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光电系统设报告
光电智能小车控制器1
指导老师:吴裕斌 武树斌
班级 光电0703
姓名 彭皓
学号 U2000713863
同组人:徐云路 鄢伟一 谢恒
电话
目录
技术指标 ……………………………………………………3
基本原理……………………………………………………..3
方案论证……………………………………………………..4
硬件电路设计………………………………………………..7
五.软件设计……………………………………………………….11
六.心得体会……………………………………………………….12
七.参考资料……………………………………………………….12
附录
摘要
8051单片机是一款高性能的8位单片机,他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。本次课程设计是以单片机为控制核心,车根据传感器采集到的路况信息,控制转向执行器舵机和直流电机,相应地调整小车的行驶方向和速度,最终的目的是使智能小车快速稳定地沿着黑线跑完全程。整个系统的电路结构简单,可靠性能高。本文介绍了该系统的基本原理,硬件电路设计和软件设计,以及相应的技术指标。
关键词 8051单片机 智能小车 循迹 光电探测器
一.技术指标
1.选用51系列单片机
2.小车沿跑道行驶
3.通过光电方法控制小车运动方向
4.采用直流电源供电
二.基本原理
整个电路系统分为检测,控制,驱动三个模块。首先利用光电对管对路面信号进行检测,经过比较器处理之后,送给软件检测模块进行实时控制,输出相应信号给驱动芯片驱动电机转动,从而控制整个小车的运动。
智能小车在华油黑线的白纸“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光强弱来判断“道路”---黑线。因此在该模块利用了简单,应用也比较普遍的检测方法---红外探测法。
红外探测法,即利用红外线在不同颜色的物理表面具有不同的反射兴致的特点。在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光,当红外光遇到白色地面时发生漫反射,反射光被装在小车上的接收管接受:如果遇到黑线则红外光被吸收,则小车上的接收管接收不到信号。
智能小车寻迹系统框图
三.方案论证
3.1 供电电源
关于电源部分,我们采用的是LM1117稳压芯片,它的输出电压为5V,并且具有限流和热保护功能,输出的负载电流可达800mA,基本上能够满足设计要求。
3.2 驱动部分
采用C8051F310单片机作为小车的控制核心。我们把单片机的p0.0,p0.1,p0.4,p0.5端口划分出来,用于可编程计数阵列的8位脉冲宽度调制模式的信号输出。小车使用了两个微型直流电机,分别安装在小车的前后轮,位于后轮的电机是作为动力机,为小车的行驶提供动力;位于前轮的电机是用于控制小车的转向。方向电机控制情况如下:当电机正转,前轮左拐;电机反转,前轮右拐;电机不转,前轮方向不变。小车前进的速度由后电机驱动信号的占空比决定,小车前轮转向的角度由前电机的驱动时间决定。因为电机的驱动电流较大可达数百毫安,所以不能直接通过单片机来驱动。这里我们采用的是驱动芯片,即AE2501B直流电机驱动芯片,它的峰值电流1.50A,持续工作电流550mA,可以满足要求。它的内部电路是桥式驱动电路。它的电源电压范围:3—9V,可直接用电源的5V的电压给它供电。
驱动芯片的功能表:
Ina INb VOa VOb 电 机 1脚 8脚 6脚 3脚 H L H L 正转 L H L H 反转 L L OPEN OPEN 停止 注1:输入同为高是禁止使用的状态
注2:高于2.0V为高电平,低于0.8V为低电平
3.3 探测器的选择
探测器的基本原理就是用红外发光二极管来发光,由红外光电三极管进行光信号的接收,进行的是反射式的探测,以避免可见光所带来的背景噪声。市场上用于红外探测法的器件较多,可以利用反射式传感器外接简单电路自制探头,也可以使用结构简单,工作性能可靠的集成式红外探头。经过比较,我们选择了ST168这个集成器件。ST168采用高发射功率红外光,电二极管和高灵敏度光电晶体管组成,采用非接触式检测方式。ST168的检测距离很小,一般为8~15毫米,因为8毫米以下是它的检测盲区,而大于15毫米则很容易受干扰。故把传感器安装在距离检测物表面10毫米。下面为探测器检测电路图:
ST168 检测电路
R1限制发射二极管的电流,发射管的电流和发射功率成正比,但受其极限输入正向电
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