基于自動尋跡的智能公交車系1

1、摘要：本設(shè)計采用SST89E58RD作為智能公交車的控制核心。小車具有以下幾個主要功能：尋跡功能（按路面的黑色軌道行駛）；感光功能（尋找前方的光源并行駛到位）；停站報站功能（在站點停站并用蜂鳴器報站、數(shù)碼管顯示站點），除此之外，還能防干擾。關(guān)鍵字：智能小車尋跡行駛 感光電路停站報站一、總體設(shè)計方案1、系統(tǒng)總體設(shè)計思路 本系統(tǒng)通過單片機、路面檢測、尋光光路、顯示播報、電動機驅(qū)動各模塊實現(xiàn)了智能公交車準確尋跡、自動檢測黑帶、自動報站等功能。顯示播報電動機驅(qū)動尋光電路路面檢測停站單片機 圖1 智能公交車的系統(tǒng)方框圖2、方案論證與比較（1）單片機模塊的設(shè)計方案論證與選擇方案一：采用FPGA作為系統(tǒng)主控

2、器。FPGA可實現(xiàn)各種復雜邏輯功能，規(guī)模大，集成度高，體積小，穩(wěn)定性好，IO資源豐富、易于進行功能擴展，處理速度快，但適用于大規(guī)模實時性要求較高的系統(tǒng)，價格高，編程實現(xiàn)難度大。本系統(tǒng)只需完成信號檢測和電機驅(qū)動的控制，邏輯功能簡單，對控制器的數(shù)據(jù)處理能力要求不高，故不選擇此方案。方案二：采用嵌入式系統(tǒng)作為主控器。嵌入式系統(tǒng)工作頻率較高，速度較快，控制功能很強，也有較強的數(shù)據(jù)處理能力。但同樣價格高，編程實現(xiàn)難度大。方案三：采用SST89E58RD單片機來作為整機的控制單元。SST89E58RD是一個低功耗、高性能8位單片機，片內(nèi)含8 KB Flash片內(nèi)程序存儲器，256 Bytes RAM，32

3、個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級，2層中斷嵌套中斷等。價格便宜，并且SST89E58RD是我們的教學內(nèi)容，使用方便，編程實現(xiàn)難度低，適合我們更好的實現(xiàn)本系統(tǒng)的控制功能。 （2）電機控制模塊的設(shè)計方案論證和選擇方案一：采用步進電機作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機，由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確定位，可以實現(xiàn)小車前進路程和位置的精確定位。雖然采用步進電機有諸多優(yōu)點，步進電機的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)度時會急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)，經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方案。方案二：采用直流減速電機。直流減速電機力矩大，體積小，重量輕，裝備簡單，使用方便。由于

4、其內(nèi)部由高速電動機提供原始動力，帶動變速（減速）齒輪組，可以長生較大扭力，價格比步進電機要便宜好多。（3）電機驅(qū)動模塊的設(shè)計方案論證和選擇方案一：利用9012、2SC8050及電機構(gòu)成驅(qū)動電路。 如果單片SST89E58RD控制口輸出高電平，9012截止，2SC8050截止，電機停止運轉(zhuǎn)。該電路比較簡單，輸出功率足夠大，足以驅(qū)動電機工作，并且電機工作時三極管性能非常穩(wěn)定。但該方案中單片機部分和電機供電部分沒有完全隔離，而電動機在切換時會產(chǎn)生巨大的反電動勢，經(jīng)常燒壞單片機，功耗很大。方案二：采用集成芯片L298N驅(qū)動步進電機。L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，響應(yīng)頻率較高，穩(wěn)定性較

5、好。但本系統(tǒng)兩個電機時序不同，會出現(xiàn)需要不同延時程序的情況，系統(tǒng)處理負荷大，影響電機工作，同時價格相對較高。方案三：因為小車電機裝有減速齒輪組，考慮不需調(diào)速功能，采用市面易購的電機驅(qū)動芯片L293D，該芯片是利用TTL電平進行控制，對電機的操作方便，通過改變芯片控制端的輸入電平，即可以對電機進行正反轉(zhuǎn)操作，很方便單片機的操作，亦能滿足直流減速電機的要求，所以采用方案三。（4）尋找光源模塊的設(shè)計方案論證和選擇方案一：在小車前面裝上幾個光電開關(guān)，通過不同方向射來的光使光電開關(guān)工作，從而對小車行駛方向進行控制，根據(jù)光電開關(guān)特性，只有當光達到一定強度時才能夠?qū)ǎ虼藥в幸欢ǖ木窒扌?。方案二：在小車?/p>

6、面裝上參數(shù)一致的光敏電阻，再送入單片機，單片機再對讀入的幾路進行比較，然后發(fā)出命令對外圍進操作。對方案一、二進行比較，方案二硬件簡單，易于實現(xiàn)，所以采用方案二。（5）路面檢測尋跡模塊的方案論證和選擇方案一：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接收。由于光敏二極管受可見光的影響較大，穩(wěn)定性差。方案二：利用紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線二極管進行接收。采用紅外線發(fā)射，外面可見光對接收信號的影響較小，再用射極輸出器對信號進行隔離。本方案也易于實現(xiàn)，比較可靠，因此采用方案二。（6）顯示播報模塊的方案論證和選擇方案一：采用LCD顯示，用單片機可實現(xiàn)顯示數(shù)據(jù),但是控制比較復雜，編程工作量大，控制器的資源占用較

7、多。其成本也偏高，而且也容易受到干擾和損壞。方案二：采用LED七段數(shù)碼管，采用經(jīng)典電路譯碼和驅(qū)動。LED具有低耗能、低壓、長壽命、耐老化、防高溫等一系列優(yōu)點。對外界環(huán)境要求低。數(shù)碼管采用BCD編碼顯示數(shù)字，容易編程，資源占用少。（7）小結(jié)經(jīng)過一番仔細的論證與比較，我們決定了系統(tǒng)各個主要模塊的最終方案如下：控制器：采用嵌入式系統(tǒng)作為主控器電機控制模塊：采用直流減速電機電機驅(qū)動模塊：采用L293D驅(qū)動電路路面檢測模塊：采用紅外對管電路尋光電路模塊：采用光敏電阻電路顯示播報模塊：采用LED顯示模塊二、硬件電路設(shè)計1、整機電路設(shè)計系統(tǒng)整機電路如附錄1所示。單片機系統(tǒng)作為控制核心,實時接收光電傳感器的輸

8、出信號,經(jīng)數(shù)據(jù)處理后送給各單元電路,控制各部分電路工作。2、各模塊主要電路設(shè)計（1）單片機模塊的設(shè)計單片機在整個的設(shè)計當中是處于核心部分，智能公交車所有的運行狀態(tài)都需要通過單片機的運算和處理才能完成。這里單片機主要完成路面檢測、光源的檢測、系統(tǒng)定時、顯示與播報等，同時單片機還完成了對電動機運行狀態(tài)的控制。（2）電機驅(qū)動模塊的設(shè)計智能公交車電機為直流減速電機，帶有齒輪組，考慮不需調(diào)速功能，采用市面易購的電機驅(qū)動芯片L293D。該芯片是利用TTL電平進行控制，通過改變芯片控制端的輸入電平，可以對電機進行正反轉(zhuǎn)操作，很方便單片機的操作。高電壓，高電流，四通道驅(qū)動，設(shè)計用來接收DTL或者TTL邏輯電平

9、，驅(qū)動感性負載(比如繼電器，直流和步進馬達)，和開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路。其額定工作電流為1A，最大可達，Vss電壓最小4.5V，最大可達36V；Vs電壓最大值也是36V，經(jīng)過實驗，Vs電壓應(yīng)該比Vss電壓高，否則有時會出現(xiàn)失控現(xiàn)象。調(diào)試時，用程序輸入對應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)的動作，調(diào)試通過。電機驅(qū)動電路如下圖所示（3）路面檢測模塊的設(shè)計路面檢測模塊實現(xiàn)電動車跟隨黑線軌道行駛，在行駛的途中不能超出軌道。采用紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線二極管進行接收，受外界影響小，抗干擾性能較好。路面檢測電路如下圖所示：（4）尋光電路模塊的設(shè)計采用光敏電阻，當光敏電阻受到光照時，其電阻變小，

10、LM339輸出低電平，將信號發(fā)送到單片機，單片機對信號作出處理，控制小車停止，并由LED燈顯示到站；當光照消失時，電阻也逐漸恢復原值，LM339輸出高電平，同理，單片機控制小車繼續(xù)行駛。尋光電路下圖所示（5）顯示播報模塊的設(shè)計顯示播報模塊可提前報站，電路圖如圖6，當小車到站時，由尋光電路產(chǎn)生的信息進入單片機，由單片機控制播報系統(tǒng)，進行下站提示，提示以聲、光信息發(fā)出。第一、二站時蜂鳴器分別響一、二聲，同時數(shù)碼管顯示一、二站。三、測試方法與測試結(jié)果1、測試儀器：示波器、手電筒、萬用表、黑色膠帶2、測試方法：路面檢測模塊：用黑色膠帶模擬的的跑道檢測小車是否尋跡（指示燈在黑帶上亮）。尋光模塊：用手電筒

11、照射光敏電阻，觀察小車是否報站和停車。電機驅(qū)動模塊：將電機接在293D的輸出端，看小車是否行使。最小系統(tǒng)檢測：將單片機的30引腳接到示波器的輸入端，觀察是否輸出方波。3、測試結(jié)果：經(jīng)測試小車可以尋跡，遇到光能停站、報站、顯示站點。四、討論經(jīng)過一個多月的努力，終于將作品完成。一個月我們收獲很多，從對色環(huán)電阻的陌生到對很多芯片的熟練，我們在摸索著前進。這個過程中總會出現(xiàn)各種錯誤，但我們都沒有放棄，依然堅持著，最終依依克服。即使是一個小小的錯誤，單片機也不工作，小車也不走，這就要求我們必須耐心，必須經(jīng)的起考驗。我深深的感覺到團隊的力量是強大的，齊心合力更是重要的，一個人的思想是片面的，但幾個人的思想

12、集中起來就非常完美了。只有真正努力過了，才會懂得其中的滋味，才會有勝利的喜悅和失敗的遺憾。在此感謝各位老師的幫助與支持。結(jié)束語：本系統(tǒng)以單片機為核心部件，利用光電檢測技術(shù)和一定的電子電路設(shè)計技術(shù)實現(xiàn)了智能公交車在黑色軌跡上自動尋跡行駛、自動報站的功能，在設(shè)計過程中，力求線路簡單，充分發(fā)揮軟件的靈活性來滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。但因時間有限，系統(tǒng)還存在一些誤差和有待改進的地方。參考文獻 ：1 陳永真 全國大學生電子設(shè)計競賽試題精解 電子工業(yè)出版社 20072 王松武 于鑫 武思君 電子創(chuàng)新設(shè)計與實踐 國防工業(yè)出版社附錄1.軟件設(shè)計的流程圖及程序開始初始化k=0K=尋跡停站，顯示第一站停站，顯示第二站停

13、車，顯示為終點第三站k+檢測到停站前得黑帶，且k=0檢測到停站前得黑帶，且k=2檢測到停站前連續(xù)兩條黑帶，且k=3尋光結(jié)束 #include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit moto1=P11; /寫上你們單片機的IO口就行。sbit moto2=P12; sbit en1=P13; sbit en2=P14; /*循跡口 5個紅外傳感器*/sbit left1=P00; /*左邊傳感器*/sbit left2=P01;sbit mid=P02; /*黑線位置*/sbit right1=P03;sbit right

14、2=P04; /*右邊傳感器*/sbit fm=P15; sbit gm=P06;sbit hou=p16; /*延時函數(shù)*/ void delay(unsigned int k) /*k為毫秒*/ unsigned int i,j; for(i=k;i0;i-) for(j=110;j0;j-); /*尋光函數(shù)*/ void xunguang1() P2=0X30;fm=0;delay(300);fm=1; void xunguang2() P2=0X6D;fm=0;delay(300);fm=1;delay(200);gm=0;delay(300);gm=1;fm=0;delay(300)

15、;fm=1;/*初始化函數(shù)*/ void init() en1=0; en2=0; moto1=1; moto2=1; left1=1; left2=1; mid=1; fm=1;void qianjin()/*直行*/ en1=1; en2=1; moto1=1; moto2=1;void left()/*左轉(zhuǎn)函數(shù)*/ en1=0; en2=1; moto1=0; moto2=1;void right()/*右轉(zhuǎn)函數(shù)*/ en1=1; en2=0; moto1=1; moto2=0;void stop()/*停止函數(shù)*/ en1=0; en2=0; moto1=0;/*全部電機停止*/ mo

16、to2=0;void xunji() /*循跡函數(shù)*/ uchar flag; if(left1=1)&(left2=1)&(mid=0)&(right1=1)&(right2=1)/*中間檢測到黑線*/ flag=0; else if(left1=1)&(left2=1) &(mid= 0)&(right1=0)&(right2=1)/*右邊1燈檢測到黑線*/ flag=1; else if(left1=1)&(left2=1)&(mid=1)&(right1=0)&(right2=1)/*右邊1燈檢測到黑線*/ flag=2; else if (left1=1)&(left2=1)&(mi

17、d= 1)&(right1=0)&(right2=0)/*右邊12燈檢測到黑線*/ flag=3; else if(left1=1)&(left2=1)&(mid=1)&(right1=1)&(right2=0)/*右邊2燈檢測到黑線*/ flag=4; else if(left1=1)&(left2=0)&(mid=0)&(right1=1)&(right2=1)/*左邊1燈檢測到黑線*/ flag=5; else if(left1=1)&(left2=0)&(mid=1)&(right1=1)&(right2=1)/*左邊1燈檢測到黑線*/ flag=6; else if(left1=0)

18、&(left2=0)&(mid=1)&(right1=1)&(right2=1)/*左邊12燈檢測到黑線*/ flag=7; else if(left1=0)&(left2=1)&(mid=1)&(right1=1)&(right2=1)/*左邊2燈檢測到黑線*/ flag=8; else if(left1=0)&(left2=0)&(mid=0)&(right1=0)&(right2=0)/*全部燈檢測到黑線*/ flag=9; switch (flag) case 0:qianjin(); break; case 1:right(); break; case 2:right(); break; case 3:right(); bre