毕业论文：基于单片机的黑线检测及电机控制系统.doc

基于单片机的黑线检测及电机控制系统 摘要：本设计采用一块C8051F120单片机作为电机和光电传感器的检测和控制核心。黑线检测采用反射式红外传感器，选用了一个4*4的键盘和一块128*64的液晶屏，实现了人机交互。基于这些完备而可靠的硬件设计，使用了一套独特的软件算法，实现了悬挂重物在运动过程中的精确控制。 关键词：C8051F120单片机、红外传感器 Abstract : This system use the C8051F120 single chip as the examine and control center of the electromotor and photoelectric sensor. It use reflected infrared sensor to examine the black line, and use the 4*4 keyboard and a 128*64 LCD to realize the communication of the human and the system. 1、系统简介 本系统要求实现两电机控制一悬挂重物，功能一使得重物能够在面板范围内按照指定轨迹移动，如圆形、方形，精度为1cm；功能二能够通过键盘实现人机交互，输入指定坐标，电机旋转控制重物移至指定坐标处。功能三能够检测出黑线，并自动控制重物沿着黑线移动。黑线中间断了一个大约1cm的缺口，重物能够越过这缺口继续前进，检测黑线到尽头后自动停止运动。 图1 系统外观 2、总体方案 充分考虑了各种因素，制定了整体的设计方案：以单片机C8051F120为核心，完成四个方面的控制：检测键盘输入，按输入的命令来调用相应的函数，实现人机交互；控制LCD显示；检测光电信号；通过I/O端口实现对左右两电机的控制。 在按设定轨迹运行时，事先制定好坐标数据表，单片机通过不断查表，来控制电机的转动。而黑线寻迹时，光电传感器完成黑线探测，并以高低电平的形式送入单片机的I/O 口，单片机对送过来的信号进行分析、运算、处理，再通过I/O口输出控制信号控制电机的转动。 系统组成及原理框图如图2所示。 红外传感器 红外传感器 调理电路 调理电路 检测信号 LCD液晶 L297+L298电机驱动电路 单片机 C8051F120 键盘接口 命令输入 电动机 控制信号 指令及坐标显示 图2 系统原理图 3、硬件电路 本系统选择单片机作为中央处理器，是整个硬件系统的核心。它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。单片机具有集成度高、系统结构简单、应用灵活、处理功能强等优点，这就使以单片机为基础的应用系统容易做到体积小、性能好、价格便宜、易于产品化。 单片机的种类繁多，本系统中由于电机的控制程序规模比较大，所以选用C8051F120，它是一种以高速8051 微控制器为内核的低功耗、高性能的单片机。使用内部集成PLL时速度可达100MIPS；片内调试电路提供全速、非侵入式的在片/在系统调试，支持断点、单步、观察点、堆栈监视器；可以观察修改存储器和寄存器，为我们的软件调试提供了极大的方便。同时C8051F120内含8 个8 位宽端口I/O（100TQFP），耐5V，其中P5口分配给液晶作为数据口；P4口作为液晶的控制口；P3口作为键盘的输入端口。P7口作为左电机的控制口；P0口作为右电机的控制口；P2作为传感器的输入端口。选用C8051F120作为本系统的中央处理器完全能够满足系统的需要。 对于电机的选择，可以选取MINEBEA公司的两相永磁混合式步进电机，它综合了反应式和永磁式两者的优点，供电电压12V，供电电流2A。因为我们的悬挂物体比较重，而这款电机的功率高达24W，力量大，带动重物运行过程中不容易失步。并且步进角小，只有1.8゜，半步进角0.9゜，很适合定位要求。 对于电机驱动电路的选择，可以采用L298双H桥驱动器和L297步进电机斩波驱动控制器组成的双极性斩波驱动电路。其外部器件非常少，相应的成本降低，可靠信增强，所占空间少。只要单片机给出频率可调的方波信号，通过调节方波的频率，便可通过L297+L298驱动电路间接地调节电机的转速。而调节方波的个数就可间接调节电机所转的角度，大大降低了单片机的负担。因为我们设置的步进角是1.8度，则电机所转角度 = 方波个数 * 1.8゜。具体电路如图3所示。 图3 L297+L298连线图 本系统采用ATM12864D点阵式液晶屏作为主要显示工具。该芯片自带双控制芯片，