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基于STC12C5410AD的智能小車.doc

'基于STC12C5410AD的智能小車.doc'
?基于STC12C5410AD的智能小車學院 物理與機電工程學院 電子信息工程專業 2008041506(學號) 黃飛() 指導老師:晶晶【摘 要】本文介紹一個基于STC12C5410AD單片機控制的智能小車設計。主要由電池組,尋線模塊,超聲波檢測,電機驅動,單片機主控芯片組成。電池組提供整個電路的能量,采用STC12C5410AD單片機作為小車的控制核心;采用紅外收發管來進行尋線和用作計數標志線實現不同的操作;采用超聲波檢測兩車間距并根據間距來調整速度;采用L298N電機專用驅動芯片驅動小車電機行駛。實現了集檢測障礙、自動保持車距及尋線控制功能為一體的智能小車設計?!娟P鍵詞】超聲波檢測;尋跡;智能;PWM【Abstract】The essay intuduces the intelligent cars ,which consists of many packs mainly including battery packs,the technology of hunting the line, the detecting technology of supersonic wave and the motor drive,can be controlled by STC12C5410AD singlechip machine.The battery packs provide power for the cars.And the cpu of the intelligent car is STC12C5410AD singlechip machine.The sending and receiving of infrared is used to realize the function of hunting the line and counting the number of mark lines.And The detecting function of supersonic wave can be used to detect the distance between both the cars. People can control the rotate speed of the motor drive on the basis of the above detecting result.And the cars can drive by the L298N chip of motor drive.The design made the cars which integrate the above functions.【Keywords】The detecting technology of supersonic wave,the function of hunting the line ,intelligent ,pwm第1章 緒論1.1智能小車簡介智能小車,是一種具有智能化的能夠通過通信技術或編程等手段完成特定任務的智能化小車。隨著電子技術的不斷發展,人們發明了各式各樣的具有感知、決策、行動和交互能力的智能小車。智能小車可以理解為機器人的一種特例,比機器人的智能化程度略低了一點。而機器人技術綜合了多學科的發展成果,代表了高技術的發展前沿,它在人類生活領域應用不斷擴大,給人們的生活產生巨大的影響。隨著科學技術的發展,機器人的感覺傳感器種類越來越多,其中視覺傳感器成為自動行走和駕駛的重要部件。機器人要實現自動導引功能和避障功能就必須要感知導引線和障礙物,感知導引線相當給機器人一個視覺功能。避障控制系統是基于自動導引小車系統,基于它的智能小車實現自動識別路線,判斷并自動避開障礙,選擇正確的行進路線。使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和執行相應的動作。1.2智能小車的現狀現智能小車發展很快,從智能玩具到其它各行業都有實質成果。其基本可實現循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫等基本功能,這幾節的電子設計大賽智能小車又在向聲控系統發展。1.3本論文的主要容本文設計的智能小車可以分為三大組成部分:傳感器檢測部分、執行部分、CPU。機器人要實現自動檢測障礙功能,還可以擴展循跡等功能,感知導引線和障礙物??梢詫崿F小車自動識別路線,選擇正確的行進路線,并檢測到障礙物自動躲避?;谏鲜鲆?,傳感檢測部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像,只要求粗略感知即可,所以可考慮使用價廉物美的紅外反射式傳感器來充當。智能小車的執行部分,是由直流電機來充當的,主要控制小車的行進方向和速度。單片機驅動直流電機一般有兩種方案:第一,勿需占用單片機資源,直接選擇有PWM功能的單片機,這樣可以實現精確調速;第二,可以由軟件模擬PWM輸出調制,需要占用單片機資源,難以精確調速??紤]到本設計需要對直流電機進行高速,所以選擇直接有PWM功能的單片機,如STC12C5410AD。1.4 本設計的具體任務1.4.1 任務甲車車頭緊靠起點標志線,乙車車尾緊靠邊界。甲乙兩輛小車同時起動,先后通過起點標志線,在行車道同向而行,實現兩車交替領跑功能。跑道如圖1.4.1所示。1.4.2 要求首先,本系統實現的基本功能:(1) 甲車和乙車分別從起點標志線開始,在行車道各正常行駛一圈。(2) 甲、乙兩車按圖1.4.1位置同時起動,乙車通過超車標志線后在超車區實現超車 功能,并先于甲車到達終點標志線,即第一圈地實現乙車超過甲車。(3) 甲、乙兩車在完成(2)時的行駛時間要盡可能的短。其次,實現擴展功能有:(1) 在完成基本要求(2)后,甲、乙兩車繼續行駛第二圈,要求甲車通過超車標志線后要實現超車功能,并行于乙車到達終點標志線,即第二圈完成甲車超過乙車,實現了交替領跑。甲、乙兩車在第二圈行駛時間要盡可能的短。(2) 甲、乙兩車繼續行駛第三圈和第四圈,并交替領跑:兩車行駛的時間要盡可能的短。圖1.4.1 小車跑道1.4.3 說明(1) 本體(含附加物)的長度、寬度均不能超過40cm高度不限,采用電池供電,不能外接電源。(2) 測試中甲、乙兩車均應正常行駛,行車道與超車區的寬度只允許一輛車行駛,車輛只能在超車區進行超車,即車輛先從行車道到達超車區,實現超車后必須返回行車道。第2章 智能小車的實現原理根據上一章所要求的任務,所設計的小車模型如圖2.1所示。小車前端兩側分別裝有三個紅外對管,其左端是用來尋線,右端是用來尋外線的。小車前端中間部分按有超聲波探頭,來檢測與另一輛小的距離,根據間距進行調速;在其下方裝一紅外對管,用來檢測跑道上的標志線,不同位置的標志線,小車進行相應的操作。當檢測到起點標志線時讓小車尋線行駛,這樣行駛距離比尋外線的距離短,從而縮短時間。當小車檢測到超車標志線時,讓甲車由線尋外線,乙車尋線準備超車。在小車左前側豎立一易反射光線的光滑板塊,小車右后端裝一紅外探頭,方向向右。其作用是小車在超車時,判斷小車(甲)是否已經完全超過另一輛小車(乙),當乙車超過甲車時,乙車的紅外探頭對著甲車滑板,接收到返。省略部分。38.4KHZ的方波 { Trig=1; //超聲波輸入端 delay_6us(); delay_6us(); Trig=0; delay_6us(); delay_6us(); } TR1=1; //啟動定時器1 delay_50us();//延時 防盲區 delay_50us(); EX0=1; //打開外部中斷0 ...... if(succeed_flag==1) { time=timeH*256+timeL; distance=time*0.0172; //S=V×T/2 ...... } ......}6.3 直流電機設計采用STC12C5410AD自帶的PWM脈寬調制進行調速。對CCAPnH賦值,當計數器中的寄存器CL的值小于[EPCnL,CCAPnL]時,輸出為低;當寄存器CL的值等于或大于[EPCnL,CCAPnL]時,輸出為高。當CL的值由FF變為00溢出時,[EPCnH,CCAPnH]的容裝載到[EPCnL,CCAPnL]中。正轉時,控制兩個電機PWM的高電平占空比應相等。左轉時,左邊的PWM輸出占空比,應小,右邊的PWM占空比應大,使其右邊電機轉的比左邊的電機快。同理右轉時,應使右邊的占空比小,左邊的占空比大,使得左邊電機轉得比右邊來得快。須要注意的是驅動對兩個電機輸出的電壓并不會完全相等。所以要多次進行調整確定CCAPnH的值。6.3.1調整轉速流程圖開始判斷兩測間距根據間距調整電機轉速圖6.3.1 調整轉速流程圖6.3.2電機部分程序首先轉向部分程序:void run_advance() //正轉{ CCAP0H = 0X80; //正轉時CCAP0H與CCAP2H的值并不相等;多次調整后確定; CCAP2H = 0X75; }void run_right() //右轉{ CCAP0H = 0X9a;//左邊占空比小 CCAP2H = 0X70;//右邊占空比大}void run_left()//左轉{ CCAP0H = 0X70;//左邊占空比大 CCAP2H = 0X85;//右邊占空比小}其次,變速部分程序:......time=timeH*256+timeL; distance=time*0.0172; //厘米 if(distance>=40) //距離大于30時 增大PWM高電平脈沖 讓車加速 { if((CCAP0H&&CCAP2H)>0x08) { CCAP0H = CCAP2H-0x08;//增大占空比 CCAP2H = CCAP3H-0x08; } } if((distance>20)&&(distance<30)) //距離在此之間時讓車保持速度 { CCAP0H = 0x80 CCAP2H = 0x75; } if(distance<=15) { if((CCAP0H&&CCAP2H)<0xf7) //距離太小時讓車減速 { CCAP0H = CCAP0H+0x08; //減小占空比 CCAP2H = CCAP3H+0x08; } } 6.4 尋線設計尋線模塊編程主要是用三個紅對管來判斷黑線的具體位置,在理論分析章節中,已經知道通過可根據判斷返回的信號可以來控制其行駛路線。6.4.1 尋線流程圖開始判斷黑線位置根據黑線調整行駛方向圖 6.4.1尋線流程圖6.4.2 尋線部分程序void Follow(){ uint temp; temp = Follow_L; // 左中右三個紅外對管返回信號 temp = (temp<<1)|Follow_M; temp = (temp<<1)|Follow_R;switch(temp&0x07) { //沒檢測到黑線時,左轉 case 0x00 : run_left();break; //僅右邊測到黑線時,右轉 case 0x01 : run_right();break; //僅中間測到黑線時,前進 case 0x02 : run_advance();break; //中僅以及右邊檢測到黑線時,右轉 case 0x03 : run_right();break; //僅左邊檢測到黑線時,左轉 case 0x04 : run_left();break; //不可能出現的情況 case 0x05 : break; //中間以及左邊檢測到時黑線時,左轉 case 0x06 : run_left();break; //中間及左右邊都檢測到黑線時,往前走 case 0x07 : run_advance();break; default : break; }}第7章 測試方案與結果7.1測試方案7.1.1 硬件測試用萬用表檢測尋線電路、超聲波檢測電路、直流電極驅動電路等各電路模塊,確保無虛焊、無短路并確保連接正確。7.1.2 軟硬件調試先對各個模塊燒入簡單的程序進行調試,確保每一模塊都能正常運行時,再用跳線將各模塊接起來。燒入程序,放到跑道,進行調試。7.2 測試結果與分析本設計的主要成實現的結果如下:小車基本可以實現超車功能。在測試過程中,小車運行不夠穩定,不能每次都能實現超車,但小車實現第一次超車較穩定。其主要原因有:電池電量消耗過快,電機驅動輸出的電壓不穩定,從而直流電機轉速也不穩定;紅外尋線受到其他光線的影響,導致尋線不準確;結束語本次設計,以STC12C5410AD為控制芯片,經過檢測尋線功能、超聲波檢測功能、直流電機驅動功能等模塊都能正常運行。綜合檢測小車,小車基本可實現超車功能,但還不穩定,主要還是電量不穩原因。此次設計本可以繼續完善,如解決小車節能問題,減短超車時間,但由于現在已參加工作,時間不夠,也沒有合理安排,小車欠缺之處沒能及時改進。致 這次畢業設計,能夠順利完成,要特別感指導老師晶晶以及其他給我幫助的老師。在老師的監督和指導下,讓我少找了彎路,使我畢業設計能夠及時完成。在此要衷心感付智河老師、賴義漢老師以及涂二生老師,是您們在大學期間教導我,使我對本專業知識打下了堅實基礎。此外,還要感那些熱心幫助我的同學,在我有難題時為我答題解惑,給我支持很幫助。最后,感在百忙之中給我審稿的諸位老師。您們辛苦了!
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