单片机实习报告_简易智能小车

指导老师：李勇波 日期：2011年7月

班级：073092-15 | 姓名：赵英俊（20091002410）

简易智能小车报告

摘要

本小车以Atmel 公司生产的AT89S52为核心，完成寻迹、避障、光源检测和车速测量等功能。在机械结构上，对普通的小车进行了改造，即用一个万向轮来代替两个前轮，是小车的转向更加灵敏。采用PWM 驱动芯片控制电机，红外传感器检测白线、

中国地质大学（武汉 ）

单片机实习报告

障碍物以及用来测量速度，光敏器件检测光强。基于可靠的硬件设计和稳定的软件算法，基本实现题目要求。

关键字：STC89C52 寻迹光源检测避障测速测量

Abstract

This design is controlled with the MCU (AT89S52) to complete the function of finding trace,avoiding barrier,tending to light and measure speed. In the mechanical structure, about the car, the reform which is a universal wheel instead of two front, the more sensitive to the car. Using PWM motor drive chip control, infrared sensor detection white line, obstacles and used to measure the speed, photodetector detection light intensity. Based on reliable hardware design and stable software algorithm, basically realize the topic request.

Key words: STC89C52 trace avoiding barrier tending to light measure speed

1.系统设计

1.1 设计要求

1. 基本要求

（1）小车从起跑线出发（不得超过起跑线），沿引导线到达B点

在B点有一障碍物需绕过障碍物到达C点

（2）小车到达C点沿一段直到到达D点后进入“弯道区”（中间有一断点），此时有一光源照射，引导小车转弯并通过断点继续进入大弯道区。

（3）小车在光源的引导下通过进入停车区并到达车库

（4）小车在最终在遇到停车标志后停车，并最终显示时间和速度(实时速度)。

1.2方案论证

1. 电机驱动方案的选择和论证

由于普通直流电机更易于购买，小车对于精度要求不是特别高，同时电路和控制相对简单，所以本设计采用直流电机作为驱动单元。

方案一：使用继电器对电机进行开关控制和调制。但缺点很明显，继电器响应慢而且机械结构容易坏。

方案二：使用三极管或达林顿管，结合单片机输出PWM信号实现调速的目的，此方案易于实施，但若控制电机转动方向较

为困难。

方案三：使用PWM控制芯片来实现对电机的控制。

方案选择：采用方案三。该方案电路简单，性能稳定，可以轻松实现对电机方向的控制。

2. 路面寻迹模块

方案一：采用光敏传感器，根据白色背景和黑色反光程度的不同来判断是否位于黑线上。

方案二：采用采用反射式红外传感器来进行探测。只要选择数量和合适的红外传感器，可以准确的判断出黑线的位置。

方案选择：采用方案二。方案一受环境光的影响太大，效果不佳而红外光不易受到环境光的干扰。

3. 趋光模块

方案一：采用单一的光敏电阻，利用其在不同的光强下阻值不同，确定小车的转向，保证其朝着光源最强的角度前进。

方案二：采用多个光敏电阻，在小车车头摆成半圆状结构。

方案选择：方案二精度较高，实现较为复杂，这里采用方案一，实现效果足以。

4. 避障模块

方案一：采用光电式传感器，根据白色背景和黑色反光程度的不同来判断障碍物。

方案二：采用超声波测距的方法，利用超声波传感器，监视测量发射脉冲和接受脉冲的时间差，计算超声波和物体之间的距离。可以将避障和寻光模块一起排列为环状结构。

方案选择：虽然超声波测距有其性能上的优势，但价格过高，且通过算法上的优化光电式传感器测距完全可以满足设计要求，故采用方案一。

5. 测距模块

方案一：采用断电式光电开关测距。

方案二：采用光电传感器，结合轮子外围自身所带白条，通过光电传感器红外检测单位时间内扫描到白条的个数。

方案选择：考虑到小车的实际机械结构，如果采用方案一必然会对小车的结构有较大的改变。方案二结构简单易于在小车上很好的固定安装，而且在软件上也易于实现。

2.硬件电路设计

智能小车总体构成：

STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程擦出只读存储器的低电压，高性能COMMOS8的微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失真存储器制造技术制造，和工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

STC89C52主要完成液晶显示、寻迹、避障、光源检测和车速测量等功能。

2.2 电机驱动模块

电机的驱动芯片选用L298N作为驱动芯片。工作稳定电机驱

动信号由单片机提供，信号经过光耦隔离后传至PWM控制芯片

L298N，通过L298N的输出引脚和两个电机相连。L198N的连接方法如下图所示

本设计中采用脉宽调制技术（PWM）控制使能端（En），然后改变IN1和IN2的状态实现电机的正转和反转。同时可改变脉宽的占空比来调节电机的转速。PWM波形为周期不变的周期性高低电平信号，占空比为高电平时间除以周期，改变占空比实质上是改变了电动机的驱动电压。下图为10%和50%占空比的PWM信号。

2.2 寻迹模块

当小车在白色地面行驶时，装在小车下的红外发射管发射红外线信号，经白色反射后，被接收管接受，一旦接收管接收到信号，输输出端将输出低电平，从而实现了通过红外线检测信号的功能。将检测到的信号传到单片机的I/O 口，当I/O 口检测到的信号为高电平时，表明红外光被地上的黑线吸收了，表明小车正处在黑色的引线上；同理，当I/O 口检测到的信号为低电平时，表明小车行驶在白色地面线上。

反射式红外传感器ST188采用高发射功率红外广电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。检测距离可调整范围为4—15mm;采用非接触式检测方式。

当ST188前方为白色时，ST188接收管导通，电阻值减少，输出电压降低，此时比较器同相输入端（3脚）输入电压小，比较器输出为低电平，发光二极管点亮。如下图所示

2.3 趋光避障模块

本设计采用光敏电阻检测光源从而达到趋光效果，光敏电阻阻值随光照强度增大而减小，首先在自然光条件下调节R18改变基准电压，使发光二极管点亮。当光照强度增大，光敏电阻阻值减少，输出电压增加，此时比较器同相输入端（3

脚）输入电压

大，比较器输出为高电平，发光二极管熄灭，如下图所示

在进行避障时采用了反射式红外传感器ST188，放于小车前部，三个ST188，左右中间各一个，且左右两个各向各自的两边倾斜45度角。具体算法如下：

进行扫描，由单片机计算其一秒钟所扫描白条的个数乘以两白条间的距离即可。

显示部分：

控制端口如下：

RS RW E D0~D7 读状态L H H 状态字写状态L L 高脉冲指令码读数据H H H 数据写数据H L 高脉冲数据

2.5 电源模块

小车采用单电源供电，12VDC给电机驱动芯片L298N供电，并经一降压模块输出5V给主控制芯片以及其他芯片供电，电路

如图所示：

3.结论

按照要求，小车已经较好的完成了题目要求的任务。涉及包括机械结构，硬件，软件。其中机械结构是小车能否稳定运行的

基础，硬件电路决定了小车实现的功能，而软件部分则是控制的

灵魂，算法的好坏直接决定了完成任务的质量。

整个设计无疑是一个充满辛苦的过程，期间也遇到了很多的困难，不过在全组组员的共同努力下，在整个实验室同仁的无私

帮助下，以及老师的指导下，最终完成任务，在此对指导老师以

及各位同学一并表示感谢！

程序源代码：

/***************************************

后来修改部分：趋光由P1.6 改为P3.0

四传感器将传感器INT去掉，接上P0.3

/***************************************/

#include

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

#include "motor.h"

#include "1602.h"

#include "xunji.h"

#define WHITE 0

#define BLACK 1

sbit BUZZER = P1^7;

sbit OPT = P3^0;

sbit zhang_left =P3^3;

sbit zhang_middle =P3^4;

sbit zhang_right =P3^5;

sbit cesu =P0^4;

uchar flag = 0; //全白标志位

char road_status=0;

/******蜂鸣器发声xMs，低电平发声*****************/

void Buzzer(uchar x)

{

BUZZER = 0;

DelayMs(x);

BUZZER = 1;

}

/***********趋光*******************************

函数名称：Park

函数输入：

函数输出：

函数功能：

**********************************************/

void Park(void) //灯亮（OPT1导通OPT=0 ,左拐）

{

Stop(100,100);

GoHead(0,0);

DelayMs(100);

// if(OPT == 1) // 这种情况下只能用do{}...while 光照一下即可

// do

// {

// {GoHead(52,5);DelayMs(5);}//右转

// } while(RIGHT_ST188 & MID1_ST188& MID2_ST188 & LEFT_ST188); //任何一个检测到白线停止

do

{

TurnLeft(20,20);DelayMs(1000);

GoHead(20,15);

}while(OPT);

}

/***********蔽障*****************************

函数名称：Bizhang

函数输入：

函数输出：

函数功能：

**********************************************/

void BiZhang(void) // 倒退右转90度前进_ 左转90度{

GoBack(20,20);

DelayMs(200);

TurnRight(25,25); //右转90度

DelayMs(1000);

GoHead(21,21);

DelayMs(1000);

TurnLeft(25,25); //左转90度

road_status = (P0 & 0x0f);

while(!zhang_left || !zhang_middle || !zhang_right );

road_status = (P0 & 0x0f);

}

/********************主函数******************/

void main()

{

Init(); //内部资源初始化

LcdReset(); //液晶初始化

DisplayListChar(0,0,"Time",4);

DispOneChar(7,0,':');

DisplayListChar(0,1,"Speed",5);

DisplayListChar(8,1,"cm/s",4);

// DisplayListChar(8,0,"Time",4);

road_status = (P0 & 0x0f); //取低四位 0000 1111

while(1)

{

road_status = (P0 & 0x0f);

if( (road_status==0)) //一次全白

{

Buzzer(1000); // 1000ms

flag++;

if(flag == 1) //第一次全白，开始趋光

{

Park();//趋光

}

else if(!zhang_left || !zhang_middle || !zhang_right)

{

BiZhang();

}

else if(flag == 2) //第二次全白，终点停车

{

Stop(0,0);

EA = 0; //关总中断

while(1)

{

DispOneChar(5,0,MinuteH+0x30); //显示时间0011 0000 x , y , *DLata , L

DispOneChar(6,0,MinuteL+0x30); // + 48

DispOneChar(8,0,SecondH+0x30);

DispOneChar(9,0,SecondL+0x30);

}

}

}

DispOneChar(5,0,MinuteH+0x30); //显示时间0011 0000 x , y , *DLata , L

DispOneChar(6,0,MinuteL+0x30); // + 48

DispOneChar(8,0,SecondH+0x30);

DispOneChar(9,0,SecondL+0x30);

RoadTrack(road_status); //循迹

DispOneChar(6,1,(b/10)+0x30); //显示速度

DispOneChar(7,1,(b%10)+0x30);

Delay_10Us(5);

}

}

#define dataport P2 //8位数据口#define dataport P0

#define busy 0x80 //忙检测DB7 DB7=1忙，DB7=0允许读写

sbit rs=P0^7; //寄存器选择输入端（硬件）

sbit rw=P0^6; //读写控制输入端（硬件）

sbit e =P0^5; //使能信号输入端（硬件）

/*****************************液晶显示头文件

*******************************/

/*-------- 简易延时函数---------*/

void delay(unsigned int i)

{

for(i;i>0;i--);

}

void Delay5Ms(void)

{

uint Temp = 4552;

while(Temp--);

}

/*--------------延时--------*/

void Lcddelay(unsigned char MS)

{

unsigned char i,j;

while(MS!=0)

{

j = 4;

while(j!=0)

{

i=0xf0;

while(i!=0)

{

i--;

}

j--;

}

MS--;

}

}

/*--------------- 检测lcd状态--------------------*/

void WaitForEnable(void) // 等待使能

{

dataport=0xff; // dataport =P2; P2=0xff;

rs=0;

rw=1;

Lcddelay(5);

_nop_();

e=1;

_nop_();

_nop_(); // DB7=1忙，DB7=0允许读写

while(dataport&busy); // busy =0x80 1000 0000

e=0;

}

/*-------------------- 写命令--------------*/

void LcdWriteCommand(unsigned char CMD,unsigned char AttribC)

{

if(AttribC) // en 需要一个高脉冲读出/写入WaitForEnable();

rs=0;

rw=0;

_nop_();

dataport=CMD;

Lcddelay(5);

_nop_();

e=1;

_nop_();

_nop_();

e=0;

}

/*---------- 显示光标定位------------*/

void LocateXY(char polx,char poly)

{

unsigned char temp;

temp=polx & 0x0f; // 0xf =0x0f

poly &= 0x01;

if(poly)

temp |= 0x40;

temp |= 0x80;

LcdWriteCommand(temp,0);

}

/*------------ 写字符---------------*/

void LcdWriteLata(char lataW)

{

WaitForEnable(); //检测忙否且en 需要一个高脉冲读出/写入

rs=1;

rw=0;

_nop_();

dataport=lataW;

Lcddelay(5);

_nop_();

e=1;

_nop_();

_nop_();

e=0;

}

/*------------- 在指定位置显示单个字符-----------------*/

void DispOneChar(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char Wlata)

{

LocateXY(x,y);

LcdWriteLata(Wlata);

}

/*--------- 初始化----------*/

void LcdReset(void)

{

LcdWriteCommand(0x38,0); // 显示模块设置0011 1000;

Lcddelay(5);

LcdWriteCommand(0x38,0);

Lcddelay(5);

LcdWriteCommand(0x38,0);

Lcddelay(5);

LcdWriteCommand(0x38,1); // 清屏

LcdWriteCommand(0x08,1); // 0000 1000 关显示，不显示光标，光标不闪烁；

LcdWriteCommand(0x01,1);

LcdWriteCommand(0x06,1);

LcdWriteCommand(0x0c,1);

}

/*--- 在指定位置显示字符串---*/ //

void DisplayListChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char code

*DLata,unsigned char L)

{

unsigned char i;

for(i=0;i

DispOneChar(X++,Y,DLata[i]);

}

// 扫到白线输出为低/***********道路检测循迹**********************

函数名称：RoadTrack

函数输入：

函数输出：

函数功能：

**********************************************/

void RoadTrack(road_status)

{

switch (road_status)

{

case 1: GoHead(64,30); break; //小小右转0001 0x01

case 3: GoHead(65,13); break; //小右转0011 0x03 //

case 7: GoHead(65,6); break; //大右转0111 0x07 //

case 11: GoHead(80,81); break; //直线前进1011 0x0b //

case 13: GoHead(80,81); break; //直线前进1101 0x0d //

case 9: GoHead(80,81); break; //直线前进1001 0x09 //

case 8: GoHead(30,64); break; //小小左转1000 0x08

case 12: GoHead(13,65); break; //小左转1100 0x0c //

case 14: GoHead(6,64); break; //大左转1110 0x0e //

case 15: GoBack(20,21); DelayMs(2); break; //倒退1111 //

0x0f

//case 0x00: GoBack(50,50); break; //直线后退

default:break;

}

}

/*

//***********直道循迹**********************

void RoadTrackZ()

{

road_status = P0&0x0f;

switch (road_status)

{

case 0x09: GoHead(50,50);DelayMs(2);break; // 1001 前进

//一下：P0.0-P0.3

case 0x0d: GoHead(40,55); break; // 1011 一级左转

case 0x0c: GoHead(40,55); break; // 0011 二级左转

case 0x0e: GoHead(20,55); break; // 0111 三级左转

case 0x0b: GoHead(55,45); break; // 1101 一级右转

case 0x03: GoHead(55,40); b reak; // 1100 二级右转

case 0x07: GoHead(50,20); break; // 1110 三级右转

case 0x00: Stop(98,98); break; // 0000 全白停车

case 0x0f: break; // 1111 全黑保持

default: break;

}

}

//*****************弯道寻迹************

void RoadTrackW()

{

road_status = P0&0x0f;

switch (road_status)

{

case 0x09: GoHead(40,40);DelayMs(2);break; // 1001 前进

case 0x0d: GoHead(30,55); break; // 1011 一级左转

case 0x0c: GoHead(20,55); break; // 0011 二级左转

case 0x0e: GoHead(10,70); break; // 0111 三级左转

case 0x0b: GoHead(55,30); break; // 1101 一级右转

case 0x03: GoHead(55,20); b reak; // 1100 二级右转

case 0x07: GoHead(75,10); break; // 1110 三级右转

case 0x00: Stop(98,98); break; // 0000 全白停车

case 0x0f: break; // 1111 全黑保持

default: break;

}

}

//***********对齐白线**********************

void Duiqi()

{

road_status = P0&0x0f;

switch (road_status)

{

case 0x0e: TurnLeft(20,20); break; // 0111

case 0x0c: TurnLeft(20,20); break; // 0011

case 0x08: TurnLeft(20,20); break; // 0001

case 0x07: TurnRight(20,20);break; // 1110

case 0x03: TurnRight(20,20);break; // 1100

case 0x01: TurnRight(20,20);break; // 1000

case 0x00: Stop(98,98); break; // 0000停止

default: break;

}

}

//*************顺时针旋转，实现90度、180度转弯************** void TurnR()

{

road_status = P0&0x0f;

while(road_status!=0x0e) // P0.0-P0.3: 0111

{

TurnRight(20,20);

road_status = P0 &0x0f;

}

road_status = P0&0x0f;

while(road_status!=0x07) // P0.0-P0.3: 1110

{

TurnRight(20,20);

road_status = P0&0x0f;

}

road_status = P0&0x0f;

while(road_status!=0x0b) // P0.0-P0.3: 1101 {

TurnRight(10,10);

road_status = P0 &0x0f;

}

Stop(98,98); // 方向对准，停车

}

void TurnL()

{

road_status = P0 &0x0f;

while(road_status!=0x07) // P0.0-P0.3: 1110

{

TurnLeft(20,20);

road_status = P0 &0x0f;

}

road_status = P0 &0x0f;

while(road_status!=0x0e) // P0.0-P0.3: 0111

{

TurnLeft(20,20);

road_status = P0 &0x0f;

}

road_status = P0 &0x0f;

while(road_status!=0x0d) // P0.0-P0.3: 1011 {

TurnLeft(10,10);

road_status = P0 &0x0f;

}

Stop(98,98); // 方向对准，停车

}

*/