基于单片机的智能循迹小车的设计与制作.doc
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1、基于单片机的智能循迹小车的设计与制作 作者: 日期:2 个人收集整理 勿做商业用途基于52单片机的智能循迹小车的设计与制作谭世伟07081201 张云07081223 哈尔滨工程大学 信息与通信工程学院 070812班摘要:以自主设计的底盘为基础,以直流减速电机及其控制电路为驱动,以AT89S52单片机为控制核心,以红外对管为探测系统,加以外围电路组成的智能小车在特定的程序下实现走“8”字及循迹的功能;基于阿克曼原理设计的平面等腰梯形连杆机构及差速器能够实现小车的完美转向;基于52单片机、光耦、L298、稳压器7805的控制电路能够实现对直流减速电机与舵机的整体控制;电路部分与机械部分的有机结
2、合在特定程序下经过多次调试便能实现上述功能。关键词:AT89S52;L298;直流电机;平面等腰梯形连杆机构;红外放射式原理引言: 随着控制技术及计算机技术的发展,智能车系统将在未来工业生产和日常生活中扮演重要的角色,是以后的发展方向。智能小车的巡线功能在生产生活中都有着广泛的用途。例如:可以用在大的生产车间的物流系统中,按照预先设定的路线来传输货物;可以用在赛车比赛中能够按照轨道行驶,从而更加安全;还可以用在导航系统中等等。 国内高校间年年举办的机器人大赛大多选择以小车为载体来实现特定功能,小车这种简单而又常见的玩具得到了越来越多的。 随着大学期间知识的积累,所学的东西完全可以在程控小车这个
3、项目上得到实现.本次设计的简易智能小车采用AT89S52单片机为小车的检测和控制核心,辅以L298、光耦、7805等器件构成的外围电路能够实现对直流减速电机与舵机的控制。随着编程语言的导入,及多次的调试,小车便能实现走“8”字的功能.在此基础上安装红外对管组成的探测系统,可以把反馈的信号送入单片机,使单片机按照预定的工作模式控制小车沿着设置的黑线行驶,便完成了循迹的功能。本设计结构简单,较容易实现,但具有高度的智能化、人性化,一定程度上体现了智能化。1.设计任务 要求:用已有器件设计一个简易智能小车,其行驶路线满足要求。2。总体设计方案 根据设计任务要求及扩展功能,智能小车是以AT89S52单
4、片机为检测和控制核心,由轨迹探测模块、后轮驱动模块和前轮导向模块及电源模块等四大模块组成.设计如图1所示:图1 智能小车系统结构模块2.1轨迹探测模块该模块采用红外对管GP2A25来检测信号送给单片机,其原理图接线如图2所示:图2 红外对管引脚接线红外对管构成的探测系统原理如图3所示: 图3 探测系统电路图2。2前轮驱动模块 该模块是以平面等腰梯形连杆机构为机械机构,由舵机进行控制驱动。连杆转向机构及驱动体系的工作的原理框图如图4所示:图4 连杆转向机构2.3后轮驱动模块 该模块以差速器为机械基础,由电机来驱动。差速器结构图5所示: 图5 差速器结构图2。4整体装配图:有了驱动系统与转向系统,
5、加上其它小车零件,就可以的到如图6所示的程控小车装配图。图6 整体装配图3.程序框图: 3。1走8字型程序流程图如图7所示:图7 程序流程图其中子函数drive决定舵机的转向转角和电机的转速转向;子函数init0_time是定时器0初始化函数,在设计中使定时器0每100Us中断一次;子函数motor_run决定电机的转速和转向;子函数time0_pwm为定时器0中断服务程序,包括舵机部分、直流电机PWM调速部和较精确延时部分.2循迹程序流程图如图8所示: 图84.方案的论证与实现 4.1轨迹探测模块 该智能小车在画有黑线的白纸“路面”上行驶由于黑线和白纸对光线的反射系数不同,可根据接收到的反射
6、光的强弱来判断“道路”-黑线判断信号可通过单片机控制驱动模块修正前进方向,以使其保持沿着黑线行进。所用的黑线宽度大约为1 cm,判断黑线的方案采用红外反对管作为传感器,三个红外对管并排放置于小车的前部进行线路跟踪-正常行驶时,中间一个红外对管都应位于黑线之内,而左右两个红外对管应位于白色轨道上。电开关脱离轨道时,等待外面任意一只检测到黑线后,做出相应的转向调整,直到中间的光电开关重新检测到黑线(即回到轨道)再恢复正向行驶。 4.2后轮驱动模块 小车的主体结构包括底盘、车身、转向机构等,对于小车而言,转向机构与驱动系统的设计是很重要的,只有严格按照阿克曼原理设计出合理的零件长度才能使小车平稳的转
7、向,而不至于出现打滑现象。由于平面等腰梯形连杆机构最常见且加工方便,所以设计采用平面等腰梯形连杆机构小车的转向机构。转向机构的设计能够实现所采用的原理阿克曼原理阿克曼原理:沿着弯道转弯时,利用四连杆的相等曲柄使内侧轮的转向角比外侧轮大大约24度,使四个轮子路径的圆心大致上交会于后轴的延长线上瞬时转向中心,让车辆可以顺畅的转弯。公式:cotcot=M/L;:外轮轴线与后轮轴线之间的夹角;:内轮轴线与后轮轴线之间的夹角;M:前车轮之间的距离;L:前轴与后轴之间的距离;其具体的参数如图9所示:当汽车转向时,内轮轴心与后轮轴线之间的夹角大于外轮轴心与后轮轴线之间的夹角时,就能保证车轮与地面之间为纯滚动
8、,汽车便能够平稳实现转向。图9按照阿克曼原理设计出连杆、连架杆的具体长度之后,选取合适的板料即可加工出转向机构所需的全部零件。 4。3后轮驱动模块 该模块以差速器机械机构为基础,由直流电机驱动。普通差速器由行星齿轮、行星齿轮架、半轴齿轮等部件组成。 发动机的动力经传动轴进入差速器,直接驱动行星轮架,再由行星轮带动左、右两条半轴,分别驱动左、右车轮。差速器的设计要求满足:(左半轴转速)+(右半轴转速)=2(行星轮架转速)。后轮支座设计时应该注意的细节:后轮支座由于内部要安装轴承,轴承与后轮支座之间采用的是过盈配合,所以设计加工时应该特别注意.后轮支座的零件图如图10所示:图10具体加工的时候选取
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