1、西京學院自動化1002班概要本尋跡小車是以萬能板為車架，STC12C5A60S2單片機為控制核心，將各傳感器的信號傳至單片機分析處理，從而控制L293D電機驅動，控制小車，速度由單片機提供的PWM波控制。利用紅外傳感器檢測黑線，紅外對管來實現循跡功能，利用超聲波傳感器進行檢測避障。整個系統的電路結構簡單，可靠性能高。根據小車各部分功能，模塊化硬件電路，并調試電路。將調試成功的各個模塊逐個地“融合”成整體，再進行軟件編程調試，直到完成。關鍵詞：STC12C5A60S2直流電機紅外對管傳感器尋跡小車L293D電機驅動1、循跡小車的系統的要求和總體方案設計11設計要求111基本要求利用單片機實驗板，

2、并制作一定的外圍電路，編寫程序設計制作一個智能循跡壁障的小車，具體要求如下：（1）具有啟動、停止功能；（2）能夠完成前進、后退、左轉、右轉單獨動作和復合動作；（3）能按照規定路線循跡行駛；112發揮要求利用超聲波或紅外等方式實現避障功能12智能循跡小車的工作原理我們知道小車的循跡原理是根據實現電位的高低來實現對前進方向的控制的。在這里我們設定了白色和黑色的通道界面來行駛，而根據我們所學的知識通常采取的方法是紅外探測法。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質的特點，在小車行駛過程中不斷地向地面發射紅外光，當紅外光遇到白色紙質地板時發生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收

3、；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機就是否收到反射回來的紅外光為依據來確定黑線的位置和小車的行走路線。通過查資料我們知道紅外探測器探測距離有限，一般最大不應超過3cm。12恒壓恒流橋式驅動芯片L293D驅動電機原理本L293D驅動模塊，采用ST公司原裝全新的L293D芯片，采用SMT工藝穩定性高，采用高質量鋁電解電容，使電路穩定工作。可以直接驅動4路3-16V直流電機，并提供了5V輸出接（輸入最低只要6V）,可以給5V單片機電路系統供電（低紋波系數），支持3.3VMCUARM控制，可以方便的控制直流電機速度和方向，也可以控制2相步進電機，5線4相步進電機,是智能小

4、車必備利器。本模塊可以51,AVR，PIC,ARM等控制器連接，下圖MCU_GNDMCU_+5V是指可以用驅動輸出+5V的電源給控制系統供電。當然，也可以不用，當不用的時候懸空。但它們一定要共地。即MCU_GND要與驅動模塊GND相連（這點至關重要）。IO是指MCU的普通的輸入輸出接。這里特別指出的是EN1EN2這里我們已經用跳線帽直接插到5V了，直接使能，如果有PWM調速可以去掉跳線帽直接從這里輸入PWM信號，調節電機速度。從左至右接定義為：+5GNDIN1IN2IN3IN4EN1EN2EN1EN2為電機1電機2使能端+5GNDIN5IN6IN7IN8EN1EN2EN1EN2為電機3電機4使

5、能端如下圖1、圖2所示：圖1L293D驅動電路實物圖以下舉例：控制緊邏輯。這里一路其它的，其它三路類推IN1:衛IN2EN1電機*扌扌00不轉010不轉100不轉110不轉001不轉011F轉101反轉111不轉圖2電機驅動使能端子1.3模塊方案比較與論證根據設計要求，本系統主要由主控模塊、電源模塊、尋跡傳感器模塊、直流電機及其驅動模塊、電壓比較模塊等模塊構成。為較好的實現各模塊的功能，我們分別設計了幾種方案并分別進行了論證。131主控制器模塊方案一：采用凌陽公司的16位單片機，它是16位控制器，具有體積小、驅動能力高、集成度高、易擴展、可靠性高、功耗低、結構簡單、中斷處理能力強等特點。處理速

6、度高，尤其適用于語音處理和識別等領域。但是當凌陽單片機應用語音處理和辨識時，由于其占用的CPU資源較多而使得凌陽單片機同時處理其它任務的速度和能力降低。本系統主要是進行尋跡運行的檢測以及電機的控制。如果單純的使用凌陽單片機，在語音播報的同時小車的控制容易出現不穩定的情況。從系統的穩定性和編程的簡潔性考慮，我們放棄了單純使用凌陽單片機而考慮其它的方案。方案:采用宏晶科技生產的STC12C5A60S2單片機作為主控制器。STC12C5A60S2是單時鐘/幾器周期（1T）的單片機，是高速/氐功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051,但速度快8-12倍。內部集成MAX810

7、專用復位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉換(250K/S)針對電機控制，強干擾場合。由于STC12C5A60S2單片機的資源已經可以滿足設計需要，且此單片機價格上有優勢。從方便實用不浪費資源的角度考慮，我們選擇了方案二。132尋跡傳感器模塊方案一：采用簡易光電傳感器結合外圍電路探測，但實際效果并不理想，對行駛過程中的穩定性要求很高，且誤測幾率較大，易受光線環境和路面介質影響。在使用過程極易出現問題，而且容易因為該部件造成整個系統的不穩定。故最終未采用該方案。方案:采用兩只St188紅外對管，分別置于小車車身前軌道的兩側，根據兩只光電開關接受到白線與黑線的情況來控制小車轉向來調整車向，測

8、試表明，只要合理安裝好兩只光電開關的位置就可以很好的實現循跡的功能。方案二：采用五只st188紅外對管，一只置于軌道中間，其他四只置于軌道外側，當小車脫離軌道時，即當置于中間的一只光電開關脫離軌道時，等待外面任一只檢測到黑線后，做出相應的轉向調整，直到中間的光電開關重新檢測到黑線(即回到軌道)再恢復正向行駛。現場實測表明，小車在尋跡過程中有一定的左右搖擺不定，但是不影響小車的整體行駛效果。通過比較，我們選取第三種方案來實現循跡。133&機驅動模塊方案一：采用專用芯片L293D作為電機驅動芯片。L293D是一個具有高電壓大電流的全橋驅動芯片，它相應頻率高，一片L293D可以分別控制兩個直流電機，

9、而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅動，操作方便，穩定性好，性能優良。方案:對于直流電機用分立元件構成驅動電路。由分立元件構成電機驅動電路，結構簡單，價格低廉，在實際應用中應用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩定。因此，我們選用了方案一。1.4小車總體設計的最終方案經過反復論證，我們最終確定了如下方案：（1）車體用原有的小車（2）采用STC12C5A60S2單片機作為主控制器。（3）采用12V直流電池為直流電機供電。（4）用st188型光電對管進行尋跡。（5）L293D作為直流電機的驅動芯片。系統的結構框圖如圖3所示：電壓比較器直流電機循跡或避障光電對管組圖3系統結構框二、小車硬件實現及模塊

10、電路的設計21、主控制器模塊的設計采用宏晶科技生產的STC12C5A60S2單片機作為主控制器，不用燒寫器而只用USB串下載線就可以往單片機中下載程序。我們在開發過程中使用開發版，方便程序的調試和整機的測試，待系統調試完成后，將單片機從開發板安裝在小車底座板上方便及時調試。we“IPP10iFI:1F2Y1tlA5ruAPli?P1.7P3J90rs.iLIp?TtlP1HL3PJL4也It片機最小系P1J0VCCPL1越DP1J也】fl3POPl4P丄5砂Pl6P05FGrmiPLP0.7P3BOMP3inXDpsi/nncKEt；pssnmPJ7旳創K-1w.i陽.7恥Z23WTAL3XT

11、ALiPiJC-3?PMJJMi3433ris32MiJ330li朋FU27叫押P35jjim曲M3舘K12五iS9加tabr0匕14-tOkS單片機最小系統的應用(1)時鐘電路系統的時鐘電路設計是采用的內部方式，即利用芯片內部的振蕩電路。AT89單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容ci和C2構成并聯諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩定性、起振的快速性和溫度的

12、穩定性。因此，此系統電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22“F更好地保證震蕩器穩定和可靠地工作。(2)復位電路復位是由外部的復位電路來實現的。片內復位電路是復位引腳RST通過一個斯密特觸發器與復位電路相連，斯密特觸發器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的S5P2，由復位電路采樣一次。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式，此電路系統采用的是上電與按鈕復位電路，如圖所示。當時鐘頻率選用6MHz時，C取22“F,Rs約為200Q,Rk約為1K。22尋跡傳感器模塊傳感用st188型光電對管，st188是種一體化反射型光電探測器，其發射器是個砷化鎵紅外發

13、光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管當發光二極管發出的光反射回來時，三極管導通輸出低電平，電路如圖21可調電阻RS1/2可以調節比較器的門限電壓，經示波器觀察，輸出波形相當規則，可以直接給單片機查詢使用。圖5光電對管檢測電路1vcc圖5光電對管檢測電路2而且經試驗驗證給此電路供電的電池的壓降較小。因此我們選擇此電路作為我們的傳感器檢測與調節電路。23、尋光模塊采用光敏二極管作為光源探測模塊的傳感器，由于光敏二極管感光后，內阻有較大的變化，通過一定的電路轉化為電壓的變化。采用LM358比較器對5個二極管的輸出電壓進行比較，光敏二極管引起的電壓變化送到比較器的反相端與基準信號進行比較

14、,將結果輸入到單片機執行判斷。基于LM358的尋光電壓比較電路：LM358的二號管腳為基準電壓輸入端，將需要進行比較的電壓輸入到三號管腳，如果比基電壓的值大，則一號管腳輸出為高電平，反之為低電平。24、電機驅動模塊241電機驅動電路的設計驅動模塊采用專用芯片L293D作為電機驅動芯片，L293D是一個具有高電壓大電流的全橋驅動芯片，其響應頻率高，一片L293D可以分別控制兩個直流電機，驅動電路的設計如圖L293D的57101泗個引腳接到單片機上，通過對單片機的編程就可實現兩個直流電機的PWM調速以及正反轉控制。13.A11E玻ISHT二p班:1IIK2JUH.ul-EU-USCIBnn2izm

15、siI34E4GHEUfiSTmumMFTTQIJJIJIlI遊DiJJDdJD!IHPJEV】1in2izroiisdTliSSTCTES2iTWS8nfui+i_ijn-i-ii+3DSDiTJUTTE：Mur；EHfHEmrolTTriH-2BQCITTacITTrin-lliTSiT+CCH；JnCCK；VCCE11HJH3H.+lOfflJIiIKJH.lgCHFl.7E-SILJDEJ)UEDRlnro.EjMEL3EUB.+ILRJWB.iEBK7EWKaELVfcnttunKEUi_ijip.niUJIhiJl+311=1T235D310CMDJTKIECUDHJt：nttUE

16、KPJI；VfcP：i.i：umiPil.MlP：i3.*n：P：i.+.PijJMIpi.C.JD：沁的7AU如丄酚應R.C4HHjJ-13R.+412H3J-11R迪QHl.WHii.M；1VS1J1C14iZUIt-213SIDITTMEi辺*QVE395S-373S3JW33STsF-2TTVCCi孟圖6L298驅動原理圖CCtHi1tn2iJJIBliSIDICMECime坯了W8HIPHZ1蟲HEW.HfUT+111DHJILLI-IDHJI+L&江i,=aDZMD3D1（、電1jICITTriE-2rrD12QC11iZUE-1ClIRl12LLIIJChpie!nrur：VBV

17、ELK10MQ松田三、小車軟件設計與實現31主程序流程圖小車進入尋跡模式后，即開始不停地掃描與探測器連接的單片機I/O，旦檢測到某個i/o口有信號變化，就執行相應的判斷程序，把相應的信號發送給電動機從而糾正小車的狀態。四、小車系統功能測試和調試見實物五、結束語基于STC型單片機的自動循跡小車控制系統運行平穩可靠，抗干擾能力強,我們的尋跡小車在完成設計要求的前提下，充分考慮到了外觀、成本等問題，在性能和價格之間作了比較好的平衡。由于設計要求并不復雜，我們沒有在電路中增加冗余的功能，但是我們保留了各種硬件接和軟件子程序接口，方便以后的擴展和進一步的開發。六、設計心得通過這幾天的項目設計，我們對一些

18、專業知識和單片機應用系統設計有了更深的了解，同時也嘗試著去應用自己的所掌握的知識。本次電子大賽主要是對已學習的單片機應用技術，單片機程序流程圖的綜合應用，同時加上電路等知識，設計完成了利用軟件的檢測程序運行調試。經過幾天的奮戰，我們感受很深.我們三個人分工合作，設計過程中深感自己在培養動手能力這方面欠缺很大。同時，這次我們積極的通過上網查資料，查閱單片機方面書籍等資源。在我們共同努力下，我們圓滿完成了從項目設計，電路焊接，單片機程序設計等環節。這個項目設計作為一次鍛煉，培養了我們或多或少善于動手，樂于動手的習慣。單片機應用課程設計不僅給我們提供了一個很好的展現自己所學知識的平臺，又是對自己所學知識的一次考核、檢驗。我們運用各自在各方面的優勢，化腐朽為神奇，形成了一個團隊。通過團隊合作的力量，使設計得以順利完成。可以說，我們三個人是一個不可或缺