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自动入库小车设计方案

学生姓名： 洪涛
学 号： 16061913
专 业： 电气类
班 级： 16060419

2017年06月07日

一、功能描述
一个小型车库，车库中心地面上有一个铁片。小车的出发区与车库间的地面上有黑色的边界线组成的过道，中心有黑色引导线。小车能够正确按黑色引导线间的过道行驶到车库，停止于铁片处并可以自动返回（期间会有灯光提示，并且小车可以远程遥控启动）。

二、设计方案
1.总体方案
为使小车运行更加灵活可靠，采用后轮用两个直流电机分别驱动，前轮采用万向轮的驱动方式，采用L298双通道直流电机驱动芯片作为主控电路，将红外传感器采集的信号，经单片机处理后 ，控制驱动电机的PWM的占空比和方向，从而实现了一系列功能。另外可以使用自制的霍尔金属传感器，以减轻整车的重量，增加小车的灵活性。
采用ATM89S52单片机作为整机的控制单元；启车采用红外线遥控控制；寻迹采用反射式红外对管；铁片检测采用霍尔元件制作的金属传感器；将以上信号送入单片机进行处理，调制出PWM脉冲和电平对直流电机进行驱动。
此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，并且可扩展性好，基本原理如图1所示。

89S52
红外遥控脉冲
接收脉冲
寻迹信号
铁片检测
灯光提示
电机驱动
电源
停车信号

图1 简易自动小车基本原理框图
2.硬件模块电路设计
1）启动部分
遥控器原理：利用发射芯片产生一个32位数据，经高频载波通过红外线发射LED发射出去。接收部分由一个红外线接收模块接收数据，经电容滤掉高频载波后，送单片机，与单片机中预存的数据进行比较，如相同则启动主程序运行。
运行原理如图2、3所示。
单片机
38KHZ载波信号
AND门
信号
放大
红外线
发射
二极管
发射红外线信号

图2 红外线发射器工作方块图
红外线
接收模块
单片机
控制
红外线信号
接收
图3 红外线接收工作流程图
前进代码：
void run_init()
{
IN1=1;
IN2=0;
IN3=1;
IN4=0;
}
2）寻迹传感部分
利用光的反射原理：光线照在黑色物体上，由于黑色对光的吸收，反射回去的量比较少。这样就可以判断黑带轨道的走向，并且进行相应的转向和前进。采用红外线发射，外面可见光对接收信号的影响较小，利用红外发射二极管对黑线边界进行检测，再用LM324对检测信号进行比较，取反后输送至单片机进行处理。
电路原理如图4所示

图4 寻迹原理图
转向代码：
void zhuanx(uchar zx)
{
switch (zx) {
case 1: l=4;
r=0; //高速左转
break;
case 2: r=4;
l=0; //高速右转
break;
case 3: l=2;
r=0; //低速左转
break;
case 4: r=2;
l=0; //低速右转
break;
case 5: l=r=2; //低速前进
break;
case 6: l=r=0; //高速前进
break;
case 7: l=r=4; //刹车
break;
}
}
判断黑带及随后的运动的代码
void panduan()
{
if((S0==0)&&(S1==0)&&(S2==1)&&(S3==0)&&(S4==0))
{
zhuanx(6);
} //1号传感器检测到信号，其余没有检测到信号
if((S0==0)&&(S1==1)&&(S2==0)&&(S3==0)&&(S4==0))
{
zhuanx(3);
} //0号传感器检测到信号，其余没有检测到信号
if((S0==1)&&(S1==0)&&(S2==0)&&(S3==0)&&(S4==0))
{
zhuanx(1);
}//3号传感器检测到信号，其余没有检测到信号
if((S0==0)&&(S1==0)&&(S2==0)&&(S3==1)&&(S4==0))
{
zhuanx(4);
} //4号传感器检测到信号，其余没有检测到信号
if((S0==0)&&(S1==0)&&(S2==0)&&(S3==0)&&(S4==1))
{
zhuanx(2);
} //1,2号传感器检测到信号，其余没有检测到信号
if((S0==0)&&(S1==1)&&(S2==1)&&(S3==0)&&(S4==0))
{
zhuanx(3);
} //0,1号传感器检测到信号，其余没有检测到信号
if((S0==1)&&(S1==1)&&(S2==0)&&(S3==0)&&(S4==0))
{
zhuanx(1);
} //2，3号传感器检测到信号，其余没有检测到信号
if((S0==0)&&(S1==0)&&(S2==1)&&(S3==1)&&(S4==0))
{
zhuanx(4);
} //3，4号传感器检测到信号，其余没有检测到信号
if((S0==0)&&(S1==0)&&(S2==0)&&(S3==1)&&(S4==1))
{
zhuanx(2);
} //0,1，2号传感器检测到信号，其余没有检测到信号
if((S0==1)&&(S1==1)&&(S2==1)&&(S3==0)&&(S4==0))
{
zhuanx(1);
} //2，3，4号传感器检测到信号，其余没有检测到信号
if((S0==0)&&(S1==0)&&(S2==1)&&(S3==1)&&(S4==1))
{
zhuanx(2);
} //1,2，3号传感器检测到信号，其余没有检测到信号
if((S0==0)&&(S1==1)&&(S2==1)&&(S3==1)&&(S4==0))
{
zhuanx(6);
} //0,4号传感器检测到信号，其余没有检测到信号
if((S0==1)&&(S4==1))
{
lukou++;
if(lukou==1)
{
TR1=1;
}
if(lukou==2)
{
TR0=0;
zhuanx(7);//刹车
}
if(lukou==3)
lukou=0;
}
}
3）铁片检测部分
根据霍尔元件检测金属的原理，可以制作一种简易可靠的金属检测传感器对车库内的铁片进行检测，并以此作为停车的信号。
金属传感器的结构原理如图5所示.

图5 金属传感器结构原理图       
4）单片机控制部分
可采用一般的单片机系统控制电路，主要由：电源电路、晶振电路、复位电路，及外部中断输入电路组成。电路结构简单，性能稳定，是单片机系统控制普遍采用的硬件电路。
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define SYSCLK 22118400
sbit IN1=P3^0;
sbit IN2=P3^1;
sbit IN3=P3^2;
sbit IN4=P3^3;

sbit S0=P2^0;
sbit S1=P2^1;
sbit S2=P2^2;
sbit S3=P2^3;
sbit S4=P2^4;
uchar code table[]={0xff,0xd0,0xb0,0x80,0x00}; //PWM输出控制数组
uchar code
table1[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; //数码管输出数组
uchar i,r,l,temp,lukou=1,num;
void SYSCLK_init() //时钟初始化
{
int i
OSCXCN=0x67;
for(i=0;i<256;i++);
while(!(OSCXCN&0x80)) ;
OSCICN=0x88;
}
void IO_init() //IO口初始化
{
XBR0=0x50; //交叉开关配置寄存器XBR0、XBR1、XBR2
XBR1=0x00;
XBR2=0x40;
P0MDOUT=0xff
P3MDOUT=0xff;
}
void timer_init()
{
CKCON=0x78; //时钟控制寄存器
TMOD=0x11; //计数器定时器方式寄存器
TH0=(65536-18432)/256; //tf0/tf1中断请求标志位 可用于关中断
TL0=(65536-18432)%256;
EA=1;
ET0=1;
ET1=1;
}
void PCA_int_init() //PCA0初始化
{
IE=0x85;
IP=0x00;
EIP1=0x08;
EIE1=0x08;
PCA0MD=0x09;
PCA0CPM0=0x42;
PCA0CPM1=0x42;
PCA0CPH0=table[4];
PCA0CPH1=table[4];
CR=0;
IT0=1;
IT1=1;
}
void delay(uint z)
{
uint x,y;
for(y=z;y>0;y--)
for(x=0;x<220;x++);
}
void zhuanx(uchar zx)
void panduan()
void display()
{
uchar qian,bai,shi,ge;
qian=temp/1000;
bai=temp%1000/100;
shi=temp%1000%100/10;
ge=temp%10;
P4=0x7f;
P7=table1[ge];
delay(2);
P4=0xbf;
P7=table1[shi];
delay(2);
P4=0xdf;
P7=table1[bai];
delay(2);
P4=0xef;
P7=table1[qian];
delay(2);
}
void run_init()
void main()
{
WDTCN=0xde; //关闭看门狗
WDTCN=0xad;
SYSCLKinit();
IO_init();
PCA_int_init();
run_init();
timer_init();
CR=1;
while(1)
{
panduan();
display();
}
}
void PCA_ISR (void) interrupt 9 //PCA中断服务程序
{
CF=0; // PCA0CPL0=0x00;
PCA0CPH0=table[r]; // PCA0CPL1=0x00;
PCA0CPH1=table[l];
CCF0=1;
CCF1=1;
}
void timer0() interrupt 1 //定时器0中断
{ uchar tt;
TH0=(65536-18432)/256;
TL0=(65536-18432)%256;
tt++;
if(tt==115)
{
temp++;
tt=0;
}
}
void timer1() interrupt 3 //定时器1中断
{
TH1=(65536-18432)/256;
TL1=(65536-18432)%256;
TR0=1;
}
5）电机驱动部分
L298双通道直流电机驱动芯片是性能优秀的小型直流电机驱动芯片之一。它可以被用来驱动两个直流电机或双极性步进电机。在6~46V的电压下，可以提供2A的额定电流，并且具有过热自动关断和电流反馈检测功能，安全可靠。利用单片机调整出PWM脉冲和高低电平对直流电机进行驱动和控制。

8）电源部分
为防止系统运行时电机对单片机执行程序产生干扰，采用8.4伏和12.6伏锂电池组分别对单片机控制部分和电机驱动部分进行独立供电。12.6伏锂电池组直接驱动电机，经7805稳压后给L298芯片供电，8.4伏锂电池组经7805稳压后给单片机和其他传感器和芯片供电。。
3.系统程序设计

中断

进入寻迹子程序

左黑带（N）

右黑线（N）
左拐标志

右拐标志

返回

  图 6 寻迹子程序流程图
  三、性能总结
通过循迹完成入库是小车的主要完成功能，采用前万向轮，后双电机驱动的自制小车，用红外进行循迹，通过单片机的控制，从而完成入库。同时增加遥控发车以及自动返航功能，以实现远程操控。

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