、过热及调整管的保
护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。
b.而在7805的两侧分别用了两个电容这两个电容是用来抵抗外界的干扰和电源内部产生的干扰。
c.此外为了防止电机转动带来的干扰，我们使用两个7805
稳压电源电路，一个
给电机以激励，另外的一个电源电路用来给电机以外的电路板块激励。 e.而两个电源之间也不能让其互相产生干扰，所以需要在两个7805输出之间加一个电感用来隔离两个输出端产生的干扰，让电路的输出更加的稳定。
(2).传感电路
a.RPR220功能简介
传感电路中我们使用的传感器为RPR220，RPR220为光电传感器，从内部结
构图可以看出，光电传感器就是由左边的红外
发射二极管和右这的红外接收管练成，说白了
就是把红外收发管封装在一起而已。在检测到
光线时三极管导通，未检测到光线时，三极管截止。
b.LM339功能简介
在本电路中还需要使用另一个芯片为LM339，该芯片为类似于增益不可调的
运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出
端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表
示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作
比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压
做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输
入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等
场合是比较理想的。
电路原理图如下所示：
1、2端的红外二极管发出红外光，经白纸（黑色会吸收光线，无反射）反射回来给34端的红外接收管接收，当接收到红外线，则34导通，常用电路如下：
1）当检测到黑线时，此时也就是红外接收管没有接收到反射回来的红外光，34的红外接收三极管截止，则在RPR220的3管脚输出一个电压。若检测到的是白线则3脚没有电压输出。
2）LM339是一个四电压比较器，一个芯片有四个比较器，因为我们不可能只用一个光电传感器去寻迹，至少要三个光电器件，所以用339比较器可以降低成本和电路的复杂度。比较器的5脚是一个基准电压，建议用可变电阻器W1调
哈理工智能循迹小车实习报告篇三：智能小车实习报告
1.实习任务与要求
1.1实习目的
1、机械构件如何通过电机驱动实现不同的动作；
2、控制电路的设计及其分析；
3、控制器如何通过传感电路感知世界；
4、设备如何构成控制反馈等。
1.2实习要求
1、熟练掌握单一传感器、单电机在控制器作用下实现具体机械构件的控制。
2、熟练掌握控制器采集多类型、多数量传感器信息并通过复杂电路控制多 电机实现对多 机械构件的控制；
3、熟练掌握各种电机在控制器作用下，驱动机械构件实现复杂运动。
2.1四轮直流电机智能小车
2.1.1小车的装配
组装按照电路图要求组装，组装完成如附件直流小车图。
2.1.2电机系统
1.电机的工作原理：
复杂的直流电机结构可简化为电机具有一对主磁极，电枢绕组只是一个线圈，线圈两端分别联在两个换向片上，换向片上压着电刷A和B，如图2-2。
1— 主磁极：励磁绕组上加上直流电压，励磁绕组上有励磁电流通过，使定子铁心产生固定磁场，即定子的主要作用是产生主磁场。
2—电机绕组：在固定的磁场中旋转，主要作用是产生感应电动势或产生机械转矩，实现能量的转换。
3、4—换向器：电刷固定不动，换向片与电枢绕组一起旋转，主要作用对电动机而言，则是将外加的直流电流转换为电枢绕组的交变电流，并保证每一磁极下，电枢导体的电流的方向不变，以产生恒定的电磁转矩。
2.直流电机的控制
1.使用脉冲宽度调制（PWM）方式来驱动直流电机，也就是给直流电机输入占空比可调的方波，当电平为1时电机转动，电平为0时电机停止。电动机的驱动方波周期一定，通过改变高电平的持续时间来控制电动机使能，从而改变电动机一个周期内动作时间，达到控制电动机转速的目的。
控制加减速时可以控制占空比的变化，是占空比不断减小可以控制电机的减速，相反可以控制电机的加速。
直流电机控制基本原理：两个电极与电源正接或反接，可以使其正转或反转。 由于直流电机的工作电流比较大，不能直接使用单片机来驱动，一般使用集成芯片L293D或L298D。
3.控制信号：每1个电机需要3个控制信号EN1、IN1、IN2（如图2—3）； EN1是使能信号。选用一路PWM连接EN1引脚，通过调整PWM的占空比可以调整电机的转速；
IN1、IN2为电机转动方向控制信号。IN1、IN2分别为1，0时，电机正转；反之，电机反转。（为节省单片机引脚，可以只用一路I/O口，经反向器74HC14分别接IN1和IN2引脚，控制电机的正反转。）
2-1-2
前进：左侧轮子逆时针转，右侧轮子顺时针转。
后退：右侧轮子逆时针转，左侧轮子顺时针转。
左转：左侧向后转，右侧向前转。
右转：左侧向前转，右侧向后转。
2.1.3程序流程图
1.循迹
2.遥控
2.1.4程序清单（见附件）
2.1.程序运行原理
小车主要有三个模块组成：驱动模块，传感模块，51单片机模块。驱动模块通过给电机“0”，“1”信号来驱动电机，传感模块主要是通过红外检测来产生电信号，当传感器接收到信号时，输出“1”，接收不到信号时为“0”；再通过反相器最后输出给单片机相反地信号。51单片机模块主要是用来通过各个借口连接不同的模块，然后再通过单片机内部已经存储的程序来处理各个接口的电信号，从而进行各个要求运行状态的执行。
2.1.6总结
直流小车是我们组第一个小车，首先要进行小车的组装，由于小车主要组成部分不是很多，很快完成小车的单片机、直流电机以及小车的其他部分的初步组装。初步组装完成后，通过分析资料上给的电路图进行小车的接线，并进行分析电路，了解每一个模块的功能及运行原理。经过一天的时间小车基本完成了全部
的组装。
组装完成后，进入了前进程序的调试过程，直流电机前进后退是根据两级的电势差，这个比较简单，随后就是小车的后退和左转右转。也很快的的完成。在调试中遇到了小车的报警，通过寻找原因是P3.6口是个特殊的口，不能接东西。在这些基础的程序完成后又开始了小车的加减速的程序调试，根据老师给的资料，我们知道了速度是通过调节电机的使能的占空比的大小，调节加速减速只需要是每个小时刻的占空比不同就可以了。根据单片机原理，占空比的调节需要用到中断，在程序中我们假设波形周期是1s，从而控制中断来次数来使单片机输出的电压取反。中断的次数不同，高电平持续的时间不同，占空比就不同，最后的速度不同。只要控制次数的变化，就完成的加减速。由于小车电机原因，当占空比过小时，电机就不能使小车行走，因此我们的占空比最小只有50%。
随后就进入了，小车寻迹的调试。这个程序对我来说比较陌生，感觉很神奇，随后看了资料的介绍，我们知道了它的基本原理，通过传感模块的输入单片机的信号，来判断小车需要运行的轨迹。我们用了if语句来实现，程序编好后，有一个问题出现了，我们的单片机下载进不去程序，刚开始以为是单片机芯片坏掉了，可是换了一个芯片还是不行，最后怀疑是传输口的原因，换了单片机后还是不行，最后我们发现是由于连接了传感器驱动模块后才不行的，是由于电压的分配不够导致不能下载程序。只要拔掉传感器的电源线就可以完成。下载最开始的程序后。在手上演示能按照程序运行，放下去不会走动，进过推测是传感器灵装的离地面太高，于是把传感器向下放，最后能够前进。随后又遇到了新的问题，速度太快，传感器反应不出来，这次我们就用到了占空比来调节，通过反复的实验最终完成了寻迹的目标。
红外遥控时需要对红外信号进行解码，解码程序没有学习过，根据资料的程序，进行了解码比较困难，因此用了一个比较折中的办法，就是不用解码，先把红外信号对应的码数给单片机内部的一个值，然后在进行比较，用来控制小车的运行。经过调试程序最终完成的预期的要求，老师最后又给了一个程序，里面有对英的码数，我们根据这个直接进行了码数的比较，也完成了预期的结果。在红外控制时也遇到了问题，就是放在地上不动，在手里遥控动，原因是传感模块影响红外遥控，是小车不能接受是遥控器信号。拔出传感器模块的电源最后成功遥控。
这个小车做的比较久，做完后感觉很有成就感，把我们以前学的电机和单片机的内容得到的巩固，更加理解单片机程序的编写和直流电机的运行，对我们的知识有了一定的提高，也激发了我们的兴趣，更好的学习。
2.2两轮舵机智能小车
2.2.1舵机的结构和控制
1、舵机由舵盘、位置反馈电位器、减速齿轮组、直流电机和控制电路组成。
2、控制电路板接受来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。
3、舵机的脉冲控制
舵机三根线：红-电源 VCC；黑-地；白-信号线
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