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《机器人技术及应用》 课程项目设计任务书 题目： 自动寻道小车 姓名： 班级： 电气08-1 学号： 摘 要 以89C51芯片为主控核心（MCU），设计如何使小车稳定地跟踪黑线，并行驶至预先设置的里程值。充分利用小车的机械结构，巧妙构思改造，使小车的整体架构达到最佳性能。采用LED显示相关数据，系统测试性能优异、稳定。 关键词：H桥、PWM、黑线寻道、红外 方案论证与选择 我们将整个系统划分为七个基本模块，如图1-1所示。 图1-1 1、驱动模块 采用具有防止单边短路保护设计。并由单片机直接产生PWM信号，控制H型桥式PWM电机驱动电路。通过单片机可精确调整电动机的转速。由于此电路中管子工作在饱和截止的状态下，所以效率非常高，电子开关的响应时间很短，稳定性极，驱动能力强。 2、黑线检测模块 采用红外一体化传感器。此方案可以降低可见光的干扰，灵敏度高，同时其尺寸小、质量轻、价格也低廉。外围电路简单，安装起来方便，电源要求不高，用它作为近距离传感器是最理想的。 3、测速测距模块 采用霍尔器件。该器件内部由三片霍尔金属板组成，当磁钢正对金属片时，由于霍尔效应，金属板发生横向导通，因此可在电机轴上安装固定有磁片的圆片，而将霍尔器件固定在距圆片上方1cm3的范围，通过对脉冲的记数实现对速度的检测。因霍尔器件使用方便、脉冲准确。 4、其他部分 电源采用7.2V和9.6V两组共地的电源分别通过5V和8V的三端稳压器给系统和电机驱动电路供电，这种方法可以有效的隔离电机开关时对系统所产生的冲击干扰，并且稳定的电压提高了系统的稳定性。 系统模块设计及参数计算 1．硬件组成 (1) 电机PWM驱动模块的设计与实现 电机的控制采用了脉宽调制技术（PWM），单片机输出一个频率不变的方波，利用调制它的脉宽来改变电机转动的速度，其输出电压就是方波的平均值，当输出为低电平时，电机停转，当输出高电平时，电机最高速。在软件实现上，为了使电机速度的控制不受其他影响，方波的产生采用定时器中断来实现，当定时器定时到固定的时间便产生中断，将输出电平取反，不断循环计时便能产生稳定的方波，不会因为其他程序的延时而改变输出频率。 该电路采用772、882做为驱动管，以保证电动机启动瞬间的大电流要求。各参数计算如图2-1中所示。 图2-1 当控制端1为高电平，控制端2为低电平时Q1、Q2、Q4、Q8、Q10管导通，Q3、Q5、Q6、Q7、Q9管截止，电机正转。当控制端1为低电平，控制端2为高电平时Q1、Q2、Q4、Q8、Q10管截止，Q3、Q5、Q6、Q7、Q9管导通，电机反转。另外四个二极管在电机转向翻转时形成感应电压回路，起到了保护电机的作用。由此也可看出，本电路有效地防止了单边直接短路的可能。 运用4N25光电耦合器将控制部分与电动机的驱动部分隔离开来，这样不仅增加了各模块之间的隔离度，也使驱动能力大大增强。 我们采用频率为30Hz的周期信号都两个控制端进行控制，通过对其占空比的调节，实现对电机转速的调节。通过两个控制端的高低切换来实现电机的正反转。 (2) 测速测距模块的设计 霍尔器件的使用如图2-2示，在小车后轮一周均匀固定有12个磁钢，后轮每转一周，霍尔器件产生十二个脉冲送入单片机的外部中断INT1进行记数。再由单片机完成从脉冲数到距离的转换。 (3) 黑线检测模块的电路设计与实现 为了检测路面黑线，在车底的前部安装了5个反射式红外传感器。为减少环境光源干扰，增加信噪比，采用脉冲调制的发射与接收电路。 发射、接收的具体电路如图2-3、图2-4所示。发射部分采用NE555产生35K、占空比为1：10的方形脉冲信号，通过两级三级管放大来驱动红外发射管，实现黑线检测系统信号的调制。 图2-2 图2-3 图2-4 接收部分的红外接收管在不同的光照强度下，电阻值会有大幅改变。因此可以通过改变RW1的大小，来调整红外传感器对赛道黑线的敏感程度。根据赛题要求，将电路参数设置为只对黑线敏感，发射部分的高发射功率使得红外传感器抗干扰能力大大增强，甚至可以忽略赛道上的脚印。当传感器检测到黑线时，后级LM567锁向环将频率锁定在发射频率上，同时输出一个低电频，送入单片机处理进行相应的控制。 2. 系统的软件设计： 单片机控制电路主要以一片89C51为控制核心，主要实现对路面黑线的软 件检测和纠错，负责控制电机转速，数据显示等功能。 （1）单片机路面检测程序 当检测到黑线信号后便发中断给89C51到达黑线，89C51