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。
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）
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。
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。
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。
整体实现框图
程序部分准备
定时器部分
v
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
}
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
后期
成品及局部展示
整体造型
主控和驱动
光电管检测部分
电源管理
黑胶带制作简易车道
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)//×óСת
straight(count1,1,count2,1000);
else if(left2==0&&left1==0&&right1==1&&right2==0)//ÓÒСת
straight(count1,1000,count2,1);
else if(left2==1&&left1==1&&right1==0&&right2==0)//×ó´óת
acute_left(count1,800,count2,800);
else if(left2==0&&left1==0&&right1==1&&right2==1)//ÓÒ´óת
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
ENA=1;
else
ENA=0;
}
void right_motor(int count2,int time2)
{
IN3=0;
IN4=1;
if ( count2
ENB=1;
else
ENB=0;
}
void back_left(int count1,int time1)
{
IN1=0;
IN2=1;
if(count1
ENA=1;
else
ENA=0;
}
void back_right(int count2,int time2)
{
IN3=1;
IN4=0;
if ( count2
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"
***it ENA=P0^0;
***it IN1=P0^1;
***it IN2=P0^2;
***it ENB=P1^0;
***it IN3=P1^1;
***it IN4=P1^2;
***it left1=P2^3;
***it left2=P2^4;
***it right1=P2^1;
***it 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;
}
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。
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）
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。
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。
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。
整体实现框图
程序部分准备
定时器部分
v
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
}
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
后期
成品及局部展示
整体造型
主控和驱动
光电管检测部分
电源管理
黑胶带制作简易车道
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)//×óСת
straight(count1,1,count2,1000);
else if(left2==0&&left1==0&&right1==1&&right2==0)//ÓÒСת
straight(count1,1000,count2,1);
else if(left2==1&&left1==1&&right1==0&&right2==0)//×ó´óת
acute_left(count1,800,count2,800);
else if(left2==0&&left1==0&&right1==1&&right2==1)//ÓÒ´óת
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
ENA=1;
else
ENA=0;
}
void right_motor(int count2,int time2)
{
IN3=0;
IN4=1;
if ( count2
ENB=1;
else
ENB=0;
}
void back_left(int count1,int time1)
{
IN1=0;
IN2=1;
if(count1
ENA=1;
else
ENA=0;
}
void back_right(int count2,int time2)
{
IN3=1;
IN4=0;
if ( count2
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"
***it ENA=P0^0;
***it IN1=P0^1;
***it IN2=P0^2;
***it ENB=P1^0;
***it IN3=P1^1;
***it IN4=P1^2;
***it left1=P2^3;
***it left2=P2^4;
***it right1=P2^1;
***it 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;
}
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