畢業(yè)設(shè)計論文孫雁濤

1、摘 要太陽能月球車模型的控制功能實現(xiàn)是基于月球表面的實際路況環(huán)境，并結(jié)合我國和國外現(xiàn)有月球車的發(fā)展基礎(chǔ)，尤其參考美國月球車的發(fā)展過程，通過對其結(jié)構(gòu)和功能的了解與分析而自主設(shè)計制作的。本作品的控制模式為智能控制模式，采用單片機作為月球模型車的檢測與控制核心，其各種功能控制是通過C語言程序來實現(xiàn)的。本論文主要從電機驅(qū)動模塊的設(shè)計與制作、傳感器模塊的設(shè)計與制作、單片機控制模塊的設(shè)計與制作三個方面對太陽能月球車模型的控制系統(tǒng)進行了全面的介紹，整個控制系統(tǒng)可以使太陽能月球車模型實現(xiàn)循跡、避障、越野等性能，能夠?qū)崿F(xiàn)人工智能控制，使太陽能月球車模型完全適應(yīng)月球表面崎嶇不平的路面狀況。關(guān)鍵詞：控制功能，控制系

2、統(tǒng)，單片機，智能AbstractSolar space vehicle model control function is based on the lunar surface environment and combining the actual conditions of our country and abroad, the existing lunar rover development foundation, especially American lunar rover development process, through the structure and function

3、 of the independent design.The work of the control model for the intelligent control mode, adopts the singlechip as the model of vehicle detection and the control of the core, its function is controlled by the C language program.This paper mainly from the motor drive module design, sensor module des

4、ign, MCU control module design in three aspects of solar space vehicle model the control system is presented in this paper, the control system can make the solar space vehicle model to achieve the tracking, obstacle avoidance, cross-country performance, can realize artificial intelligence control, s

5、o that the solar space vehicle model completely adapted to the lunar surface rough road conditions.KEYWOEDS: Control function, Control system, SCM, Intelligence目 錄1 前言.1 1.1 研究背景. 1.2 研究目的和意義. 1.3 國內(nèi)外發(fā)展趨勢. 1.4 本設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)特點. 1.5 方案研究與設(shè)計.2 控制系統(tǒng)功能總述.3 電機驅(qū)動模塊的設(shè)計與制作.3.1 2803芯片的原理和特性. 3.2 繼電器的原理、特性和選型.3.2.1

6、 繼電器的原理和特性. 3.2.2 繼電器的選型. 3.3 電機驅(qū)動模塊的硬件設(shè)計.4 傳感器模塊的設(shè)計與制作. 4.1 光電傳感器的原理和特性. 4.2 超聲波傳感器的原理和特性. 4.3 限位開關(guān)的原理和特性.5 單片機控制模塊的設(shè)計與制作. 5.1控制與檢測核心. 5.2 單片機控制模塊的硬件設(shè)計. 5.3 軟件程序設(shè)計. 5.3.1 C語言簡介. 5.3.2 軟件程序設(shè)計.6 總調(diào)試7 結(jié)論及展望.致謝.參考文獻.附件.1 前言1.1 研究背景 隨著科學技術(shù)的進步，太陽能月球車的發(fā)展越來越成熟，月球車的控制系統(tǒng)設(shè)計與智能化程度也越開越完善，其控制靈敏度和精確度得到了飛速的提高，可以很精

7、準的實現(xiàn)各種月球探測試驗。近幾年，我國對于外太空的探索實現(xiàn)了階段性的進展，成果顯著，登月計劃在一步一步的接近于現(xiàn)實，因此，一臺高性能的太空探測車對于實現(xiàn)月球探索是必不可少的。尤其是我國，月球車技術(shù)相比于部分發(fā)達國家來說，確實還是有一定差距的，還有諸多問題需要解決。所以，加緊對于月球車控制系統(tǒng)的完善與研究，勢在必行。1.2 研究目的和意義 本設(shè)計以美國月球車的控制系統(tǒng)為主要參考，通過自主設(shè)計與創(chuàng)新，了解了月球車控制系統(tǒng)的設(shè)計理念和方法。本設(shè)計的核心控制為單片機，單片機的應(yīng)用使得月球車的智能化程度更高，它可以通過識別路況，實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎、避障、循跡等功能，運用于月球探索，可以大大提高探測效率；將其進行功

8、能改造，可以轉(zhuǎn)化為一臺越野車，運用于野外作業(yè)，滿足社會需求。通過構(gòu)建月球車的控制系統(tǒng)，培養(yǎng)設(shè)計并實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的能力。在實踐過程中，熟悉以單片機為核心控制芯片，設(shè)計月球車的檢測、驅(qū)動和顯示等外圍電路，靈活應(yīng)用機電等相關(guān)學科的理論知識，聯(lián)系實際電路設(shè)計的具體實現(xiàn)方法，達到理論與實踐的統(tǒng)一。1.3 國內(nèi)外發(fā)展趨勢 近幾年，隨著科技的飛速發(fā)展，人類對于外太空的探索顯得越來越頻繁，也顯得越來越重要。其中，月球車在外太空探索中扮演了很重要的角色，許多復(fù)雜任務(wù)的完成，都要通過月球車的協(xié)助。月球車技術(shù)其實也屬于機器人技術(shù)。國外的月球車技術(shù)還是很先進的，世界上第一臺月球車是于1970年11月17日由蘇聯(lián)“月

9、球”17號探測器送上月球的，隨后美國也于1971年7月31日進行了首次有人駕駛的月球車月球之旅。進入21世紀以來，美國先后研制了幾款新型的月球車，其中一款是由美國宇航局特地設(shè)計的“月球載重車”（lunar truck），其最大的特點是載重車將有6個輪子，每個輪子有兩個輪胎，這種突破傳統(tǒng)的“六輪設(shè)計”已經(jīng)在火星車運行中得到了檢驗，即使其中一個輪子出現(xiàn)故障，另外5個輪子仍然具有優(yōu)越行動能力，輪子本身可以實現(xiàn)360度獨立旋轉(zhuǎn)，這種設(shè)計賦予載重車前所未有機動性能，可以向任何一個方向前進；另一款則著眼于駐扎月球的宇航員的艙外活動，即“小型充壓漫游車”（Small Pressurized Rover），由

10、于不再是敞篷，密封的艙室使得宇航員在駕駛這種車輛時不需要再穿著宇航服。我國現(xiàn)在的月球車技術(shù)雖然不比美國，但近年來，也取得了突飛猛進的進步。目前我國最先進的一款月球車是由最早研制月球車的哈爾濱工業(yè)大學副校長鄧宗全教授率領(lǐng)創(chuàng)新團隊推出的國內(nèi)唯一的8輪差動扭桿彈簧式月球車樣機，為探月工程提供了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“中國造”月球車可選移動系統(tǒng)車型。這個月球車通過了模擬月球地形環(huán)境試驗，在功能上具備探月工程所需的月球車基本功能和基本組成部分。 未來的月球車一定會變得更加便捷，功能會更加完善和強大，形式會更加新穎奇特，人類一定會實現(xiàn)漫游月球的理想。1.4 本設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)特點太陽能月球車模型總體結(jié)構(gòu)簡圖此圖

11、為本設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)簡圖，如圖示，主要機械結(jié)構(gòu)設(shè)計可以分為三個部分，電機驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計、萬向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計和彈簧減震機構(gòu)設(shè)計。電機驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計，主要是為了使太陽能月球車更方便快捷的實現(xiàn)前進、后退和轉(zhuǎn)彎等基本行走功能，因此，在此處要加入電機驅(qū)動模塊的控制系統(tǒng)設(shè)計。萬向旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和彈簧減震機構(gòu)的設(shè)計，主要是為了使太陽能太空車更靈敏的實現(xiàn)避障、循跡等功能，能夠使太陽能月球車更好的適應(yīng)月球表面復(fù)雜多變的路面狀況。1.5 方案研究與設(shè)計 根據(jù)本設(shè)計的題目要求和設(shè)計任務(wù)，結(jié)合本設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)，為了更好的實現(xiàn)各模塊的功能，對各模塊進行了方案研究與設(shè)計。1.電機驅(qū)動模塊方案設(shè)計由于普通直流電機易于購買，并且電路相對

12、簡單，故采用直流電機作為動力源。直流電動機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)整范圍廣；過載能力強，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)；能滿足各種不同的特殊運行要求。電機驅(qū)動模塊則采用ULN2803芯片作為驅(qū)動芯片，通過在其輸入端輸入高電平，實現(xiàn)對繼電器的驅(qū)動，進而實現(xiàn)對于電機正反轉(zhuǎn)的驅(qū)動。2.傳感器模塊方案設(shè)計為了實現(xiàn)太陽能月球車的循跡、避障和越野等性能，其檢測系統(tǒng)采用超聲波傳感器、限位開關(guān)和光電傳感器等檢測元件。其中，本設(shè)計的避障性能主要通過超聲波傳感器和限位開關(guān)的檢測功能來實現(xiàn)；循跡和越野性能主要通過光電傳感器的檢測功能來實現(xiàn)。3.單片機控制模塊的設(shè)計方案本設(shè)計

13、的控制核心采用STC89C52單片機作為主控制器，STC89C52是一個低功耗、高性能和超強抗干擾的單片機。其使用方便快捷，能夠更好的實現(xiàn)對太陽能月球車的控制功能。4.電源模塊的設(shè)計方案本設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)略顯復(fù)雜，其功能性的實現(xiàn)，需要8個直流電機驅(qū)動，這就需要電源模塊具有較強的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能，因此，選用蓄電池作為系統(tǒng)的供電源。 2 控制系統(tǒng)功能總述本作品的控制系統(tǒng)是基于月球表面的實際路況環(huán)境而設(shè)計的，太空車的實際工作性能需要滿足月球表面的實際路況環(huán)境，以達到月球車可以在月球表面無障礙的前行，更好的實現(xiàn)月球探測。本作品可以實現(xiàn)的智能控制功能主要有一下4個方面：1.月球車可以實現(xiàn)

14、前進、后退和轉(zhuǎn)彎的基本行進功能，其控制轉(zhuǎn)向的電機可以實現(xiàn)360度全方位旋轉(zhuǎn)；2.月球車通過超聲波傳感器和限位開關(guān)的檢測控制，實現(xiàn)避障功能，可以順利通過障礙區(qū)；3.光電傳感器的應(yīng)用，使得月球車可以實現(xiàn)循跡前行；4.聲控開關(guān)的應(yīng)用，使得月球車可以實現(xiàn)聲控啟動與停止功能。單片機超聲波檢測模塊電機驅(qū)動模塊限位開關(guān)控制模塊紅外傳感模塊太陽能太空車控制系統(tǒng)框圖3 電機驅(qū)動模塊的設(shè)計與制作3.1 2803芯片的原理和特性 本設(shè)計中，電機驅(qū)動模塊的設(shè)計采用ULN2803芯片驅(qū)動繼電器的方式實現(xiàn)。ULN2803芯片為八重達林頓晶體管陣列，共18個引腳。其中，腳1、2、3、 4、5、6、7、8為輸入，對應(yīng)的腳18

15、、17、16、15、14、13、12、1為輸出。10腳為8路輸出的續(xù)流二極管公共端，9腳接地。其輸入電壓為5V。ULN2803引腳圖ULN2803驅(qū)動繼電器,輸出端直接接繼電器線圈一端,繼電器線圈的另一端接V+電源。輸入端直接和單片機I/O相連,單片機輸出高電平就可驅(qū)動繼電器動，實現(xiàn)電機的驅(qū)動。為了使驅(qū)動動作穩(wěn)定，需在ULN2803輸入端上拉3.3K的電阻。3.2 繼電器的原理、特性 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等

16、作用。 本設(shè)計中采用的是電磁繼電器，其一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。3.3 電機驅(qū)動模塊的硬件設(shè)計1.電機驅(qū)動模塊設(shè)計框圖單片機直流電機繼電器ULN2803 2.電機驅(qū)動模塊電路原理圖圖3.2.1 電機驅(qū)動模塊的設(shè)計原理圖在本作品設(shè)計制作過程

17、中，并未直接用單片機控制，而是采用按鍵控制，驗證此方案是否可以很好的實現(xiàn)驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)。按鍵K1、K2均為非自鎖的按鍵開關(guān)，當按下K1時，ULN2803芯片接收到5V電壓，進而驅(qū)動繼電器，實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)：同理，當按下K2時，ULN2803芯片便可驅(qū)動另一個繼電器，實現(xiàn)電機的反轉(zhuǎn)。本設(shè)計中，一共需要驅(qū)動8個電機的正反轉(zhuǎn)，其中4個電機同時驅(qū)動太空車行走，另外4個電機同時控制太空車轉(zhuǎn)向，其機械結(jié)構(gòu)如圖3.2.2所示：圖3.2.2 輪胎控制機械結(jié)構(gòu)圖每一個電機驅(qū)動的電路原理均為圖3.2.1所示。4 傳感器模塊的設(shè)計與制作4.1 光電傳感器的原理和特性 光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它

18、首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。 本設(shè)計采用紅外檢測法實現(xiàn)太陽能月球車的循跡功能。紅外檢測法即利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點，在太空車行進的過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到非黑色的地面時發(fā)生漫反射反射光被裝在月球車上的傳感器接收；如果遇到黑線，則紅外光被吸收，則

19、月球車上的傳感器接受信號。以實現(xiàn)對于月球車的循跡控制。其電路原理圖如下圖示：單片機電機驅(qū)動模塊紅外傳感模塊光電傳感器控制模塊設(shè)計框圖4.2 超聲波傳感器的原理和特性超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。其系統(tǒng)構(gòu)成由發(fā)送傳感器 ( 或稱波發(fā)送器 ) 、接收傳感器 ( 或稱波接收器 ) 、控制部分與電源部分組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為 15mm 左右的陶瓷振子換能器組成，換能器作用是將陶瓷振子的電振動能量轉(zhuǎn)換成超能量并向空

20、中輻射；而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產(chǎn)生機械振動，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送的超聲波進行檢測。控制部分主要對發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計數(shù)及探測距離等進行控制。超聲波傳感器電源 ( 或稱信號源 ) 可用DC5V或DC12V。 超聲波傳感器的實物圖本設(shè)計采用T/R-40-12小型超聲波傳感器作為探測前方障礙物體的檢測元件，其中心頻率為40Hz，由STC89C51發(fā)出的40KHz脈沖信號驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)送器發(fā)出40KHz的脈沖超聲波，如月球車前方遇到有障礙物時，此超聲波信號被障礙物反射回來，由接收器接收，經(jīng)兩級放大，再經(jīng)帶有鎖

21、相環(huán)的音頻解碼芯片解碼，當輸入信號大于25mV時，輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖?，送STC89C51單片機處理，以實現(xiàn)月球車的避障性能。單片機超聲波檢測模塊電機驅(qū)動模塊超聲波檢測控制模塊設(shè)計框圖4.3 限位開關(guān)的原理和特性 限位開關(guān)又稱行程開關(guān)，可以安裝在相對靜止的物體（如固定架、門框等，簡稱靜物）上或者運動的物體（如行車、門等，簡稱動物）上。當動物接近靜物時，開關(guān)的連桿驅(qū)動開關(guān)的接點引起閉合的接點分斷或者斷開的接點閉合。由開關(guān)接點開、合狀態(tài)的改變轉(zhuǎn)換為電信號，輸入單片機，進而實現(xiàn)對于電路或電機的控制。圖4.3.1 限位開關(guān)實物圖本設(shè)計中，將四個限位開關(guān)分別安裝在月球車的四個輪胎所在位置附近（如圖4

22、.3.2所示），當月球車在行進的過程中，若其中的一個或幾個限位開關(guān)觸及到障礙物時，便會將開關(guān)接點的開、合狀態(tài)的變化轉(zhuǎn)換為電信號，實現(xiàn)對于月球車行進或轉(zhuǎn)向的控制。圖4.3.2單片機電機驅(qū)動模塊限位開關(guān)模塊圖4.3.3 限位開關(guān)控制模塊的設(shè)計框圖 5 單片機控制模塊的設(shè)計與制作5.1控制與檢測核心 1.單片機簡介單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管它的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前的單片機大部分還會具有外存。同時集成了諸如通訊接口、定時器、定時時鐘等外圍設(shè)備。而目前功能最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音

23、、網(wǎng)絡(luò)以及復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在同一塊芯片上。單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成在一個芯片上。它具有體積小、質(zhì)量輕、價格便宜等特點，為日常學習、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利的條件。單片機是靠C語言程序運行的，并且程序是可以修改的。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是其他芯片所不及的。2.STC89C52單片機的硬件結(jié)構(gòu)在本設(shè)計中，所采用的控制與檢測核心是STC89C52單片機,該單片機是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器

24、、并行I/O口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。l 微處理器該單片機中有一個8位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進行位變量的處理。l 數(shù)據(jù)存儲器片內(nèi)為128個字節(jié)，片外最多可外擴至64k字節(jié)，用來存儲程序在運行期間的工作變量、運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。l 程序存儲器由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲器一般容量較小，

25、如果片內(nèi)的只讀存儲器的容量不夠，則需用擴展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴至64k字節(jié)。l 中斷系統(tǒng)具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。l 定時器/計數(shù)器片內(nèi)有2個16位的定時器/計數(shù)器， 具有四種工作方式。l 串行口1個全雙工的串行口，具有四種工作方式。可用來進行串行通訊，擴展并行I/O口，甚至與多個單片機相連構(gòu)成多機系統(tǒng)，從而使單片機的功能更強且應(yīng)用更廣。l P1口、P2口、P3口、P4口為4個并行8位I/O口。l 特殊功能寄存器共有21個，用于對片內(nèi)的各功能的部件進行管理、控制、監(jiān)視。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的RAM區(qū)。由上可見，STC89C52單片機的硬件結(jié)構(gòu)

26、具有功能部件種類全，功能強等特點。特別值得一提的是該單片機CPU中的位處理器，它實際上是一個完整的1位微計算機，這個1位微計算機有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位機在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、過程控制方面非常有效；而8位機在數(shù)據(jù)采集，運算處理方面有明顯的長處。MCS-51單片機中8位機和1位機的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相承，它是單片機技術(shù)上的一個突破，這也是MCS-51單片機在設(shè)計的精美之處。3.STC89C52單片機的硬件特性l 單片機集成度高包括CPU、4KB容量的ROM（8031 無）、128 B容量的RAM、 2個16位定時/計數(shù)器、4個8位并行口、全雙工串口行口； l

27、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實現(xiàn)模塊化； l 單片機可靠性高，可長時間工作無故障； l 處理功能強，速度快； l 低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；l 控制功能強； 圖5.1.1 STC89C52單片機實物圖4.STC89C52單片機的工作過程單片機自動完成賦予它的任務(wù)的過程，也就是單片機執(zhí)行程序的過程，即按編程順序執(zhí)行每一條指令的過程。所謂指令，就是把要求單片機執(zhí)行的各種操作以命令的形式寫下來，這是由設(shè)計人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對應(yīng)著一種基本操作。單片機所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機的指令系統(tǒng)，不同種類的單片機，其指令系統(tǒng)亦不同。為使單片機能自動完成某一特定任務(wù)，必須把要解決

28、的問題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機能識別和執(zhí)行的指令），這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預(yù)先存放在具有存儲功能的部件存儲器中。存儲器由許多存儲單元（最小的存儲單位）組成，指令就存放在這些單元里，每一個存儲單元也必須被分配到唯一的地址號，該地址號稱為存儲單元的地址，這樣只要知道了存儲單元的地址，就可以找到這個存儲單元，其中存儲的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。 程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機在執(zhí)行程序時要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行，必須有一個部件能追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計數(shù)器PC（包含在CPU中），在開始執(zhí)行程序時，給PC

29、賦以程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令，PC之中的內(nèi)容就會自動增加，增加量由本條指令長度決定，可能是1、2或3，以指向下一條指令的起始地址，保證指令順序執(zhí)行。5.2 單片機控制模塊的硬件設(shè)計1.最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計STC89C52是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單可靠。用STC89C52單片機構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖5.2.1 STC89C52單片機最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點有：l 有可供用戶使用的大量I/O口線。l 內(nèi)部存儲器容量有限。l 應(yīng)用系統(tǒng)

30、開發(fā)具有特殊性。1) 時鐘電路STC89C52雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。STC89C52單片機的時鐘產(chǎn)生方法有兩種，內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設(shè)計采用最常用的內(nèi)部時鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在1.2MHZ到12MHZ之間選擇。電容值無嚴格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響。在本設(shè)計中C1、C2的取值均為20pF，振蕩晶體選擇12MHZ。（時鐘電路如圖5.2.2所示）圖5.2.1

31、 STC89C52單片機最小系統(tǒng)圖5.2.2 STC89C52時鐘電路2) 復(fù)位電路 STC89C52的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。最簡單的上電自動復(fù)位電路中，上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要VCC的上升時間不超過1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。本設(shè)計就是用的按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻與電源VCC接通而實現(xiàn)的。按鍵手動復(fù)位電路見圖5.2.3。圖5.2.3 STC89C52復(fù)位電

32、路2.單片機控制模塊硬件總體設(shè)計5.3 軟件程序設(shè)計5.3.1 C語言簡介 C語言是目前世界上最流行、使用最廣泛的高級程序設(shè)計語言。 對于操作系統(tǒng)和系統(tǒng)使用程序以及需要對硬件進行操作的場合，用C語言明顯優(yōu)于其它高級語言，許多大型應(yīng)用軟件都是用C語言編寫的。 C語言具有繪圖能力強，可移植性，并具備很強的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動畫，它是數(shù)值計算的高級語言。在本設(shè)計中，主要運用C語言作為整個系統(tǒng)的程序控制語言。C語言主要有特點： l 簡潔緊湊、靈活方便 C語言一共只有32個關(guān)鍵字,9種控制語句，程序書寫自由，主要用小寫字母表示。它把高級語言的基本結(jié)構(gòu)和語句與低級語言的實

33、用性結(jié)合起來。C 語言可以象匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進行操作, 而這三者是計算機最基本的工作單元。 l 運算符豐富 C語言的運算符包含的范圍很廣泛，共有34個運算符。C語言把括號、賦值、強制類型轉(zhuǎn)換等都作為運算符處理。從而使C的運算類型極其豐富，表達式類型多樣化。靈活使用各種運算符可以實現(xiàn)在其它高級語言中難以實現(xiàn)的運算。 l 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富 C的數(shù)據(jù)類型有：整型、實型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等。能用來實現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型的運算。并引入了指針概念,使程序效率更高。另外C語言具有強大的圖形功能, 支持多種顯示器和驅(qū)動器。且計算功能、邏輯判斷功能強大。 l C是結(jié)構(gòu)式

34、語言 結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化,即程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此獨立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦? 便于使用、維護以及調(diào)試。C語言是以函數(shù)形式提供給用戶的,這些函數(shù)可方便的調(diào)用,并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向,從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。 l C語法限制不太嚴格、程序設(shè)計自由度大 一般的高級語言語法檢查比較嚴，能夠檢查出幾乎所有的語法錯誤。而C語言允許程序編寫者有較大的自由度。 l C語言允許直接訪問物理地址，可以直接對硬件進行操作 因此既具有高級語言的功能，又具有低級語言的許多功能，能夠象匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進行操作,而這三者是計算機最基本的工作單元，可以

35、用來寫系統(tǒng)軟件。 l C語言程序生成代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高 一般只比匯編程序生成的目標代碼效率低1020%。 l C語言適用范圍大，可移植性好 C語言有一個突出的優(yōu)點就是適合于多種操作系統(tǒng), 如DOS、UNIX,也適用于多種機型。 5.3.2 軟件程序設(shè)計 6 總調(diào)試l 太陽能電池板的調(diào)試在太陽能電池板的調(diào)試過程中，遇到的最大問題就是電壓達不到所需要求，為了解決這個問題，我們使用了專用電腦芯片的智能化控制器（如圖6.1）。該控制器采用一鍵式輕觸開關(guān)，完成所有操作及設(shè)置。具有短路、過載、獨特的防反接保護，充滿、過放自動關(guān)段、恢復(fù)等全功能保護措施，詳細的充電指示、蓄電池狀態(tài)、負載及各種故障指示

36、。經(jīng)過長時間的調(diào)試與實驗，最終可以實現(xiàn)純光控制模式、光控加延時模式（可以在015個小時之間控制）、調(diào)試模式、通用控制器方式等幾種主要控制模式。這種控制依靠太陽能電池板提供的電壓的變化，通過內(nèi)置單片機進行判斷后對電壓進行處理最后在輸出端達到蓄電池所需要的12V14V的充電狀態(tài)。圖 6.1 太陽能電池板控制器圖 6.2 太陽能電池板控制器電路原理圖l 本設(shè)計控制部分的硬件制作部分都是通過手工焊接完成的，所以，所制作的電路板不可能完全達到工作要求，不免出現(xiàn)虛焊或短路等問題，經(jīng)過不斷地修調(diào)，最終可以實現(xiàn)安全、可靠和長時間工作。l 在電機驅(qū)動模塊的設(shè)計與制作過程中，直接給ULN2803輸入端5V電壓，電

37、機可以正常正反轉(zhuǎn)；當通過單片機給ULN2803輸入端高電平時，電機不能穩(wěn)定工作，經(jīng)過檢查調(diào)試，是由于通過單片機輸出的電壓只能達到2.2V至2.6V，單片機無法識別是信號1還是信號0，所以導(dǎo)致電機不能正常工作。為了解決這個問題，在單片機的信號輸出端上拉一個3.3K的電阻，這樣就可以使單片機輸出的電壓達到3.4V左右，可以很好地實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)，工作穩(wěn)定。l 本設(shè)計中采用了各種傳感器，雖然每一種傳感器的工作原理相似，但其特性由于本次實驗需要捍接的器件較多，各器件對于電源電流的需要極大，我們先以雙電源開始調(diào)試，發(fā)現(xiàn)所有的開關(guān)器件很難穩(wěn)定地給單片機送正確值，只有當更換新電池或小車剛剛啟動時才會很準確，

38、經(jīng)過思考，這都是開關(guān)元件消耗電量很大的原因，一旦電池電量不足其工作將會萎靡不振，于是我們將所有開關(guān)器件劃成一個部分，由一塊電池專門供電。 在前輪PWM驅(qū)動轉(zhuǎn)向電路運行中，我們發(fā)現(xiàn)，電機只給一個轉(zhuǎn)向力，但保持長期轉(zhuǎn)向時，電機的轉(zhuǎn)動由于受到強行制動而處于一種相對靜止的狀態(tài)，導(dǎo)致PWM驅(qū)動電路產(chǎn)生大量的熱量，我們既利用軟件使其盡量減少長期單向轉(zhuǎn)動狀態(tài)，又在硬件上，在PWM驅(qū)動板上涂上了一層散熱膠，即使發(fā)熱，也不會燒壞PWM驅(qū)動電路。 在安裝上避障用光電開關(guān)之后，其與其它所有開關(guān)元件共用同一電源，在運行時發(fā)現(xiàn)三個用于尋跡用的開關(guān)元件不能全部正常工作了，據(jù)分析，避障用光電開關(guān)由于探測距離遠，功率大，很可

39、能影響其他元件改用單一電源供電后，小車正常工作。 在所有電源開啟后，系統(tǒng)即進入6秒鐘倒計時狀態(tài)，6秒鐘倒計時完畢之后，有時后輪電機不能正常啟動。經(jīng)分析，這是屬于正常情況，因為其啟動需要克服很大的慣性，而其電源又不能在瞬間提供很大的電流，所以就沒有動靜。此時，關(guān)掉單片機電源，再重新打開后即可進入正常狀態(tài)去正常運行。7結(jié)論及展望畢業(yè)設(shè)計是我在大學學習階段的最后一個環(huán)節(jié)，是對所學基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的一種綜合應(yīng)用，是一種綜合的再學習、再提高的過程，這一過程有助于培養(yǎng)我的學習能力和獨立工作能力。我選的題目是西安交通大學城市學院學生食堂施工組織設(shè)計，這個題目對于我而言是一個全新的挑戰(zhàn)。在設(shè)計時，導(dǎo)師著重強調(diào)了對工程量的計算。工程量計算一直是許多同學在學習中存在的困難問題，我也不例外。我選擇這個題目，就是想在大學這個最后的、最重要的時間里，把自己平時存在的問題解決掉，不能夠帶著問題遺憾的離開我的美好的大學。我選的這個題目是導(dǎo)師