寻线电脑鼠课程设计.docx

西南交通大学本科课程设计（论文）寻线电脑鼠课程设计年级：2014级学号：姓名：专业：指导教师：蒋朝根二零一六年六月目录第1章课程设计任务1第2章总体设计1第3章硬件详细设计23.1硬件设计步骤23.2 主控模块（单片机）23.3 传感器模块43.4 电机驱动模块53.5 测速模块63.5 电压检测模块及按键指示模块7第4章软件详细设计84.1 程序设计流程图84.2 C51单片机的初始化及底层驱动84.3 车体转弯控制（左手法则）114.4 调整函数124.5 速度PWM设置14第5章结论与心得体会17第6章附录176.1 电路原理图176.2 电路PCB图18第1章课程设计任务该设计是属于单片机原理与应用课程的课程设计。设计以两人组队的形式，制作寻线型电脑鼠。要求能够在8×8的迷宫中有哪些信誉好的足球投注网站路径并计算出最短路径，并能由起点到终点并返回。其中迷宫由25mm宽的黑线组成。电脑鼠第一次进入迷宫和返回迷宫时，可以循着黑线走到终点并记录迷宫信息，第二次进入迷宫时，根据第一次所记录的迷宫信息选择最短路径冲刺到终点。第2章总体设计硬件部分主要由传感器，单片机，电机所组成。传感器采用红外传感器，由发射管和接收管组成，可以探测迷宫中黑线。单片机则采用STC15W413AS芯片，用于编写单片机程序。电机则由单片机产生的PWM以及L9110芯片进行驱动。?软件部分主要由产生占空比函数，电脑鼠在迷宫中搜寻路径法则，记录迷宫信息，测速盘计数组成。电脑鼠搜寻迷宫时按照左手法则进行搜寻，根据测速盘的计数得到迷宫坐标，用8×8的数组对迷宫信息进行储存。第一次搜寻时，对死路和走得通的路进行标定，第二次走时，仍然按照左手法则进行，但不走第一次标定的死路。由此达到在迷宫中走最短路径的目的。第3章硬件详细设计3.1硬件设计步骤硬件的设计步骤主要如下：图1：电脑鼠硬件部分的设计流程图3.2 主控模块（单片机）包括STC15W413AS芯片以及连接电脑的下载部分。单片机采用了STC15W4K32S4芯片，其原理图为：图2：电脑鼠硬件部分MCU电路图连接电脑的下载部分原理图为：图3：电脑鼠硬件部分下载电路图管脚图如下：图4：电脑鼠硬件部分MCU管脚图3.3 传感器模块本次传感器共有5组，分别按左，左前，中，右前，右的次序安装在车头，一个传感器组有两个灯，一个普通的LED灯，另外一个是光敏二极管。此外，还有指示灯，方便调试电脑鼠的程序。结合运放芯片LM339的运算放大器，将路况信息返回单片机，进行进一步处理。光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。常见的有2CU、2DU等系列。因此，当检测到黑线时，二极管两端跳变为高电平，而检测到跑道旁边的白色区域，变为低电平。图5：单个传感器电路图图6：发光二极管电路图3.4 电机驱动模块本次使用L9110电机驱动芯片。因单片机上的PWM输出的电流不足以驱动电机，所以需要用电机驱动芯片对于PWM调速的电机驱动电路，主要有以下性能指标。1）输出电流和电压范围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。2）效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通（H桥或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路）入手。3）对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。4）对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染；大的电流可能导致地线电位浮动。5）可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到，无论加上何种控制信号，何种无源负载，电路都是安全的。图7：电机驱动模块电路图3.5测速模块本次电脑鼠设计使用直流电机，一方面通过对电机的转速加以运算可获得电脑鼠所在方位，记忆当前迷宫情况；一方面在编程时，了解电机转速对电脑鼠行走速度可以进行更好地控制，使其能够在尽量短的时间内遍历迷宫且走到终点。图8：测速模块电路图3.5电压检测模块及按键指示模块二者起到一个设计辅助的作用，为功能的调试提供了便利。图9：电压检测模块电路图图10：按键、指示检测模块电路图至此，电脑鼠的硬件设计基本完成，完整的原理图、PCB图见附录。第4章软件详细设计4.1 程序设计流程图中断中断结束图11:软