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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(jí)：10電氣本一 智能壁障循跡小車 摘要：本系統(tǒng)是以msp430單片機(jī)為控制核心,利用TRCT5000紅外對(duì)管檢測(cè)黑線，控制小車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡功能，利用E18—D80NK—N紅外壁障傳感器實(shí)現(xiàn)壁障功能。小車驅(qū)動(dòng)采用L293D驅(qū)動(dòng)電路，速度由單片機(jī)控制，通過L293D芯片驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，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(shí)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(dòng)化，該系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和技術(shù)上都顯得更加科學(xué)化。 關(guān)鍵字：

2、msp430單片機(jī)；TRCT5000紅外對(duì)管；E18—D80NK—N紅外壁障傳感器；L293D芯片。 2． 方案設(shè)計(jì) 2.1 主控系統(tǒng) 采用msp430F149單片機(jī)加8MHZ的晶振為整個(gè)系統(tǒng)的核心，TI公司的msp430系列16位單片機(jī)具有超低功耗性能，用其控制智能小車，實(shí)現(xiàn)既定的功能。 2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)，線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此決定采用使用功率三極管作為功率

3、放大器的輸出控制直流電機(jī)。 2.3 循跡模塊 采用4只紅外對(duì)管并排至于小車后，中央黑線的兩側(cè)分別有兩只，紅外對(duì)管的紅外發(fā)射管不斷發(fā)射紅外線，光敏三極管會(huì)不斷接受反射的紅外線，通過對(duì)黑線的檢測(cè)，光電對(duì)管會(huì)向單片機(jī)發(fā)送脈沖信號(hào)，單片機(jī)則會(huì)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，繼而實(shí)現(xiàn)循跡功能。 紅外對(duì)管的電路實(shí)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(duì)反射光進(jìn)行解調(diào)輸出。有效的避免了可見光的干擾。透鏡的使用，也使得

4、這款傳感器最遠(yuǎn)可以檢測(cè)80厘米距離的問題。如遇障礙物，光電開 關(guān)向單片機(jī)發(fā)去信號(hào)繼而控制小車轉(zhuǎn)彎以實(shí)現(xiàn)壁障功能。 E18-D80NK-N光電傳感器的實(shí)物圖與原理圖 2.5 機(jī)械系統(tǒng) 本題目要求小車的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定、靈活、簡(jiǎn)單，而運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具備以上特點(diǎn)。 驅(qū)動(dòng)部分：由于玩具汽車的直流電機(jī)功率較小，而小車上裝有電池、電機(jī)、電子器件等，使得電機(jī)負(fù)擔(dān)較重。 電池的安裝：將電池放置在車體的電機(jī)前后位置，降低車體重心，提高穩(wěn)定性，同時(shí)可增加驅(qū)動(dòng)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7805的穩(wěn)壓片及濾波

5、電容。 電源電路 3． 硬件設(shè)計(jì) 3.1 總體設(shè)計(jì) 智能小車采用前輪驅(qū)動(dòng)，前輪左右兩邊各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)制前面兩個(gè)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(duì)管并排安裝在車體后。當(dāng)車身下左邊的傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制左輪電機(jī)停止，車向左修正，當(dāng)車身下右邊傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制右輪電機(jī)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(cè)到障礙物時(shí)，主控芯片控制小車轉(zhuǎn)彎。 Msp430 單片機(jī) 主板設(shè)計(jì)框圖 紅外對(duì)管模塊 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 光電開關(guān)模

6、塊 液晶顯示模塊 紅外遙控模塊 3.2 驅(qū)動(dòng)電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)一般采用H橋式驅(qū)動(dòng)電路，L293D內(nèi)部集成了H橋式驅(qū)動(dòng)電路，從而可以采用L293D電路來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。通過單片機(jī)給予L293D電路PWM信號(hào)來控制小車的速度，起停。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 3.3 信號(hào)檢測(cè)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(duì)光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷“道路”—黑線。筆者在該模塊中利用了簡(jiǎn)單、應(yīng)用也比較普遍的檢測(cè)方法——紅外探測(cè)法。 　　紅外探測(cè)法，即利用

7、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(diǎn)。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(shí)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(hào)，再通過LM324作比較器來采集高低電平，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢測(cè)。 市面上有很多紅外傳感器，在這里我選用TCRT5000型光電對(duì)管。 光電對(duì)管傳感器原理圖 3.4 主控電路 本模塊主要是對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行分析，同時(shí)給出PWM波控制電機(jī)速度，起停，以及驅(qū)動(dòng)液晶顯示等作用。

8、 主控電路 4． 軟件設(shè)計(jì) 啟動(dòng) 4.1 主程序框圖 壁障 N N 循跡 Y 是否檢測(cè)到障礙 是否檢測(cè)停止 Y 停止 主程序圖框 4.2 C程序 #include #include //延時(shí)函數(shù)頭文件 #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define mcu_xtal 8

9、 //對(duì)8M的晶振 #define delay_us(x) __delay_cycles (x * mcu_xtal) //延時(shí)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; typedef unsi

10、gned 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"; #define ComDi

11、r 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 DatB

14、us = com; //將指令寫入 EN_H; //EN端拉高 DelayMs(1); //延時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù) EN_L; //EN端拉低 } /********************************************************************/ void WriteData(UCHAR dat)

15、 { 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_H;

16、 //EN端拉高 DelayMs(1); //延時(shí)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(diǎn)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(gè)字符后，指針自動(dòng)加1，整不移動(dòng) WriteCom(0x01); //清屏 } /********************************************************************/ void CheBusy() { RS_L;

18、 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(UCHAR x,UC

19、HAR 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=0;i

20、++) { DispChar(x++,y,pstr[i]); if (x == 0x0f) { x = 0; y ^= 1; } } } uchar Flag_1 = 0,Flag_2 = 0,Flag_3 = 0; uchar Num = 0; uint Table_dat[33]; uchar Table_inf[4]; uchar xunji=0,bizhang=0; /*************************************************************

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_turn_fl

22、ag=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; //遇到障礙物顯示低電平0

23、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(shí)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(shí)鐘SMCLK+連續(xù)計(jì)數(shù)+TAR清零 _EINT(); P3DIR = 0XFF; P4DIR = 0XFF; Init1602(); DispString(1,1,14,table); DispStr

28、ing(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; delay_

37、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 } }