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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(chē)參賽人員：許金利 陳雄班級(jí)：10電氣本一15智能壁障循跡小車(chē)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(chē)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡功能，利用E18D80NKN紅外壁障傳感器實(shí)現(xiàn)壁障功能。小車(chē)驅(qū)動(dòng)采用L293D驅(qū)動(dòng)電路，速度由單片機(jī)控制，通過(guò)L293D芯片驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，結(jié)合光電開(kāi)關(guān)，可有效控制小車(chē)在特定位置轉(zhuǎn)彎角度；另利用紅外解碼原理，通過(guò)遙控器實(shí)現(xiàn)小車(chē)的功能轉(zhuǎn)換。由以上各種功能的結(jié)合，使小車(chē)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：msp430單片機(jī)；TRCT5000紅外對(duì)管；E18D80

2、NKN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(chē)，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?xún)?yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過(guò)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(wú)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(chē)后，中央黑線的兩側(cè)分別有

3、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(guò)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(lái)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(guò)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(jiàn)光的干擾。透鏡的使用，也使得這款傳感器最遠(yuǎn)可以檢測(cè)80厘米距離的問(wèn)題。如遇障礙物，光電開(kāi)關(guān)向單片機(jī)發(fā)去信號(hào)繼而控制小車(chē)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)

4、本題目要求小車(chē)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(chē)的直流電機(jī)功率較小，而小車(chē)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(chē)體的電機(jī)前后位置，降低車(chē)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(guò)7805的穩(wěn)壓片及濾波電容。 電源電路3 硬件設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì) 智能小車(chē)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(chē)體后。當(dāng)車(chē)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(chē)向

5、左修正，當(dāng)車(chē)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(chē)向右修正。紅外光電開(kāi)關(guān)裝在車(chē)上中間部分，當(dāng)檢測(cè)到障礙物時(shí)，主控芯片控制小車(chē)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(kāi)關(guān)模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(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。通過(guò)單片機(jī)給予L293D電路PWM信號(hào)來(lái)控制小車(chē)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(chē)循跡原理是小車(chē)在畫(huà)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(lái)判斷“道路”黑線。筆者

6、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(chē)行駛過(guò)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(chē)上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車(chē)上的接收管接收不到信號(hào)，再通過(guò)LM324作比較器來(lái)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。 主控電路4 軟件設(shè)計(jì)啟動(dòng) 4.1 主程序框圖壁障N

7、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 /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 (uns

8、igned long)x * mcu_xtal*1000000)/延stypedef unsigned char UCHAR;typedef 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

9、 = Chen Xiong;#define 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 /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#defi

10、ne 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)/*/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 DatBus = com; /將指令寫(xiě)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) CheBusy(); /讀忙 DatDir = 0XFF; /數(shù)據(jù)端輸入 RW_L; /

11、RW端拉低 RS_H; /RS端拉高 DatBus = dat; /將數(shù)據(jù)寫(xiě)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 Init1602() EN_L; WriteCom(0x38); /設(shè)置16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8為數(shù)據(jù)口 WriteCom(0x0c); /開(kāi)顯示，不顯示光標(biāo) WriteCom(0x06); /讀寫(xiě)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; RW_H; EN_H; DatDir = 0X00; while(WriDat & 0x

12、80) /判斷數(shù)據(jù)第八位 EN_L; DelayUs(1); EN_H; DelayUs(1); /*/void DispChar(UCHAR 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=0;i0;i-); while(IFG1 & OFIFG) != 0); BCSCTL2 |=SELM_2 +

13、 SELS + DIVS_3; /MCLK和SMCLK選的是XT2（8M晶振） /+SMCLK時(shí)鐘8分頻/*/void deal_inf(void) uchar i,j,k,value; uint Temp = 0; k = 1; for(i=0;i4;i+) for(j=0;j 2000) value = value | 0x80; else value = value; if(j 1; k +; Table_infi = value; value = 0; Flag_3 = 1;/*/void main() WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; /關(guān)狗 P1IE |= BIT

14、6; /P1.6開(kāi)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); DispString(1,2,12,FLAG); while(1) if(Flag_2 = 1) /說(shuō)明將波形的客戶(hù)碼，客戶(hù)反碼，數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù)反碼裝入了Table_dat33 Flag_2 = 0; deal_inf()

15、; /進(jìn)行波形處理 if(Flag_3 = 1) /說(shuō)明波形處理完畢 Flag_3 = 0; if(Table_inf2=0x00) /1 bizhang=1; if(Table_inf2=0x21) /2 bizhang=0; if(Table_inf2=0x04) /3 xunji=1; if(Table_inf2=0x06) /4 xunji=0; P2DIR=0XFF; P2OUT=0XF0; while(bizhang) xu_Init(); /初始化端口 BIZHANG(); /初始化蔽障 if(BIZHANG_turn_flag = 1) /左轉(zhuǎn)處理 P2DIR = 0XFF;

16、P2OUT = 0XF3; delay_ms(1); P2OUT =0XFa; delay_ms(280); if(BIZHANG_turn_flag = 0) /直走處理 P2DIR = 0XFF; P2OUT = 0XFC; delay_ms(100); P2OUT = 0XF0; delay_ms(10); while(xunji) I0_Init(); /初始化端口 xunji_hanshu(); /初始化循跡 if(xunji_turn_flag = 1) /左轉(zhuǎn)處理 P2DIR = 0XFF; P2OUT = 0Xfa; delay_ms(10); P2OUT =0Xf0; del

17、ay_ms(1); if(xunji_turn_flag = 2) /右轉(zhuǎn)處理 P2DIR = 0XFF; P2OUT = 0Xf5; delay_ms(10); P2OUT = 0Xf0; delay_ms(1); if(xunji_turn_flag = 0) /直走處理 P2DIR = 0XFF; P2OUT = 0Xfc; delay_ms(10); P2OUT = 0Xf0; 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_datNum = 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(lái)去處理接收到的波 TACTL |= TACLR; /第一次進(jìn)中斷將TAR清零