電子線路說明書

1、 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)循跡小車摘要 自循跡智能小車是智能行走機(jī)器人的一種，這種智能小車可以適應(yīng)不同環(huán)境，不受溫度、濕度、空間、磁場(chǎng)輻射、重力等條件的影響，在人類無法進(jìn)入或生存的環(huán)境中完成人類無法完成的探測(cè)任務(wù)，適用于國(guó)防及民用等多個(gè)領(lǐng)域。本課題是自循跡智能小車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，智能小車的設(shè)計(jì)涉及到傳感器技術(shù)，電路設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)，控制理論等多方面知識(shí)，是一項(xiàng)綜合設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)目標(biāo)是讓智能小車能在彎曲不平的道路上自主循跡運(yùn)行，不偏離道路，主要內(nèi)容包括自循跡智能小車的硬件設(shè)計(jì)，電路仿真等重要內(nèi)容。首先介紹了智能小車控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開發(fā)。小車的核心硬件平臺(tái)采用的是可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，工作頻率較高

2、，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性較好的8位單片機(jī)AT89C52微控制器作為控制核心。硬件模塊包括電源模塊，紅外檢測(cè)模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，液晶顯示模塊，MCU最小系統(tǒng)模塊等的電路，分別實(shí)現(xiàn)不同的輸入信號(hào)和輸出執(zhí)行等功能。本硬件部分構(gòu)成小車的實(shí)體。其次，自循跡智能小車的軟件平臺(tái)為KEIL軟件，利用KEIL編寫的程序在PROTUES下對(duì)電路的主要功能進(jìn)行仿真，以實(shí)現(xiàn)任務(wù)所需的要求。用4個(gè)按鍵1,2,3,4,代表了1左邊電機(jī)正轉(zhuǎn)，2代表左邊電機(jī)反轉(zhuǎn)，3代表右邊電機(jī)正轉(zhuǎn)，4代表右邊電機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)按下鍵時(shí)觀察波形是否滿足要求，不滿足要求時(shí)不斷修正參數(shù)和程序，達(dá)到給定任務(wù)的要求。從而實(shí)現(xiàn)小車在實(shí)驗(yàn)環(huán)境自動(dòng)循跡行駛的功能。在本設(shè)計(jì)中

3、，系統(tǒng)硬件和軟件都采用了模塊化結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能高，并可按需求增加或刪除功能。在軟件仿真過程中，智能小車能自適應(yīng)直道、彎道、交叉線等各種復(fù)雜的路況，達(dá)到自循跡智能小車設(shè)計(jì)的目標(biāo)和要求。關(guān)鍵詞：AT89C52；循跡小車；傳感器；電源目錄摘要I第一章 緒論11.1 引言11.2 課題國(guó)內(nèi)外發(fā)展11.3 課題的意義2第二章 總體方案設(shè)計(jì)32.1 設(shè)計(jì)方案圖32.2 各模塊的功能42.3 總結(jié)5第三章 硬件電路設(shè)計(jì)63.1 看門狗電路設(shè)計(jì)63.2 外圍電路設(shè)計(jì)73.2.1 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)73.2.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)83.2.3 開關(guān)電路設(shè)計(jì)93.3 紅外檢測(cè)電路設(shè)計(jì)93.4 通信電路設(shè)

4、計(jì)103.5 顯示電路設(shè)計(jì)113.6 控制電路設(shè)計(jì)123.7 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)133.8 電源電路設(shè)計(jì)133.9 總結(jié)16第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)174.1編程語(yǔ)言及開發(fā)工具174.2 軟件設(shè)計(jì)總體思路174.3 總結(jié)17第五章 仿真及實(shí)驗(yàn)調(diào)試185.1 Proteus簡(jiǎn)介185.2 仿真185.3 總結(jié)19第六章 總論20參 考 文 獻(xiàn)21附錄A 電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序22I第一章 緒論1.1 引言人們一直都想擁有一種能夠自動(dòng)駕駛，并且能夠適應(yīng)各種復(fù)雜路面情況和沿著指定道路(軌跡)運(yùn)行的車輛。多年來，隨著企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，自動(dòng)化技術(shù)不斷加深，電子智能控制在汽車工業(yè)上的應(yīng)用越來越普遍的大環(huán)境下，人們的這

5、一夢(mèng)想終于有望得到實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在，世界上許多國(guó)家都在對(duì)智能車輛進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、電子技術(shù)、人工智能的飛速發(fā)展，這為智能小車系統(tǒng)的搭建提供了實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)。目前，智能小車技術(shù)在家用汽車上主要應(yīng)用于碰撞預(yù)警系統(tǒng)、防撞及輔助駕駛系統(tǒng)、智能速度適應(yīng)、自動(dòng)操作等。而智能小車在軍事上的應(yīng)用則更加廣泛和典型。車輛智能化是汽車工業(yè)今后的發(fā)展趨勢(shì)，也是人們對(duì)安全性、智能化要求越來越高的汽車工業(yè)的發(fā)展方向。隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的高新技術(shù)的發(fā)展，以及模糊控制技術(shù)、神經(jīng)模糊技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等新的控制技術(shù)的發(fā)展，在不久的將來智能小車系統(tǒng)將會(huì)有突破性的進(jìn)展陽(yáng)。智能

6、小車系統(tǒng)的實(shí)用化是是智能車輛發(fā)展的前進(jìn)方向，應(yīng)變能力強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性好的智能車輛將是今后的研究重點(diǎn)。1.2 課題國(guó)內(nèi)外發(fā)展研制智能小車大致經(jīng)過三個(gè)階段：第一階段是可編程的示教再現(xiàn)型智能小車。由于其不具有傳感器，所以不能接收外界信息，在行駛過程中不能根據(jù)外界環(huán)境的變化而調(diào)整自身，所以其應(yīng)用范圍非常狹窄。第二個(gè)階段是具有一定感覺功能和自適應(yīng)能力的離線編程型智能小車。此種小車配備了簡(jiǎn)單的外部傳感器，可以確定自身位置和方向，通過事先編排好的算法在運(yùn)行過程對(duì)自身進(jìn)行調(diào)整。第三個(gè)階段是能感知外界環(huán)境與對(duì)象物的智能小車，該智能小車能夠?qū)?fù)雜的路面信息進(jìn)行準(zhǔn)確處理，有能力對(duì)自己的行為做出自主決策的智能小車。這類

7、智能小車一般配備多個(gè)傳感器，可以有效適應(yīng)環(huán)境，是有學(xué)習(xí)能力的機(jī)器人。1.3 課題的意義自動(dòng)循跡小車的設(shè)計(jì)有助于自動(dòng)行駛車輛的研究。人們?cè)谙硎芷噹淼谋憷耐瑫r(shí)，也開始關(guān)注其所帶來的巨大隱患。汽車的智能化可以減少駕駛員的工作量，減少因疲勞駕駛帶來的安全隱患；可以適應(yīng)復(fù)雜的天氣情況，減少交通事故的產(chǎn)生；結(jié)合網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星技術(shù)可以通知車輛合理的避開擁堵路面，實(shí)行科技治堵；可以降低車輛油耗，治理大氣污染等。 所以，智能駕駛車輛將是未來汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)智能車輛駕駛將會(huì)給人類社會(huì)帶來巨大影響。智能小車技術(shù)也已在許多工業(yè)部門獲得廣泛應(yīng)用。它們比人類有更好的可靠性，而且價(jià)格低廉，最適合在那些人類無法工作的環(huán)境中

8、工作。在焊接、醫(yī)療應(yīng)用、在日常生活、幫助殘疾人、水下、太空及遠(yuǎn)程操作已經(jīng)有了相應(yīng)的應(yīng)用，既提高了工作效率，又可以有效避免有害物質(zhì)對(duì)人體的傷害。智能小車技術(shù)正在漸漸的融入我們的社會(huì)生活，今后必將發(fā)揮更加大的作用。智能小車在生活中也有廣泛應(yīng)用。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，智能小車被用來幫助殘疾人，通過人體和智能小車相互配合，幫助殘疾人完成日?；顒?dòng)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們可以在外控制家中的智能小車執(zhí)行特定的任務(wù)，比如清掃家具、控制家電等，任何任務(wù)都可以通過編程來完成。對(duì)于智能小車系統(tǒng)來說，它主要由路徑識(shí)別，速度采集、角度控制及車速控制等功能模塊組成，它是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、輔助駕駛等功能于一體的綜合

9、系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中的工作環(huán)境為小車在白色軌道上，沿著一條給定的黑色引導(dǎo)線行駛。在此設(shè)計(jì)的過程中，有助于對(duì)智能小車的發(fā)展起著非常重要的作用，因此自動(dòng)循跡小車設(shè)計(jì)是非常有必要的研究。第二章 總體方案設(shè)計(jì)本課題設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)循跡的小車，此小車能夠沿著黑色的軌跡曲線進(jìn)行行駛，以及能夠?qū)π≤嚴(yán)锩娴墓ぷ麟娫催M(jìn)行充電。2.1 設(shè)計(jì)方案圖循跡小車的硬件電路圖如圖2-1所示：電源驅(qū)動(dòng)電路紅外檢測(cè)控制回路看門狗顯示模塊外圍電路通信電路圖 2.1循跡小車的硬件電路設(shè)計(jì)以高性價(jià)比和低功耗為指導(dǎo)原則采用單片機(jī)為控制核心，根據(jù)紅外檢測(cè)的信號(hào)對(duì)小車進(jìn)行直行，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)起著重要的判決作用，從而做到了自動(dòng)循跡功能。 控制回路采用了A

10、T89C52單片機(jī)為控制核心，通過紅外檢測(cè)有無黑色障礙，從而給單片機(jī)發(fā)送信號(hào)，控制回路對(duì)此信號(hào)進(jìn)行處理，再給驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送信號(hào)。從而達(dá)到小車的控制目的。紅外檢測(cè)模塊主要為單片機(jī)提供電機(jī)轉(zhuǎn)的方向信號(hào)。采用4個(gè)感器TCRT5000型號(hào)，檢測(cè)的信號(hào)再與比較器的電壓進(jìn)行比較（即當(dāng)大于某值時(shí)輸出為正飽和值，則為光電管導(dǎo)通，故無障礙；反之輸出為負(fù)飽和值，則有障礙。因此電機(jī)不能直行了。由于有4路傳感器，因此采用4個(gè)運(yùn)放集成的芯片LM339。電源模塊采用的視開關(guān)電源將220V的交流電轉(zhuǎn)化充電電池所需的直流電，所采用控制芯片為ACT355A，再通過電源管理芯片來控制對(duì)電池進(jìn)行充電，從而有效的保護(hù)了電池，電源管理芯

11、片為L(zhǎng)PM3420A-12.6V。外圍電路是組成一個(gè)微機(jī)系統(tǒng)所需的最小單元電路，包括了復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，開關(guān)電路等。驅(qū)動(dòng)模塊所采用的是L293D驅(qū)動(dòng)芯片來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其內(nèi)部采用了橋式開關(guān)管的形式來控制大電壓，高電流，從而達(dá)到電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。顯示模塊采用的是LCD1284芯片，此芯片可以點(diǎn)陣顯示，故可以顯示中文字符，有助于在國(guó)內(nèi)推廣。可以不斷顯示電機(jī)的運(yùn)行的狀況。通信電路主要是單片機(jī)芯片與計(jì)算機(jī)通過USB進(jìn)行通信，將給定的程序燒寫到控制芯片中。由于計(jì)算機(jī)通信采用RS232電平，又單片機(jī)通信采用TTL電平，故通過電平轉(zhuǎn)換芯片CH340G進(jìn)行實(shí)現(xiàn)?？撮T狗模塊是一種硬件抗干擾的技術(shù)，將到處亂飛的程序進(jìn)行復(fù)位

12、，讓系統(tǒng)重新恢復(fù)正常。本設(shè)計(jì)中采用監(jiān)控電路處理芯片為MAX813.2.2 各模塊的功能循跡小車共采用了8個(gè)模塊，分別為：控制回路通過紅外檢測(cè)有無黑色障礙，從而給單片機(jī)發(fā)送信號(hào)，控制回路對(duì)此信號(hào)進(jìn)行處理，再給驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送信號(hào)。從而達(dá)到小車的控制目的。紅外檢測(cè)模塊主要為單片機(jī)提供電機(jī)轉(zhuǎn)的方向信號(hào)。電源模塊給單片機(jī)及其他芯片提供電源及小車提供電源。外圍電路是組成一個(gè)微機(jī)系統(tǒng)所需的最小單元電路，包括了復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，開關(guān)電路等。驅(qū)動(dòng)模塊小電壓，小電流控制大電壓，高電流，從而達(dá)到電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。顯示模塊不斷顯示電機(jī)的運(yùn)行的狀況。通信電路主要是單片機(jī)芯片與計(jì)算機(jī)通過USB進(jìn)行通信，將給定的程序燒寫到控制芯片

13、中。看門狗模塊主要是為了提高系統(tǒng)的抗干擾性。2.3 總結(jié)本系統(tǒng)采用傳感器檢測(cè)信號(hào)，通過控制器來控制驅(qū)動(dòng)電路，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，即小車的直行，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)。本章完成了以AT89C52單片機(jī)為核心，由傳感器、驅(qū)動(dòng)、LCD顯示芯片、鍵盤和電源模塊等組成的循跡小車的總體設(shè)計(jì)。本章敘述了各部分的功能。第三章 硬件電路設(shè)計(jì)硬件總體電路原理圖見附錄2，其中包括外圍模塊，電源模塊，紅外檢測(cè)模塊，控制電路，驅(qū)動(dòng)模塊，顯示模塊，通信模塊，看門狗模塊等8個(gè)模塊，下面分別敘述這些模塊。3.1 看門狗電路設(shè)計(jì) 看門狗電路它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)可由CPU復(fù)位的定時(shí)器，它的定時(shí)時(shí)間是固定不變的，一旦定時(shí)時(shí)間到，電路就產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)或中

14、斷信號(hào)。當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)，在小于定時(shí)時(shí)間隔內(nèi)，單片機(jī)輸出一信號(hào)刷新定時(shí)器，定時(shí)器處于不斷的重新定時(shí)過程，因此看門狗電路就不會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)或中斷信號(hào)，反之，當(dāng)程序因出現(xiàn)干擾而“跑飛”時(shí)，單片機(jī)不能刷新定時(shí)器，產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)或產(chǎn)生中斷信號(hào)使單片機(jī)復(fù)位或中斷，在中斷程序中使其返回到起始程序，恢復(fù)正常。本次設(shè)計(jì)采用看門狗專用集成芯片MAX813。設(shè)計(jì)的電路如圖3.1所示：圖3.1程序正常運(yùn)行時(shí)，由主程序在小于1.6s的時(shí)間間隔內(nèi)周期性地從P1.7端向MAX813的P1.7輸入端發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，以消除芯片內(nèi)部的看門狗定時(shí)器。實(shí)現(xiàn)指令為：若超過1.6s該輸入端收不到脈沖信號(hào)，則內(nèi)部看門狗定時(shí)器溢出，8號(hào)引

15、腳由高電平變?yōu)榈碗娖?。引起MAX813產(chǎn)生一個(gè)200ms的復(fù)位脈沖。同時(shí)使看門狗定時(shí)器清零和使8號(hào)引腳變成高電平。電路巧秒地利用了MAX813L的手動(dòng)復(fù)位輸入端MR。只要程序一旦跑飛引起程序“死機(jī)”，WDO端電平由高到低，當(dāng)WDO變低超過140ms，將引起MAX813L產(chǎn)生一個(gè)200ms的復(fù)位脈沖;同時(shí)使看門狗定時(shí)器清0和使WDO腳變成高電平。從而達(dá)到監(jiān)視的目的。該電路可以適時(shí)地監(jiān)控電源故障（掉電、電壓降低等）。圖3.1中PFI的一端接未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電源。電源正常時(shí)，確保R43上的電壓高于1.26V，即保證MAX813L的PFI輸入端電平高于1.26V。當(dāng)電源發(fā)生故障或PFI輸入端的電平低于1

16、.25V時(shí)，電源故障輸出端PFO 電平由高變低，引起單片機(jī)INTO中斷，采用單片機(jī)最高級(jí)中斷。CPU響應(yīng)中斷時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的中斷重要服務(wù)程序，保護(hù)數(shù)據(jù)，斷開外部用電電路等。參數(shù)選擇：1.5V電源由穩(wěn)壓提供，在芯片中電源線上接上去電容，以消除脈沖電壓的干擾。故選取0.1uF。2.R45和R43主要是將由電池提供的電壓進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)小于某值時(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行又必要的操作，最后停止工作。 3-1因此對(duì)Vi進(jìn)行檢測(cè)，由于電池為12.6V供電，在考慮采用7805做穩(wěn)壓電源所需輸入最小的電壓，以及電機(jī)工作最低電壓。故Vmin=6V，對(duì)應(yīng)VI=1.25V，綜合考慮得左右，左右。3.2 外圍電路設(shè)計(jì)本模塊主要包括構(gòu)成

17、一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)所需的模塊，有開關(guān)電路，復(fù)位電路，時(shí)鐘電路等模塊。3.2.1 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路主要采用晶振來進(jìn)行振蕩，兩個(gè)個(gè)電容協(xié)同組成三點(diǎn)式形式，使晶振工作在電感狀態(tài)，其電路如圖3.2.1 圖 3.2.1參數(shù)選擇：晶振選取11.0592MHz，主要是為了能夠準(zhǔn)確計(jì)算波特率而設(shè)計(jì)的，從而為串口發(fā)送做準(zhǔn)備。而兩個(gè)電容選擇從而使晶振工作在電感狀態(tài)，組成三點(diǎn)式振蕩。晶振特點(diǎn)工作頻率高，比純?nèi)c(diǎn)式工作穩(wěn)定。3.2.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)為了使系統(tǒng)在死機(jī)狀態(tài)能夠恢復(fù)正常，故必要設(shè)計(jì)復(fù)位電路，其電路如圖3.2.2 圖 3.2.2主要是為了給AT89C52芯片RET端有必要提供一個(gè)高電平（TTL電平所要求）

18、。參數(shù)選擇：當(dāng)開關(guān)未按下時(shí)，電容兩端的電壓為0,故RES輸出為低電平，當(dāng)開關(guān)閉合后，電容兩端電壓變?yōu)?V，從而使RES變?yōu)楦唠娖健亩_(dá)到復(fù)位狀態(tài)。R17與R18取值非常寬廣。故取值為,。3.2.3 開關(guān)電路設(shè)計(jì)為了充分利用電池的電源，以及可靠的合理利用，設(shè)計(jì)的開關(guān)電路如圖3.2.3圖 3.2.3 這些電路組成了單片機(jī)系統(tǒng)的最小外圍電路，是一個(gè)系統(tǒng)的必不可少的條件，只有這些基本電路完成，才能進(jìn)行擴(kuò)展功能電路。3.3 紅外檢測(cè)電路設(shè)計(jì)小車在黑色的軌跡上行駛，因此需要不斷檢測(cè)外界的條件，返給控制電路，控制電路對(duì)此做出判斷。才能達(dá)到沿著復(fù)雜的黑色軌跡行駛。因此外圍檢測(cè)電路起著非常重要的作用。本次設(shè)計(jì)

19、中采用了4個(gè)TCRT5000傳感器，不斷檢測(cè)外圍信號(hào)，其電路如圖3.3.1圖 3.3.1在黑色軌跡下，光電管斷開，因此IN2+輸出為高電平；反之IN2+輸出為低電平。檢測(cè)到的信號(hào)通過比較器后傳送給控制電路，電路如圖3.3.2圖 3.3.2由于存在4路檢測(cè)信號(hào)，故采用4個(gè)集成在一起的運(yùn)放芯片LM399，因?yàn)榇嬖谕獠織l件的干擾，故非黑色軌跡上運(yùn)行仍有可能檢測(cè)信號(hào)輸出達(dá)到TTL滿足的高電平，因此需要設(shè)計(jì)比較器，與某電壓值進(jìn)行比較，某電壓值產(chǎn)生如圖3.3.3圖 3.3.3其中R28是用來調(diào)節(jié)能檢測(cè)黑色軌跡的基準(zhǔn)電壓，從而使輸出為高電平而不誤報(bào)電平錯(cuò)誤。3.4 通信電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)要能夠與PC機(jī)進(jìn)行

20、通信，能夠通過USB加載相關(guān)程序進(jìn)來，故需要通信電路，其電路如圖3.4所示圖 3.4設(shè)計(jì)中采用一個(gè)USB總線的轉(zhuǎn)接芯片CH340，轉(zhuǎn)化成RS232電平，從而達(dá)到計(jì)算機(jī)與該系統(tǒng)進(jìn)行通信，通過USB進(jìn)行加載程序。3.5 顯示電路設(shè)計(jì)能夠?qū)崟r(shí)觀察到小車的運(yùn)行狀態(tài)，故需要顯示電路，由于要顯示中文而方便觀看故采用點(diǎn)陣顯示芯片LCD12864，其電路如圖3.5圖 3.5通過液晶顯示觀看小車運(yùn)行的狀態(tài)，觀察是否符合要求，以及能夠輸出傳感器的檢測(cè)信號(hào)，若不滿足要求可以調(diào)節(jié)傳感器的基準(zhǔn)電壓，從而能達(dá)到非常方便調(diào)節(jié)小車循跡過程中遇到的問題。3.6 控制電路設(shè)計(jì)通過傳感器檢測(cè)的信號(hào)發(fā)送給控制電路，控制電路通過程序規(guī)

21、程發(fā)相關(guān)指令給驅(qū)動(dòng)電路，從而實(shí)現(xiàn)小車的直行，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)。本次設(shè)計(jì)中采用控制芯片為AT89C52，其電路如圖3.6圖 3.6由于AT89C52作為普通I/O口使用時(shí)需接上拉電阻，如圖的R20，控制電路與其他電路的連接情況如圖中的標(biāo)號(hào)。3.7 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)采用驅(qū)動(dòng)芯片L293D，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種兩相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)部含有2個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)情況，其電路如圖3.7圖 3.7通過單片機(jī)的弱信號(hào)來控制大電流，大電壓，從而達(dá)到電機(jī)在時(shí)候進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，什么時(shí)候轉(zhuǎn)速減慢等情況。4個(gè)二極管起著續(xù)流的作用，給電機(jī)中的電感中能量有泄放回路。從而實(shí)現(xiàn)

22、正反轉(zhuǎn)情況。3.8 電源電路設(shè)計(jì)工業(yè)中及家庭中用電為220V，要將此電壓轉(zhuǎn)化成為該系統(tǒng)所需的電壓故必要設(shè)計(jì)的內(nèi)容。由于小車輕巧，要想減輕重量，故采取開關(guān)電源，其電路如圖3.8.1所示圖 3.8.1開關(guān)電源設(shè)計(jì)形式為：PWM整流DCDCAC本次設(shè)計(jì)中采用開關(guān)電源芯片為ACT355A，DCDC采用的是反激電路，由ACT355A的SW發(fā)出開關(guān)頻率，從而使反激電路的輸入通道進(jìn)行不斷的通斷，此過程中的頻率非常高，故在輸出的直流的紋波系數(shù)非常小。ACT355A中的FB端通過同名端（磁信號(hào)）檢測(cè)輸出的電壓信號(hào)反饋到芯片中，進(jìn)而通過一系列芯片內(nèi)部控制，輸出合適的開關(guān)頻率。其中R15與R19構(gòu)成反饋通道。查AC

23、T355A芯片手冊(cè)可知，根據(jù)手冊(cè)中提供的典型電路來計(jì)算出相應(yīng)的參數(shù)： 3-8-1 NS為反激電路輸出端的變壓器匝數(shù)，NA為反激電路輸入端的變壓器匝數(shù)。VF為穩(wěn)壓二極管D3的壓降值。要給3節(jié)鋰電池充電，故需要14V左右的直流電源，故VOUT取值為14.5V,穩(wěn)壓管的壓降VF=0.5V。故 3-8-2 合理取值R15，R19，NA，NS。以達(dá)到上述的要求的值。本次設(shè)計(jì)中取值為： 3-8-3 3-8-4 3-8-5 3-8-6此電路還有另一優(yōu)勢(shì)就是輸入端與輸出端隔離，從而形成有效的保護(hù)。在直流電源設(shè)計(jì)后得到14V左右的直流電源，再對(duì)鋰電池的充電電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于鋰電池比較昂貴，且要合理利用資源，為了

24、提高鋰電池的壽命，因此在不同時(shí)期對(duì)電池充電的要求不同，本設(shè)計(jì)中采用了鋰電池充電管理芯片LMP3420，其電路如圖3.8.2所示圖 3.8.2本設(shè)計(jì)采用LPM3420資料手冊(cè)的典型電路數(shù)據(jù)低壓差形式來充電，避免了鋰離子迅速流向一邊，充電速率基本保持恒定值。因此可有效保護(hù)電池短暫充電，由于開關(guān)電源采用了反饋控制故輸出的直流電源維持在恒定值。雖然充電電路無過壓保護(hù)，由于前級(jí)開關(guān)電源作用（采用芯片ACT355A，對(duì)交流輸入端有著較大的變化范圍），輸出直流電為恒定值。故采用恒壓差充電器非常好。當(dāng)開關(guān)電源斷開時(shí)，鋰電池通過D1，Q4兩個(gè)器件與電路進(jìn)行隔離，從電池不會(huì)放電。當(dāng)電池充電充滿時(shí)，LMP4320芯

25、片OUT輸出電壓較高，使Q2斷開，從而使Q1斷開，故切斷了充電通路，避免了過沖發(fā)生。防止電池通過充電電路放電，調(diào)整管Q1應(yīng)選用大電流MOSFET，Q3應(yīng)選用小電流MOSFET。3.9 總結(jié)將整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分解各個(gè)模塊，分析各個(gè)模塊的功能，有助于設(shè)計(jì)思考。本系統(tǒng)包含的硬件電路有控制電路設(shè)計(jì)、電源電路設(shè)計(jì)、外圍電路設(shè)計(jì)、紅外檢測(cè)電路設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、顯示電路設(shè)計(jì)、通信電路設(shè)計(jì)、看門狗電路設(shè)計(jì)等8個(gè)模塊，在此過程中對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行了引入、電路設(shè)計(jì)圖、設(shè)計(jì)思想、以及有必要的電路參數(shù)計(jì)算。在設(shè)計(jì)過程中對(duì)各個(gè)模塊都進(jìn)過認(rèn)真測(cè)試，適合小車的要求，抗干擾性能良好。本硬件設(shè)計(jì)部分構(gòu)成小車的實(shí)體，在下文中的軟件

26、設(shè)計(jì)將在此模塊化的小車硬件實(shí)體上實(shí)現(xiàn)。第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)主要是通過傳感器檢測(cè)的信號(hào)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行控制的。4.1編程語(yǔ)言及開發(fā)工具 本系統(tǒng)的處理器是單片機(jī)AT89C52。為此，首選Keil Vision 作為其開發(fā)工具。Keil Vision 是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)。其功能強(qiáng)大，生成的代碼緊湊，是目前世界上使用最廣泛的51系列兼容單片機(jī)開發(fā)工具。4.2 軟件設(shè)計(jì)總體思路為了讓智能小車能夠自循跡行駛，智能小車主要依靠紅外檢測(cè)智能小車相對(duì)于軌跡的當(dāng)前位置。智能小車在運(yùn)行過程中會(huì)遇到如圖41所示三種典型位置。如果檢測(cè)到黑線在小車中正，

27、則電機(jī)不轉(zhuǎn)向，并且電機(jī)使小車加速；如果檢測(cè)到黑線在智能小車左側(cè)(或右側(cè))則說明智能小車即將進(jìn)入左彎曲線(或右彎曲線)，這時(shí)控制舵機(jī)使智能小車向左右偏轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。圖 4.1設(shè)計(jì)的程序見附錄1.4.3 總結(jié)本章介紹了所采用的編程語(yǔ)言C51和編程平臺(tái)KEIL。完成了軟件系統(tǒng)的總體框架和各個(gè)函數(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并用c51編寫了相關(guān)程序。第五章 仿真及實(shí)驗(yàn)調(diào)試5.1 Proteus簡(jiǎn)介Proteus是英國(guó)Labcenter公司開發(fā)的一款EDA（電子輔助設(shè)計(jì)）軟件。與通常的EDA軟件不同，這款軟件最大的特點(diǎn)就是支持單片機(jī)及其常用外圍電路的仿真。軟件的特點(diǎn)如下：（1）軟件實(shí)現(xiàn)單片機(jī)仿真與SPICE電路仿真相結(jié)

28、合。Proteus除了支持單片機(jī)以及其外圍電路仿真外，同時(shí)支持模擬電路仿真，數(shù)字電路仿真。還帶有各種虛擬儀器，例如示波器，邏輯分析儀，信號(hào)發(fā)生器等。（2）軟件支持主流單片機(jī)的仿真。Proteus支持的單片機(jī)類型很多，包括：68000系列，8051系列，AVR系列，PIC系列以及各種外圍芯片。相比之下，通常用的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板只能支持51系列和其它很少的一部分芯片。（3）軟件提供調(diào)試功能。Proteus的仿真系統(tǒng)中具有全速，單步，設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，而且還支持第三方軟件編譯和調(diào)試環(huán)境。如支持使用廣泛的KEIL編譯器的聯(lián)調(diào)。5.2 仿真圖 5.2在現(xiàn)代電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，仿真是EDA中重要的一步。本仿真

29、的目的是為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的原理圖是否正確，驗(yàn)證編寫的程序是否正確，從而大大減少試驗(yàn)調(diào)試的時(shí)間，減少成本。Proteus中所擁有的元器件庫(kù)基本可以滿足本設(shè)計(jì)的要求，但也有少量的要用其它類似的器件代替，如用AT89c52代替本設(shè)計(jì)選用的89LPC932，以LCD3310代替5110等，這些替代沒有改變?cè)荚O(shè)計(jì)的性質(zhì)。仿真中應(yīng)用到的元器件有：AT89C52,直流電機(jī)，與門，反相器等。經(jīng)仿真后，電路仿真成功，則說明電路硬件設(shè)計(jì)基本沒問題，以及軟件設(shè)計(jì)基本沒問題，在此后做大量的調(diào)試工作。5.3 總結(jié)本章敘述了用Proteus仿真軟件對(duì)本課題所設(shè)計(jì)的“循跡小車”的主要電路和所進(jìn)行的仿真和仿真調(diào)試，仿真結(jié)果表明

30、：所設(shè)計(jì)的電路原理圖和編寫的程序是正確的。在實(shí)際工作中通過仿真來驗(yàn)證是否滿足要求，因此在仿真過程是設(shè)計(jì)電路必不可少的環(huán)節(jié)。第六章 總論本文在以迅猛發(fā)展的汽車業(yè)和對(duì)人工智能機(jī)器人研究的背景下，對(duì)自循跡智能小車的運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)利用紅外傳感器檢測(cè)路面信息，以AT89C52微控制器作為主控制芯片。利用軟件平臺(tái)Keil Vision開發(fā)軟件，通通過Proteus仿真軟件對(duì)該系統(tǒng)的主要功能進(jìn)行仿真。本課題圍繞著上述目標(biāo)開展了以下幾方面的工作：1、介紹了設(shè)計(jì)自循跡智能小車的發(fā)展背景，國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和本課題設(shè)計(jì)的意義。2、圍繞自循跡智能小車的設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)行了硬件電路平臺(tái)的設(shè)計(jì)，其中包括：主控電

31、路設(shè)計(jì)、電源電路設(shè)計(jì)、看門狗電路設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、外圍電路設(shè)計(jì)、紅外檢測(cè)電路設(shè)計(jì)、通信電路設(shè)計(jì)以及顯示電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，整個(gè)設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。3、為配合硬件平臺(tái)運(yùn)行，進(jìn)行了軟件及程序設(shè)計(jì)，其中對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)情況作為了重要的程序設(shè)計(jì)。4、為了檢驗(yàn)功能是否實(shí)現(xiàn)與程序設(shè)計(jì)有無錯(cuò)誤，故在Protues中對(duì)主要功能進(jìn)行了仿真。在論文完成過程中，對(duì)每個(gè)模塊都查閱了大量的資料，反復(fù)對(duì)其功能進(jìn)行論證，從而完成硬件電路制作和軟件系統(tǒng)編程。自循跡智能小車硬件制作完后，不斷的對(duì)軟件的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，盡量使每個(gè)模塊的功能更加具體化和完善。在設(shè)計(jì)過程中本人對(duì)具體問題具體分析，并采取了一系列相應(yīng)的

32、措施。例如在設(shè)計(jì)中采用了低電壓差充電器對(duì)電源充電。參 考 文 獻(xiàn)1 黃惟公,鄧成中,王燕.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)M,西安-西安電子科出2007.082 喻宗泉,喻晗,李建民.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)M,西安-西安電子科技大學(xué)出社,2006.53 王田苗嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開發(fā)M,北京：清華大學(xué)出版社，20024 王桂敏，齊風(fēng)河. 基于1-Wire總線技術(shù)的巡檢系統(tǒng)M,大慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2007.45 麥俊華.設(shè)備巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)M, 化工裝備技術(shù)，2004.46 吳春國(guó)，李文石.單片機(jī)控制電子鎖技術(shù)剖析M,東北林業(yè)大學(xué)學(xué)出版社，2002.57 宋雪麗，王虎林，王毅.基于單片機(jī)的尋跡機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)

33、計(jì)J，儀表技術(shù)，2009(4):36-388 唐建文，智能小車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D，廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2008：5-79 唐建文，智能小車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D，廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2008：222410卓晴，黃開勝，邵貝貝，學(xué)做智能車挑戰(zhàn)“飛思卡爾”杯，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007，3-511吳斌華，黃衛(wèi)華，程磊，楊明，基于路徑識(shí)別的智能車系統(tǒng)設(shè)計(jì)J，電子技術(shù)應(yīng)用，2007，(3)：80一8212石振東，呂科，喻清洲，歐陽(yáng)雷，曾星星，基于紅外路徑識(shí)別的智能車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J，湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，21(3)：1 11413郭忠山，楊雪，魏澤鼎等，基于AT89C52控制的尋跡小車設(shè)計(jì)四，機(jī)電工程技術(shù)，2008，37(03)：66-6814