51单片机简易光电循迹小车

系统管理员 2023-03-02 10:58 52阅读 0赞

## 前言 ##

应学校暑期课程要求，也作为和小组成员完成一次对51单片机的练手，制作了简易的光电小车，完成了循迹功能，下面包括较为详细的小车搭建过程以及完整代码。

## 硬件部分准备 ##

### 电源 ###

可充电的电池组是智能车的唯一动力来源。一般要求额定电压在7.2—9.6V 之间。可充电电池按化学组成分类,有铅酸、镍镉、镍氢、锂离子、锂聚合物等不同类型，其主要指标为电压、容量等。然而在选择可充电电池时，除考虑电压和容量，还应根据应用着重考虑电池的放电能力。电池放电能力习惯上以 C 为单位进行评价，C 即电池容量。智能车竞速的特点要求充电电池要有大容量、高放电能力的特点。常见的可充电电池有镍镉充电电池、镍氢充电电池、锂离子充电电池等  
1）镍镉充电电池的单个电压较低，仅有 1.2V；而且镍镉金属会污染环境，电池的记忆效应严重，能量密度较低，现在基本已经被淘汰，因此不适合使用。  
2）镍氢充电电池的单个电压也为 1.2V，它的记忆效应稍微比镍镉充电电池轻微，但是自放电现象严重，能量密度中等；好处是价格便宜，应用广泛。  
3）锂离子充电电池，单个电压为 3.6V，无记忆效应，能量密度高。  
综上，我们选择型号为 18650 的锂离子电池作为电源，能量密度高，而且只需两块即可达到额定电压为 7.2V 的要求。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NjI1NzQ1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

### 降压模块 ###

因为供电需求不同，我们还需要使用降压模块实现7.2V到5V的电压转换，此次我们采用了LM2596S（一定注意正负极）  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NjI1NzQ1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

### 控制模块 ###

对于智能车的控制模块，我们选择最为熟悉的 STC89C51 单片机，它是一款基于 8 位单片机处理芯片 STC89C51RC 的系统。采用STC89C51 单片机作为系统的主控芯片，通过预先写入 STC89C51 中的控制程序来控制小车的运动，进而达到对智能小车的控制。另外，STC89C51 的供电电压为 5V，可通过 7.2V 电源经过降压模块来给单片机进行供电。![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NjI1NzQ1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

### 驱动模块 ###

在智能小车两个前轮上各安装一个直流电机（小黄电机），分别控制小车的两个轮子的转速。当两个轮子的转速不同时，根据惯性，小车会转弯；当两个轮子的转速相同时，小车将直行。我们采用LM298N 实现对直流电机的驱动，其内部设有两个 H 桥高电压大电流全桥式驱动器。通过单片机将 PWM 脉冲信号传输给 L298N 电机驱动芯片，从而达到控制直流电机的速度、停止和正反转向，保证小车能够实现沿着预先设置的轨道行走、躲避障碍物以及自动纠正偏离。![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NjI1NzQ1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]

### 检测模块 ###

智能车的检测模块主要分为三种：摄像头、电磁、光电。本次课设中我们选择 TCRT5000 光电传感器作为检测模块。TCRT5000 是一款红外反射式光电开关。传感器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，常用于黑白线检测的场合。![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NjI1NzQ1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]

### 整体实现框图 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NjI1NzQ1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]

## 程序部分准备 ##

### 定时器部分 ###

void Timer1_10ms(void)
    {
        
    TMOD |= 0x10 ; //使用模式 1
    TH0 = (65536 - 10000)/256; //取高 8 位
    TL0 = (65536 - 10000)%256; //取低 8 位 共定时 10ms
    TR1 = 1; //打开定时器 1 开关
    EA = 1; //打开中断总开关
    ET1 = 1; //打开定时器中断 1 的开关
    }
    void Timer1_Isr(void) interrupt 3
    {
        
    static unsigned char i = 0;
    TH0 = (65536 - 10000)/256; //重载初值
    TL0 = (65536 - 10000)%256;
    i++;
    if(i == 11) //100ms 反转一次
    {
        
     //所需控制内容——PWM 定时
    }

### PWM控制电机转速 ###

#### 原理 ####

电机本质上是一个电感元件，那么数字信号表现在电机上就是平均值。平均电压越大，电机转的越快。而通过 PWM 输出不同占空比数字电压信号，即不同电压值的模拟信号，便能控制电机在不同转速下转动。  
电机输出端引脚是高电平电机就可以转动，当输出端高电平时，电机会转动，但是是一点一点的提速，在高电平突然转向低电平时，电机由于电感有防止电流突变的作用是不会停止的，会保持这原有的转速，以此往复，电机的转速就是周期内输出的平均电压值，所以实质上我们调速是将电机处于一种，似停非停，似全速转动又非全速转动的状态。

#### 功能框图 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NjI1NzQ1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]

## 后期 ##

### 成品及局部展示 ###

整体造型  
![整体造型][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NjI1NzQ1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
主控和驱动  
![主控和驱动][20200729113919183.png]  
光电管检测部分  
![光电管检测][20200729113931493.png]  
电源管理  
![电源管理][20200729113938208.png]  
黑胶带制作简易车道  
![黑胶带制作简易车道][20200729113944899.png]

### 调试及效果 ###

初始调试建议光电小车时，采用了差速控制的方法，在模拟车道上能够实现较好的转弯的功能，但问题是无法很好的通过急弯。为此，想到了使一侧的车轮反转，另一侧车轮正转以获得最大程度的转速差，至此小车能够比较好的通过所有模拟的弯道。在一次次调试的过程中，将电机驱动引脚的占空比提高，并将周期缩小，小车获得了更高的车速，与此同时小车的过弯性能降低了，为了解决这个问题，经过大量依赖程序的调试并没有获得很好的效果。于是我们想到了改变小车光电管的位置，以提前感知弯道，将两对光电管改为“八”字构，并将最外侧的一对光电管向前伸展，最终获得了比较好的效果。

### CODE ###

最后附上所有代码

#主程序部分
    #include"stc15.h"
    #include"start_set.h"
    #include"motor.h"
    #include"time.h"
    void main()
    {
        
    time_start();
    while(1)
    	{
        
    	if(left2==0&&left1==0&&right1==0&&right2==0)//Ö±ÐÐ
    		straight(count1,650,count2,650);
    	else if(left2==0&&left1==1&&right1==0&&right2==0)//×óÐ¡×ª
    		straight(count1,1,count2,1000);
    	else if(left2==0&&left1==0&&right1==1&&right2==0)//ÓÒÐ¡×ª
    		straight(count1,1000,count2,1);
    	else if(left2==1&&left1==1&&right1==0&&right2==0)//×ó´ó×ª
    		acute_left(count1,800,count2,800);
    	else if(left2==0&&left1==0&&right1==1&&right2==1)//ÓÒ´ó×ª
    		acute_right(count1,800,count2,800);
    	else if(left2==1&&left1==0&&right1==0&&right2==0)//×ó¼±×ª
    		{
        
    			acute_left(count1,1000,count2,1000);
    		}
    	else if(left2==0&&left1==0&&right1==0&&right2==1)//ÓÒ¼±×ª
    		{
        
    			acute_right(count1,1000,count2,1000);
    		}
    	}
    }
    
    # 电机控制部分
    #include"stc15.h"
    void left_motor(int count1,int time1)
    {
        
    	IN1=1;
    	IN2=0;
    	if ( count1<time1)
    	ENA=1;
    	else
    	ENA=0;
    }
    void right_motor(int count2,int time2)
    {
        
    	IN3=0;
    	IN4=1;
    	if ( count2<time2)
    		ENB=1;
    	else
    		ENB=0;
    }
    void back_left(int count1,int time1)
    {
        
    	IN1=0;
    	IN2=1;
    	if(count1<time1)
    		ENA=1;
    	else
    		ENA=0;
    }
    void back_right(int count2,int time2)
    {
        
    	IN3=1;
    	IN4=0;
    	if ( count2<time2)
    		ENB=1;
    	else
    		ENB=0;
    }
    void straight(int count1,int time1,int count2,int time2)
    {
        
    	right_motor(count2,time2);
    	left_motor(count1,time1);
    }
    void acute_left(int count1,int time1,int count2,int time2)
    {
        
    	back_left(count1,time1);
    	right_motor(count2,time2);
    }
    void acute_right(int count1,int time1,int count2,int time2)
    {
        
    	left_motor(count1,time1);
    	back_right(count2,time2);
    }
    
    # 初始化
    #include"stc15.h"
    sbit ENA=P0^0;
    sbit IN1=P0^1;
    sbit IN2=P0^2;
    sbit ENB=P1^0;
    sbit IN3=P1^1;
    sbit IN4=P1^2;
    sbit left1=P2^3;
    sbit left2=P2^4;
    sbit right1=P2^1;
    sbit right2=P2^2;
    int count1=0;
    int count2=0;
    void time_start(void)
    {
        
    	TMOD=0x00;
    	TH0=(65536-120)/256;
    	TL0=(65536-120)%256;
    	EA=1;
    	ET0=1;
    	TR0=1;
    	TH1=(65536-120)/256;
    	TL1=(65536-120)%256;
    	EA=1;
    	ET1=1;
    	TR1=1;
    }
    
    # 定时中断
    #include"stc15.h"
    #include"intrins.h"
    void timer0()interrupt 1
    {
        
    	TH0=(65536-120)/256;
    	TL0=(65536-120)%256;
    	count1++;
    	if(count1>1000)
    		count1=0;
    }
    void timer1()interrupt 3
    {
        
    	TH1=(65536-120)/256;
    	TL1=(65536-120)%256;
    	count2++;
    	if(count2>=1000)
    		count2=0;
    }

## 参考其他博主的资料 ##

https://blog.csdn.net/qq\_37369201/article/details/84065322  
https://blog.csdn.net/luoqisimieji/article/details/103107314  
https://blog.csdn.net/Qinlong\_Stm32/article/details/104161667  
https://blog.csdn.net/qq\_45467083/article/details/103975788  
https://blog.csdn.net/li707414287/article/details/98721120

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