基于51單片機智能小車設計

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1、精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上 北 華 航 天 工 業(yè) 學 院 課程設計報告（論文） 設計課題：基于51單片機智能循跡小車設計 專業(yè)班級： B12242 學生姓名： 李云鑫 指導教師： 王曉 設計時間： 2014年6月15日 北華航天工業(yè)學院電子工程系 基于51單片機智能循跡小車 課程設計任務書 姓 名： 李云鑫 專 業(yè)： 測控技

2、術與儀器 班 級： B12242 指導教師： 王曉 職 稱： 學生 課程設計題目：基于51單片機智能循跡小車設計。 已知技術參數(shù)和設計要求： 1.小車具有自動循跡功能。 2.當小車運行時對應的發(fā)光二極管發(fā)光。 3.當小車脫離跑道后直接直線行駛。 4.在跑道上運行時，始終保持只有一個電機在轉動，且小車沿直線行駛。 所需儀器設備： 1、proteus.7仿真軟件 2.VisualC++.6.0C語言編程軟件 成果驗收形式： 1、實物驗收 2、實驗報告驗收. 3、現(xiàn)場進行答辯 參考文獻： [1] 胡輝.單片機原理及應用.中國水利水電出版社

3、. 2007.9月第一版 [2] 譚浩強、C語言程序設計（第二版）。清華大學出版社 [3] 康光華、電子技術基礎模擬部分（第四版）、高等教育出版社 時間 安排 2014年6月20日至2014年6月30日期間 指導教師： 王曉 教研室主任： 王曉 2014年06 月15 日 注：本表下發(fā)學生一份，指導教師一份，欄目不夠時請另附頁。 課程設計任務書裝訂于設計計算說明書（或論文）封面之后，目錄頁之前。 內(nèi) 容 摘 要 本設計主要有單片機模塊、地面尋線模塊、發(fā)光二極管模塊，電機驅動模塊

4、 以及電源模塊組成，小車具有自主尋跡的功能。本次設計采用ATMEL公司的 AT89C2051單片機作為控制芯片，傳感器模塊采用紅外接收管和比較器實現(xiàn)，能 夠輕松識別黑白兩色路面，同時具有抗環(huán)境干擾能力，電機模由LM393芯片和兩 個直流電機構成，組成了智能車的動力系統(tǒng)，電源采用5V的直流電池，經(jīng)過系 統(tǒng)組裝，從而實現(xiàn)了小車的自動循跡的功能。 索引關鍵詞：智能小車 AT89C2051 單片機 LM393 紅 外接收管 目 錄 一 概 述 ………… …………………………………………

5、…………1 二 方案設計與論證……………………………………………………………8 三 單元電路設計及各模塊具體電路…………………………………………3 3.1. 電路中51單片機芯片介紹 ………………………………………… 13 3.2 最小系統(tǒng)部分電路…………………………………………………… 19 3.3控制模塊電路電路………………………………… ……………… 20 3.4電機驅動及二極管模塊電路………………………………………………20 3.5尋線檢測模塊部分電路…………………………… ………………………21 3.6軟件設計…………………………… ………………………22 四

6、 總原理圖及元器件清單 4.1總原理圖…………………………… ………………………23 4.2元器件清單…………………………… ………………………23 五 安裝與調(diào)試 5.1．電子元器件的裝配…………………………… ………………………24 5.2.機械裝配…………………………… ………………………25 5.3．總裝…………………………… ………………………25 六 性能測試與分析 6.1測試方法及注意事項 ……………………………………………………26 6.2源程序………………………………………………………………26 七 結論 …………………………… …………

7、………………………………………… 27 八 心得體會 …………………………… ……………………………………………………28 九 參考文獻 …………………………… …………………………………………………… 29 一、概述 目前，在企業(yè)生產(chǎn)技術不斷提高、對自動化技術要求不斷加深的環(huán)境下，智 能車輛以及在智能車輛基礎上開發(fā)出來的產(chǎn)品已成為自動化物流運輸、柔性生產(chǎn) 組織等系統(tǒng)的關鍵設備。世界上許多國家都在積極進行智能車輛的研究和開發(fā)設 計。移動機器人是機器人學中的一個重要分支，出現(xiàn)于20世紀60年代。當時斯 坦福研究院(SRI)的Nils Nils

8、sen和charles Rosen等人，在1966年至1972年中研 制出了取名shakey的自主式移動機器人，目的是將人工智能技術應用在復雜環(huán) 境下，完成機器人系統(tǒng)的自主推理、規(guī)劃和控制。從此，移動機器人從無到有， 數(shù)量不斷增多，智能車輛作為移動機器人的一個重要分支也得到越來越多的關注。 智能小車，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)， 它集中地運用了計算機、傳感、信息、通信、導航及白動控制等技術，是典型的 高新技術綜合體。智能車輛也叫無人車輛，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等 級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。它具有道路障礙自

9、動識別、自動報警、自 動制動、自動保持安全距離、車速和巡航控制等功能。智能車輛的主要特點是在 復雜的道路情況下，能自動地操縱和駕駛車輛繞開障礙物并沿著預定的道路(軌 跡)行進。智能車輛在原有車輛系統(tǒng)的基礎上增加了一些智能化技術設備。 (1)計算機處理系統(tǒng)，主要完成對來自攝像機所獲取的圖像的預處理、增強、分 析、識別等工作 (2)攝像機，用來獲得道路圖像信息 (3)傳感器設備，車速傳感器用來獲得當前車速，障礙物傳感器用來獲得前方、 側方、后方障礙物等信息。 智能車輛技術按功能可分為三層，即智能感知預警系統(tǒng)、車輛駕駛系統(tǒng)和全自 動操作系統(tǒng)

10、團。上一層技術是下一層技術的基礎。三個層次具體如下 (1)智能感知系統(tǒng)，利用各種傳感器來獲得車輛自身、車輛行駛的周圍環(huán)境及駕 駛員本身的狀態(tài)信息，必要時發(fā)出預警信息。主要包括碰撞預警系統(tǒng)和駕駛員狀 態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。碰撞預警系統(tǒng)可以給出前方碰撞警告、盲點警告、車道偏離警告、 換道、并道警告、十字路口警告、行人檢測與警告、后方碰撞警告等.駕駛員狀 態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)包括駕駛員打噸警告系統(tǒng)、駕駛員位置占有狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等。 (2)輔助駕駛系統(tǒng)，利用智能感知系統(tǒng)的信息進行決策規(guī)劃，給駕駛員提出駕駛 建議或部分地代替駕駛員進行車輛控制操作。主要包括巡航控制、車輛跟蹤系統(tǒng)、

11、 準確泊車系統(tǒng)及精確機動系統(tǒng)。 (3)車輛自動駕駛系統(tǒng)，這是智能車輛技術的最高層次，它由車載計算機全部自 動地實現(xiàn)車輛操作功能。 目前，主要發(fā)展用于擁擠交通時低速自動駕駛系統(tǒng)、近距離車輛排隊駕駛系統(tǒng)等。 這種智能小車的主要應用領域包括以下幾個方面 : (1)軍事偵察與環(huán)境探測 現(xiàn)代戰(zhàn)爭對軍事偵察提出了更高的要求，世界各國普遍重視對軍事偵察的建設， 采取各種有效措施預防敵方的突然襲擊，并廣泛應用先進科學技術，不斷研制多 用途的偵察器材和探測設備，在車上裝備攝像機、安全激光測距儀、夜視裝置和 衛(wèi)星全球定位儀等設備，通過光纜操縱，完成偵察

12、和監(jiān)視敵情、情報收集、目標 搜索和自主巡邏等任務，進一步擴大偵察的范圍，提高偵察的時效性和準確性。 (2)探測危險與排除險情 在戰(zhàn)場上或工程中，常常會遇到各種各樣的意外。這時，智能化探測小車就會發(fā) 揮很好的作用。戰(zhàn)場上，可以使用智能車輛掃除路邊炸彈、尋找和銷毀地雷。民 用方面，可以探測化學泄漏物質，可以進行地鐵滅火，以及在強烈地震發(fā)生后到 廢墟中尋找被埋人員等。 (3)安全檢測受損評估 在工程建設領域，可對高速公路自動巡跡，進行道路質量檢測和破壞分析檢測 對水庫堤壩、海岸護岸堤、江河大壩進行質量和安全性檢測。在制造領域，可用 于工業(yè)

13、管道中機械損傷，裂紋等缺陷的探尋，對輸油和輸氣管線的泄漏和破損點 的查找和定位等。 (4)智能家居 在家庭中，可以用智能小車進行家具、遠程控制家中的家用電器， 控制室溫等等。對這種小車的研究，將為未來環(huán)境探測術上的有力支持。 課題研究的目的和意義： 目前，國內(nèi)外的許多大學及研究機構都在積極投入人力、 財力研制開發(fā)針對特殊條件下的安全監(jiān)測系統(tǒng)。其中包括研究使用遠程、無人的 方法來進行實現(xiàn)，如機器人、遠程監(jiān)控等。無線傳輸?shù)陌l(fā)展使得測量變得相對簡 單而且使得處理數(shù)據(jù)的速度變得很快甚至可以達到實時處理”。通過構建智能小 車系統(tǒng)，培養(yǎng)設計并實

14、現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的能力。在實踐過程中， 熟悉以單片機為核心控制芯片， 設計小車的檢測、驅動和顯示等外圍電路， 采用智能控制算法實現(xiàn)小車的智能循跡。 靈活應用機電等相關學科的理論知識， 聯(lián)系實際電路設計的具體實現(xiàn)方法，達到理論與實踐的統(tǒng)一。 在此過程中，加深對控制理論的理解和認識。 二、方案設計與論證 2.1:：設計內(nèi)容概述: 作為一個初學者,我只是著重于設計調(diào)試智能小車中一項頗具代表性的功能, 就是循跡,最終設計出來的成品經(jīng)調(diào)試成功后,可以按照自己設置好的路線(軌跡),， 并且可以自動轉向。 2.2：系統(tǒng)簡介： 本系統(tǒng)的尋線傳感器使用

15、的是紅外線接收管，并使用LM393電壓比較器將 紅外線接收管的模擬信號轉為單片機能識別的電平信號。嵌入式控制核心采用的 是51系列單片機AT89C2051。 采用AT89C2051位嵌入式控制核心主要是成本和性能的兼顧，AT89C2051 和AT89X51在不適用外部ROM，RAM時功能和指令時一樣的，而且AT89C2051 具有更小的體積，適合初學者使用。 2.3：系統(tǒng)組成： 1、設計主要分為以下幾個模塊: 1）路面檢測模塊； 2）電源模塊為約為5V； 3）單片機模塊； 4) 電機及驅動模塊; 5）發(fā)光二極管模塊 1）：路面

16、檢測模塊： 用紅外探測法，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(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色 紙質地板時發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；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(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線。 2）電源模塊： 電源采用直流電源，為兩節(jié)五號電池供電。為電機驅動電路板、傳感器模 塊板和單片機主控制板提供能源，由于AT89C2051能耗低，故6v電壓可以滿足 尋跡要求。 3）單片機模塊； 采用AT89

17、C2051單片機作為主控制器。它是一個低功耗，高性能的8 位單 片機，片內(nèi)含2K字節(jié)，128字節(jié)RAM，15根I/O口，兩個16位定時 器，一個五向量兩級中斷結構，一個全雙工，一個精密模擬比較器以及兩 種可選 的軟件節(jié)電工作方式。空閑方停止CPU工作但允許RAM、定時器/計數(shù)器、 串行工作口和繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁 止有其它部件的工作到下一個硬件復位。 AT89C2051設計有2個程序保密位，保密位1被之后，不 能再被編程除非做一次擦除，保密位2被編程之后，程序不能被讀出。 4）電機及驅動模塊； 1、電

18、機模塊： 車體采用四輪結構，前輪驅動；為三級減速機構，有一級蝸輪蝸桿傳動，兩 級直齒輪傳動。電機采用直流減速電機，直流減速電機轉動力矩大，體積小，重 量輕，裝配簡單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動機提供原始動力，帶動變速 （減速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力。 2、驅動模塊 驅動模塊采用專用芯片LM393 作為電機驅動芯片。 5）發(fā)光二極管模塊； 用兩個發(fā)光二極管連接到芯片上，通過程序控制，讓它只有在電機轉動時才能發(fā)光。 2、系統(tǒng)框圖： 發(fā)光二極管模塊 AT 89C 20 51 單 片 機 電 源 電 路

19、 直流電機的驅動模塊 路面尋線模塊 2.4：課程設計的理論基礎及工作原理。 首先智能小車是如何實現(xiàn)循跡功能的呢？那么這就涉及到了紅外線接收管 的概念： 紅外線接收管是將紅外線光信號變成電信號的半導體器件，它的核心部件是 一個特殊材料的PN結，和普通二極管相比，在結構上采取了大的改變，紅外線 接收管為了更多更大面積的接受入射光線，PN結面積盡量做的比較大，電極面 積盡量減小，而且PN結的結深很淺，一般小于1微米。紅外線接收二極管是在 反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向電流很?。ㄒ话阈∮?.1微安），

20、 稱為暗電流。當有紅外線光照時，攜帶能量的紅外線光子進入PN結后，把能量 傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產(chǎn)生電子---空穴對（簡 稱：光生載流子）。它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明顯變大， 光的強度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導”。紅外線接收二極管 在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負載， 負載上就獲得了電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應變化。 而此次設計中我用的是黑色紅外線接收管，也就是說當接收管檢測不到黑色 的反射光時，通過它的電流很小，即電路不能工作，反之，

21、當接收管接收到了黑 光的刺激，即電路開始工作，這也就說明循跡小車必須尋得是一條黑色的軌跡， 即跑道是黑色的。 而且，我們都知道，軌跡必然不可能是一條直線，這樣可以說一點挑戰(zhàn)性都 沒有，那么，如果軌跡是彎曲的，要想讓小車沿著軌跡行走，它就必須會轉彎， 不會轉彎，它就偏離了跑道了，循跡就會失敗，可是一個沒有思想，沒有生命的 小車自己怎么能夠轉彎呢，這些將會在底下統(tǒng)統(tǒng)揭曉。 繞了這么多彎，現(xiàn)在我就來講講我的小車工作原理，或者說當你打開電源 后它到底是怎么工作的。 首先，我事先會在我的AT89C2051芯片中輸入已經(jīng)調(diào)試好的程序，在小車

22、的 底部會有兩個兩個黑色紅外線接收管，分別對應著小車的左右兩個電機，當左邊 接收管探測到黑線時即p1-5=0，則左側電機停止轉動，即p1-6=1反之，則繼續(xù) 轉動，即p1-6=0。而當右邊接收管探測到黑線時，即p1-4=1則右側電機停止運 動，即p1-3=1反之則轉動，即p1-3=1。而這也保證了小車會自己轉向，比如， 當軌跡向右彎曲時，當小車運動至轉彎處，即必然會導致左邊接收管位探測到黑 線，而右邊電機探測到黑線，所以便會導致左邊電機轉動，而右邊電機不轉動， 小車便會向右轉動，即實現(xiàn)了小車的轉向功能。 而有時，左邊與右邊接收管會同時探測到黑線，

23、即小車眼直線行走時（p1-5=1； p1-4=1），那么我們可以讓右邊電機運轉動（p1-3=0），左側電機不運行，即停 止轉動（p1-6=1），那么此刻小車就會有一個向左轉向的趨勢，然而當小車轉動 一個角度后，立馬便會出現(xiàn)一種情況，即左側接收管不會再探測到黑線，而右側 還會，這便出現(xiàn)了上面的情況，小車便會左邊電機轉動，而右邊電機不會轉動， 所以小車就會有右轉動的趨勢，而緊接著，右邊接收管便會檢測不到黑線，而左 邊會檢測到黑線，即左邊電機不轉，右邊電機會轉，如此往復，小車便會搖搖晃 晃地走過這條直線啦。 而在我設計的電路中，為了方便清楚地觀察到電機

24、的轉動與不轉動，特地增 加了一個發(fā)光二極管電路，即小車左右兩側各有一個發(fā)光二極管對應著小車的左 右電機，當電機轉動時，二極管會發(fā)光，當電機不轉動時，即發(fā)光二極管熄滅。 三、單元電路設計與參數(shù)計算 3.1. 電路中51單片機芯片介紹。 AT89C2051 AT89C2051是美國公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 8位，片內(nèi)含2k bytes的可反復擦寫的只讀（PEROM）和128bytes的隨機數(shù)據(jù)存儲器（），器件采用ATMEL公司的度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51，片內(nèi)置通用8位和，AT89C2051單片機在電子類產(chǎn)品中有廣泛的應用。 1內(nèi)部結構

25、 AT89C2051是一個帶有2K字節(jié)閃速可編程可擦除（EEPROM）的低電壓，高性能8位CMOS。它采用ATMEL的非易失存儲技術制造并和工業(yè)標準MCS-51指令集和引腳結構兼容。通過在單塊芯片上組合通用的CPLI和，ATMEL的AT89C2051是一強勁的微型處理器，它對許多嵌入式控制應用提供一定高度靈活和成本低的解決辦法。 AT89C2051提供以下標準功能：2K字節(jié)，128字節(jié)RAM，15根I/O口，兩個16位定時器，一個五向量兩級中斷結構，一個全雙工，一個精密模擬比較器以及兩種可選 的軟件節(jié)電工作方式?？臻e方停止CPU工作但允許RAM、定時器/計數(shù)器、串行工作口和繼續(xù)工作。掉電方式

26、保存RAM內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止有其它部件的工作到下一個硬件復位。 2程序保密 AT89C2051設計有2個程序保密位，保密位1被之后，不能再被編程除非做一次擦除，保密位2被編程之后，程序不能被讀出。 3軟硬件的開發(fā) AT89C2051可以采用下面兩種方法開發(fā)應用系統(tǒng)。 1、由于89C2051內(nèi)部程序為Flash，所以修改它內(nèi)部的程序十分方便快捷，只要配備一個可以89C2051的即可。調(diào)試人員可以采用-編譯-固化-插到電路板中試驗這樣反復循環(huán)的方法，對于熟練的MCS-51程序員來說，這種調(diào)試方法并不十分困難。但是做這種調(diào)試不能夠了解片內(nèi)RAM的內(nèi)容和程序的走向等有關信息。 2、

27、將普通8031/的仿真插頭中P1.0～P1.7和P3.0～P3.6引出來仿真2051,這種方法可以運用單步、的調(diào)試方法，但是仿真不夠真實，比如，2051的內(nèi)部模擬比較器功能，P1口、P3口的增強下拉能力等等。 4引腳說明 AT89C2051芯片引腳圖 AT89C2051芯片實物圖如右圖所示。 1、VCC：電源電壓。 2、GND：地。 3、P1口：P1口是一個8位雙向I/O口?？谝_P1.2~P1.7提供內(nèi)部，P1.0和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入(ANI0)和反相輸入(AIN1)。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直

28、接驅動LED顯示。當P1口引腳寫入“1”時，其可用作輸入端，當引腳P1.2~P1.7用作輸入并被外部拉低時，它們將因內(nèi)部的寫入“1”時，其可用作輸入端。當引腳P1.2~P1.7用作輸入并被外部拉低時，它們將因內(nèi)部的而流出電流。 4、P3口：P3口的P3.0~P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部 的七個雙向I/O口引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)的輸出信號并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問。P3口緩沖器可吸收20mA電流。當P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部拉高并可用作輸入端。用作輸入時，被外部拉低的P3口腳將用而流出電流。 P3口還用于實現(xiàn)AT89C2051的各種第二功能，如下表所列： 引腳口 功

29、 能 P3.0 RXD串行輸入端口 P3.1 TXD串行輸出端口 P3.2 INT0　外中斷0 P3.3 INT1　外中斷1 P3.4 T0定時器0外部輸入 P3.5 T1定時器1外部輸入 P3口還接收一些用于編程和程序校驗的。 5、RST：復位輸入。RST一旦變成高電平所有的I/O就復位到“1”。當振蕩器正在運行時，持續(xù)給出RST兩個的高電平便可完成復位。每一個需12個振蕩器或。 6、XTAL1：作為振蕩器反相器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。 7、XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。 5主要性能 1、和MCS-51產(chǎn)品兼容； 2、2KB可重編程FLA

30、SH（10000次）； 3、2.7-6V電壓范圍； 4、全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz； 5、2級保密鎖定； 6、128*8位內(nèi)部RAM； 7、15條可編程I/O線； 8、兩個16位定時器/計數(shù)器； 9、6個； 10、可編程串行通道； 11、高精度電壓比較器（P1.0，P1.1，P3.6）； 12、直接驅動LED的輸出端口。 2、LM393 1主要特點 LM393 是雙電壓比較器集成電路。 該電路的特點如下： 比較器數(shù):2 工作溫度范圍:0°C -- +70°C SVHC(高度關注物質):No SVHC (18-Jun-2010) 器件標號:393

31、通道數(shù):2 邏輯功能號:393 工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源： 2～ 36V， 雙電源：±1～±18V； 消耗電流小， ICC=0.8mA； 輸入失調(diào)電壓小， VIO=±2mV； 共模輸入電壓范圍寬， VIC=0～VCC-1.5V； 輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容； 輸出可以用開路集電極連接“或”門； 表面安裝器件:表面安裝 2結構圖 LM393內(nèi)部采用雙列直插8腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8 腳塑料封裝（SOP8） 3封裝體積 LM393封裝形狀 型號封裝 型號識別 封裝命名 又名（通俗） LM

32、393D SOIC8 SOP8/貼片8腳 LM393DG SOIC8 SOP8 LM393DR2 SOIC8 SOP8 LM393DR2G SOIC8 SOP8 LM393N PDIP8 DIP8/直插8腳 LM393NG PDIP8 DIP8/ LM393DMR2 Micro8 SMD8/SSOP8 LM393DMR2G Micro8 SMD8/SSOP8 型號的尾綴區(qū)分不同的。不同的封裝有不同的體積、請參考上項封裝數(shù)據(jù)圖。 4應用說明 LM393是高增益,寬頻帶器件，像大多數(shù)比較器一樣，如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生，則很容易產(chǎn)生。這

33、種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當改變狀態(tài)時，輸出電壓過渡的間隙，電源加旁路濾波并不能解決這個問題，標準的設計對減小輸入—輸出寄生電容耦合是有助的。減小輸入電阻至小于10K將減小反饋信號，而且增加甚至很小的正反饋量(滯回1.0~10mV)能導致快速轉換,使得不可能產(chǎn)生由于寄生引起的振蕩，除非利用滯后，否則直接插入IC(集成電路板integrated circuit，縮寫：IC) 并在引腳上加上電阻將引起輸入—輸出在很短的轉換周期內(nèi)振蕩，如果輸入信號是波形，并且上升和下降時間相當快，則滯回將不需要。 比較器的所有沒有用的引腳必須接地。 LM393偏置網(wǎng)絡確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍 2.0~30V無關。

34、 通常電源不需要加旁路電容。 差分輸入電壓可以大于Vcc并不損壞器件，保護部分必須能阻止輸入電壓向負端超過-0.3V。 LM393的輸出部分是集電極開路，發(fā)射極接地的NPN輸出，可以用多集電極輸出提供或OR ing功能。輸出負載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上，不受 Vcc端電壓值的限制。此輸出能作為一個簡單的對地SPS開路(當不用負載電阻沒被運用)，輸出部分的陷電流被可能得到的驅動和器件的β值所限制。當達到極限電流(16mA)時，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升.輸出飽和電壓被輸出晶體管大約60ohm 的γSAT限制。 當負載電流很小時,輸出晶體管的低失調(diào)電壓(約

35、1.0mV)允許輸出箝位在零電平。 5主要功能 輸出負載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上，不受 Vcc端電壓值的限制.此輸出能作為一個簡單的對地SPS開路(當不用負載電阻沒被運用)，輸出部分的陷電流被可能得到的驅動和器件的β值所限制.當達到極限電流(16mA)時，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。輸出飽和電壓被輸出晶體管大約60ohm 的γSAT限制。當負載電流很小時,輸出晶體管的低失調(diào)電壓(約1.0mV)允許 輸出箝位在零電平。 3.2. 最小系統(tǒng)部分電路 3.3控制模塊電路電路 3.4電機驅動及二極管模塊電路 3.5尋線檢測模塊部分電路

36、 3.6軟件設計 啟動循跡模式 探測黑線 Y N 是否檢測到黑線 向左轉 向右轉 繼續(xù)前進 四、總原理圖及元器件清單 1．總原理圖 2．元件清單 元件序號 名稱 型號/規(guī)格 數(shù)量 標號 名稱 型號/規(guī)格 數(shù)量 C1 瓷介電容 104 1 J1 排針 3位 1 C2 104 1 J2 2位 1 C3 104

37、 1 J3 4位 1 C6 30 1 J4 3位 1 C7 30 1 J5 3位 1 C4 電解電容 10uf 1 Q1 晶體三極管 8550 1 C5 100uf 1 Q2 1 D1 發(fā)光二極管 綠色 1 R1 色環(huán)電阻 10K 1 D2 1 R10 1K 1 D3 紅外線發(fā)射管 透明 1 R11 1K 1 D4 1 R12 1K 1 D5 紅外線接收管 深色 1 R13 1K 1 D6 1 R2 10K 1 R3 色環(huán)電阻 10K 1

38、 S1 小開關 單刀雙擲 1 R4 5.1K 1 U1 單片機 AT89C2051 1 R5 5.1K 1 U2 電壓比較器 LM393 1 R8 510 1 Y1 石英晶體振蕩器 6MHZ 1 R9 510 1 / 集成電路座 8腳 1 R6 電位器 10K 1 / 20腳 1 R7 10K 1 7 萬向輪螺母 M5 1 1 減速電機 / 2 8 萬向輪 M5 1 2 車輪 2 9 電路板 D2-2 1 3 硅膠輪胎 2 10 膠底電池盒 AA*

39、2 1 4 車輪螺絲 2 11 連接導線 紅色 1 5 輪毅螺絲 M2.2*7 2 12 黑色 1 6 萬向輪螺絲 M5*30 1 五、安裝與調(diào)試 5.1電子元器件裝配 按電路圖和電路圖上的標識依次將色環(huán)電阻，晶振，瓷介電容，發(fā)光二極管， 集成電路座，排針，電位器，開關，三極管，電解電容焊裝在電路板上，注意電 解電容和IC座不要焊反（錯）了。否則在通電后會使芯片發(fā)熱可電解電容漏電 大等不利于電路正常工作的情況，另外為了準確定位紅外線收發(fā)管，請不要先焊 接紅外線收發(fā)管，應在總裝時再焊接。 ? 所有電子

40、元器件焊接完成后要仔細的查看電路板，以避免有虛焊，漏焊，短 路等情況，如果查看中有疑似短路的情況使可使用萬用表并對照電路圖進行排查。 在通電以前必須將上述情況予以排除，否則在通電后有可能造成電子元器件的損 壞或者是電路板上的線路被燒斷等，在一些極端的情況下有可能會產(chǎn)生某些元器 件或是電池等發(fā)生爆炸的情況，從而危及到自身的安全。 ? 還有，用導線在焊接元器件的過程中應注意極性以及導線的長度。 5.2機械裝配 ?? 1.將車輪的大孔裝入減速電機的輸出軸上，注意輪子一定要安裝到位， 否則會加重電機輸出軸的磨損，安裝到位后用M2.2×7的自攻螺絲將輪片徹底的

41、 和電機輸出軸固定！ ?? 2.將兩種顏色的導線分成4段后上錫，分別焊在2臺減速電機上待用。 ???? 5.3總裝 1.按電路板的標識將電機組件安裝在電路板上，注意輪子的方向。 ? 2.將電機的引線焊接在電路板上相應的焊盤上。 ? 3.將電路板正面向上，將萬向輪螺絲從其中上部的5mm的圓孔穿過，并在 反面用M5的螺絲將其固定在電路板上，最后把萬向輪擰入萬向輪螺絲的頭部并 且要擰緊，以防車輛在運行過程中，萬向輪突然脫落。 4.將電路板底面向上，按電路板標識將紅外線的收發(fā)管焊接在電路板的底 面，注意標有LED的為紅外線發(fā)射管安裝位置，

42、標有PHOTO的為紅外線接收管的 安裝位置，極性按電路板上標識安裝，紅外線接收管的第二個引腳較長的是紅外 線收發(fā)管的陽極（正極），短的是紅外線收發(fā)管的陰極（負極）。紅外線收發(fā)管 的安裝高度應當?shù)陀谌f向輪最高點5毫米左右。因為我是初學者，可能不太容易 掌握好這個位置，所以我直接是將收發(fā)管的高度定在和萬向輪差不多的高度就可 以焊接了。 六、性能測試與分析 6.1測試方式及注意事項 1.先將電源開關撥到OFF位置上，電路板上的2個集成電路先不要裝，在 確認沒有短路，斷路，虛焊的情況下將2節(jié)AA（5號電池）裝入電池盒中，注意 極性，

43、有彈簧的那端應當標有-符號或較為平整的一端裝入。注意，小車在正常 情況下且沒有使用其他功能模塊時。小車的整車電流大概在400?mA左右。 ? 2.將萬用表的檔位撥到200mA的電流擋上，小車沒有開始運行（電機不轉） 時的電流不會超過20mA。用表筆短接開關的2個引腳使電路得電。觀察萬用表 上的讀數(shù)應當有12MA左右即可認為是電路工作基本正常，接下來再將LM393?芯 片按正確的方向插入IC座。重復上述的測量過程，這里的電流增加應當在1mA 左右最多增加2mA，如果超出2mA的話，必須立即移開表筆，并對電路進行排查。 如果符合要求，就可以將AT89C2

44、051芯片正確裝入電路了。 ?? 至此經(jīng)過以上各步驟的安裝后，小車已可以正常運行了，在運行前請把單 片機芯片AT89C2051找正確的位置和方向插入20腳IC口?？梢圆捎煤谏^緣膠 布等不反光的帶狀物做繞道，承載面必須是平整的光面。 6.2輸入的源程序 #include void main(){ //主程序 while(1){ //超級循環(huán) if(P1_5==1) P1_6=1; //判斷左側傳感器狀態(tài)，如果探測到黑線左側電機停止運行 else

45、P1_6=0; //否則電機繼續(xù)運行 if(P1_6==0) P1_7=0; //判斷左側電機運行狀態(tài)，如果探測到左側電機運行左側指示燈亮 else P1_7=1; //否則左側指示燈滅 if(P1_4==1) P1_3=1; //判斷右側傳感器狀態(tài)，如果探測到黑線右側電機停止運行 else P1_3=0; //否則電機繼續(xù)運行 if(P1_3==0) P1_2=0; //判斷右側電機運行狀態(tài)，如果探測到右側電機運行右側指示燈亮 else P1_2=1; //否則右側指示燈滅 while(P

46、1_5==1 && P1_4==1){ //判斷二側傳感器狀態(tài)，如果探測到同時為黑線時將循環(huán)執(zhí)行下面的程序 P1_3=0; //右側電機運行 P1_2=0; //右側指示燈亮 P1_6=1; //左側電機停止運行 P1_7=1; //左側指示燈滅 } } } 七、結論 開機啟動后，通過5V的直流電源給各部分模塊供電，小車開始沿著黑線軌 跡行走。當左邊接收管檢測到黑線，右邊的接收管沒有檢測到黑線時，把信號傳 給單片機系統(tǒng)，系統(tǒng)通過調(diào)整電機的轉動，使小車沿著黑線左轉；當右邊的接收

47、 管檢測到黑線，左邊的接收管沒有檢測到黑線時，同理，通過單片機系統(tǒng)的工作， 小車沿著黑線向右轉；當左右接收管都檢測到黑線時，小車處在黑線的上方，小 車有向左轉動的趨勢,卻依舊趨于直線行駛,當左右接收管都未檢測到黑線時，小 車直線行駛。 八、 心得體會 雖然這個課設在很多人的眼里，可以說是一個特別簡單的課設，但是對于 我這個初學者來說，卻仍然是一項挑戰(zhàn)，在制作課設期間里，我也遇到了很多困 難與挫折，畢竟，制作出一個實物并不難，但是要想將它調(diào)試成功并且理解它的 原理卻是困難的，所以，我也曾一度灰心喪氣，但是最終我都一步步挺了過來， 克服了一個又一個的

48、困難，最終完成了制作。 而且，在這過程中，我也是獲益匪淺。其中最明顯的便是在知識上，我 可以毫不夸張的說，剛開始，我連單片機有多少個引腳都不知道，但現(xiàn)在，我起 碼知道了如何使用這些常見的單片機芯片。同時，在制作過程中，由于缺乏經(jīng)驗 和忽略細節(jié)問題，在調(diào)試的時候經(jīng)常碰到很多奇怪的問題，但是我通過耐心的調(diào) 試，或者上網(wǎng)查閱資料，一步步解決問題，直到弄懂為止；當然由于知識能力與 水平有限，我也有做的不好與不完善的地方，甚至都沒有得到太多的鍛煉，懇請 老師批評指正，希望下次我能夠做的更好。 九、參考文獻 [1] 胡輝.單片機原理及應用.中國水利水電出版社.

49、 2007.9月第一版 [2] 譚浩強、C語言程序設計（第二版）。清華大學出版社 [3] 康光華、電子技術基礎模擬部分（第四版）、高等教育出版社 電子工程系 智能循跡小車 課程設計成績評定表 專業(yè)： 測控技術與儀器 班級： B12242 學號： 01 姓名： 李云鑫 課題名稱 基于51單片機智能循跡小車設計 設計任務與要求 1.小車具有自動循跡功能。 2.電機轉動時，二極管發(fā)光否則不發(fā)光。 3.當小車脫離跑道后直線行駛。 4.在跑道上運行時，始終保持只有一個電機在轉動，且小車沿直線行駛。 指導教師評語 建議成績： 指導教師： 課程小組評定 評定成績： 課程負責人： 年 月 日 專心---專注---專業(yè)