《2022年系列单片机音乐智能寻迹避障小车设计方案与控制.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年系列单片机音乐智能寻迹避障小车设计方案与控制.docx（46页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用科学技术学院SCIENCE & TECHNOLOGYCOLLEGE OF NANCHANGUNIVERSITY工 程 训 练报 告REPORTONENGINEERINGTRAINING 题目基于 51系列单片机的音乐智能寻迹避障小车的设计与掌握学科部、系：信 息 学 科 部专 业 班 级 ： 电 子 信 息 工 程 07级 2班学号 ：7020907072学 生 姓 名 ： 章 良 如 要 P C B 图 联 系 方 式 为 Q Q 2 7 5 0 4 7 0 1 5指 导 教 师 ：罗 小 青 、 彭 岚 峰起 讫
2、日 期 ： 2022-4-19 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 基于 51系列单片机的音乐智能寻迹避障小车的设计与掌握专业：电子信息工程学号： 7020907072同学姓名：章良指导老师：罗小青、彭岚峰摘要在日常生活中人们,电子产品和人的生活密不行分,我们接 触的电子产品有像平常用的手机、电脑、相机等高端的电子 产品；也有像平常用的通电器,收音机等低端的电子产品；有智能的电子产品,也有非智能的电子产品；电子产品的总 类是很多的,而在众多电子产品中有些带简洁的智能掌握的 往往用到一些小芯
3、片如单片机和一些传感类的器件如光耦元 件、红外避障器等；本次工程训练我们就将采纳 51系列的 AT89C51单片机和光耦器件RPR220和红外避障器 E18-D80NK 为主要的器件来制作 音乐智能寻迹避障小车的掌握电路,通过训练来达到对课本学问的更深熟悉和运用；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目个人资料整理仅限学习使用录第一章 音乐智能寻迹避障小车的概述1.1音乐智能寻迹避障小车工作原理 3 1.2 音乐智能寻迹避障小车的目的要求、技术指标及训练任务 4 其次章 设计方案的挑选和确定2.1方案的主要组成部分及整
4、体原理图 5 第三章系统硬件设计3.1传感部分的设计 103.2掌握部分的设计 12 第四章 系统的 软件设计4.1流程图 144.2 程序清单 15 第五章 性能测试与分析名师归纳总结 5.1传感 PCB板传感信号的测量 20 第 3 页,共 35 页5.2掌握 PCB板测量 20 5.3小车跑道测试 20- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用第一章 音乐智能寻迹避障小车的概述1.1音乐智能寻迹避障小车工作原理所谓寻迹是在一个白色的塑料泡沫板上的宽25cm左右的有黑色电工胶布做成的椭圆轨道上寻黑线；避障是在小车在轨道上寻迹是当发
5、觉前方有障碍物时实行肯定的操作,防止 碰撞,在这里是停车；音乐是只在启动、左转、右转、停车、前方有障碍、倒退时可以放 出小车本身有的语音信号,在这里是从过但单片机发送解码来掌握；智能掌握也是由单片 机来实现的；寻迹：寻迹是通过红外探测法,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；假如遇到黑线就红外光被吸取,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；红外探测器探测距离有限,一般最大不应超过 3cm；避障：避障是通
6、过光电传感器来实现的,它可以通传感器上面的旋钮来掌握障碍物感应距离,但范畴是有限制的,但这里用到的E18-D80NK的感应距离在3cm到 80cm 之间；音乐：音乐采纳小车自带的音乐；智能掌握：智能掌握是采纳单片机来处理所收集的信号,在由设定的来掌握电路,从而达到智能掌握；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用1.2 音乐智能寻迹避障小车的目的要求、技术指标及训练任务目的要求：同学通过基于51 系列单片机的音乐智能寻迹避障小车的设计与掌握实训,除了加深和巩固同学课程理论学习之外,更重要的是加强
7、实践、拓展应用,让同学了 解基于 51 系列单片机的开发和运用的一个整体开发流程,包括在训练中要求同学能够自己 依据性能指标和功能要求把握硬件电路的设计和制作、元器件的选用和安装、软件的编写和调试,同时学会硬件仿真、软件仿真和整机联调,其中最关键的两部分：硬件电路设计 与制作和掌握软件的编写以及调试,使得准产品最终达到技术指标的要求；技术指标：1、音乐智能寻迹小车需基于51 系列单片机进行开发和设计；2、能实现在椭圆轨道、S 形轨道,太极图形轨道等多种规章黑线轨道上寻迹运行,并 仍可以实现在任意黑线轨道上运行；3、至少两种方式启动：一是通过掌声、口声等其它声音启动；二是能通过检测到黑 线后自行
8、启动等其它；4、实现仿真实小车的声音和车灯成效：小车前进时有真车前进声音和车灯成效,小 车左拐弯时有真车左拐弯声音和车灯成效,小车右拐弯时时有真车右拐弯声音和车灯效 果,小车后退时有真车后退声音和车灯成效,小车遇到障碍物时有真车鸣喇叭声音和车灯 成效、并自动绕开障碍物前行；5、小车寻迹避障运行完之后能相伴音乐翩翩起舞演示；6、小车外观包装美丽、电路设计制作焊接等工艺精良、软件程序可读性强；7、可扩展其它功能；实训任务：1、依据技术指标, 提出可行性方案, 经分析比较选出符合功能和性能要求的实际方案；2、利用电路绘图软件例如： PTOTEL DXP）画出电路原理图；3、写出软件流程图,利用编程软
9、件 例如 KEIL）编写、编绎程序；4、利用电路仿真软件 仿真；例如： PROTEUS、 MULTISIM）结合编程软件进行硬件电路联合5、依据电路原理图和元器件的尺寸大小利用电路绘图软件 : 内部频率补偿8 引线双列直插式和贴片式； 直流电压增益高 约 100dB 单位增益频带宽 约 1MHz 电源电压范畴宽：单电源 3 30V ；双电源 1.5 一 15V 低功耗电流,适合于电池供电 低输入偏流 低输入失调电压和失调电流 共模输入电压范畴宽,包括接地 差模输入电压范畴宽,等于电源电压范畴名师归纳总结 - - - - - - - 输出电压摆幅大0 至 Vcc-1.5V LM324系列器件为价
10、格廉价的带有真差动输入的四运算放大器；与单电源应用场合的标准运算放大器相比,它们有一些显著优点；该四放大器可以工作在低到3.0 伏或者高到32 伏的电源下,静态电流为MC1741的静态电流的五分之一；共模输入范畴包括负电源,因而排除了在很多应用场合中采纳外部偏置元件的必要性；每一组运算可用图1 所示的符号来表示,它有5 个引出脚,其中 “ +”、 “-”为两个信号输入端,“ V+”、 “ V-”为正、负电源端,“ Vo”为输出端；两个信号输入第 7 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 端中, Vi- ）为反相输入端,表示运放输出端 Vo
11、 的信号与该输入端的位相反；Vi+ ）为同相 输入端,表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同；LM324 的引脚排列见图 2；LM324 的特点：1. 短跑爱护输出 2. 真差动输入级 3. 可单电源工作：3V-32V 4. 低偏置电流：最大 100nA 5. 每封装含四个运算放大器；6. 具有内部补偿的功能；7. 共模范畴扩展到负电源 8. 行业标准的引脚排列 9. 输入端具有静电爱护功能避障传感部分：这部分较为简洁就是用到一 个光电传感器 E18-D80NK ,这是一种集发射与 接收于一体的光电传感器；主要用于障碍物的检测；对 障碍物的感应距离可以依据 要求通过后部旋钮进行调剂；
12、该传感器具有探测距离 远、受可见光干扰小、价格 廉价、易于装配、使用便利 等特点、可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合；声音传感部分：声音传感部分采纳了一个驻极体和三极管的两级放大组成,驻极体外观如右图所示焊锡一边分2小块的接 “ +, ”另一接地；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用三极管用到了 8050,也可用 9013,9014的,不管哪种,其封装都是 TO-92 如图有所示；传感信号处理部分：信号处理部分是采纳了单片机,如AT89C51, AT89S52都可以,我们处理的数
13、据很少,所以 2种任意的都可以,其封装管脚也相同,我们以 AT89C51 为例说明AT89C51 是一种带 4K 字节闪耀可编程可擦除 FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压,高性能 CMOS 8 位微处理器,俗称；AT89C2051 是一种带 2K 字节闪耀可编程可擦除只读储备器的单片机；单片机的可擦除只读储备器可以反复擦除 100 次；该器件采纳 ATMEL 高密度非易失储备器制造技术制造,与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容；由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁储备器组合在单个芯片中,ATMEL
14、 的 AT89C51 是一种高效微掌握器,AT89C51 是它的一种精简版本；AT89C51 单片机为很多嵌入式掌握系统供应了一种敏捷性高且价廉的方案；形状及引脚排列如下列图主要特性： 与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪耀储备器寿命： 1000 写 /擦循环数据保留时间：10 年全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序储备器锁定128 8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线两个 16 位定时器 /计数器5 个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路注：掌握输出部分做驱动最好都接一上拉电阻掌握输出部分主要就是电机的掌握,在这里我们采纳了一个电机驱动芯片 LG9
15、110 下面是 LG9110 资料：名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用整体原理图：由于是分 2 块 PCB板制作的,所以分成传感 传感部分：Ur 和 UiUr 两种不怜悯 况下,电压比较器输出两个不同的电平,即高电平和低电平；而Ui 变化经过Ur 时,比较器的输出将从一个电压跳变到另一个电平；比较器有各种不同的类型；对它的要求是：鉴别要精确,反应要灵敏,动作要快速,抗干扰才能要强,仍应有肯定的爱护措施,以防止因过电压或过电流而造成器件损坏；比较器的特点： 工作在开环或正反馈状态；放大、运算
16、电路为了实现性能稳固并满意 肯定的精度要求,这些电路中的运放均引入了深度负反馈；而为了提高比较器的反应速度 和灵敏度,它所采纳的运放不但没有引入负反馈,有时甚至仍加正反 馈；因此比较器的性能分析方法与放大、运算电路是不同的； 非线性；由于比较器中运放处于开环或正反馈状态,它的两个输入端之间的电位 差与开环电压放大倍数的乘积通常超过最大输出电压,使其内部某些管子进入饱和区或截 止区,因此在绝大多数情形下输出与输入不成线性关系,即在放大、运算等电路中常用的 运算方法对于比较器不再适用； 开关特性；比较器的输出通常只有高电平和低电平两种稳固状态,因此它相当与 一个受输入信号掌握的开关,当输入电压经过
17、阈值时开关动作,使输出从一个电平跳变到 另一个电平；由于比较器的输入信号是模拟量,而它的输出电平是离散的,因此电压比较 器可作为模拟电路与数字电路之间的过渡电路；由于比较器的上述特点,在分析时既不能象对待放大电路那样去运算放大倍数,也不能象分析运算电路那样去求解输出与输入的函数关系,而应当着重抓住比较器的 输出从一个电平跳变到另一个电平的临界条件所对应的输入电压值 有可供用户使用的大量 I/O 口线；2 内部储备器容量有限；3 应用系统开发具有特别性；单片机最小系统1、时钟电路 AT89C51虽然有内部振荡电路,但要形成时钟,必需外部附加电路；51 单片机的时钟 产生方法有两种；内部时钟方式和
18、外部时钟方式；本设计采纳内部时钟方式,利用芯片内部的振荡电路,在XTAL1、XTAL2 引脚上外接定时元件,内部的振荡电路便产生自激振荡；本设计采纳最常用的内部时钟方式,即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路；振荡晶体可在1.2MHZ 到 12MHZ之间挑选；电容值无严格要求,但电容取值对振荡频率输出的稳固性、大小、振荡电路起振速度有少许影响,CX1、CX2 可在 20pF 到 100pF 之间取值,由于材料的限定,所以本设计中,振荡晶体挑选 12MHZ,电容挑选 30pF.在设计印刷电路板时,晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装,以削减寄生电容,更好的保证振荡器稳固和牢靠地工作；为了提高温度稳
19、固性,应采纳瓷片电容；2、复位电路AT89C51 的复位是由外部的复位电路来实现的；复位引脚RST 通过一个斯密特触发器用来抑制噪声,在每个机器周期的 S5P2,斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次,然后才能得到内部复位操作所需要的信号；复位电路通常采纳上电自动复位和按钮复位两种方式；名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用最简洁的上电自动复位电路如图上复位电路所示；上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的；只要Vcc 的上升时间不超过1ms, 就可以实现自动上电复位；时钟频率用
20、6MHZ时 C取 22uF,R 取 1K ；除了上电复位外,有时仍需要按键手动复位；本设计就是用的按键手动复位；按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种；其中电平复位是通过RST端经电阻与电源Vcc 接通而实现的；按键手动复位电路见下图；时钟频率选用 10K ；掌握输出部分：12MHZ时, C 取 10uF,R 取 100 ,RK取掌握输出在这里用到的是一个电机驱动芯片 LG9110, 使用和连接电路特别简洁,如下图为应用电路掌握部分 PCB图：名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用第四章 系统
21、的 软件设计 4.1流程图在设计一个完整的程序时,我们往往将程序拆分成多个单独的程序即为我们设计程序的子 程序；程序设计流程图：等待启动信号初始化否 传感 4,5是否为黑 线或有无声音连续检测 开头寻迹行驶否是否偏离是转向修正,并做相应演示连续检测否是否是否有障碍连续检测否停车,并按喇叭否是否检测到终点是停车,并做停车演 示名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用4.2 程序清单名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - -
22、个人资料整理 仅限学习使用 /*07 电子工程训练工程：自动寻迹音乐小车程序,为使小车启动简便启动和报告中有点差 异*/ /*creat by:HE SHANGPING */ /*creat data:2022-3-20*/ /*vision:v2.40*/ /* 头文件调用和宏定义 */ #include #include #include #include #define uchar unsigned char / 无符号字符类型定义 #define uint unsigned int / 无符号整数类型定义 /* 变量初始化 */ sbit BZ=P17 ；sbit MIC=P16 ；s
23、bit musicdecode=P20；sbit QDdcmotor_IA=P21 ；sbit QDdcmotor_IB=P22 ；sbit FXdcmotor_IA=P23 ；sbit FXdcmotor_IB=P24 ；uchar xunjidecode=0x00 ；uchar kjflag=0 ；/* 函数声明 */ void musicdelayuint z ；void stopcar ；void kjstopdecode ；void ZUOZHUANcar；void ZUOZHUANdecode；void QJcar ；void QJdecode；void backcar ；void
24、 backdecode ；void YOUZHUANcar；void YOUZHUANdecode；void bzdecode ；void showmusiccar ；void musicdelayuint z 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 uint x,y；for x=z；x0 ；x- for y=60；y0；y- ； void stopcar QDdcmotor_IA=0 ； QDdcmotor_IB=0 ； FXdcmotor_IA=0 ； FXdcmotor_IB=0 ；
25、void kjstopdecode uint i ； fori=4 ；i0； i- musicdecode=1 ；/1 mus icdelay1 ； /* 每个脉冲信号 0.5ms,一组共 32.2ms*/ mus icdecode=0； /2 mus icdelay1 ；mus icdecode=1；/3 mus icdelay3 ；mus icdecode=0；/4 mus icdelay1 ；mus名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - icdecode=1；个人资料整理仅限学习使用/5 mus icdelay3
26、 ；mus icdecode=0；/6 mus icdelay1 ；mus icdecode=1；/7 mus icdelay3 ；mus icdecode=0；/8 mus icdelay1 ； musicdecode=1；/9 mus icdelay3 ；mus icdecode=0；/10 mus icdelay1 ； musicdecode=1；/11 mus icdelay3 ；mus icdecode=0；/12 mus icdelay1 ； musicdecode=1；/13 mus icdelay3 ；名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 35 页精选学习资
27、料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用mus icdecode=0；/14 mus icdelay3 ； musicdecode=1；/15 mus icdelay1 ；mus icdecode=0；/16 mus icdelay1 ； musicdecode=1；/17 mus icdelay3 ；mus icdecode=0；/18 mus icdelay1 ； musicdecode=1；/19 mus icdelay3 ；mus icdecode=0；/20 mus icdelay1 ； musicdecode=1；/21 mus icdelay3 ；mus
28、 icdecode=0；/22 mus名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 icdelay3 ；mus icdecode=1；/23 mus icdelay1 ；mus icdecode=0；/24 mus icdelay1 ； musicdecode=1；/25 mus icdelay3 ；mus icdecode=0；/26 mus icdelay3 ； musicdecode=1；/27 mus icdelay1 ；mus icdecode=0；/28 mus icdelay3 ；
29、musicdecode=1；/29 mus icdelay1 ；mus icdecode=0；/30 mus icdelay3 ；名师归纳总结 musicdecode=1；/31 第 22 页,共 35 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 mus icdelay1 ；mus icdecode=0；/32 mus icdelay3 ； void ZUOZHUANcar FXdcmotor_IA=1 ； FXdcmotor_IB=0 ；/ musicdelay20 ； QDdcmotor_IA=1 ； QDdcmotor_IB=
30、0 ； musicdelay125 ； QDdcmotor_IA=0 ； QDdcmotor_IB=0 ；/ musicdelay15 ； void ZUOZHUANdecode uint i ； fori=4 ；i0； i- musicdecode=1 ；/1 mus icdelay1 ；mus icdecode=0； /2 mus icdelay1 ；mus icdecode=1；/3 mus icdelay3 ；mus名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - icdecode=0；个人资料整理仅限学习使用/4 mu
31、s icdelay1 ；mus icdecode=1；/5 mus icdelay3 ；mus icdecode=0；/6 mus icdelay1 ；mus icdecode=1；/7 mus icdelay3 ；mus icdecode=0；/8 mus icdelay1 ； musicdecode=1；/9 mus icdelay3 ；mus icdecode=0；/10 mus icdelay1 ； musicdecode=1；/11 mus icdelay3 ；mus icdecode=0；/12 mus名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页,共 35 页精选学习资料
32、- - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 icdelay3 ； musicdecode=1；/13 mus icdelay1 ；mus icdecode=0；/14 mus icdelay1 ； musicdecode=1；/15 mus icdelay3 ；mus icdecode=0；/16 mus icdelay1 ； musicdecode=1；/17 mus icdelay3 ；mus icdecode=0；/18 mus icdelay1 ； musicdecode=1；/19 mus icdelay3 ；mus icdecode=0；/20 mus icde
33、lay1 ； musicdecode=1；/21 mus名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 icdelay3 ；mus icdecode=0；/22 mus icdelay3 ；mus icdecode=1；/23 mus icdelay1 ；mus icdecode=0；/24 mus icdelay1 ； musicdecode=1；/25 mus icdelay3 ；mus icdecode=0；/26 mus icdelay3 ； musicdecode=1；/27 mus ic
34、delay1 ；mus icdecode=0；/28 mus icdelay3 ； musicdecode=1；/29 mus icdelay1 ；mus名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - icdecode=0；个人资料整理仅限学习使用/30 mus icdelay3 ； musicdecode=1；/31 mus icdelay1 ；mus icdecode=0；/32 mus icdelay3 ； void QJcar QDdcmotor_IA=1 ； QDdcmotor_IB=0 ； musicdelay125 ； QDdcm