電腦科學與技術學院
課程設計報告
（ 2014 — 2015 學年第二學期）
課程名稱： 自動巡跡小車
班級學號：
姓名指導教師：
2023年 7 月
自動循跡小車
本設計是一種基於微控制器控制的簡易自動尋跡小車系統，包括小車系統構成軟硬體設計方法。小車以at89c51 為控制核心, 用微控制器產生pwm波，控制小車速度。利用四路紅外線多用探測系統對路面黑色軌跡進行檢測,並將路面檢測訊號反饋給微控制器。
微控制器對採集到的訊號予以分析判斷,及時控制驅動電機以調整小車轉向,從而使小車能夠沿著黑色軌跡自動行駛,實現小車自動尋跡的目的。
設計乙個基於直流電機的自動尋跡小車，使小車能夠自動檢測地面黑色軌跡，並沿著黑色車軌跡行駛。系統方案方框圖如圖1-1所示。
圖1-1 系統方案方框圖
我們選擇四路紅外線多用探測系統。此系統是為智慧型小車等自動化機械裝置提供一種多用途的紅外探測系統的解決方案。使用紅外線發射和接收管等分立元器件組探頭，並使用lm339電壓比較器作為核心器件構成中控電路。
此系統具有的多種探測功能能極大地滿足各種自動化、智慧型化的小型系統的應用。
自動循跡小車控制系統由主控制電路模組、穩壓電源模組、紅外檢測模組、電機及驅動模組等部分組成,控制系統的結構框圖如圖2-1 所示。
圖2-1控制系統的結構框圖
1、 主控制電路模組：用stc89c51微控制器、復位電路，時鐘電路
2、 紅外檢測模組：循跡感測模組,比較器lm339
3、 電機及驅動模組:電機驅動晶元l298n、兩個直流電機
4、 電源模組：穩壓電源
循跡模組我們選擇四路紅外線多用探測系統。如下圖所示。
測試：測試探頭：一開探頭前面的所有的物體，且探頭不要指向陽光的方向。
將探頭板接在電源後用萬用表測輸出端電壓。此時的電源電壓應在1
伏特左右。用白紙擋在探頭前。用萬用表測輸出端電壓差應當接近電源電壓。
測試中探板：將測試好的探頭按板上所標示的接入輸入端子，移開探頭前面的所有物體，且探頭不要指向陽光的方向，將中探板接上電源後用萬用表測輸出端子，此時輸出端輸出的電壓應當接近電源電壓，用白紙擋在探頭前，萬用表測輸出端電壓應當接近0伏特，調整所在通道的電位器可以改變探測的距離。
特性：1、易於安裝，使用簡便
2、4路分別獨立工作，工作時不受數量限制
3、中控板與探頭分開，安裝位置不受限制
4、模組高度<=10公釐
5、安全工作電壓範圍在3伏特至6伏特之間
6、4路全開工作電流在30毫安至55毫安之間
vcc、gnd：電源接線端
in（1—4）、out：探頭與中控板連線端
out1、out2、out3、out4：對應輸出端
led1、led2、led3、led4：對應輸出指示
r1、r2、r3、r4：對應比較電壓調節
輸出端為集電集開路，板載5.1千歐上拉電阻
3.1.1循跡感測器
原理圖圖3-1
圖3-2
3.1.2比較器lm339簡介
lm339電壓比較器的特點和一些引數：
1）電壓失調小，一般是2mv；
2）共模範圍非常大，為0v到電源電壓減1.5v；
3）他對比較訊號源的內阻限制很寬；
4）lm339 vcc電壓範圍寬，單電源為2-36v，雙電源電壓為±1v-±18v；
5）輸出端電位可靈活方便地選用。
6）差動輸入電壓範圍很大，甚至能等於vcc；
圖 3-3 lm339內部電路圖 3-4 整合運放的管腳圖
通過循跡感測模組檢測黑線，輸出接收到的訊號給lm339 ，接收電壓與比較電壓比較後，輸出訊號變為高電平，再輸入到微控制器中，用以判定是否檢測到黑線。
圖3-5 感測器模組電路圖
在小車具體的循跡行走過程中，為了能精確測定黑線位置並確定小車行走的方向，需要同時在底盤裝設4個紅外探測頭，進行兩級方向糾正控制，提高其循跡的可靠性。這4個紅外探頭的具體位置如圖3-6所示。
圖3-6 感測器安裝圖
圖中循跡感測器全部在一條直線上。其中x1與y1為第一級方向控制感測器，x2與y2為第二級方向控制感測器，並且黑線同一邊的兩個感測器之間的寬度不得大於黑線的寬度。小車前進時，始終保持(如圖3-6中所示的行走軌跡黑線)在x1和y1這兩個第一級感測器之間，當小車偏離黑線時，第一級感測器就能檢測到黑線，把檢測的訊號送給小車的處理、控制系統，控制系統發出訊號對小車軌跡予以糾正。
若小車回到了軌道上，即4個探測器都只檢測到白紙，則小車會繼續行走；若小車由於慣性過大依舊偏離軌道，越出了第一級兩個探測器的探測範圍，這時第二級探測器動作，再次對小車的運動進行糾正，使之回到正確軌道上去。可以看出，第二級方向探測器實際是第一級的後備保護，從而提高了小車循跡的可靠性。
3.2 控制器模組
採用atmel 公司的at89c51 微控制器作為主控制器。它是乙個低功耗，高效能的8 位微控制器，片內含32k 空間的可反覆擦寫100,000 次flash 唯讀儲存器，具有4k 的隨機訪問資料儲存器（ram），32 個i/o口，2個8位可程式設計定時計數器，且可**程式設計、除錯，方便地實現程式的**與整機的除錯。
時鐘電路和復位電路如圖3-7（與微控制器構成最小系統）
1）採用外部時鐘，晶振頻率為12mhz
2）採用按鍵復位
圖3-7 時鐘電路和復位電路
使用4節1.5v的乾電池串聯形成6v的直流穩壓電源
3.4電機及驅動模組
3.4.1電機
功能簡介：
1、採用效能穩定和**昂貴的l298n晶元
2、可以控制兩路的直流減速電機
3、增加為外面電路5v供電的功能
3.4.2驅動
驅動模組採用專用晶元l298n 作為電機驅動晶元，l298n 是乙個具有高電壓大電流的全橋驅動晶元，其響應頻率高，一片l298n可以分別控制兩個直流電機。以下為l298n的引腳圖和輸入輸出關係表。
圖3-8 l298n外部引腳實物圖
表1 l298n輸入輸出關係
l289n可接受標準ttl邏輯電平訊號vss,vss可接4.5到7v電壓。4腳vs接電源電壓，vs電壓範圍為+2.
54到6v。輸出電流可達2.5a，可驅動電感性負載。
1腳和15腳下管的發射極分別單獨引出以便接入電流取樣電阻，形成電流感測訊號。l298n可驅動2個電動機，out1，out2，out2，out3，out4之間可分別接電動機，本實驗裝置我們驅動兩台電機。5,7,10,12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉。
ena,enb接控制使能端，控制電機的停轉。
驅動電路的設計如圖3-10 所示：
圖3-9 l298n電機驅動電路
l298n 的5、7、10、12 四個引腳接到微控制器上，通過對微控制器的程式設計就可實現兩個直流電機的正反控制。
3.5自動循跡小車總體設計
3.5.1總體電路圖
圖3-10 總體電路圖
如圖3-11所示，當光電感測器開始接受訊號，通過比較器將訊號傳如微控制器中。小車進入尋跡模式，即開始不停地掃瞄與探測器連線的單片i/o 口，一旦檢測到某個i/o 口有訊號變化，就執行相應的判斷程式，把相應的訊號傳送給電動機從而糾正小車的狀態。微控制器通過控制管腳的高低電平，控制電機正反轉動。
微控制器採用t0定時計數器，通過來產生pwm波，控制電機轉速。
本系統採用pwm來調節直流電機的速度。pwm是通過控制固定電壓的直流電源開關頻率,從而改變負載兩端的電壓,進而達到控制要求的一種電壓調整方法。pwm可以應用在許多方面,如電機調速、溫度控制、壓力控制等。
在pwm驅動控制的調整系統中,按乙個固定的頻率來接通和斷開電源,並根據需要改變乙個週期內「接通」和「斷開」時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的「占空比」來改變平均電壓的大小,從而控制電動機的轉速。因此,pwm又被稱為「開關驅動裝置」。
在脈衝作用下,當電機通電時,速度增加；電機斷電時,速度逐漸減少。只要按一定規律,改變通、斷電的時間,即可讓電機轉速得到控制。
本系統中通過控制51微控制器的定時器t0的初值，從而可以實現p0.4和p0.5輸出口輸出不同占空比的脈衝波形。
定時計數器若干時間中斷一次, 就使p0.4或p0.5產生乙個高電平或低電平。
將直流電機的速度分為100個等級, 因此乙個週期就有個100脈衝, 週期為100個脈衝的時間。速度等級對應乙個週期的高電平脈衝的個數。占空比為高電平脈衝個數佔乙個週期總脈衝個數的百分數。
乙個週期加在電機兩端的電壓為脈衝高電壓乘以占空比。占空比越大, 加在電機兩端的電壓越大, 電機轉動越快。電機的平均速度等於在一定的占空比下電機的最大速度乘以占空比。
當我們改變占空比時, 就可以得到不同的電機平均速度, 從而達到調速的目的。精確地講, 平均速度與占空比並不是嚴格的線性關係, 在一般的應用中, 可以將其近似地看成線性關係。
自動送料小車PLC控制教案
備課筆記 之前我們學習了順序設計法的一些基礎知識，主要學習了 1 sfc圖的組成 2 如何將sfc圖轉換成梯形圖 3 能讀懂簡單的sfc圖。現在老師給大家乙個sfc圖，檢查一下看看大家知道它能實現什麼功能嗎？學生回答 正確答案 按下啟動按鈕，小車右行碰到sq1小車左行，碰到sq2小車暫停，6s後小車...
自動追光避障小車設計
目錄摘要2關鍵詞2 方案設計3 1.1系統總體方案設計3 1.2模組方案比較與論證3 1.2.1車體設計3 1.2.2控制器模組3 1.2.3電源模組4 1.2.4避障模組4 1.2.5小車電機模組4 1.2.6小車自動追光模組5 1.2.7太陽能板自動追光模組5 1.2.8太陽能充電模組5 1.3...
電子愛好者DIY製作自製微型巡線小車過程
做了乙個巡線小車 技術不好，高手勿噴 需要電子元件有光敏電阻，電阻二極體，三極體，電位器等先上電路圖 材料 上都有賣,照相機的圖傳不上來，所以截的圖 在上光敏電阻和二極體，這塊洞洞板寬2個洞長5個空 各個電子元件的位置，這塊長10寬10個孔 連好後再把光敏電阻等用跳線連線 最後上跳線連法 p 巡線小...