2023年自动往返小车

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1、2023年自动往返小车 XX郵電XX 开放实验报告 题 系 别：专 业：班 级：学生姓名： 导师姓名：起止时间： 信息与控制系 自动化 自动02班 至2023.6.16 目：电子电路设计 XXX XXX 2023.4. 21一、实验目的： 1、掌握电路设计的方法和技巧，将学习到的单片机理论知识运用到实际当中去，做到活学活用。 2、深入了解电子元器件的使用方法，了解各种元器件的基本用途和方法，灵活敏捷的判断电路中出现的故障，学会独立设计电路，积累更多的设计经验。 3、加强焊接能力和技巧，完成基本的要求。 二、模块选择： 1寻迹传感器的选择 探测路面黑线的基本原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和

2、白纸对光的反射系数不同，可以根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理，可以控制小车行走的路迹。下面几种可行的方案是根据本原理设计的： 方案一：采用普通的发光二极管及光敏电阻组成的发射接收方案，如图1-1所示。其工作原理：当无光照时，光敏电阻呈现高阻状态，又分压公式可知，电阻R2无压降三极管截止，三极管的集电极输出高电平；反之，当有光照的时候，光敏电阻接收到反射的光，其阻值下降，由分压公式，R2有压降三极管导通，输出低电平，利用高低电平可以判断控制小车的形程和方向。本方案能达到基本的控制要求，但是它的缺点在于容易受到外界光线的干扰，不易于控制小车的行迹，损坏了信号采集的效果。主要是因

3、为可见光的反射效果跟地表的平坦程度、材料的反射情况有关直接影响到检测效果。 1-1发光二极管及光敏电阻组成的发射接收方案 方案二：脉冲调制的反射式红外发射接收器。由于采用该有交流分量的调制信号，侧可大幅度减少外界干扰；另外红外发射接收管的最大工作电流取决于平均电流。如果采用占空比小的调制信号，再平均电流不变的情况下，瞬时电流很大（50100mA），大大提高了信噪比。如图1-2所示。它的优点是消除了外界光线的干扰提高了灵敏度。 1-2脉冲调制的反射式红外发射接收方案 由以上两种方案比较可知。方案二虽然比方案一优势大，但是我们做的小车要求不是很高，方案一基本能满足要求，并且电路简单，工作还比较可靠

4、，因此我们选择方案一作为小车的寻迹传感器。 3电动机的选择 方案一：采用步进电机，步进电动机的一个显著的特点就是具有快速启动和停止能力，能够达到我们所要求的标准。如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即是步进电机启动或反转。其转换灵敏度比较高。正转、反转控制灵活。但是步进电机的价格比较昂贵，对于我们的现状相差太远。 方案二：采用普通的直流电机。直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便。调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速启动、制动和反转。能满足各种不容的特殊运行要求。 由于普通直流电机价格适宜，更易于购买，并且电路相对简单，因此采用直流电机作为动力

5、源。 4电动机驱动方案的选择 方案一：采用电路网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调整速度目的。但是组织网络只能是先有极调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵，且可能存在于干扰。更主要的问题在于一般电动机的电阻比较小丹电流很大，分压不仅会降低效率，而且实现很困难。 方案二：采用继电器对电动机的开关控制，通过控制开关的切换速度实现对小车的速度进行调整。这个电路的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间长，易于损坏，寿命较短、可靠性小。 3 方案三：采用四个大功率晶体管组成H桥式电路，四个大功率晶体管分为两组，交替导通和截止，用单片机控制使之工作在开关状态，进而控制电机的运行。该控制电路由于

6、四个大功率晶体管只工作在饱和与截止状态下，效率非常高，并且大功率晶体管开关的速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的电路。 由以上三种方案，我们选择了四个大功率晶体管组成H桥式电路的298集成芯片如图1-3所示运用方便简单，软件也简单。 U119XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/

7、T1P3.6/WRP3.7/RD39383736353433322122232425262728101112131415161718XTAL29RST293031PSENALEEA+12VR61k12345678Q9BC184P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51R21kR31kQ8Q2BC184+88.8Q5Q3TIP31BC184Q14+12VR71kQ10TIP31Q13R8BC18410kTIP31Q6R11kQ7R41kTIP31+88.8Q1BC184Q4TIP32Q15Q12BC184Q16TIP32BC184R5Q11TIP321kTIP

8、32BC184 1-3 L298集成芯片 5供电方案的选择 方案一：采用两个电源供电，将电动机驱动电源与电片机以及其周边电路电源完全隔离，利用光电耦合器传输信号。这样可以使电动机驱动所造成的干扰彻底消除，提高了系统的稳定性，但是多一组电池，增加了小车的重量，同时也增加了小车的惯性，消弱因为电动机的控制性能，降低了灵敏度。 方案二：采用单一电源8V供电。电源直接给电动机供电，通过电阻来分压，其供电也比方案一简单。我们在选用的时候，根据自己的实际情况采用了第二种方案。 6控制核心CPU的选择 方案一:市场上流通很多种类的单片机，在一般性能上都可以达到要求，例如AT89C 51、AT89C52等都可

9、以用于控制小车，唯一缺点在于不能在线下载，造成了不便的烦恼，下载器，AT系列单片机价钱比较贵。不利于小资本实验。 4 方案二:飞利浦系列单片机价钱容易接受，可以在线下载，下载器也比较容易购买到，方便携带应用。例如，P89C51 其可以用于控制小车，性能功能上要比AT系列突出，因此，我选择了第二种方案，作为控制核心，以便控制小车。如图1-4所示。 1-4 P89C51引脚图 通过以上各部分方案比较，我们选择P89C51作为控制核心器件、普通数码管显示、普通发光二极管发射与接收作为寻迹器件、反射式红外发射接收器作为蔽障器件、采用普通直流电机来驱动小车、采用四个大功率晶体管组成H桥式电路驱动直流电机

10、、采用单一电源供电为整个系统供电。整个系统我们做了细心的比较、与现实情况相联系起来，最终选取的。 三、硬件设计： 如下图1-5所示，是本次设计智能小车的电路框图。以P89C51为电路的中央处理器，来处理传感器采集来的数据，处理完毕之后以便去控制电机驱动电路来驱动电机。电源部分是为整个电路模块提供电源，以便能正常工作。 1-5智能小车的电路框图 1CPU中央处理器的设计 P89C51是40脚的集成芯片如下图1-6所示。可以在线下载，减少了插拔芯片的工作。 根据我们设计的电路的要求，为了保证芯片和电路能正常的工作，选择了12.0000MHz晶振，和两个30pF的电容作为中央处理理器的时间标准，这样

11、就保证了正常的工作时序。 本次设计，P1.0、P1.7接收避障信号，P1.1P1.6控制电机驱动芯片293，P2.0P2.2是接受寻迹传感器发送来的信号。P2.4P2.7、P0控制数码管显示接口。 1-6 STC89C51引脚图，以及晶振连接图 2黑线测设计与实现 当检测到黑线时，红外光敏二极管接收到反射回来红外光，其输出立即发生高低点平转换，该信号经放大器放大后送到单片机进行分析处理。在碰到相应的黑线时，会作出不同的控制动作，例如加速、减速、变化运动方向等 3电动机驱动电路设计与实现 四大功率管组成H桥式电路。是十六脚封装的直流电机驱动电路芯片，能够同时驱动两个直流电机。图1-7-1是L29

12、8N的逻辑关系图表，根据1-7和1-7-1，我们可以使用L298N成芯片了。 四、软件设计 6 硬件设计焊接完毕后，进行调试无误，根据老师基本的要求和自己的发挥，联系硬件结构进行编程，运算。在编程之前首先将程序框图编写出来。然后根据程序框图和硬件电路进行编程调试，如下图所示分别是总程序框图、寻迹子程序框图、避障子程序框图。 程序编写的同时，必须根硬件相联系起来，负责达不到原想的效果。编完一段的下载到芯片上去进行软硬件调试，调试到与原本效果相同为止 。 程序见附页 心得体会： XX： 本次开放实验结束了，结果已经按要求实现了预期功能，并做了一定的扩展，不过在此过程中也遇到了不少问题： 1、软件问

13、题及解决办法： 采用一直给高电平的驱动方式在软件的编写过程中会简单一点，开始按照这样的思路写出的程序并没有实现预期功能，原因是驱动电流的不可控性，最后采用PWM驱动方式，问题得到了解决。 7 在显示电路的软件设计中，调用显示子程序是比较常规的想法，但这样的话会影响到给电机占空比不一致的情况，导致电机的转动不够稳定。最后想到查的表方法，这样可以最大限度的减少显示对时延的影响，实现了预期效果。 2、硬件问题及解决办法： 在硬件电路的设计阶段，遇到的第一个问题就是对数码管共阳和共阴的选择，在仿真中共阳和共阴并不存在问题，单实际电路中共阴管的显示效果可能没有共阳管的效果好，这是因为共阴管的显示依靠的是

14、I/O的电流，I/O电流如果不经过放大会非常的微弱，需要经过三极管的功率放大作用就会好一些。当采用共阳管时就不存在上述问题，这时采用的是电源电流，显示会非常稳定。 总结实验中遇到的各种问题，有这样的感觉，在理论研究阶段就要尽可能的考虑到实际中遇到的各种问题。不要图简单省事在仿真阶段少了这样的环节，因为仿真中实现的功能在实际电路中很难一次实现，这时候如果有前期的充分考虑就会有响应的解决方案，从而省去许多麻烦。实际中的电路和仿真中的是两码事，一定要充分考虑到各种影响因素。 再此感谢我们小组同学共同合作，以及杨春杰老师的细心指导，使得本次实验顺利完成。 XXX： 我具体负责的是焊接和检测电路方面的工

15、作。 题目一出来我们就开始了设计和分析,实验正式开始时我们的电路和相应程序的仿真应该说已经很成熟了,一开始只是做了扩展功能的设计并用PROTEUS仿真出结果。后来我们就去领了器件开始了焊接工作.虽然从PROTEUS仿真出来的结果看起来线路并不复杂,但是要在一块小小的电路板上面分布这些许的器件,同时要考虑布局的合理性以及怎样才能使布线尽量简单还是有一些难度的.其次PROTEUS仿真出来的图与实际的管脚图有差距，所以要参阅有关资料。 本次课程设计，我们做的是直流电机，我主要负责的是电路的焊接，在焊接前，我把张涛设计的程序和仿真做了详细的了解，对各器件的作用和功能进行了分析，然后去领了器件，根据仿真

16、图，进行了器件分布设计，使整个电路板美观，在焊接过程中，尽量地避免串线和交叉线，使焊接不会出错，根据仿真图焊接完成后，仔细检查一遍，发现有两个错误： 1、80C51 Vcc和Vdd未与高电平和低电平焊接，80C51的13管脚接错。 2、高电平和低平直接导通。对于上面的第一个问题，简单改正即可，对于第二个问题，仔细检查电路板，发现两线圈之间有一丝焊锡丝使高电平与低电平导通。解决方法用电烙铁使两线圈断开，检查完成，把80C51装上程序，并接上电源，LED 8 灯正常按程序设计闪亮，但电机不是转动，只是左右摆动，经过认真地检查，如果按照老师给的电机线路接法，电机接法没错，但经过认真分析，老师给出的电

17、机接法有可能错，后来证明我们的分析是对的。我们把电机的除棕黄外的四根线经过几次调换顺序，最终试出电机会转动，并经过了老师的验收。 经过这次开放性实验，使我对单片机有了更深刻的认识，特别是80C51的应用。同时在实验中我们每个人都有着自己的分工,各司其职,每个人都努力完成着属于自己的任务,使我感觉到合作的重要性，团队的重要性。众人拾柴火焰高,正是由于我们的团结,才使得任何困难在我们面前都是那么的微不足道.XXX： 电路板焊接完毕后，情况并非如我们预想的那样顺利，电机根本不转。面对这样的状况，我们并没有气馁而是冷静的调试，排除所有可能的故障和干扰：芯片管脚有虚焊，我们重新焊接；转动不稳定，我们添加

18、定位子程序；重启后不能重新工作，我们安装复位按钮；电机转动太慢，我们修改占空比；经过一系列有针对性的调试，对症下药我们终于出色的设计出了一个工作稳定，误差较小，性能可靠的智能小车，得到了老师的好评。 实验过程中，我们真正所收获的不仅仅是熟悉了步进电机的工作原理设计出了电机，更加重要的是懂得了团队配合的重要性，没有大家的集思广益就不会有我们今天的出色方案，没有了大家的分工合作，就代表会有如此的高效率，所以我很庆幸有这样一个优秀的团队。在这期间，我还锻炼了实际动手能力，比如说焊接电路板，使用编程器向芯片中写程序修改程序，以及利用软件如何进行仿真和调试等等。此外，我还掌握了一定的排障能力，遇到问题可

19、以保持冷静的头脑，认真分析问题并解决问题，我觉得这才是我通过实验收获最多的，而且会让我受用一生的东西！ 在实验中，我们遇到的最大问题是在软件仿真只能对低转速的电机进行仿真，当转速很高时电机就无法正常运转。一次次地重写芯片，一次次地调试才发现仿真无法实现的程序在实际电机中却可以正常工作，这就告诉我们软件仿真与实际电机的工作还是存在很大偏差的，我们今后无论在学习和工作过程中都要时刻铭记要理论联系实际，不要读死书死读书，要明白很多事情要自己亲自通过实验去验证，去获取新知。而且在实验中，要敢于大胆去尝试，不要固守陈规，因为只有这样才能不断创新，运用所学过的知识去发现新问题解决新问题！ XX： 在本次设

20、计中，我主要负责硬件方面的制作。小车的电机驱动部分是一个很复杂的电路部分，最初的桥式电路驱动模块有一些问题。使得电机转动不匀速，老是在转动过程中自动停止，造成了设计过程中进程缓慢。达林顿管在电机转动一段时间后，总会发热，预计如果在用于长时间的电机转动时，可能会因达林顿管温度太高，不能正常工作，而影响实验结果。因此在修改这部分电路时耗时较多。最后经过检查排错，最后焊接的H型驱动电路板性 9 能稳定。 直流电机转动较匀速，转动力矩大，不易定位、转速快。当给出停止信号时会在惯性的条件下继续运动一小段时间直到停止。从而使系统的控制精度达不到要求。因此在软件中减速用电机反转停止比较容易些，但也要结合实际

21、，多做测试来确定减速所需的时间，以免小车反退。 在传感器检测电路方面，电路中的滑动变阻器作用是很大的，因为改变ST188发射极的电阻，可以控制ST188的发射的光强。从而控制了检测地面黑线的高度，根据实验经验，发射极所接的电阻越小，所检测到的地面黑线的高度越高。 为了是显示模块的LED数码管亮度足够，选用了NPN型三极管增加驱动电流。效果显著。 总之，在实际软件和硬件的编制和调试过程中，我学到了许多的知识，对单片机的实际应用也产生了浓厚的兴趣和热情，受益菲浅。 XXX： 在此次设计中，我主要参与软件方面的设计。由于是第一次参加这种大型的组队设计，我最初不太懂整体的设计，感觉任务很艰巨，但是看到

22、同组成员的热情参与，甚至废寝忘食的编程，我也变得热情高涨，并且信心十足。参与了编程中， 从对C语言一点都不熟悉，并且畏惧编程到最后能编制出小车的整体程序，真的是一种很大的进步。我明白了C语言在单片机程序中比汇编的优越性，不用过多的考虑存储空间的分配。而且在运算方面灵活方便。比如说在显示部分的时间计算过程中，C语言就体现出了它的优势，只用一个计数器和自加运算就能简单的实现秒计时的功能。 最后我学会了使用KeilC编程调试软件和Proteus仿真工具。感觉收获很大，为以后的课程设计和毕业设计打好了基础。而且使我对C语言编程产生了兴趣。 XX： 在本次设计中，我主要参与了硬件方面的制作。焊接了小车电

23、路板。对89C51的外围电路有了初步的认识与体会。在排错过程中，就更加深了电路的理解与用法。每一根线的接法，都需要检查核对，并且明白它的作用，这样在几次排错检查后，学会了电表的使用。对一些元器件的管脚图和应用有了认识。比如说用三极管来放大显示部分LED数码管的驱动电流。这个应用是我们组通过实验得出的方法，感觉到了收获的喜悦。还有对单片机的博大精深也很是佩服，一个小小的芯片也能实现自动往返小车的整体控制。是我以前所没有想到的。 在设计过程中也体会到了团结的力量，对于一个小组设计，不论怎样做，都要有个规划和安排，并且互相支持帮助。不能自己干自己的，或者不服从组长的分配。否则不会成功。 自动往返小车 电工实训报告自动往返运动小车 项目5送料小车自动往返的PLC控制总结 项目5送料小车自动往返的PLC控制总结 电力拖动理论教案12自动往返 智能小车的自动寻迹实验 自动避障小车技术报告2 往返跑 往返接力跑 往返接力跑