智能小車報告

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1、光電迷宮小車摘要：智能小車在科研、工業(yè)軍事等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。基于AT89S52單片機(jī)和RNR的智能迷宮小車，著重對其供電模塊、控制模塊、循跡模塊、避障模塊以及無線通信模塊進(jìn)行了硬件設(shè)計，并按照模塊化思想開發(fā)了其軟件程序。該智能小車具備循線、避障等功能。0引言智能小車，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。它可以適應(yīng)不同環(huán)境，不受溫度、濕度等條件的影響，完成危險地段、人類無法介入等特殊情況下的任務(wù)，因此在軍事、航空、探險等領(lǐng)域有著極其重要的應(yīng)用。但隨著應(yīng)用的深入，在很多場合下需要多個小車之間可以

2、實時通信，協(xié)作開展工作?；谏鲜隹紤]，本文基于AT89S52和RNR開發(fā)設(shè)計了一款具備迷宮尋跡功能的智能小車。1.系統(tǒng)設(shè)計1．1系統(tǒng)整體方案設(shè)計基于STC89C52和nRF24I．01的智能小車設(shè)計涉及到傳感器的應(yīng)用、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，系統(tǒng)總體方案如圖1所示。整個系統(tǒng)由單片機(jī)最小控制系統(tǒng)、電源模塊、電機(jī)及驅(qū)動、無線通信模塊、模式選擇模塊、循跡模塊以及避障模塊等。智能小車上電后，可由模式選擇模塊來確定小車的工作模式(作為主機(jī)或從機(jī)、循跡或避障等)；循跡、避障模塊是根據(jù)相應(yīng)傳感器所檢測數(shù)據(jù)來執(zhí)行相應(yīng)動作。為了使多個小車能夠同時協(xié)

3、調(diào)工作，需要獲取對方的精確定位，這里可建立坐標(biāo)系并根據(jù)運行情況實時更新坐標(biāo)，并通過設(shè)計通信模塊及相應(yīng)通信方式來實現(xiàn)小車之間的通信。1．2特征信號選擇要實現(xiàn)自動行駛，智能小車的傳感系統(tǒng)必須通過各類傳感器，獲取小車的狀態(tài)特征、道路環(huán)境特征兩類特征信號。1．2．1小車特征參數(shù)小車在共同工作時需要明確對方位置及行駛模式，從而可以獲得信息采集點坐標(biāo)。特征狀態(tài)包括如下參數(shù)：行駛模式，由撥碼開關(guān)確定的行駛模式。小車坐標(biāo)，小車當(dāng)前位置相對于上電地點的坐標(biāo)。程序標(biāo)志位，標(biāo)志數(shù)據(jù)是否接收完數(shù)據(jù)。方向，小車當(dāng)前狀態(tài)與z軸方向的夾角。設(shè)上電時車身

4、前方為z軸方向，逆時針旋轉(zhuǎn)90。為y軸方向。單位脈沖轉(zhuǎn)角，微控制器輸出單位脈沖小車所轉(zhuǎn)角度，數(shù)據(jù)需測量得到。單位脈沖位移，微控制器輸出單位脈沖小車改變位移，數(shù)據(jù)需測量得到。脈沖數(shù)，小車運動時微控制器所輸出脈沖數(shù)。1．2．2環(huán)境特征參數(shù)實際工作時，兩車需獲知對方所處狀態(tài)，故無線傳輸數(shù)據(jù)中應(yīng)包括環(huán)境特征參數(shù)。環(huán)境狀態(tài)包括以下參數(shù)：狀態(tài)位，小車在運行過程中檢測到標(biāo)志線后狀態(tài)標(biāo)志。道路狀態(tài)，由激光傳感器讀取的道路狀態(tài)。障礙物狀態(tài)，由光電傳感器讀取的障礙物狀態(tài)。絕對位移，兩車之間的相對位置。1．2．3參數(shù)定義及計算對程序中各個參數(shù)的

5、定義見表1。2系統(tǒng)硬件實現(xiàn)2．1單片機(jī)最小控制系統(tǒng)單片機(jī)最小控制系統(tǒng)原理圖如圖2所示，本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為控制核心，微控制器通過I/O口與各個模塊相連。STC89C5是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程FLASH存儲器。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8KBFLASH，512BRAM，32BI/O口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KBE2PROM，MAX810復(fù)位電路，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。此次設(shè)計傳感器共需要控制器I/O口20個(傳感器6個，電機(jī)4個，無線模塊

6、6個，撥碼開關(guān)4個)，對輸出處理速度要求并不高，STC89C52芯片的I/0口，中斷及定時器完全可以滿足其功能要求。2.2電機(jī)驅(qū)動由于單片機(jī)輸出電流無法直接驅(qū)動電機(jī)，本系統(tǒng)采用基于TB6560芯片的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動用以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。TB6560是東芝公司推出的低功耗、高集成兩相混合式步迸電機(jī)驅(qū)動芯片。其主要特點有：內(nèi)部集成雙全橋MOSFET驅(qū)動；最高耐壓40V，單相輸出最大電流3.5A(峰值)；具有整步、1／2，1／8，；／16細(xì)分方式；內(nèi)置溫度保護(hù)芯片；具有過流保護(hù)；采用HZIP25封裝?；赥B6560的驅(qū)動電路中步進(jìn)電機(jī)

7、控制信號有3個(CLK，CW，ENABLE)，分別由微控制器的P0.0，P0.1端控制電機(jī)的方向(轉(zhuǎn)向時輸出電平類型相反，前進(jìn)時輸出電平類型相同)，P0.2，P0.3控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，本電路中使能端始終接+5V。2．3通信模塊本系統(tǒng)的無線通信模塊采用nRF24L01無線模塊。RF24L01是一款內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)的新型單片射頻收發(fā)器件。工作于2.4～2.5GHzISM頻段，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低，在以-6d

8、Bm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9mA；接收時，工作電流只有12.3mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計更方便。由模式選擇模塊確定小車的主、從機(jī)模式后，主機(jī)檢測到相應(yīng)標(biāo)志線后發(fā)送數(shù)據(jù)，從機(jī)接收到數(shù)據(jù)后應(yīng)答并反饋回自身信息，并執(zhí)行相應(yīng)程序。nRF24L01無線模塊原理圖如圖3所示，CE