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基于51系列单片机的音乐智能寻迹避障小车的设计与控制.doc

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.85M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    SCIENCE & TECHNOLOGY COLLEGE OF
    NANCHANG UNIVERSITY
    REPORT ON ENGINEERING TRAINING
    主要特性：
    科学技术学院 SCIENCE & TECHNOLOGY COLLEGE OF NANCHANG UNIVERSITY 《工 程 训 练》报 告 REPORT ON ENGINEERING TRAINING 题 目 基于 51 系列单片机的音乐智能寻迹避障小车的设计与控制 学科部、系： 信 息 学 科 部 专 业 班 级 ： 电 子 信 息 工 程 07 级 2 班 学 号 ： 70 2 0 9 07 0 7 2 学 生 姓 名 ：章 良（ 若 要 P C B 图 联 系 方 式 为 Q Q 2 7 5 0 4 7 0 1 5 指 导 教 师 ： 罗 小 青 、 彭 岚 峰 起 讫 日 期 ： 2010-4-19
    基于 51 系列单片机的音乐智能寻迹避障小车的设计与控制 专业：电子信息工程 学号：7020907072 学生姓名：章良 指导教师：罗小青、彭岚峰 摘 要 在日常生活中人们，电子产品和人的生活密不可分，我们接 触的电子产品有像平常用的手机、电脑、相机等高端的电子产 品；也有像平常用的通电器，收音机等低端的电子产品；有智 能的电子产品，也有非智能的电子产品。电子产品的总类是很 多的，而在众多电子产品中有些带简单的智能控制的往往用到 一些小芯片如单片机和一些传感类的器件如光耦元件、红外避 障器等。本次工程训练我们就将采用 51 系列的 AT89C51 单片 机和光耦器件 RPR220 和红外避障器 E18-D80NK 为主要的器 件来制作音乐智能寻迹避障小车的控制电路，通过训练来 达到对课本知识的更深认识和运用。 2
    目 录 第一章 音乐智能寻迹避障小车的概述 1.1 音乐智能寻迹避障小车工作原理……………………………………………………………3 1.2 音乐智能寻迹避障小车的目的要求、技术指标及训练任务………………………………4 第二章 设计方案的选择和确定 2.1 方案的主要组成部分及整体原理图……………………………………………………5 第三章 系统硬件设计 3.1 传感部分的设计………………………………………………………………………………10 3.2 控制部分的设计………………………………………………………………………………12 第四章 系统的 软件设计 4.1 流程图…………………………………………………………………………………………14 4.2 程序清单……………………………………………………………………………………15 第五章 性能测试与分析 5.1 传感 PCB 板传感信号的测量………………………………………………………………20 5.2 控制 PCB 板测量……………………………………………………………………………20 5.3 小车跑道测试…………………………………………………………………………………20 3
    第一章 音乐智能寻迹避障小车的概述 1.1 音乐智能寻迹避障小车工作原理 所谓寻迹是在一个白色的塑料泡沫板上的宽 25cm 左右的有黑色电工胶布做成的椭圆 轨道上寻黑线。避障是在小车在轨道上寻迹是当发现前方有障碍物时采取一定的操作，避 免碰撞，在这里是停车。音乐是只在启动、左转、右转、停车、前方有障碍、倒退时可以 放出小车本身有的语音信号，在这里是从过但单片机发送解码来控制。智能控制也是由单 片机来实现的。 寻迹：寻迹是通过红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射 性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发 生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接 收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车 的行走路线。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过 3cm。 避障：避障是通过光电传感器来实现的，它可以通传感器上面的旋钮来控制障碍物感 应距离，但范围是有限制的，但这里用到的 E18-D80NK 的感应距离在 3cm 到 80cm 之间。 音乐：音乐采用小车自带的音乐。 智能控制：智能控制是采用单片机来处理所收集的信号，在由设定的来控制电路，从 而达到智能控制。 4
    1.2 音乐智能寻迹避障小车的目的要求、技术指标及训练任务 目的要求：学生通过基于 51 系列单片机的音乐智能寻迹避障小车的设计与控制实训， 除了加深和巩固学生课程理论学习之外，更重要的是加强实践、拓展应用，让学生了解基于 51 系列单片机的开发和运用的一个整体开发流程，包括在训练中要求学生能够自己根据性 能指标和功能要求掌握硬件电路的设计和制作、元器件的选用和安装、软件的编写和调试， 同时学会硬件仿真、软件仿真和整机联调，其中最关键的两部分：硬件电路设计与制作和控 制软件的编写以及调试，使得准产品最后达到技术指标的要求。 技术指标： 1、音乐智能寻迹小车需基于 51 系列单片机进行开发和设计。 2、能实现在椭圆轨道、S 形轨道，太极图形轨道等多种规则黑线轨道上寻迹运行，并 还可以实现在任意黑线轨道上运行。 3、至少两种方式启动：一是通过掌声、口声等其它声音启动；二是能通过检测到黑线 后自行启动等其它。 4、实现仿真实小车的声音和车灯效果：小车前进时有真车前进声音和车灯效果，小车 左拐弯时有真车左拐弯声音和车灯效果，小车右拐弯时时有真车右拐弯声音和车灯效果，小 车后退时有真车后退声音和车灯效果，小车遇到障碍物时有真车鸣喇叭声音和车灯效果、并 自动绕开障碍物前行。 5、小车寻迹避障运行完之后能伴随音乐翩翩起舞演示。 6、小车外观包装优美、电路设计制作焊接等工艺精良、软件程序可读性强。 7、可扩展其它功能。 实训任务： 1、根据技术指标,提出可行性方案,经分析比较选出符合功能和性能要求的实际方案。 2、利用电路绘图软件（例如：PTOTEL DXP）画出电路原理图。 3、写出软件流程图，利用编程软件（例如 KEIL）编写、编绎程序。 4、利用电路仿真软件（例如：PROTEUS、MULTISIM）结合编程软件进行硬件电路联合 仿真。 5、根据电路原理图和元器件的尺寸大小利用电路绘图软件（例如：PTOTEL DXP）设 计制 PCB 板。 6、安装元器件、焊接功能电路并结合软件程序实现整机联调。 5
    第二章 设计方案的选择和确定 2.1 方案的主要组成部分及整体原理图 要做音乐智能寻迹避障小车可以有很多的方案，但各种方案都是模型相似的，无非就 是在一些传感器上或局部小电路上不同而已，由于实训的材料是固定的，所以就由所有器件 设定一个方案。 寻迹传感部分 避障传感部分 声音传感部分 传感信号处理部分 控制信号输出部分 寻迹传感部分： 该部分包括信号来源部分及信号简易处理部分，信号来源是红外发射与接收，在这 里我们用到的是 RPR220。信号简易处理部分用到一个 LM358 和一个 LM324 来处理 RPR220 是一种一体化反射型光电探测器，其发射是一个砷化镓红外发光二极管，而 接收是一个高灵敏度，硅平面光电三极管，主要应用在游戏机，复印机和办公自动化等设 备中。 特点： 6
    LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范 围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无 关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器 的场合。 LM358 的封装形式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式。 特性(Features): · 内部频率补偿 · 直流电压增益高(约 100dB) · 单位增益频带宽(约 1MHz) · 电源电压范围宽：单电源(3—30V)； 双电源(±1.5 一±15V) · 低功耗电流，适合于电池供电 · 低输入偏流 · 低输入失调电压和失调电流 · 共模输入电压范围宽，包括接地 · 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 · 输出电压摆幅大(0 至 Vcc-1.5V) LM324 系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标 准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到 3.0 伏或者高到 32 伏 的电源下，静态电流为 MC1741 的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消 除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图 1 所示的符号来 表示，它有 5 个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo” 为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入 端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。L M324 的引脚排列见图 2。 LM324 的特点： 1.短跑保护输出 2.真差动输入级 3.可单电源工作：3V-32V 4.低偏置电流：最大 100nA 5.每封装含四个运算放大器。 6.具有内部补偿的功能。 7.共模范围扩展到负电源 8.行业标准的引脚排列 9.输入端具有静电保护功能 7
    避障传感部分： 这部分较为简单就是用到 一个光电传感器 E18-D80NK， 这是一种集发射与接收于一 体的光电传感器。主要用于障 碍物的检测。对障碍物的感应 距离可以根据要求通过后部 旋钮进行调节。 该传感器 具有探测距离 远、受可见光干扰小、价格便 宜、易于装配、使用方便等特 点、可以广泛应用于机器人避 障、流水线计件等众多场合。 声音传感部分： 声音传感部分采用了一个驻极体和三极管的两级放大组成， 驻极体外观如右图所示焊锡一边分 2 小块的接“+,”另一接地。 三极管用到了 8050，也可用 9013，9014 的， 不管哪种，其封装都是 TO-92 如图有所示。 传感信号处理部分： 信号处理部分是采用了单片机，如 AT89C51，AT89S52 都可以，我们处理的数据很少， 所以 2 种任意的都可以，其封装管脚也相同，我们以 AT89C51 为例说明 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash P rogrammable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS 8 位 微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高 密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一 种高效微控制器，AT89C51 是它的一种精简版本。AT89C51 单片机为很多嵌入式控 制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示 8
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