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1、
湖北理工學(xué)院電賽預(yù)選賽論文
題目；智能壁障循跡小車
參賽人員：許金利 陳雄
班級：10電氣本一
15
智能壁障循跡小車
摘要：本系統(tǒng)是以msp430單片機為控制核心,利用TRCT5000紅外對管檢測黑線，控制小車實現(xiàn)自動循跡功能，利用E18—D80NK—N紅外壁障傳感器實現(xiàn)壁障功能。小車驅(qū)動采用L293D驅(qū)動電路，速度由單片機控制，通過L293D芯片驅(qū)動直流電機，結(jié)合光電開關(guān)，可有效控制小車在特定位置轉(zhuǎn)彎角度；另利用紅外解碼原理，通過遙控器實現(xiàn)小車的功能轉(zhuǎn)換。由以上各種功能的結(jié)合，使小車更加智能化，自動化，該系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和技術(shù)上都顯得更加科學(xué)
2、化。
關(guān)鍵字：msp430單片機；TRCT5000紅外對管；E18—D80NK—N紅外壁障傳感器；L293D芯片。
2． 方案設(shè)計
2.1 主控系統(tǒng)
采用msp430F149單片機加8MHZ的晶振為整個系統(tǒng)的核心，TI公司的msp430系列16位單片機具有超低功耗性能，用其控制智能小車，實現(xiàn)既定的功能。
2.2 電機驅(qū)動模塊（L293D）
采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機，線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點。因此決定采用使用功
3、率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。
2.3 循跡模塊
采用4只紅外對管并排至于小車后，中央黑線的兩側(cè)分別有兩只，紅外對管的紅外發(fā)射管不斷發(fā)射紅外線，光敏三極管會不斷接受反射的紅外線，通過對黑線的檢測，光電對管會向單片機發(fā)送脈沖信號，單片機則會控制電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，繼而實現(xiàn)循跡功能。
紅外對管的電路實物圖如下：
圖2 TRCT5000傳感器模塊布局圖
2.4 壁障模塊
E18-D80NK-N 這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，發(fā)射光經(jīng)過調(diào)制后發(fā)出，接收頭對反射光進(jìn)行解調(diào)輸出。有效的避免了可見光的干擾。透
4、鏡的使用，也使得這款傳感器最遠(yuǎn)可以檢測80厘米距離的問題。如遇障礙物，光電開
關(guān)向單片機發(fā)去信號繼而控制小車轉(zhuǎn)彎以實現(xiàn)壁障功能。
E18-D80NK-N光電傳感器的實物圖與原理圖
2.5 機械系統(tǒng)
本題目要求小車的機械系統(tǒng)穩(wěn)定、靈活、簡單，而運動系統(tǒng)具備以上特點。
驅(qū)動部分：由于玩具汽車的直流電機功率較小，而小車上裝有電池、電機、電子器件等，使得電機負(fù)擔(dān)較重。
電池的安裝：將電池放置在車體的電機前后位置，降低車體重心，提高穩(wěn)定性，同時可增加驅(qū)動輪的抓地力，減小輪子空轉(zhuǎn)所引起的誤差。
2.6 電源模塊
電源采用12V電源轉(zhuǎn)5V，通過780
5、5的穩(wěn)壓片及濾波電容。
電源電路
3． 硬件設(shè)計
3.1 總體設(shè)計
智能小車采用前輪驅(qū)動，前輪左右兩邊各用一個電機驅(qū)動，調(diào)制前面兩個輪子的轉(zhuǎn)速起停從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的，將循跡光電對管并排安裝在車體后。當(dāng)車身下左邊的傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制左輪電機停止，車向左修正，當(dāng)車身下右邊傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制右輪電機停止，車向右修正。紅外光電開關(guān)裝在車上中間部分，當(dāng)檢測到障礙物時，主控芯片控制小車轉(zhuǎn)彎。
Msp430
單片機
主板設(shè)計框圖
紅外對管模塊
電機驅(qū)動模塊
6、
光電開關(guān)模塊
液晶顯示模塊
紅外遙控模塊
3.2 驅(qū)動電路
電機驅(qū)動一般采用H橋式驅(qū)動電路，L293D內(nèi)部集成了H橋式驅(qū)動電路，從而可以采用L293D電路來驅(qū)動電機。通過單片機給予L293D電路PWM信號來控制小車的速度，起停。
電機驅(qū)動電路
3.3 信號檢測模塊
小車循跡原理是小車在畫有黑線的白紙 “路面”上行駛，由于黑線和白紙對光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強弱來判斷“道路”—黑線。筆者在該模塊中利用了簡單、應(yīng)用也比較普遍的檢測方法——紅外探測法。
紅
7、外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時發(fā)生漫發(fā)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，則小車上的接收管接收不到信號，再通過LM324作比較器來采集高低電平，從而實現(xiàn)信號的檢測。
市面上有很多紅外傳感器，在這里我選用TCRT5000型光電對管。
光電對管傳感器原理圖
3.4 主控電路
本模塊主要是對采集信號進(jìn)行分析，同時給出PWM波控制電機速度，起停，以及驅(qū)動液晶顯示等作用。
8、 主控電路
4． 軟件設(shè)計
啟動
4.1 主程序框圖
壁障
N
N
循跡
Y
是否檢測到障礙
是否檢測停止
Y
停止
主程序圖框
4.2 C程序
#include
#include //延時函數(shù)頭文件
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
#define mcu_
9、xtal 8 //對8M的晶振
#define delay_us(x) __delay_cycles (x * mcu_xtal) //延時1us
#define delay_ms(x) __delay_cycles ((unsigned long)x * mcu_xtal*1000)//延ms
#define delay_s(x) __delay_cycles ((unsigned long)x * mcu_xtal*1000000)//延s
typedef unsigned char UCHAR;
typed
10、ef unsigned int UINT;
#define CPU_F ((double)8000000) //8000000為當(dāng)前的晶振頻率
#define DelayUs(x) __delay_cycles((long)(CPU_F*(double)x/1000000.0))
#define DelayMs(x) __delay_cycles((long)(CPU_F*(double)x/1000.0))
UCHAR table[] = {" Xu Jin Li "};
UCHAR FLAG[] = " Chen Xiong";
#defi
11、ne ComDir P3DIR //控制端輸入輸出定義
#define RS_L P3OUT &=~BIT0 //液晶的RS端低電平
#define RS_H P3OUT |= BIT0 //液晶的RS端高電平
#define RW_L P3OUT &=~BIT1 //液晶的RW端低電平
#define RW_H P3OUT |= BIT1 //液晶的RW端高電平
#define EN_L P3OUT &=~BIT2
12、 //液晶的EN端低電平
#define EN_H P3OUT |= BIT2 //液晶的RW端高電平
#define DatDir P4DIR //數(shù)據(jù)端輸入輸出定義
#define DatBus P4OUT //數(shù)據(jù)端輸出
#define WriDat P4IN //數(shù)據(jù)端輸入
void CheBusy(); //讀忙函數(shù)
/
13、********************************************************************/
void WriteCom(UCHAR com)
{
CheBusy(); //讀忙
DatDir = 0XFF; //數(shù)據(jù)口為輸入
RW_L; //RW端拉低
RS_L; //RS端拉低
14、
DatBus = com; //將指令寫入
EN_H; //EN端拉高
DelayMs(1); //延時發(fā)送數(shù)據(jù)
EN_L; //EN端拉低
}
/********************************************************************/
void WriteData(UCH
15、AR dat)
{
CheBusy(); //讀忙
DatDir = 0XFF; //數(shù)據(jù)端輸入
RW_L; //RW端拉低
RS_H; //RS端拉高
DatBus = dat; //將數(shù)據(jù)寫入
EN_
16、H; //EN端拉高
DelayMs(1); //延時發(fā)送數(shù)據(jù)
EN_L; //EN端拉低
}
/********************************************************************/
void Init1602()
{
EN_L;
17、
WriteCom(0x38); //設(shè)置16*2顯示，5*7點陣，8為數(shù)據(jù)口
WriteCom(0x0c); //開顯示，不顯示光標(biāo)
WriteCom(0x06); //讀寫一個字符后，指針自動加1，整不移動
WriteCom(0x01); //清屏
}
/********************************************************************/
void CheBusy()
{
18、 RS_L;
RW_H;
EN_H;
DatDir = 0X00;
while(WriDat & 0x80) //判斷數(shù)據(jù)第八位
{
EN_L;
DelayUs(1);
EN_H;
DelayUs(1);
}
}
/********************************************************************/
void DispChar(UC
19、HAR x,UCHAR y,UCHAR data)
{
if(y == 2)
{
WriteCom(0x80 + 0x40 + x);
}
else
WriteCom(0x80 + x);
WriteData(data);
}
/********************************************************************/
void DispString(UCHAR x,UCHAR y,UCHAR n,UCHAR *pstr)
{
UCHAR i;
for (i
20、=0;i
21、*********/
int xunji_turn_flag;
void I0_Init() //端口定義 定義P1^0 P1^1 P1^2 P1^3為紅外接口
{
P1DIR = 0XF0;
P1OUT = 0X00;
}
void xunji_hanshu() //尋跡函數(shù)
{
if(P1IN == 0X0B)
xunji_turn_flag=1; //左轉(zhuǎn)標(biāo)志
if(P1IN == 0X07)
xunji
22、_turn_flag=1;
if(P1IN == 0X0D)
xunji_turn_flag=2; //右轉(zhuǎn)標(biāo)志
if(P1IN == 0X0E)
xunji_turn_flag=2;
if(P1IN == 0X0F)
xunji_turn_flag=0; //直走標(biāo)志
}
/**************************************************************/
int BIZHANG_turn_flag; //遇到障礙物
23、顯示低電平0
void xu_Init() //端口定義 定義P6^0 為光電開關(guān)接口
{
P6DIR |= 0x00;
}
void BIZHANG() //避障函數(shù)
{
if((P6IN&0X01) == 0x01)
BIZHANG_turn_flag=1; //左轉(zhuǎn)標(biāo)志
if((P6IN&0X01) == 0x00 )
BIZHANG_turn_flag=0; //直走標(biāo)志
}
/*******************************
24、*******************************/
void Init(void)
{
uint i;
BCSCTL1 &= ~XT2OFF;
do
{
IFG1 &= ~OFIFG;
for(i=0XFF;i>0;i--);
}
while((IFG1 & OFIFG) != 0);
BCSCTL2 |=SELM_2 + SELS + DIVS_3; //MCLK和SMCLK選的是XT2（8M晶振）
} //+SMCLK時鐘8分頻
/***************************
25、****************************************/
void deal_inf(void)
{
uchar i,j,k,value;
uint Temp = 0;
k = 1;
for(i=0;i<4;i++)
{
for(j=0;j<8;j++)
{
Temp = Table_dat[k];
if(Temp > 2000)
value = value | 0x80;
else
26、
value = value;
if(j < 7)
value = value >> 1;
k ++;
}
Table_inf[i] = value;
value = 0;
}
Flag_3 = 1;
}
/*******************************************************************/
void main()
{
WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;
27、 //關(guān)狗
P1IE |= BIT6; //P1.6開中斷
P1IES |= BIT6; //P1.6下降沿產(chǎn)生中斷
P1IFG |= BIT6;
Init();
TACTL |= TASSEL_2 + MC_2 + TACLR; //時鐘SMCLK+連續(xù)計數(shù)+TAR清零
_EINT();
P3DIR = 0XFF;
P4DIR = 0XFF;
Init1602();
DispString(1,1,14,table);
28、 DispString(1,2,12,FLAG);
while(1)
{
if(Flag_2 == 1) //說明將波形的客戶碼，客戶反碼，數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù)反碼裝入了Table_dat[33]
{
Flag_2 = 0;
deal_inf(); //進(jìn)行波形處理
}
if(Flag_3 == 1) //說明波形處理完畢
{
29、 Flag_3 = 0;
if(Table_inf[2]==0x00) //1
bizhang=1;
if(Table_inf[2]==0x21) //2
bizhang=0;
if(Table_inf[2]==0x04) //3
xunji=1;
30、 if(Table_inf[2]==0x06) //4
xunji=0;
P2DIR=0XFF;
P2OUT=0XF0;
while(bizhang)
{
xu_Init(); //初始化端口
31、 BIZHANG(); //初始化蔽障
if(BIZHANG_turn_flag == 1) //左轉(zhuǎn)處理
{
P2DIR = 0XFF;
P2OUT = 0XF3;
delay_ms(1);
P2OUT =0XFa
32、;
delay_ms(280);
}
if(BIZHANG_turn_flag == 0) //直走處理
{
P2DIR = 0XFF;
P2OUT = 0XFC;
delay_ms(100);
33、 P2OUT = 0XF0;
delay_ms(10);
}
}
while(xunji)
{
I0_Init(); //初始化端口
xunji_hanshu(); //初始化循跡
34、
if(xunji_turn_flag == 1) //左轉(zhuǎn)處理
{
P2DIR = 0XFF;
P2OUT = 0Xfa;
delay_ms(10);
P2OUT =0Xf0;
delay_ms(1);
35、 }
if(xunji_turn_flag == 2) //右轉(zhuǎn)處理
{
P2DIR = 0XFF;
P2OUT = 0Xf5;
delay_ms(10);
P2OUT = 0Xf0;
delay_ms(1);
36、 }
if(xunji_turn_flag == 0) //直走處理
{
P2DIR = 0XFF;
P2OUT = 0Xfc;
delay_ms(10);
P2OUT = 0Xf0;
37、 delay_ms(1);
}
}
}
}
}
#pragma vector = PORT1_VECTOR
__interrupt void Port1(void)
{
P1IFG &= ~BIT6;
if(Flag_1 == 1)
{
if((TAR > 9000)&&(TAR < 17000)) //去掉引導(dǎo)碼9ms
Num = 0;
Table_dat[Num] = TAR;
TACTL |= TACLR;
Num ++;
if(Num == 33)
{
Num = 0;
Flag_2 = 1;
}
}
else
{
Flag_1 = 1; //第一次進(jìn)中斷Flag_1置1，接下來去處理接收到的波
TACTL |= TACLR; //第一次進(jìn)中斷將TAR清零
}
}
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