基于51单片机的智能循迹小车的设计

仪表技术󰀁󰀁2011年第2期

基于51单片机的智能循迹小车的设计

黄春平,万其明,叶󰀁林

(中山职业技术学院电子信息工程系,广东中山528404)

󰀁󰀁摘要:利用STCS52为控制核心,通过红外发射和接收管采集信号,并将信号转换为能被单片机识别的数字信号。单片机控制直流电机不同的转动状态,实现小车的前进、后退、左转、右转等功能,并通过发光二极管指示不同的运动状态。整个系统的电路结构简单,可靠性高。

关键词:

51单片机;红外发射;直流电机;智能小车

1006-2394(2011)02-00-03

中图分类号:TP273󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁文献标识码:A󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁文章编号:

TheDesignofIntelligentCarBasedon51

HUANGChun-ping,WANQ-iming,YELin

(ZhongshanPolytechnic,Zhongshan528404,China)

Abstract:ThechipSTCS52isusedasthecontrolcenter,andsignalsarecollectedthroughtheinfraredtransmi-tterandreceiver.Signalsareconvertedtodigitalsignalswhichcanbeidentifiedbythesinglechip.ThemicroprocessorcontrolsDCmotorrotationstatetoachievefunctionsofcargoingforward,backward,turningleftandturningrigh.tDi-fferentmotionstatesareindicatedthroughtheLED.Thesystemhassimplecircuitstructureandhighreliability.

Keywords:51-microcontroller;infraredtransmitting;DCmotor;intelligentcar

单片机是整个智能循迹小车的核心,控制所有模块。本系统采用STCS52,它是一种低功耗、高性能

CMOS8位微控制器,具有8K字节在系统可编程FLASH存储器,使用STC公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51指令和引脚完全兼容。片上FLASH允许程序存储器在系统可编程,亦使用常规编程器。主控模块如图2所示,支持上电和按键复位。1.1󰀁电源模块

电源模块采用了两种供电方式,在程序调试下载阶段采用了来自PC机的USB接口供电,在小车循迹行驶的时候采用4节1.5V的干电池供电。电源通过7805稳压块稳压,470󰀁F和104电容进行滤波,如图3所示。1.2󰀁红外检测模块

红外检测采用了TCRT5000,在车后部靠近后轮处安装两对TCRT5000红外对管,与路面距离控制在12mm左右。TCRT5000测试电路如图4所示。

黑线检测原理是红外发射管发射光线到路面,红外光遇到白底则被反射,接收管接收到反射光,经施密特触发器整形后输出低电平;当红外光遇到黑线时则被吸收,接收管没有接收到反射光,经施密特触发器整形后输出高电平。红外检测模块电路原理如图5所示。

图1󰀁系统框图

󰀁󰀁收稿日期:2010-09

󰀁󰀁作者简介:黄春平(1981󰀁),男,讲师,硕士,主要从事智能仪器的研究和教学工作。0󰀁引言

智能小车在感知效应方面全面模拟人的机器系统,它是人工智能技术的试验场。智能小车具有识别、推理、学习和规划等智能机制,可以把感知和智能化结合起来,能在非特定环境下工作,在恶劣条件下探测、救生等方面具有广阔的应用前景。基于STCS52单片机的智能循迹小车能沿黑色指引导线前进,通过红外发射接收,自动识别处理,发出声光信号指示运动状态。1󰀁循迹小车硬件组成

循迹小车由机械和电控系统两部分组成。机械载体采用一种简单的车模装置,采用左右两轮分别驱动,前轮采用万向轮的车体设计,电机采用直流减速电机;电控系统主要由电源供应模块、红外检测模块、显示模块、电机驱动模块、蜂鸣器提示模块等五部分构成,如图1所示。

2011年第2期󰀁󰀁仪表技术

󰀁55󰀁

1.3󰀁直流电机驱动模块

两个后轮采用L293D驱动的直流电机带动。L293D是驱动二相和四相直流电机的专用芯片,内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器,接收标准

TTL逻辑电平信号,可驱动36V、2A以下的电机。L293D可驱动两个电机,3、6和11、14脚之间分别接2个电机。2、7、10、15脚接输入控制电平,控制电机的正反转,EN1、EN2接控制使能端,控制电机的停转,

图2󰀁主控模块

图3󰀁电源模块

图5󰀁红外检测模块

L293D的逻辑功能如表1所示。单片机通过输出二组PWM波来控制电机的正反转。控制方法与控制电路都比较简单,2、7脚控制第一个电机的方向,输入的EN1控制第一个电机的速度;10,15脚控制第二个电机的方向,输入的EN2控制第二个电机的速度,直流电机驱动电路如图6所示。

图4󰀁TCRT5000测试电路󰀁56󰀁

仪表技术󰀁󰀁2011年第2期

来控制小车的速度;红外对管光电传感器的有效应用;直流驱动芯片的可靠运用。参考文献:

[1]张拓,戴亚文.基于ATS52单片机的智能循迹机器人设

计[J].机电工程技术,2009(1):13-15.

[2]孙涵芳.MCS51/96系列单片机原理与应用[M].北京:北

京航空航天大学出版社,1999.

图6󰀁直流电机驱动电路表1󰀁L293D逻辑功能

EN1(2)HHHH

IN1(IN3)HLHL

IN2(IN4)

HLLH

电机运转情况

前进后退左转右转

[3]王文华.基于80C51单片机的智能小车设计[J].山西电子

技术,2010(4):9-10.

[4]吴凌燕,唐金元,苏建元,等.基于ATC52的实验室监控

系统设计[J].仪表技术,2009(2):3-5.

(丁云编发)

(上接第53页)

x

(3)

2

(k)=󰀁[w21lix1i(k)+w2lix2i(k)]

(2)

(2)

i=1

3

(20)

2󰀁软件设计

图7给出的是主程序流程图。程序启动后检测光电传感器1,2,如遇白线,则前进;如都遇黑线,则后退;如果光电传感器1遇黑线,传感器2遇白线,则左转;如果光电传感器1遇白线,传感器2遇黑线,则右转。程序主要采用switch,case语句,控制简单实用。

式中:l=1为输出层节点数,上角标(1)、(2)、(3)分别代表输入层、隐含层和输出层,w12li和w21li分别为第二个网络对第一个网络的作用权值及第一个网络对第二个网络的作用权值。相应的算法在文献[3]中有详细地介绍。3󰀁结语

本文以空调系统为被控对象,研究了PID神经网络算法在空调温湿度控制中的应用。对单神经元PID控制器进行了SIMULINK仿真,仿真结果表明单神经元PID控制器控制效果显著,达到了系统的精度要求,但是对温湿度控制中存在的耦合问题解决效果不明显,因此在本文最后介绍了一种新的解耦控制器:三层前向PID神经网络解耦控制器。从理论上该种控制器考虑到了温度控制和湿度控制间的耦合问题,温度及湿度不再是单独控制,在三层神经网络的隐含层有相互的交叉,在学习时能有效考虑互相的影响。接下来控制器模型的建立及算法的改进还需进一步地研究。参考文献:

[1]曾军,方厚辉.神经网络PID控制及其Matlab仿真[J].现

图7󰀁软件流程图

代电子技术,2004(169):51-52.

[2]张世韬,杨风,郝骞.单神经元PID控制器研究及仿真[J].

机械工程与自动化,2009(3):69-70.

[3]任建伟,黄宏丽.神经网络PID控制系统的研究[D].大

庆:大庆石油学院,2003.

[4]王铖,沙立民,高尚飞.基于多变量单神经元PID控制的温

湿度控制系统研究[D].上海:上海大学,2010.

3󰀁结论

智能循迹小车采用了51单片机为控制核心,因为该单片机的稳定性较好,性价比较高。黑线的循迹采

用了红外发射对管TCRT5000,并通过施密特触发器整形,抗干扰能力较强,采用的技术主要有:通过编程(丁云编发)