智能循迹小车

智能循迹小车

学    院：                         

专业班级：                         

学    号：                         

学生姓名：                          

指导教师：                          

完成时间：                         

成    绩：                         

评阅意见：

               评阅教师                日期                   

一、设计要求：

1．利用所学过的基础知识，通过本次电子实习培养解决实际问题的能力；

2．巩固本课程所学的理论知识和实验技能；

3． 熟练掌握焊接机能、电子元器件的识别。

4. 了解智能循迹小车构成的设计方法。

5. 培养团队的协作和沟通能力

6．掌握常用电子电路的一般设计方法，提高设计能力和实验、动手能力，为今后从事电子电路的设计、研制电子产品打下基础。

二、实习内容、安排：

  1、功能的具体实现：

红外寻迹是利用红外光电对管对路面信号进行检测，经过比较器处理之后，送给软件控制模块进行实时控制，输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车的运动。

    1）行驶直线的控制：利用红外传感器的左右最外端俩个探头检测黑线，全白说明在道中间，没有偏离轨道，走直线；一旦右侧探管检测到黑线，说明小车外侧探头已跑出轨道，让车左拐；同理一旦左侧检测到黑线，说明左测探头已经出线，执行右拐命令。

2）拐直角弯的控制：当车前探头检测到黑线，执行直走，让车中心探头去检测，一旦车中心探头检测到黑线开始左拐，直到车位探头检测到跳出左拐命令，继续开始执行循迹，通过设置车中间探头与车尾探头的间距，便可以实现拐弯的角度，进而顺利入弯。

2、注意事项：

焊接顺序，先贴片后插件。

芯片及其它元件正方向： 

芯片：有小圆点的一端为正方向标志；

电解电容：引脚较长的一端为正，带白色阴影的一端为负，在PCB上表现为有阴影的一端为负，空白的一端为正；

LED：有绿线或绿点的一端为反向端，在PCB板上表现为有尖的一端；

二极管：有黑线的一端为反向端；

三、设计的具体实现：

   1、系统概述：

小车的硬件主要包括51单片机最小系统以及3大模块：即电源模块、电机驱动模块、红外循迹模块。

系统工作框图如下：

2、单元电路的设计与分析：

（1）电源模块：

供电系统的原理图

      7805的5V输出给单片机以及各个功能模块供电，在实际应用过程中我们可能需要好几块7805，但是我们要注意的是：各个7805之间的输出绝对不能够并联。7806的6V输出给电机供电作为动力电源。7805与7806要共地。

（2）电机驱动模块：

驱动芯片比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。

L298内部的原理图

     OUT1与OUT2与小车的一个电机的正负极相连，OUT3与OUT4与小车的另一个电机的正负极相连，单片机通过控制IN1与IN2,IN3与IN4分别控制电机的正反转。ENA与ENB分别控制两个电机的使能。

L298控制表

电机驱动模块原理图

L298有两路电源分别为逻辑电源和动力电源，上图中6V逻辑电源，     12V为动力电源。J4接入逻辑电源，J6接入动力电源，J1与J2分别为单片机控制两个电机的输入端，J3与J5分别与两个电极的正负极相连。ENA与ENB直接接入6V逻辑电源也就是说两个电机时刻都工作在使能状态，控制电机的运行状态只有通过J1与J2两个接口。由于我们使用的电机是线圈式的，在从运行状态突然转换到停止状态和从顺时针状态突然转换到逆时针状态时会形成很大的反向电流，在电路中加入二极管的作用就是在产生反向电流的时候进行泄流，保护芯片的安全。

（3）红外寻机模块：

在智能机器人小车的设计中使用的是一体反射式红外对管，所谓一体就是发射管和接受管固定在一起，反射式的工作原理就是接收管接收到的信号是发射管发出的红外光经过反射物的反射后得到的，所以使用红外对管进行循迹时必须是白色地板加黑色引导条。

红外循迹电路的原理图。

电路由一组红外对管、电位器、运算放大器和电阻组成的，R1起到限流的作用，用来控制反光管发出红外信号的强弱。接收管实际上是一个光敏三极管，基极的光电流经过放大后流经电阻R2产生电压与电位器调节后得到的电压进行比较。A1与电阻组成一个比较器。在有红外信号返回时OUT端输出高电平，反之输出低电平。

说明：信号的检测通过红外传感器发射红外线，判断接受管能否接受到反射回来的信号，若接收到说明探管下面是白线，反之由于黑线对红外线的吸收，使之不能接收到发射出去的红外线，因此判断是黑线，当接收到反射的光时，三极管c e极导通，通过比较器输出高电平，反之截止输出低电平，这样通过将输出端与单片机的P口相接，判断P口的高低电位，进而间接的判断出检测到的信号，从而实现信号的检测功能。

红外探测检测到黑线输出低电平 0 v，检测白线为高电平 3.75v。

3、电路的安装与调试：

1、模块安装

（1）电源模块的安装：

7806的6V输出给电机供电作为动力电源。7805与780要共地。

（2）电机驱动模块的安装：

OUT1与OUT2与小车的一个电机的正负极相连，OUT3与OUT4与小车的另一个电机的正负极相连，单片机通过控制IN1与IN2,IN3与IN4分别控制电机的正反转。ENA与ENB分别控制两个电机的使能。

L298的PCB安装图

（3）红外线模块的安装：

一个光敏三极管基极的光电流经过放大后流经电阻R2产生电压与电位器调节后得到的电压进行比较。A1与电阻组成一个比较器。在有红外信号返回时OUT端输出高电平，反之输出低电平。

红外循迹对管的安装图

（4）接口电路连接方式：

电源模块连接+12V接电池正极 GND负极，然后电源模块与单片机连接

J4与电源+5v GND相连接，方块为正。接下来是电源模块与红外线模块的连接

1、接电源模块+5V        2、 接电源模块对应地

再将红外线模块与单片机模块连接起来

7针连接p1.0      6针连接p1.1      5针连接p1.2

4针连接p1.3       3针连接p1.

然后将电机驱动与电源模块连接起来

+12V 与+6V连接  +12V旁的GND与+6V旁的GND连接

+6v GND +6v GND 与电源模块 +5V GND +5V GND连接

最后将电机驱动与单片机连接起来

IN1与p2.0连接 IN2与p2.1连接 

IN3与p2.2连接 IN4与p2.3连接

2、硬件测试：

单片机的测试可以通过简单程序烧录进去测试，各硬件模块在焊接前先模拟仿真，仿真无误后按照原理图焊接电路板，焊接后用万用表检测有无虚焊，短接等错误，检测无误后小心接通电源用万用表测模块各端电压，是否与理论值一致。检测输出是否稳定，用示波器观察纹波合理调整各个模块元器件的参数。

红外探测检测到黑线输出低电平 0 v，检测白线为高电平 3.75v；

激光发射管输入为4.95 v ，光敏电阻接收到激光返回高电平 3.7 v；

7805电源模块输入12v，输出5.04v；

7806电源模块输入12v，输出5.98v。

四、心得体会、存在问题和进一步改进意见：

根据本次设计要求，我们小组系统地阅读了大量的资料，并认真分析了设计课题的需求，还系统学习了51系列单片机的工作原理及其使用方法，并独自设计智能小车的整个项目。

虽然条件艰苦，但经过不懈钻研和努力，系统的进行了多项试验，最终做出了整个小车的硬件系统，然后结合课题任务和小车硬件进行了调试并且能够基本满足设计要求，能够较快较平稳的是小车沿引导线行驶，但由于经验能力有限，该系统还存在着许多不尽人意的地方有待于进一步的完善与改进。

通过本次课题设计，不仅是对我们课本所学知识的考查，更是对我的自学能力和收集资料能力以及动手能力的考验。本次设计使我们对一个项目的整体设计有了初步认识，还认识了单片机，并能组装其接口电路，再有对电路板的制作有了一定的了解。本次设计使我们意识到了实验的重要性，在硬件制作和软件调试的过程中，出现了很多问题，最终都是通过实验的方法来解决的。通过本次课题设计，极大的锻炼了我们的思考和分析问题的能力，并对单片机有了一个更深的认识。

在此次实验中在实习中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间也会从别人上上学到更多。在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的idea，其他人的设计一定有比你出色的地方，很好的借鉴，并在大家的商讨中选择最优方案最终一定会得到最好的设计方法。

实习设计是开端，连接是关键，测试是必须。所以实现过程中不仅要求对知识的掌握要足够准确与精通，更要有绝对的耐心与细心。焊接与组装电路时一定按照自己的设计图仔细连接这会对后面的测试起到很好的铺垫作用。在后面查错时就不用花费精力在查线上，可以给减少很多后续工作，不必花费太多的功夫在检查电路上。

总之，在课题设计的过程中，无论是对于学习方法还是理论知识，我们都有了新的认识，受益匪浅，这将激励我们在今后再接再厉，不断完善自己的理论知识，提高实践运作能力。

五、附录：

1、元件的识别：

（1）电阻:

由三位数组成ABC；计算方法：R=(A×10+B)×。

（2）电容:

电容与电阻的计算方法相似，但贴片的瓷片电容上并没有数字标识，到时候我们会在电容上贴标签以作区分。

（3）电解电容

如图 所示，在电解电容的表面标注有容值和耐压值，例如100uF/16V，表示其容值为100uF，耐压值为16V。

（4）LED

如图 所示，LED灯有绿线或绿点的一端为反向端。

（5）二极管

如图 所示，二极管有黑色线条的一端为反向端。

贴片二极管

（6）按键及开关

按键或开关没有反正，直接插上焊接即可。

（7）芯片

如图所示，有小圆点的一端为芯片的正方向，在PCB板上豁口的左边第一个引脚为芯片的1引脚。

芯片引脚序号及封装

六、参考文献：

1、http://wenku.baidu.com/view/f546574e767f5acfalc7cd5e.html

2、《新编MIS—51单片机应用设计》 哈尔滨工业大学出版社  2004年1月  第二次印刷  张毅刚，彭元喜 姜守达 编著。