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51单片机双轮循迹小车控制程序(注释详细)

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楼主
ID:1153241 发表于 2025-6-9 11:30 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
一、概述
本双轮自动寻迹小车旨在实现对任意给定轨迹的快速精准跟踪，基于单片机控制技术，整合传感器检测、电机驱动及路径规划算法，构建具备高稳定性的自动寻迹小车。实物设计聚焦于硬件可靠性、软件逻辑的高效性及系统整体的安全性，适用于智能物流、教育科研及工业巡检等场景。
二、硬件设计方案
（一）主控芯片
选用STC89C52RC 单片机（STC 品牌，型号 89C52RC），其具备 8KB Flash ROM、256B RAM、3 个 16 位定时器 / 计数器及 6 个中断源，支持最高 24MHz 晶振频率，可满足多任务实时处理需求。搭配最小系统电路，包括 11.0592MHz 晶振与按键复位电路，确保芯片稳定运行。程序下载通过MAX232 电平转换芯片（MAXIM 品牌，型号 MAX232）连接 PC 端串口，支持 STC-ISP 软件离线下载。
（二）传感器模块
采用TCRT5000 反射式红外光电传感器，内置高功率红外发射管与高灵敏度光电晶体管，检测距离 4-13cm 可调，抗环境光干扰能力强。内置数模转换，将红外信号转换为数字量，实现对黑色轨迹线的精准识别。
（三）电机驱动模块
选用L298N 电机驱动芯片，支持双直流电机驱动，工作电压 5-46V，最大输出电流 2A。搭配12V/2000mAh 锂电池供电，通过 PWM 控制电机转速。电机选型为RS370直流减速电机（电压 12V，转速 3000rpm），满足双轮小车的驱动力与速度要求。
（四）电源模块
    12V 锂电池经 7809（输出 9V）、7805（输出 5V）稳压芯片，分别为电机驱动、传感器及单片机系统供电。电容滤波网络（10μF 贴片电容 + 0.1μF 瓷片电容）降低电源纹波，确保各模块稳定工作。

三、软件设计方案
（一）软件设计与代码实现
软件基于 STC89C52 单片机开发，采用 C 语言编程，通过 Keil uVision 环境编译生成 HEX 文件，利用 STC-ISP 工具下载至单片机。代码核心逻辑围绕 5 路红外传感器（P0.0-P0.4）的信号采集、电机差速控制及 PWM 调速。
（二）传感器信号采集与状态编码
代码通过 P0 口读取 5 路红外传感器状态，未检测到黑线时引脚为高电平（逻辑 1），检测到黑线时为低电平（逻辑 0）。传感器状态被组合为 5 位二进制数存储于sensorValue变量，中间传感器触发时状态为0b11011（对应十六进制0x1B），右侧中间传感器触发时为0b11101（0x1D），左侧双传感器触发时为0b01111（0x0F）。代码通过Sensor_Read()函数完成状态采集，采用逐位赋值方式避免sbit类型直接移位运算，确保逻辑正确性。
（三）电机驱动与 PWM 调速
电机驱动采用 L298N 模块，通过 P2 口控制转向逻辑（IN1-IN4），并利用定时器 0 生成 PWM 信号调节转速（ENA/ENB）。定时器 0 工作于模式 1（16 位自动重装），配置初值实现约 100μs 定时周期，中断函数中通过pwmCounter计数器（0-100）生成 100Hz PWM 波形。左右电机占空比由cntPWM1（右电机）和cntPWM2（左电机）控制，直行时占空比设为 40%（cntPWM1=40、cntPWM2=40），偏左时右电机占空比提高至 55%-70%、左电机降低至 40%-55%，通过差速实现转向。
（四）路径跟踪逻辑实现
主函数循环调用XunJi()函数执行路径控制，通过switch-case语句匹配sensorValue状态。当状态为0b00000（全黑）或0b11111（全白）时执行停车逻辑；中间传感器触发（0b00100对应的flag=0）时调用Forward()函数双电机正转；左侧传感器触发（如0b10000对应的flag=3）时调用TurnLeft1()函数，右电机正转、左电机反转并设置较大转速差（cntPWM1=55、cntPWM2=70）；右侧传感器触发时则调用TurnRight1()函数，通过右电机反转、左电机正转纠正偏移。代码通过固定转速差策略实现转向。



单片机源程序如下:
  1. #include <reg52.h>          // 包含STC89C52单片机寄存器定义
  2. typedef unsigned int u16;   // 定义无符号16位整数类型
  3. typedef unsigned char u8;   // 定义无符号8位整数类型

  5. // ---------------------- 硬件接口定义 ----------------------
  6. // 电机驱动模块（L298N）接口
  7. sbit ENA = P2^0;           // 右电机使能引脚（PWM控制转速）
  8. sbit IN1 = P2^1;           // 右电机方向控制（1=正转，0=反转）
  9. sbit IN2 = P2^2;           // 右电机方向控制（1=正转，0=反转）
  10. sbit ENB = P2^5;           // 左电机使能引脚（PWM控制转速）
  11. sbit IN3 = P2^3;           // 左电机方向控制（1=正转，0=反转）
  12. sbit IN4 = P2^4;           // 左电机方向控制（1=正转，0=反转）

  14. // 红外传感器模块（TCRT5000）接口（5路布局：左外、左中、中间、右中、右外）
  15. // *未探测到黑线时输出高电平（默认状态），探测到黑线时输出低电平*
  16. sbit IR_LeftOuter = P0^0;  // 左侧外端传感器（S1）
  17. sbit IR_LeftMiddle = P0^1; // 左侧中间传感器（S2）
  18. sbit IR_Center = P0^2;     // 中间传感器（S3）
  19. sbit IR_RightMiddle = P0^3;// 右侧中间传感器（S4）
  20. sbit IR_RightOuter = P0^4; // 右侧外端传感器（S5）

  22. // ---------------------- 全局变量定义 ----------------------
  23. u8 pwmRight = 50;          // 右电机PWM占空比（默认50%，范围0-100）
  24. u8 pwmLeft = 50;           // 左电机PWM占空比（默认50%，范围0-100）
  25. u8 sensorValue = 0;        // 传感器状态值（5位二进制，高电平=未检测到黑线）

  27. // ---------------------- 函数声明 ----------------------
  28. void Timer0_Init();        // 定时器0初始化（PWM生成）
  29. void Motor_Stop();         // 电机停止
  30. void Motor_Forward();      // 电机前进
  31. void Motor_TurnLeft(u8 speed); // 左转（speed: 0-100 速度差）
  32. void Motor_TurnRight(u8 speed);// 右转（speed: 0-100 速度差）
  33. void Sensor_Read();        // 读取传感器状态
  34. void Path_Control();       // 路径控制逻辑

  36. // ---------------------- 主函数 ----------------------
  37. void main() {
  38.     Timer0_Init();          // 初始化定时器0（PWM功能）
  39.     while (1) {
  40.         Sensor_Read();      // 读取红外传感器状态
  41.         Path_Control();     // 执行路径跟踪控制逻辑
  42.     }
  43. }

  45. // ---------------------- 定时器0初始化函数 ----------------------
  46. void Timer0_Init() {
  47.     TMOD &= 0xF0;           // 清除定时器0模式位
  48.     TMOD |= 0x01;           // 设置为模式1（16位自动重装）
  49.     TH0 = 0xFF;             // 配置100μs定时周期（晶振12MHz时，计数2次）
  50.     TL0 = 0xFE;
  51.     ET0 = 1;                // 使能定时器0中断
  52.     EA = 1;                 // 使能全局中断
  53.     TR0 = 1;                // 启动定时器0
  54. }

  56. // ---------------------- 定时器0中断函数（PWM生成）----------------------
  57. void Timer0_Interrupt() interrupt 1 {
  58.     static u8 pwmCounter = 0; // PWM周期计数器（0-100，对应100ms周期）
  59.    
  60.     // 右电机PWM控制
  61.     if (pwmCounter < pwmRight) {
  62.         ENA = 1;
  63.     } else {
  64.         ENA = 0;
  65.     }
  66.    
  67.     // 左电机PWM控制
  68.     if (pwmCounter < pwmLeft) {
  69.         ENB = 1;
  70.     } else {
  71.         ENB = 0;
  72.     }
  73.    
  74.     pwmCounter++;
  75.     if (pwmCounter >= 100) { // 周期结束，重置计数器
  76.         pwmCounter = 0;
  77.     }
  78.    
  79.     // 重装定时器初值
  80.     TH0 = 0xFF;
  81.     TL0 = 0xFE;
  82. }

  84. // ---------------------- 传感器读取函数 ----------------------
  85. void Sensor_Read() {
  86.     u8 temp = 0; // 临时变量，存储5路传感器状态（高电平=1，低电平=0）
  87.    
  88.     // 左外传感器（P0.0）：未检测到黑线时为1，检测到为0
  89.     temp |= (IR_LeftOuter ? 1 : 0) << 4; // 最高位（第4位）
  90.     // 左中传感器（P0.1）
  91.     temp |= (IR_LeftMiddle ? 1 : 0) << 3; // 第3位
  92.     // 中间传感器（P0.2）
  93.     temp |= (IR_Center ? 1 : 0) << 2; // 第2位（中间位）
  94.     // 右中传感器（P0.3）
  95.     temp |= (IR_RightMiddle ? 1 : 0) << 1; // 第1位
  96.     // 右外传感器（P0.4）：最低位（第0位）
  97.     temp |= (IR_RightOuter ? 1 : 0) << 0;
  98.    
  99.     sensorValue = temp; // 赋值给全局变量
  100. }

  102. // ---------------------- 路径控制函数----------------------
  103. void Path_Control() {
  104.     switch (sensorValue) {
  105.         // 中间传感器触发（二进制11011 → 十进制27 → 十六进制0x1B）
  106.         case 0x1B:  
  107.             Motor_Forward();
  108.             pwmRight = 60;
  109.             pwmLeft = 60;
  110.             break;
  111.         
  112.         // 左侧单传感器触发（二进制11101 → 十进制29 → 十六进制0x1D）
  113.         case 0x1D:  
  114.             pwmRight = 70; // 右轮加速
  115.             pwmLeft = 50; // 左轮减速
  116.             Motor_Forward();
  117.             break;
  118.         
  119.         // 全白状态（二进制11111 → 十进制31 → 十六进制0x1F）
  120.         case 0x1F:  
  121.             Motor_Stop(); // 停车
  122.             break;
  123.         
  124.         default:
  125.             break;
  126.     }
  127. }

  129. // ---------------------- 电机控制函数 ----------------------
  130. void Motor_Forward() {
  131.     IN1 = 1;  // 右电机正转
  132.     IN2 = 0;
  133.     IN3 = 1;  // 左电机正转
  134.     IN4 = 0;
  135. }

  137. void Motor_Stop() {
  138.     IN1 = 0;  // 电机停转
  139.     IN2 = 0;
  140.     IN3 = 0;
  141.     IN4 = 0;
  142. }
复制代码

以上Keil代码下载: 双轮循迹小车.7z (20.25 KB, 下载次数: 0)
原理图:无
PCB:无
本主题由 admin 执行 移动

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