基于STM8三轮小车循迹避障 期中报告

燕山大学

专业综合训练说明书

题目：基于STM8单片机的只能循/迹避障小车的设计

学院（系）：电气工程学院

年级专业： 10级精仪2班

学号： 100103020148

学生姓名：王舟济

指导教师：吴希军

教师职称：讲师（副教授、教授）

燕山大学专业综合训练任务书

院（系）：电气工程学院基层教学单位：仪器科学与工程系

2013年9月1日

目录

第1章绪论 (1)

第2章模块简介 (1)

2.1STM8单片机 (1)

2.2 超声波模块 (3)

2.3 小车构件 (3)

第3章两轮智能小车设计思路 (4)

3.1 循迹模块设计思路 (4)

3.2 测距模块设计思路 (4)

3.3 两轮循迹小车的安装调试 (4)

3.4 系统的总体设计 (4)

心得体会

参考文献

第一章绪论

智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设计的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或者更高的目标。同遥控小车不同，遥控小车需要人为控制转向、启停和进退，比较先进的遥控车还能控制其速度，而智能小车，则可以通过计算机编程来实现其对行驶方向、启停、以及速度的控制，无需人工干预，是一个集环境感知、规划、决策、自动行驶等功能于一体的综合系统，他集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制技术，是典型的高新技术综合体。所以关于汽车的研究也就越来越受人关注，本设计就是在这样的背景下提出的，为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展要求，提出建议智能小车的构想，目的在于：通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。

而我国开展智能车辆技术方面的研究起步比较晚，开始于20世纪80年代。而且大多数研究处于在于针对某个单项技术研究的阶段。虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家，并且存在一定的技术差距，但我们也取得了不错的成果。可以预计，我国飞速发展的经济实力将为智能车辆的研究提供一个更加广阔的前景。因此，对智能小车进行深入细致的研究，不但能加深课堂上学到的理论知识，更能将理论转化为实际应用，为将来打下坚实的基础。

课堂上对于单片机的教学实例有限，因此，开展智能寻迹小车的研究工作正适合学生们加深课堂上的学习，能综合学生课堂上的知识来实践，使学习者更好的了解单片机的发展，而制作智能小车又能让学生掌握机电一体化技术，学生对这方面的知识得到进一步的巩固、引导和激励学生实事求是、刻苦钻研、勇于创新、多出成果、提高素质，发现和培养一批在学术科技上有作为、有潜力的优秀人才。通过此次的单片机循迹车制作，是学生从理论到实践，初步体会单片机项目的设计、制作、测试和成功完成项目的过程及困难，以此学会用理论联系实际，能能通过对时间中出现的不足与学习来补充教学上的盲点。

第二章模块简介

2.1 STM8单片机

1）内核

高级STM8内核，具有3级流水线的哈佛结构

扩展指令集

2）存储器

程序存储器：8K字节Flash；10K 次擦写后在55°C环境下数据可保存20年

数据存储器：640 字节真正的数据

EEPROM；可达30万次擦写

RAM：1K字节

3）时钟、复位和电源管理

2.95到5.5V工作电压

灵活的时钟控制，4个主时钟源

–低功率晶体振荡器

–外部时钟输入

–用户可调整的内部16MHz RC

–内部低功耗128kHz RC

带有时钟监控的时钟安全保障系统

电源管理：

–低功耗模式( 等待、活跃停机、停机)

–外设的时钟可单独关闭

永远打开的低功耗上电和掉电复位

4）中断管理

带有32个中断的嵌套中断控制器

6个外部中断向量，最多27个外部中断

5）定时器

高级控制定时器：16位，4个捕获/ 比较通道，3个互补输出，死区控制和灵活的同步16位通用定时器，带有3个捕获/ 比较通道(IC、OC 或 PWM)

带有8位预分频器的8位基本定时器

自动唤醒定时器

2个看门狗定时器：窗口看门狗和独立看门狗

6）通信接口

带有同步时钟输出的UART ，智能卡，红外IrDA ，LIN主模式接口

SPI接口最高到8Mbit/s

I2C接口最高到400Kbit/s

7）模数转换器

10位，±1LSB 的ADC，最多有5路通道，扫描模式和模拟看门狗功能

8）I/O 端口

32脚封装芯片上最多有28个I/O ，包括21个高吸收电流输出

非常强健的I/O 设计，对倒灌电流有非常强的承受能力

9）开发支持

单线接口模块(SWIM) 和调试模块(DM)，可以方便地进行在线编程和非侵入式调试

2.2超声波模块

(1) 采用IO触发测距，给控制端TRIG至少10us的高电平信号(实际上25us最佳)；

(2) 模块自动发送8个40KHz的方波，自动检测是否有信号返回；

(3) 若有信号通过接收端ECHO返回，ECHO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从

发射到返回的时间;

（4）用单片机IO口控制TRIG发送一个10us以上(25us最佳)的高电平，在ECHO端等待高电平的输出；

（5）当ECHO端从低变高时，开定时器计时，当ECHO再次变低时读此时定时器的值(测距的时间)；

（6）据公式：距离 = (高电平持续时间*声速340m/s)/2。

2.3小车构件

(1)黑色底盘；

（2）测速码盘两个，圆形梅花样式；

（3）黄色轮胎两个；

（4）减速电机两个；

（5）万能轮一个；

小车实物图如下

第三章两轮智能小车设计思路

;3.1循迹模块设计思路

在小车车体的前端贴近地面的地方安装有4 组寻迹模块，，单片机通过判断4个寻迹模块发送来的信号进行自动循迹。寻迹模块在遇到黑线时发送低电平信号，遇到空白的地方发送高电平信号，单片机通过判断高低电平即可作出相应的操作。

3.2测距模块设计思路

采用单片机来控制的超声波测距仪是先由单片机产生一个信号，经过信号线，把信号引入到与超声波发射器相连的信号引脚上，再由超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)。

3.3两轮循迹车的安装调试

（1）.在调试程序之前，先检查各模块间的连接是否连接无误，有无断路现象。

（2）.调试程序时，首先用全速运行的方法进行总体调试，以便快速发现程序

中存在问题的部分。然后设置断点调试。主要针对有问题的程序调试，更

快地确定出现问题的位置。最后，利用单步调试方法，分析程序中出现的

问题，解决问题，使程序正常运行。

（3）.在多次调试不成功的基础上，考虑思路是否正确，如果确定思路无误，考虑两个问题：一是程序中是否有笔误的地方；二是运行软件是否正常

3.4系统的总体设计

本文详细介绍了反射式光电传感器寻迹模块的工作原理，寻迹模块的电路图以及在以STM8单片机为控制核心的基础上如何实现智能寻迹小车的自动寻迹行驶。并简要介绍了系统的电路图。该技术可用于无人生产线、服务机器人、仓库等领域。

智能小车又称轮式移动机器人，能够按预设模式在特定环境中自动移动，无需人工干预，可用于科学勘测、现代物流等方面。针对路面采用黑色标记线条作为路径引导线的应用场合，反射式光电传感器是常用的路径识别传感器。反射式光电传感器因信号处理方式和物理结构简单的特点而被广泛应用于结构化环境和低成本产品中，虽然存在检测距离近、预测性差的弱点，但通过合理设计和选择反射式光电传感器并结合合适的信息处理软件能够满足上述简单环境场合应用。随着汽车ECU 电子控制的发展，在汽车上配备远程信息处理器，传感器和接收器，通过这些器件的协调控制可以实现汽车的无人驾驶。本文提出基于MSP430单片机的控制装置，通过反射式光电传感器寻迹，STM8单片机处理反射式光电传感器检测到的信号，从而控制智能车的转向，实现智能小车的自动寻迹。

心得体会

本文所设计的方案通过对智能车寻迹模块的研究，分析MSP430单片机的应用，利用感光传感器信息来控制智能车的自动转向，实现了智能车的自动寻迹。该寻迹系统的工作流程可概括为：通过四个外置的反射式红外线传感器收集轨道信息，在通过微处理器对采集到的信息进行处理，然后将处理后的信息通过PWM 信号传递给L298 驱动模块，L298 模块根据接收到的轨道信号控制智能车两侧直流电机的运行状态，最终达到寻迹的目的。智能车在军事、工业和民用领域的实际应用中，涉及到如何构造完整的导航系统以及多种传感器数据融合及控制算法等，这需要在实践中不断研究探索。

通过本次综合训练让我了解到了实际的设计工作需要严谨认真的工作态度和不达目的不罢休的工作精神，与同组的同学的相互合作，增进了我们之间的友谊，培养了我们团队合作的意识，为我们今后的工作积累了宝贵的经验。

通过本次综合训练我收益良多，感谢学院为我们提供了本次的完成实际工作的机会。

参考文献

1. STM8S中文参考手册

2. 单片机原理及应用技术张淑清等编著国防工业出版社

3. C语言程序设计第三版谭浩强等著清华大学出版社

燕山大学专业综合训练评审意见表