畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于圖像的小區(qū)智能道閘系統(tǒng)

1、本科學(xué)生畢業(yè)論文 論文題目： 基于圖像的小區(qū)智能道閘系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 王國(guó)昌 院 別： 信息與通信工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 指導(dǎo)教師： 吳健輝 2013 年 4 月 28 日摘要針對(duì)車(chē)輛出入仍采用人工管理方式的場(chǎng)所，尤其是車(chē)輛出入頻繁的住宅小區(qū)，設(shè)計(jì)了這一種基于圖像的小區(qū)智能道閘管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，采用車(chē)牌智能識(shí)別技術(shù)，分別對(duì)業(yè)主與非業(yè)主車(chē)輛進(jìn)行智能管理，實(shí)現(xiàn)車(chē)主不停車(chē)出入小區(qū)的功能。該系統(tǒng)包括車(chē)牌信息采集觸發(fā)模塊、車(chē)牌智能識(shí)別模塊、單片機(jī)控制模塊、道閘電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及電源穩(wěn)壓模塊，用多種傳感器及其控制電路，實(shí)現(xiàn)小區(qū)道閘系統(tǒng)的智能識(shí)

2、別車(chē)牌、自動(dòng)開(kāi)啟、智能報(bào)警等功能。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)證明，正常光照(10080流明)條件下，對(duì)車(chē)牌的綜合識(shí)別概率不低于99.5%?？梢詽M足智能道閘對(duì)于車(chē)牌識(shí)別等應(yīng)用要求，具有一定的理論與現(xiàn)實(shí)意義。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能高，測(cè)試結(jié)果滿足功能要求。 關(guān)鍵詞圖像；單片機(jī)；住宅小區(qū)；智能道閘；系統(tǒng)設(shè)計(jì)Abstract Gas concentrations are more sensitive to the occasion, especially in the environment of harmful gases, designed and implemented a gas concentra

3、tion detection car.The car frame made of strong materials, for the entire system of control STC12C5A60S2 microcontroller core, through the ambient gas concentration detection,determine the orientation of harmful gases, complete the hazardous gas detection and alarm. The car include Rd tracking circu

4、it, the drive motor circuit, the gas concentration data acquisition circuit, a power regulator-circ- ut,and the buzzer circuit, a variety of sensor and control circuit, the car automatically hunt, intelligent detection and alarm function. After repeated experiments proved that the detection error of

5、 less than 10cm.To meet the smart car for the gas concentration detection applicat- ion requirements, some theoretical and practical significance. The whole system is a simple circuit structure, high reliability, the test results meet the functional requirements.Key wordsImage; STC12C5A60S2; Residen

6、tial quarter; Intelligent barrier; System design目錄摘要IAbstractII1 緒論11.1 引言21.2 道閘概述21.3 道閘的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀31.4 論文研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排22 小區(qū)智能道閘系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及工作原理21.1 小區(qū)智能道閘管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能21.2 小區(qū)智能道閘系統(tǒng)所需要的硬件設(shè)備21.3 基于圖像的小區(qū)智能道閘系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)33 基于圖像的智能道閘系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)43.1 智能道閘硬件的基本結(jié)構(gòu)43.2 車(chē)牌信息采集觸發(fā)模塊53.2.1 觸發(fā)模塊的主要原理53.2.2 觸發(fā)模塊的分析與論證63.3 車(chē)牌智能識(shí)別模塊設(shè)計(jì)73.3

7、.1 車(chē)牌識(shí)別模塊的組成73.3.2 車(chē)牌識(shí)別模塊的主要原理73.3.3 車(chē)牌識(shí)別模塊的分析與論證83.4 單片機(jī)控制模塊93.4.1 單片機(jī)控制模塊93.4.2 點(diǎn)陣顯示模塊103.4.3 聲光報(bào)警模塊113.5 道閘電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊123.5.1 道閘電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊123.5.2 道閘電機(jī)控制電路133.6 電源穩(wěn)壓模塊142.6.1 電源穩(wěn)壓電路圖142.6.2 電源穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)分析153.7 硬件原理圖164 智能道閘實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析174.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)174.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析185 總結(jié)與展望205.1 總結(jié)205.2 展望21致謝31參考文獻(xiàn)24附錄251 小車(chē)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及工

8、作原理1.1 引言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車(chē)作為一種生活用品將越來(lái)越多地進(jìn)入小區(qū)中，再加上原來(lái)的人工車(chē)輛公路管理方式和收費(fèi)方式不僅占用了大量的人力、物力、財(cái)力；而且效率低下，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤，造成資源的極大浪費(fèi)。因此，從某種程度上來(lái)說(shuō)，以前的人工車(chē)輛管理方式和收費(fèi)方式已經(jīng)影響到了業(yè)主的生活質(zhì)量和小區(qū)的形象。幸運(yùn)的是隨著物聯(lián)網(wǎng)的逐漸興起，車(chē)主不停車(chē)出入小區(qū)或企業(yè)的智能道閘已經(jīng)成為未來(lái)發(fā)展必然趨勢(shì)。以單片機(jī)為核心的小區(qū)道閘智能控制系統(tǒng)，采用車(chē)牌智能識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)主不停車(chē)進(jìn)出小區(qū)大門(mén)或車(chē)庫(kù)，對(duì)非業(yè)主車(chē)輛進(jìn)出小區(qū)實(shí)行報(bào)警提示，由門(mén)衛(wèi)盤(pán)問(wèn)、登記后放行。智能化的道閘控制系統(tǒng)對(duì)提升小區(qū)形象、不停車(chē)進(jìn)入小區(qū)、方便業(yè)主出

9、入、減少保安配置、降低物業(yè)管理成本、防盜等意義重大，而且對(duì)現(xiàn)有道閘進(jìn)行一定改裝，即可實(shí)現(xiàn)道閘智能化控制，市場(chǎng)潛力巨大。本課題的目的就是研究基于圖像識(shí)別技術(shù)的智能道閘系統(tǒng)功能模型，并進(jìn)行硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成設(shè)計(jì)，同時(shí)完成軟件系統(tǒng)的相關(guān)功能，所以本課題的研究意義重大。1.2 道閘概述道閘又稱(chēng)擋車(chē)器，最初從國(guó)外引進(jìn)，英文名叫Barrier Gate，是專(zhuān)門(mén)用于道路上限制機(jī)動(dòng)車(chē)行駛的通道出入口管理設(shè)備 ，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于公路收費(fèi)站、停車(chē)場(chǎng)、小區(qū)、企事業(yè)單位門(mén)口，來(lái)管理車(chē)輛的出入。電動(dòng)道閘可單獨(dú)通過(guò)遙控實(shí)現(xiàn)起落桿，也可以通過(guò)停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)（即IC刷卡管理系統(tǒng)）實(shí)行自動(dòng)管理狀態(tài)。根據(jù)道閘的使用場(chǎng)所，其閘桿可分為

10、直桿、90度曲桿、180度折桿及柵欄等。道閘由減速箱、電機(jī)、（或者采用液壓）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、平衡裝置、機(jī)箱、閘桿支架、閘桿等部分組成。隨著汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展及汽車(chē)數(shù)量的日益劇增，對(duì)道閘的需求量也越來(lái)越大，對(duì)道閘的性能也提出了更高的要求。如道閘一體化機(jī)芯、離合裝置、智能防抬功能、遇阻返回裝置、升溫功能（確保在零下40度環(huán)境下使用）、抽風(fēng)降溫系統(tǒng)（及時(shí)降低電機(jī)溫度）、自動(dòng)離合裝置、防撞脫桿裝置等。桿的起落速度從0.8秒到6秒不等。桿子長(zhǎng)度0-10米 。柵欄道閘國(guó)內(nèi)龍盛柵欄最長(zhǎng)6.5米 。道閘已越來(lái)越向高科技方面發(fā)展，以適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的需求。1.3 道閘的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀隨著汽車(chē)業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)對(duì)小區(qū)和企業(yè)車(chē)

11、輛進(jìn)行現(xiàn)代化的管理已經(jīng)成為一個(gè)熱門(mén)的研究課題。為了解決這一課題所要求達(dá)到的自動(dòng)性、實(shí)時(shí)性、高效性和準(zhǔn)確性等方面問(wèn)題。在國(guó)際上，從上個(gè)世紀(jì)50年代開(kāi)始，研究人員就開(kāi)始研制各種各樣的實(shí)時(shí)車(chē)輛智能管理系統(tǒng)。而國(guó)內(nèi)對(duì)實(shí)時(shí)車(chē)輛的智能管理系統(tǒng)的研究還處于起步階段，與國(guó)際上的先進(jìn)國(guó)家相比還有很大差距，但就在近二十年還是取得了一定的研究成果。例如丹東東方測(cè)控技術(shù)有限公司研制的車(chē)輛智能管理系統(tǒng)，運(yùn)用人工智能、模糊識(shí)別等方法從車(chē)輛圖像中提取牌照?qǐng)D像，實(shí)時(shí)識(shí)別為文字和數(shù)字號(hào)碼，存入數(shù)據(jù)庫(kù)，節(jié)約存儲(chǔ)空間、查找方便，真正實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛的文檔化管理。使得系統(tǒng)具有減少人為的干預(yù)，車(chē)輛通過(guò)速度快、記錄準(zhǔn)確、節(jié)省人力的優(yōu)點(diǎn)。此外，

12、杭州友通科技有限公司的車(chē)牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)在傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息管理技術(shù)，采用先進(jìn)的圖像處理、模式識(shí)別和人工智能技術(shù)，通過(guò)對(duì)車(chē)輛圖像的采集和處理，獲得車(chē)輛的數(shù)字化信息，再引入先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，從而達(dá)到更高的智能化管理水平。1.4 論文研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排論文主要通過(guò)介紹車(chē)牌信息采集觸發(fā)模塊、車(chē)牌智能識(shí)別模塊、單片機(jī)控制模塊、道閘電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源穩(wěn)壓模塊以及分析論證，最終搭建一個(gè)基于圖像的小區(qū)智能道閘系統(tǒng)。論文的章節(jié)安排如下：第一章 緒論：闡述小區(qū)智能道閘系統(tǒng)這一課題的研究背景及意義、發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，以及論文章節(jié)安排。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及工作原理：介紹系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思

13、路、所要實(shí)現(xiàn)的功能，以及所需要的硬件設(shè)備。第三章 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：介紹各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。第四章 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：介紹系統(tǒng)的各個(gè)模塊的測(cè)試結(jié)果與分析。第五章 總結(jié)與展望：介紹系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中的遇到的問(wèn)題和獲得的結(jié)論，以及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步設(shè)計(jì)的意見(jiàn)和展望。2 小區(qū)智能道閘系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及工作原理2.1 小區(qū)智能道閘管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能按照系統(tǒng)的預(yù)期功能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)成以單片機(jī)為控制核心，包含壓強(qiáng)傳感模塊、車(chē)牌識(shí)別模塊、點(diǎn)陣顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、道閘驅(qū)動(dòng)模塊以及電源模塊的智能道閘系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)主不停車(chē)進(jìn)出小區(qū)大門(mén)或車(chē)庫(kù)，對(duì)非業(yè)主車(chē)輛進(jìn)出小區(qū)實(shí)行報(bào)警提示，由門(mén)衛(wèi)盤(pán)問(wèn)、登記后放行等功能。系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行

14、流程如下：（1）車(chē)輛進(jìn)入：車(chē)輛駛?cè)胲?chē)牌攝像機(jī)抓拍區(qū)域，觸發(fā)地感線圈，壓強(qiáng)傳感模塊傳遞信息給車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)，記錄駛?cè)霑r(shí)間。車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)抓拍車(chē)輛的特寫(xiě)圖像，并識(shí)別出車(chē)牌識(shí)號(hào)，然后通過(guò)檢索數(shù)據(jù)庫(kù)得出車(chē)輛類(lèi)別(內(nèi)部車(chē)和臨時(shí)車(chē)等)。在軟件界面顯示該車(chē)的相關(guān)信息。單片機(jī)觸發(fā)點(diǎn)陣顯示模塊和聲光報(bào)警模塊，LED屏顯示相關(guān)信息，語(yǔ)音播放識(shí)別出來(lái)的車(chē)牌，歡迎光臨等提示語(yǔ)。同時(shí)觸發(fā)道閘電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，閘機(jī)放行，并記下車(chē)輛進(jìn)入時(shí)間。車(chē)輛越過(guò)進(jìn)口，駛?cè)胄^(qū)內(nèi)，道閘自動(dòng)放下。整個(gè)過(guò)程自動(dòng)完成，車(chē)輛一直處于行駛狀態(tài)，而且無(wú)須工作人員干預(yù)。（2）車(chē)輛離開(kāi)：車(chē)輛駛?cè)胲?chē)牌攝像機(jī)抓拍區(qū)域，觸發(fā)地感線圈，壓強(qiáng)傳感模塊傳遞信息給車(chē)牌識(shí)

15、別系統(tǒng)。車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)抓拍車(chē)輛的的圖像并識(shí)別出車(chē)牌號(hào)，然后通過(guò)檢索數(shù)據(jù)庫(kù)得出車(chē)輛類(lèi)別(內(nèi)部車(chē)和臨時(shí)車(chē)等)。在軟件界面顯示該車(chē)的相關(guān)信息。若為非業(yè)主車(chē)輛，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算收費(fèi)金額，同時(shí)單片機(jī)觸發(fā)點(diǎn)陣顯示模塊和聲光報(bào)警模塊，LED屏顯示相關(guān)收費(fèi)金額，語(yǔ)音播放收費(fèi)金額。工作人員收費(fèi)后，觸發(fā)道閘驅(qū)動(dòng)模塊和聲光報(bào)警模塊，閘機(jī)自動(dòng)啟竿放行，語(yǔ)音播放祝您一路順風(fēng)等提示語(yǔ)。若為業(yè)主車(chē)輛，閘機(jī)自動(dòng)啟竿放，電腦調(diào)出該車(chē)入場(chǎng)時(shí)的抓拍圖像，入場(chǎng)時(shí)間等。如果車(chē)輛被列入黑名單，不管是臨時(shí)還是固定車(chē)輛，閘機(jī)不會(huì)打開(kāi)，同時(shí)系統(tǒng)都會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知工作人員注意。車(chē)輛越過(guò)道閘，離開(kāi)停車(chē)場(chǎng)或小區(qū)，觸發(fā)壓強(qiáng)感應(yīng)模塊，系統(tǒng)記下車(chē)輛離開(kāi)

16、時(shí)間。2.2 小區(qū)智能道閘系統(tǒng)所需要的硬件設(shè)備小車(chē)系統(tǒng)共有5大模塊，分別是車(chē)牌信息采集觸發(fā)模塊、車(chē)牌智能識(shí)別模塊、車(chē)牌信息核對(duì)模塊、STC12C5A60S2單片機(jī)控制模塊、道閘電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源穩(wěn)壓模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1所示。圖 1-1 智能道閘管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.3 基于圖像的小區(qū)智能道閘系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)-3 基于圖像的智能道閘系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 智能道閘硬件的基本結(jié)構(gòu)道閘系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要分為以下幾個(gè)部分： 1、車(chē)牌信息采集觸發(fā)模塊，用于探測(cè)黑線的位置，由若干個(gè)光電管組成，通過(guò)反射紅外線的變化判斷黑線的有無(wú)。 2、車(chē)牌智能識(shí)別模塊，3、單片機(jī)模塊，單片機(jī)的選用可以根據(jù)個(gè)人情況自行選擇，對(duì)

17、于本文介紹的智能道閘來(lái)說(shuō)一般的51單片機(jī)已經(jīng)足夠。點(diǎn)陣顯示模塊；聲光報(bào)警模塊，通過(guò)單片機(jī)給蜂鳴器高電平來(lái)使蜂鳴器報(bào)警。4、道閘電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，由于單片機(jī)輸出的電流有限，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行工作，因此需要通過(guò)專(zhuān)用的電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，只要單片機(jī)給出相應(yīng)的控制信號(hào)，便可控制電機(jī)工作，本文以較為常用的H橋驅(qū)動(dòng)芯片L298N為例9。 5、電源模塊，由于小車(chē)采用電池供電，因此合理的設(shè)計(jì)一個(gè)電源模塊是小車(chē)穩(wěn)定運(yùn)行的前提。 3.2 車(chē)牌信息采集觸發(fā)模塊3.2.1 觸發(fā)模塊的主要原理3.2.2 觸發(fā)模塊的分析與論證3.3 車(chē)牌智能識(shí)別模塊設(shè)計(jì)3.3.1 車(chē)牌識(shí)別模塊的組成3.3.2 車(chē)牌識(shí)別模塊的主要原理3.3.1

18、車(chē)牌識(shí)別模塊的分析與論證3.4 單片機(jī)控制模塊單片機(jī)是道閘系統(tǒng)的控制中心，單片機(jī)最小系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)是道閘平穩(wěn)運(yùn)行的前提，如圖2-2所示，為51單片機(jī)的最小系統(tǒng)參考電路圖。51單片機(jī)最小系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成： 1、晶振電路，單片機(jī)要想工作必須有一個(gè)外部的時(shí)鐘源，這個(gè)時(shí)鐘源由外部晶振產(chǎn)生，具體電路為圖中的X1、C3、C4，在做電路板時(shí)應(yīng)注意晶振和電容要靠近18腳和19腳放置。2、復(fù)位電路， RST（9）腳上只要有持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平就能使單片機(jī)復(fù)位，因此上電復(fù)位的原理就是利用電容充電的一段時(shí)間將復(fù)位腳拉至高電平，使單片機(jī)完成復(fù)位，C1可以選用104或105之類(lèi)的瓷片電容，R1在電容充電結(jié)

19、束后將復(fù)位腳拉至低電平，保證單片機(jī)正常工作10。3.4.1 單片機(jī)控制模塊單片機(jī)電路圖如圖2-2所示：圖 2-2 單片機(jī)核心板管腳圖3.4.2 點(diǎn)陣顯示模塊3.4.3 聲光報(bào)警模塊3.5 道閘電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3.5.1 道閘電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊由于單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力不足，無(wú)法驅(qū)動(dòng)像電機(jī)這樣的大功率外部器件，因此必須外加驅(qū)動(dòng)電路。 本設(shè)計(jì)采用最常用的L298N驅(qū)動(dòng)電路，一片L298可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩路直流電機(jī)和一路兩相步進(jìn)電機(jī)。該系統(tǒng)中直流電機(jī)控制電路的原理圖如圖2-4所示。直流電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。 電動(dòng)機(jī)兩端加正向電壓，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)制動(dòng)。電動(dòng)機(jī)兩端加反向電壓，可以

20、實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)制動(dòng)。電動(dòng)機(jī)兩端加不同電壓，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，實(shí)現(xiàn)小車(chē)的轉(zhuǎn)向控制16。3.5.2 道閘電機(jī)控制電路 由于單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力不足，無(wú)法驅(qū)動(dòng)像電機(jī)這樣的大功率外部器件，因此必須外加驅(qū)動(dòng)電路。 本設(shè)計(jì)采用最常用的L298N驅(qū)動(dòng)電路，一片L298可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩路直流電機(jī)和一路兩相步進(jìn)電機(jī)。該系統(tǒng)中直流電機(jī)控制電路的原理圖如圖2-4所示。直流電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。 電動(dòng)機(jī)兩端加正向電壓，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)制動(dòng)。電動(dòng)機(jī)兩端加反向電壓，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)制動(dòng)。電動(dòng)機(jī)兩端加不同電壓，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，實(shí)現(xiàn)小車(chē)的轉(zhuǎn)向控制16。2.5.2 直

21、流電機(jī)控制電路圖 2-4 直流電機(jī)控制模塊L298N電路L298N電路圖的說(shuō)明：1）電路圖中有兩個(gè)電源，一路為 L298 工作需要的 5V 電源 VCC，一路為驅(qū)動(dòng)電機(jī)用的電池電源 VSS。2）1 腳和 15 腳有的電路在中間串接大功率電阻，可以不加。3）圖5中連接了兩路電機(jī)，P2 和 P5 是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，如果只驅(qū)動(dòng)一路電機(jī)可以連接對(duì)應(yīng)的12或者34腳17。4）八個(gè)續(xù)流二極管是為了消除電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的尖峰電壓保護(hù)電機(jī)而設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化電路時(shí)可以不加。5）6 腳和 11 腳為兩路電機(jī)通道的使能開(kāi)關(guān)，高電平使能，所以可以直接接高電平，也可以交由單片機(jī)控制。3.6 電源穩(wěn)壓模塊3.6.1 電源穩(wěn)壓電路圖電源

22、穩(wěn)壓模塊的原理圖如圖2-5所示：圖 2-5 電源穩(wěn)壓模塊LM7805、LM7806電路3.6.2 電源穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)分析 電源穩(wěn)壓模塊主要使用在機(jī)器人走迷宮、滅火等項(xiàng)目，可使電池的輸出電壓穩(wěn)定在一個(gè)恒定的值，以保證機(jī)器人行走過(guò)程中的一致性。電源是整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提，因此必須有一個(gè)合理的電源設(shè)計(jì)，對(duì)于小車(chē)來(lái)說(shuō)電源。設(shè)計(jì)注意兩點(diǎn)： 1、與一般的穩(wěn)壓電源不同，小車(chē)的電池電壓一般在6-8V左右，還要考慮在電池?fù)p耗的情況下電壓的降低，因此常用的78系列穩(wěn)壓芯片不再能夠滿足要求，因此必須采用低壓差的穩(wěn)壓芯片，在本文中以較為常見(jiàn)的LM339AN為例18。 2、單片機(jī)必須與大電流器件分開(kāi)供電，避免大電流器件對(duì)單

23、片機(jī)造成干擾，影響單片機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。采用兩路供電，這樣可以使用其中一路單獨(dú)為單片機(jī)，指示燈等供電。另外一路提供L298N的電壓，L298N的驅(qū)動(dòng)電壓由電池不經(jīng)任何處理直接給出。 三端穩(wěn)壓LM7806來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格低廉19。3.7 硬件原理圖毒氣檢測(cè)小車(chē)的整體原理圖如圖2-6、圖2-7所示：由于版面限制，把整個(gè)原理圖分為系統(tǒng)原理圖和循跡電路圖兩部分。循跡電路圖中有循跡模塊的內(nèi)容，而系統(tǒng)原理圖中包括了STC12C5A60S2單片機(jī)電路、L298N驅(qū)動(dòng)電機(jī)、LM7805和LM7806穩(wěn)壓電路、MQ-5煤氣檢測(cè)模

24、塊、蜂鳴器模塊。圖 2-6 系統(tǒng)原理圖電路循跡部分電路圖 2-7 系統(tǒng)原理圖4 智能道閘實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析4.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析軟件部分的程序用C語(yǔ)言編制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的控制算法。本設(shè)計(jì)中小車(chē)的智能化是由小車(chē)自主行駛、自動(dòng)循跡體現(xiàn)的。其過(guò)程為起初小車(chē)沿直線行駛，行駛過(guò)程中通過(guò)循跡模塊中紅外傳感器檢測(cè)黑色路徑，如果黑色路徑是直線，小車(chē)沿著直線行徑；如果黑色路徑發(fā)生了轉(zhuǎn)彎的話，小車(chē)將沿著黑色路徑轉(zhuǎn)彎，直到黑色路徑為直線時(shí)再沿直線行駛。主程序如下：TMOD=0x10表示定時(shí)器1工作方式，TH1=(65536-1000)/256，TL1=(65536-1000)%256表示定

25、時(shí)器初值，ET1=1表示開(kāi)定時(shí)器1中斷，TR1=1開(kāi)始計(jì)數(shù)，IT1=1外部中斷開(kāi)，EA=1開(kāi)總中斷，while內(nèi)循環(huán)循跡函數(shù)。單片機(jī)通過(guò)L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車(chē)馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的前進(jìn)與停止，前進(jìn)與停止的程序如下：P10、P12、P14、P16分別對(duì)應(yīng)著單片機(jī)的P1.0、P1.2、P1.4、P1.6引腳，通過(guò)控制著四個(gè)引腳的高低電平來(lái)控制馬達(dá)。智能小車(chē)通過(guò)循跡模塊中紅外線傳感器來(lái)判斷黑線的存在，并沿著黑線行走。循跡的函數(shù)如下：循跡模塊通過(guò)5個(gè)紅外傳感器來(lái)判斷黑線的方位，并通過(guò)單片機(jī)對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制來(lái)使小車(chē)改變方位23。主程序流程圖如圖3-1所示：圖 3-1 主程序流程圖 中斷服務(wù)程序流程圖如圖3-

26、2所示：圖 3-2 中斷服務(wù)程序流程圖中斷服務(wù)程序中，如果毒氣檢測(cè)模塊檢測(cè)到毒氣濃度超標(biāo)，則返回一個(gè)高電平，蜂鳴器報(bào)警。5 總結(jié)與展望5.1 總結(jié)本文設(shè)計(jì)的智能小車(chē)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，形成閉環(huán)控制，對(duì)其轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果要在系統(tǒng)中進(jìn)一步增強(qiáng)自動(dòng)調(diào)速的功能，可以引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)和精確的校正這些算法。能使小車(chē)功能完善，靈活性強(qiáng),智能化程度高，具有可移動(dòng)性、輕便性、易操作性和適應(yīng)性等特點(diǎn)，適用于現(xiàn)代智能化各種環(huán)境。如果能夠在檢測(cè)到煤氣濃度數(shù)值后通過(guò)無(wú)線通信方式返回值至上端機(jī)上更好。5.2 展望致謝 本文是在吳建輝博士精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。吳博士嚴(yán)

27、謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對(duì)我產(chǎn)生重要影響。他淵博的知識(shí)、開(kāi)闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時(shí)，在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我也學(xué)到了許多了關(guān)于單片機(jī)方面的知識(shí)，實(shí)驗(yàn)技能有了很大的提高。另外，我還要特別感謝學(xué)長(zhǎng)們對(duì)我實(shí)驗(yàn)以及論文寫(xiě)作的指導(dǎo)，他們?yōu)槲彝瓿蛇@篇論文提供了巨大的幫助。還要感謝，周賀賀同學(xué)對(duì)我的無(wú)私幫助，使我得以順利完成論文。最后，再次對(duì)關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝。參考文獻(xiàn)1 Wang Qianxiang.Towards a rule model for self-adaptivesoftwareJ.ACM SIGSOFT So

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