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1、中原工学院广播影视学院毕业设计毕业设计（论文） 题 目 寻迹小车的设计与制作 学生姓名 院 系 信息工程系 专 业 * 班 级 * * 学 号* 指导教师 * 完成时间 * 寻迹小车的设计与制作摘要 寻迹智能小车生动有趣具有结构简单、原理清晰、趣味性强等特点。还牵涉到机械结构、电子基础、传感器原理、自动控制甚至单片机编程等诸多学科知识，通过动手实践能大大提高解决实际问题的能力，制作完成后的产品，能沿预定的轨道自动前进，生动、有趣，深受初学者喜爱。而且智能小车还是一个很好的硬件平台，只要增加一些控制电路就能完成循迹小车、救火机器人、足球机器人、避障机器人、遥控汽车等课题。关键字：寻迹/智能/小车
2、目录1 寻迹小车的介绍 1.1 寻迹小车的功能简介12 寻迹小车的工作原理 2.1 寻迹小车元件2 2.2 寻迹小车原理图3 2.3 LM393方框图3 2.4 寻迹小车工作原理43 焊接与调试 3.1 焊接过程简介5 3.2 调试与组装5 3.3 整车调试64 特色与创新点讨论6 参考文献71709广电 王东岳1 寻迹小车的介绍1.1 寻迹小车的功能简介 在白色的场地上有一条16毫米宽的黑色跑道，我们的循迹小车能沿着黑色跑道自动行驶，不管是跑道如何弯曲小车都能自动行驶真是太神奇了！大家知道当光源射到白色物体和黑色物体上时的反光率是不同的，我们这里用白色的LED作为光源，光线通过地面反射到光敏
3、电阻上通过检测光敏电阻阻值变化能判断小车是否行驶在白色区域上，如果检测到是黑色跑道，说明小车跑偏，这一侧的电机就会减速甚至停转这一侧的绿色的LED熄灭，驱动小车向相反方向行驶，这样小车就能始终沿着跑道行驶了。2 寻迹小车的工作原理2.1 寻迹小车元件 2.2 寻迹小车原理图2.3 LM393方框图 2.4 寻迹小车工作原理 首先我们来熟悉一下整机的工作原理图，电路由线路检测电路、电压比较电路、驱动电路和执行电路组成.LM393是双路电压比较器集成电路，由两个独立的精密电压比较器构成。它的作用是比较两个输入电压，根据两路输入电压的高低改变输出电压的高低。输出有两种状态：接近开路或者下拉接近低电平
4、，LM393采用集电极开路输出，所以必须加上拉电阻才能输出高电平。LM393随时比较着两路光敏电阻的大小，来实现控制的。高亮度发光二极管发出的光线照射在跑道上，当照于白上时反射的光线较强，这时光敏电阻可以接收到较强的反射光，表现的电阻值较低，而当照射于黑色纸，反射光较弱，表现的电阻值较高，巡线小车就是根据这一原理作为轨道识别而工作的。工作前将小车中心导向轮放于轨道中心，两侧探测器位于两侧白处，当小车偏离跑道时，必有一侧探测器照到黑色跑道上，以LED1为例，此时R3阻值变大，这一变化使得IC1的2、5脚电压升高，当5脚电压高于6脚时，运放的7脚便输出高电平，VT2截止，M2停止工作，由于两侧轮子
5、一只停转，小车便向轮子停转侧弯转，使得LED1、R3这对探测器离开黑跑道，光线又照回白纸处，此时M2又工作，当另一侧探测器照到黑跑道时，原理与前述类似，小车在整个前进过程中就是在不断重复上述动作，不断修正轨迹，从而实现沿跑道前进的目的。3 焊接与调试3.1 焊接过程简介 1、电路焊接部分比较简单，焊接顺序按照元件高度从低到高的原则，首先焊接8个电阻，焊接时务必用万用表确认阻值是否正确，焊接有极性的元件如三极管、绿色指示灯、电解电容务必分清楚极性，焊接绿色LED时注意引脚长的是正极，并且焊接时间不能太长否则容易焊坏，D4 D5 R13 R14 可以暂时不焊，集成电路芯片可以不插，初步焊接完成后请
6、务必细心核对，防止粗心大意。 2、两对线路检测传感器的安装顺序在全部电子元件的最后，其他元件焊接完成后，将万向轮装上，传感器元件焊接时与其他元件相反，装于线路板的焊接面，其高度应根据万向轮螺栓高度来定，装时可以将线路板焊接面朝上，然后元件顶面与半个导向圆螺母齐平为宜，此时实际工作时传感器与地面距离约为5mm左右。3.2 调试与组装 1、为了方便调试，先不装电机，取一张白纸，画一个黑圈，接通电源，可看到两侧指示灯点亮，将小车放于白纸上，让探测器照于黑圈上，调节本侧电位器，让这一侧的灯照到黑圈时指示灯灭，照到白纸时亮，反复调节两侧探测器，直到两侧全部符合上述变化规律。2、两只电机转向与电流方向有关
7、，焊好引线后先不要把电机粘于线路板上，装上电池，打开开关，查看电机转向，必须确保装上车轮后小车向前进的方向转动，若相反，应将电机两线互换，无误后撕去泡沫胶上的纸，将电机粘于线路板上，粘时尽量让两电机前后一致，且要保证两车轮的灵活转动。3.3 整车调试1、为了保证小车的正常运行，跑道的制作也很重要，跑道的宽度必须小于两侧探测器的间距，一般以15-20mm较为合适，跑道可以是一个圆，也可以是任意形状，但要保证转弯角度不要太大，否则小车容易脱轨，制作时可取一张A3白纸，先用铅笔在上面画好跑道的初稿，确定好后再用毛笔沿铅笔画好的跑道进行上色加粗，注意画时尽量让整条线粗细均匀些，等画完后让纸在阴凉处阴干
8、，这样自己设计的跑道便制作完成了。上跑道实际通电试车时，适当调整两对传感器的间跑，以适应跑道，达到自动识别跑道并准确无误工作为止。2、实际试车时，若发现小车跑到某个地方动不了了，只要看到轮子还在转，就说明跑道纸不平整，轮子转动时出现了打滑现象，这时可适当增加小车的重量来解决，具体可在小车的电池上装载一点重物，让车轮处重量增加，这样车轮就不会打滑了。4 特色与创新点讨论硬件方面：采用双步进控制电动车，利于车转向，利用光电传感器与电压比较器之间的信号传输与转换，加上语音播放模块，实现电动车的智能化。软件方面：传感器在检测到某物时，输出信号会发生变化，让电压比较器只对此规律的信号作出反应，减少了数据
9、处理量，缩短了系统反应时间，并简化了程序，提高了系统的控制精度。整个运行过程中通过实时信息采集，利用查询，实现对信号的实时检测和处理。参考文献 1 全国大学生电子设计竞赛组委会.第六届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编.北京:北京理工大学出版社,2009 11192 黄智伟，王彦，陈文光等.全国大学生电子设计竞赛训练教程.北京:电子工业出版社,2009 3439 3 胡汉才.单片机原理及接口技术.北京:清华大学出版社,2010 17194 王为青，程国钢.单片机Keil Cx51应用开发技术.北京:人民邮电出版社,20112426智能寻迹机器人采用现在较为流行的8位单片机作为系统大脑。以805
10、1系列家族中的AT89S51/AT89S52为主芯片。40脚的DIP封装使它拥有32个完全IO(GPIO通用输入输出)端口，通过对这些端口加以信号输入电路，控制电路，执行电路共同完成寻迹机器人。P0.0，P0.1，P0.2，P0.3分别通过LG9110电机驱动来驱动电机1和电机2。由电机的正转与反转来完成机器人的前进，后退，左转，右转，遇障碍物绕行，避悬崖等基本动作。在机器人前进时如果前方有障碍物，由红外发射管发射的红外信号被反射给红外接收管，红外接管将此信号经过P3.7传送入AT89S52中，主芯片通过内部的代码进行机器人的绕障碍物操作，同时主芯片将P3.7的信号状态通过P2.5的LED指示
11、灯显示出来。机器人行走时会通过P3.5与P3.6的红外接收探头来进行检测。 当走到悬崖处时，P3.5或P3.6将收到一个电平信号，此电平信号将通过相应端口传送入主芯片中，主芯片通过内部代码完成机器人的避悬崖操作。同时P3.5与P3.6的信号状态将通过P2.6/P2.7显示出来。在机器人的左转，右转，后退的过程，可以通过观看以P2.0/P0.7为指示灯的运行状态。P0.4为机器人的声控检测端口，在运行为前进状态时，可以能过声控(如拍手声)来控制它的运行与停止。P0.6为机器人的声音输出端。在机器人遇到障碍物时。进行绕障碍物与避悬崖时可以通过此端口控制蜂鸣器发出报警声。当为白天或黑夜时可以通过P0
12、.5端口中的光敏电阻来进行判断，以方便完成机器人夜间自动照明等功能。两个按键以查询/中断两种不同的方式来展现按键操作。你可以按下S1键来进行机器的停止。再按下S2键来进行机器人的运行。这个按键的信息分别被P3.2，P3.4接收到。IR1为红外遥控接收器，这就为机器人进行远程遥控创造了可能。这个红外遥控接收头接收到红外信号时将信号经过P3.3送入到主芯片，主芯片对其进行解密后以不同的方式对机器人进行控制。同时将用户的按键信息通过P2端口上LED数码管显示出来。P3.0、P3.l中COM端口的加入，让你完全可以用电脑对其进行控制。你可以通过对串口发送数据，数据会被显示到LED数码管中，并让机器人执
13、行相应的功能。电脑的串口软件要求波特率为9600。8位数据位，这时你就可以快乐的用电脑来对它进行你的完全控制了。打开Keil软件后，出现如图4.1所示界面。图4.1 Keil 软件主界面点击Project-New Project。可以新建一个工程，如图4.2所示。图4.2 Keil软件新建工程界面点击会出现的对话框中选择工程存在路径（如图4.3所示），单击“保存”后，出现界面。在此界面上选择电路板上所用的单片机型号（如图4.4所示），单击“确定”。图4.3 保存路径界面图4.4 选择电路板上所用的单片机型号界面设置完成后，软件会提示是否将8051上电初始化程序添加入工程。这个一般选“否”。这样
14、就建立好了一个空的51工程（如图4.5所示）。图4.5 建立空的51工程界面点击File-New，便建立了一个空的文本框（如图4.6所示）。图4.6 建立空文本框界面到现在为止，就可以开始在里面输入代码了。保存时注意：如果是用C语言写的程序，则将文本保存成*.c（如图4.7所示）。图4.7 保存文本改写界面将写完的程序添加到工程里面，如图4.8所示，在左边Project Workspace里的Source Group 1上右击，选择Add Files to Group Source Group 1。在打开的对话框中，选择刚存的文件路径和对应的扩展名。此时，程序就添加进了这个工程。图4.8 添加工程界面下一步，就开始编译刚输入进去的代码。接着，Keil会打出下面的提示：0 Error(s), 0 Warning(s).建立工程的时候，默认是不生成HEX文件的，得在编译做如下设置：在Project Workspace里Target 1上右击，选择“Options for Target Target 1”。出现如图4.9所示对话框，选择“Output”按图示，将箭头所指的多选框勾上，点“确定”。现在再点击重新编译，就会在工程所在文件夹里生成HEX文件9 10。图4.9 生成HEX文件界面