基于51單片機(jī)的智能小車控制系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)課題名稱 基于51與單片機(jī)的智能小車控制系統(tǒng) 系（院）名稱 電氣工程系 專業(yè)及班級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 完成日期 年 11 月 19 日專心-專注-專業(yè)摘 要隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，智能化作為現(xiàn)代社會的新產(chǎn)物開始越來越普及，各種高科技也廣泛應(yīng)用于智能小車和機(jī)器人玩具制造領(lǐng)域，使智能機(jī)器人越來越多樣化。智能小車是一個多種高薪技術(shù)的集成體，它融合了機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)硬件、軟件、人工智能等許多學(xué)科的知識，可以涉及到當(dāng)今許多前沿領(lǐng)域的技術(shù)。 整個小車平臺主要以51單片機(jī)為控制核心，通過無線遙控實(shí)現(xiàn)前進(jìn)后退和轉(zhuǎn)向行駛，通過紅外線

2、傳感器,實(shí)現(xiàn)小車的自適應(yīng)巡航、避障等功能。設(shè)計(jì)采用對比選擇，模塊獨(dú)立，綜合處理的研究方法。通過翻閱大量的相關(guān)文獻(xiàn)資料，分析整理出有關(guān)信息，在此基礎(chǔ)上列出不同的解決方案，結(jié)合實(shí)際情況對比方案優(yōu)劣選出最優(yōu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。從電機(jī)車體，最小系統(tǒng)到無線遙控，紅外線對管的自動尋跡再到紅外線自動避障和語音控制，完成各模塊設(shè)計(jì)。通過調(diào)試檢測各模塊，得到正確的信號輸出，實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的功能。最后將各個調(diào)試成功的模塊結(jié)合到小車的車體上，結(jié)合程序，通過單片機(jī)的控制，將各模塊有效整合在一起，達(dá)到所預(yù)期的目標(biāo)，完成最終設(shè)計(jì)與制作，能使小車在一定的環(huán)境中智能化運(yùn)轉(zhuǎn)。關(guān)鍵字：智能小車，單片機(jī)，紅外傳感器。目錄第一章 緒 論1.1

3、.1智能循跡小車概述自智能循跡小車又被稱為Automated Guided Vehicle，簡稱AGV，是二十世紀(jì)五十年代研發(fā)出來的新型智能搬運(yùn)機(jī)器人。智能循跡小車是指裝備如電磁，光學(xué)或其他自動導(dǎo)引裝置，可以沿設(shè)定的引導(dǎo)路徑行駛，安全的運(yùn)輸車。工業(yè)應(yīng)用中采用充電蓄電池為主要的動力來源，可通過電腦程序來控制其選擇運(yùn)動軌跡以及其它動作，也可把電磁軌道黏貼在地板上來確定其行進(jìn)路線，無人搬運(yùn)車通過電磁軌道所帶來的訊息進(jìn)行移動與動作，無需駕駛員操作，將貨物或物料自動從起始點(diǎn)運(yùn)送到目的地。AGV的另一個特點(diǎn)是高度自動化和高智能化，可以根據(jù)倉儲貨位要求、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活改變行駛路徑，而且改變運(yùn)行路徑

4、的費(fèi)用與傳統(tǒng)的輸送帶和傳送線相比非常低廉。AGV小車一般配有裝卸機(jī)構(gòu)，可與其它物流設(shè)備自動接口，實(shí)現(xiàn)貨物裝卸與搬運(yùn)的全自動化過程。此外，AGV小車依靠蓄電池提供動力，還有清潔生產(chǎn)、運(yùn)行過程中無噪音、無污染的特點(diǎn)，可用在工作環(huán)境清潔的地方。隨著社會的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，人們希望創(chuàng)造出一種來代替人來做一些非常危險，或者要求精度很高等其他事情的工具，于是就誕生了機(jī)器人這門學(xué)科。世界上誕生第一臺機(jī)器人誕生于1959年，至今已有50多年的歷史，機(jī)器人技術(shù)也取得了飛速的發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)已發(fā)展成一門包含：機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、自動控制、信號處理，傳感器等多學(xué)科為一體的性尖端技術(shù)。循跡小車共歷了三代

5、技術(shù)創(chuàng)新變革：第一代循跡小車是可編程的示教再現(xiàn)型，不裝載任何傳感器，只是采用簡單的開關(guān)控制，通過編程來設(shè)置循跡小車的路徑與運(yùn)動參數(shù)，在工作過程中，不能根據(jù)環(huán)境的變化而改變自身的運(yùn)動軌跡。支持離線編程的，第二代循跡小車具有一定感知和適應(yīng)環(huán)境的能力，這類循跡小車裝有簡單的傳感器，可以感覺到自身的的運(yùn)動位置，速度等其他物理量，電路是一個閉環(huán)反饋的控制系統(tǒng)，能適應(yīng)一定的外部環(huán)境變化。第三代循跡小車是智能的，目前在研究和發(fā)展階段，以多種外部傳感器構(gòu)成感官系統(tǒng)，通過采集外部的環(huán)境信息，精確地描述外部環(huán)境的變化。智能循跡小車，能獨(dú)立完成任務(wù)，有其自身的知識基礎(chǔ)，多信息處理系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的工作環(huán)境中

6、，根據(jù)環(huán)境變化作出決策，有一定的適應(yīng)能力，自我學(xué)習(xí)能力和自我組織的能力。為了讓循跡小車能獨(dú)立工作，一方面應(yīng)具有較高的智慧和更廣泛的應(yīng)用，研究各種新機(jī)傳感器，另一方面，也掌握多個多類傳感器信息融合的技術(shù)，這樣循跡小車可以更準(zhǔn)確，更全面的獲得所處環(huán)境的信息。 1.1.2課題研究的目的和意義隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)碼相機(jī)、DVD、洗衣機(jī)、 汽車等消費(fèi)類產(chǎn)品越來越呈現(xiàn)光機(jī)電一體化、智能化、小型化等趨勢。各種智能化 小車在市場玩具中也占一個很大的比例。根據(jù)美國玩具協(xié)會的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，近年來全 球玩具銷量增幅與全球平均GDP增幅大致相當(dāng)。而全球玩具市場的內(nèi)在結(jié)構(gòu)比重卻 發(fā)生了重大改變：

7、傳統(tǒng)玩具的市場比重正在逐步縮水，高科技含量的電子玩具則蒸蒸日上。美國玩具市場的高科技電子玩具的年銷售額2004年交2003年增長52%， 而傳統(tǒng)玩具的年銷售額僅增長3%。英國玩具零售商協(xié)會選出的2001圣誕節(jié)最受歡迎的十大玩具中，有7款玩具配有電子元件。從這些數(shù)字可以看出，高科技含量的 電子互動式玩具已經(jīng)成為玩家行業(yè)發(fā)展的主流。 如今知識工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、機(jī)電一體化和工業(yè)一體化等許多領(lǐng)域都在討論智 能系統(tǒng)，人們要求系統(tǒng)變得越來越智能化。顯然傳統(tǒng)的控制觀念是無法滿足人們的 需求，而智能控制與這些傳統(tǒng)的控制有機(jī)的結(jié)合起來取長補(bǔ)短，提高整體的優(yōu)勢更 好的滿足人們的需求。隨著人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、

8、的迅速發(fā)展， 智能控制必將迎來它的發(fā)展新時代。計(jì)算機(jī)控制與電子技術(shù)融合為電子設(shè)備智能化 開辟了廣闊前景。因此，遙控加智能的技術(shù)研究、應(yīng)用都是非常有意義而且有很高市場價值的。 人類的研究活動已擺脫了地球生物圈的束縛而廣泛地進(jìn)入外層空間和海洋深處。對月球和太陽系其他行星的探測，對太陽系以外的宇宙進(jìn)行考察，對數(shù)千米以下的海底的研究，都是目前單靠人力所不能及的。自動控制系統(tǒng)正在代替人們完成這些任務(wù)。在戰(zhàn)場上的軍事活動中，在惡劣環(huán)境條件下的生產(chǎn)勞動中，凡不宜由人直接承擔(dān)的任務(wù)，均可由自動控制系統(tǒng)代替，如智能小車可以適應(yīng)不同環(huán)境，不受溫度、濕度等條件的影響，完成危險地段、人類無法介入等特殊情況下的任務(wù)。高

9、科技自動控制系統(tǒng)及裝置已日益成為現(xiàn)代社會活動中離不開的自動智能設(shè)備。 1.1.3智能循跡小車智能循跡分類 AGV從發(fā)明至今已經(jīng)有50多年的歷史，隨著應(yīng)用領(lǐng)域范圍的不斷擴(kuò)大，其種類和形式也變得更加多樣化。一般根據(jù)行駛的導(dǎo)航方式將智能循跡小車分為以下幾種類型： (1)電磁感應(yīng)式 電磁感應(yīng)式引導(dǎo)一般在地面上，沿預(yù)定路徑埋電線，當(dāng)高頻電流通過導(dǎo)線，電線周圍產(chǎn)生電磁場流動，AGV小車上安裝兩個對稱的電磁感應(yīng)傳感器，他們收到的電磁信號差異可以反映的AGV偏離程度路徑的程度。 AGV自動化控制系統(tǒng)，基于這種偏差值，以控制車輛的轉(zhuǎn)向，連續(xù)的動態(tài)的閉環(huán)控制設(shè)置能夠保證AGV對設(shè)定路徑的穩(wěn)定自動跟蹤。在目前商業(yè)用

10、途的AGV中，特別是大型和中型小車，絕大多數(shù)都采用電磁感應(yīng)導(dǎo)航。 (2)激光式 安裝有可旋轉(zhuǎn)的激光掃描器的AGV，可安裝在墻壁或有高反射激光定位標(biāo)志的支柱上或者路徑上運(yùn)行，AGV依靠激光掃描器發(fā)射激光束，然后接收由四周定位標(biāo)志反射回的激光束，車載計(jì)算機(jī)，計(jì)算出當(dāng)前車輛的位置和運(yùn)動方向，通過內(nèi)置的數(shù)字地圖和校準(zhǔn)位置相比，以實(shí)現(xiàn)自動處理。目前，這種AGV類型的應(yīng)用比較廣泛?；谕瑯拥脑?，如果激光掃描儀被紅外線發(fā)射器，或超聲波發(fā)射取代，激光制導(dǎo)的AGV小車可以轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外引導(dǎo)和超聲引導(dǎo)的AGV。(3)視覺式 視覺引導(dǎo)式AGV是的迅速發(fā)展和比較成熟的AGV，這種AGV配備CCD攝像機(jī)，傳感器和車載電腦

11、，在車載計(jì)算機(jī)中設(shè)置有AGV欲行駛路徑周圍環(huán)境圖像數(shù)庫。在AGV的行駛過程中，相機(jī)得到的圖像與圖像數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，以確定當(dāng)前位置和車輛周圍的圖像信息并對駕駛下一步作出決定。這種AGV小車并不需要設(shè)置任何的人工物理路徑，所以在理論上具有靈活性，在計(jì)算機(jī)圖像采集，存儲和處理技術(shù)飛速發(fā)展的今天，這種類型的AGV實(shí)用性越來越強(qiáng)。此外，還有鐵磁陀螺慣性引導(dǎo)式AGV、光學(xué)引導(dǎo)式AGV等多種形式的AGV。1.1.4智能循跡小車的應(yīng)用 智能循跡小車發(fā)展歷史及主要應(yīng)用場所如下： (1)倉儲業(yè) 1954年，來自美國南卡羅來納州的Mercury Motor Freight公司成為第一批把AGV小車的應(yīng)用到倉庫的使用

12、者，來實(shí)現(xiàn)出入庫貨物的自動處理。至今世界上有超過2100個廠家把大約2萬臺大型或小型的AGV小車應(yīng)用到自己的倉庫中。中國的海爾集團(tuán)在2000年把9臺AGV小車投產(chǎn)到了自己的倉庫區(qū)，形成一個靈活的AGV自動數(shù)據(jù)庫處理系統(tǒng)，輕松地完成了每天至少33500的儲存和裝卸貨物的任務(wù)。 (2)制造業(yè) 在制造業(yè)的的生產(chǎn)線中AGV小車大顯身手，快速，精確，靈活的完成材料的運(yùn)送任務(wù)。由多臺AGV小車組成的物流運(yùn)輸處理系統(tǒng)，較人工搬運(yùn)系統(tǒng)來說更靈活，運(yùn)輸路線可以根據(jù)生產(chǎn)過程及時調(diào)整，使一條生產(chǎn)線，生產(chǎn)十幾個產(chǎn)品，大大提高了生產(chǎn)的靈活性，企業(yè)的競爭力。在1974年瑞典的沃爾沃卡爾馬的汽車組裝廠，提高了運(yùn)輸系統(tǒng)的靈活

13、性，使用以AGV小車為載運(yùn)工具的裝配線，采用該裝配線后，減少了20%裝配時間、減少了39%組裝錯誤，減少了57%投資資金回收時間以及減少了5%的員工費(fèi)用。目前，在世界主要的汽車生產(chǎn)廠家，如通用、豐田、克萊斯勒、大眾AGV小車已被廣泛應(yīng)用。近年來，作為CIMS(Computer Integrated Manufacturing Systems，直譯為基于計(jì)算機(jī)的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng))的基礎(chǔ)搬運(yùn)工具，AGV已經(jīng)深入到機(jī)械加工，家電制造，微電子制造，煙草等行業(yè)，生產(chǎn)業(yè)和加工業(yè)已成為AGV小車使用最廣泛的領(lǐng)域。(3)郵局、圖書館、港口碼頭和機(jī)場 在郵局，圖書館，碼頭和機(jī)場候機(jī)樓等人口密集的公眾場所，存在著

14、大量的物品的運(yùn)送工作，充滿不定性和動態(tài)性強(qiáng)的特點(diǎn)，搬運(yùn)過程往往也很單一。AGV有著可并行工作、自動化、智能化和處理靈活的特點(diǎn)，可以很好的滿足這些場合的運(yùn)輸要求。1983年瑞典的大斯得哥爾摩郵局，1988年日本東京的多摩郵局，1990年中國上海的郵政相繼開始使用AGV小車來完成郵品的搬運(yùn)工作。在荷蘭的鹿特丹港口，50輛被稱為“院子里的拖拉機(jī)”的AGV小車每天都在把集裝箱從船邊運(yùn)送到幾百米以外的倉庫中。 (4)煙草、醫(yī)藥、化工、食品對于處理一些需要在清潔、安全、無排放污染等其他特殊環(huán)境要求的產(chǎn)品生產(chǎn)如煙草、制藥、食品、化工等產(chǎn)品時應(yīng)考慮AGV小車的應(yīng)用。在全國許多卷煙企業(yè)，如青島頤中集團(tuán)、玉溪紅塔

15、集團(tuán)、紅河卷煙廠、淮陰卷煙廠，應(yīng)用激光引導(dǎo)式AGV完成托盤貨物的搬運(yùn)工作。 (5)危險場所和特種行業(yè) 在軍事方面，以AGV小車為基礎(chǔ)有著自動駕駛和檢測功能的設(shè)備，可用于戰(zhàn)場偵察和掃雷，英國軍方正在開發(fā)MINDER偵察系統(tǒng)，這是一種具有地雷探測、銷毀和路線驗(yàn)證能力自動型偵察車。在鋼鐵廠，AGV小車負(fù)責(zé)爐料運(yùn)輸，大大降低了工人們的勞動強(qiáng)度。在核電廠的核儲存地點(diǎn)使用AGV小車，以避免輻射的危險。AGV小車可在黑暗環(huán)境中，準(zhǔn)確、可靠的運(yùn)輸物料。第二章 方案設(shè)計(jì)根據(jù)課題要求，確定以下方案：在現(xiàn)有的智能小車的基礎(chǔ)上，加上超聲波測距器，實(shí)現(xiàn)智能小車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時測量，并將測量的數(shù)據(jù)傳至單片機(jī)進(jìn)

16、行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所測量的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對電動車的智能控制。這種方案能實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時控制，控制靈活、可靠、精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。2.1 主控系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我認(rèn)為該設(shè)計(jì)屬于多輸入的復(fù)雜程序控制問題，因此我擬定了以下幾種方案，具體如下：方案一：STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈

17、活、超有效的解決方案。方案二：AVR單片機(jī)是 Atmel 公司 1997 年推出的 RISC 單片機(jī)。RISC(精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī))是相對于CISC(復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī))而言的。RISC 并非只是簡單地去減少指令，而是通過使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡單合理而提高運(yùn)算速度的。RISC 優(yōu)先選取使用頻率最高的簡單指令，避免復(fù)雜指令:并固定指令寬度，減少指令格式和尋址方式的種類，從而縮短指令周期，提高運(yùn)行速度。由于 AVR 采用了 RISC 的這種結(jié)構(gòu)，使AVR系列單片機(jī)都具備了1MIPS/MHz(百萬條指令每秒/兆赫茲)的高速處理能力。方案三：FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此，

18、工作時需要對片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。加電時，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，配置完成后，F(xiàn)PGA進(jìn)入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復(fù)使用。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用、PROM編程器即可。當(dāng)需要修改FPGA功能時，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活。方案比較:采用單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的核心，用其控制行進(jìn)中的小車，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車的自動控制

19、，而在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，這種方案是一種較為理想的方案。針對本設(shè)計(jì)特點(diǎn)多開關(guān)量輸入的復(fù)雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長處理多開關(guān)量的標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)，而不能用精簡I/O口和程序存儲器的小體積單片機(jī)，D/A、A/D功能也不必選用。根據(jù)這些分析,我選定了STC89C52單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控裝置，51單片機(jī)具有功能強(qiáng)大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，程序空間多達(dá)8K，對于本設(shè)計(jì)也綽綽有余，更可貴的是51單片機(jī)價格非常低廉。在綜合考慮了傳感器、兩部電機(jī)的驅(qū)動等諸多因素后，

20、我們決定采用一片單片機(jī)，充分利用STC89C52單片機(jī)的資源。2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2.1 STC89C52簡介 STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（FPEROM-Flash Pargramabie and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。圖2-1 單片機(jī)實(shí)物圖STC89C52具體介紹如下： 1.主電源引腳（2根）&#

21、160;VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源 GND(Pin20)：接地線 2.外接晶振引腳（2根） XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 3.控制引腳（4根） RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器

22、讀指令。  4.可編程輸入/輸出引腳（32根）  STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。 PO口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7 P1口（Pin1Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7  P2口（Pin21Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7  P3口（Pin10Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7 圖2-2 單片機(jī)引腳圖 STC89C52主要功能如

23、表一所示： 表一 STC89C52主要功能 主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫Flash ROM32個雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個16位可編程定時/計(jì)數(shù)器中斷時鐘頻率0-24MHz 2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式低功耗空閑和掉電模式2.2.2 時鐘電路 STC89C52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳RXD和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖2-3(a) 所示，在RXD和TXD引腳上

24、外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.212MHz之間選擇，電容值在530pF之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。  外部方式的時鐘電路如圖2-3(b)所示，RXD接地，TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機(jī)使用。 如圖所示，RXD接地，TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，

25、產(chǎn)生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機(jī)使用。RXD接地，TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機(jī)使用。 （a）內(nèi)部時鐘電路 （b）外部時鐘電路 圖2-3 時鐘電路2.2.3復(fù)位及復(fù)位電路（1）復(fù)位操作復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。除PC之外，復(fù)位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)

26、位狀態(tài)如表二所示表二復(fù)位狀態(tài)表寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC 0000HTCON00HACC00HTL0 00HPSW00HTH000HSP 07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFH SCON00HIPXXBSBUF不定IE 0XBPCON0XXX0000BTMOD00H（2）復(fù)位信號及其產(chǎn)生 RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期(即二個機(jī)器周期)以上。若使用頗率為6MHz的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過4us才能完成復(fù)位操作。 產(chǎn)生復(fù)位信號的電路邏輯如

27、圖整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機(jī)器周期的S5P2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。 復(fù)位操作有上電自動復(fù)位相按鍵手動復(fù)位兩種方式。 上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖24（a）所示。這佯，只要電源Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖24（b）所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微

28、分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的。上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于6MHz晶振，能保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時間大于2個機(jī)器周期。其電路如圖24（c）所示： （a）上位電路 （b）按鍵電平復(fù)位 （c）按鍵脈沖復(fù)位 圖2-4 復(fù)位電路 2.3 電機(jī)驅(qū)動模塊采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的 H型橋式電路(如圖2-5)。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也

29、極強(qiáng)，是一種廣泛采用的 PWM調(diào)速技術(shù)?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，我選用了L298N 這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。 圖2-5 H橋式電路2.4 循跡及避障模塊采用兩只紅外對管，分別置于小車車身前軌道的兩側(cè)，根據(jù)兩只光電開關(guān)接受到白線與黑線的情況來控制小車轉(zhuǎn)向來調(diào)整車向，測試表明，只要合理安裝好兩只光電開關(guān)的位置就可以很好的實(shí)現(xiàn)循跡的功能。(參考文獻(xiàn)3)采用一只紅外對管置于小車右側(cè)。通過測試此種方案就能很好

30、的實(shí)現(xiàn)小車避開障礙物，且充分的利用資源而不浪費(fèi)。(參考文獻(xiàn)3)2.5 機(jī)械系統(tǒng) 本題目要求小車的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定、靈活、簡單，而三輪運(yùn)動系統(tǒng)具備以上特點(diǎn)。 驅(qū)動部分：由于玩具汽車的直流電機(jī)功率較小，而小車上裝有電池、電機(jī)、電子器件等，使得電機(jī)負(fù)擔(dān)較重。為使小車能夠順利啟動，且運(yùn)動平穩(wěn)，在直流電機(jī)和輪車軸之間加裝了三級減速齒輪。 電池的安裝：將電池放置在車體的電機(jī)前后位置，降低車體重心，提高穩(wěn)定性，同時可增加驅(qū)動輪的抓地力，減小輪子空轉(zhuǎn)所引起的誤差。簡單，而三輪運(yùn)動具備以上特點(diǎn)。2.6電源模塊  采用4支1.5V電池單電源供電，但6V的電壓太小不能同時給單片機(jī)

31、與與電機(jī)供電。  第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì) 智能小車采用前輪驅(qū)動，前輪左右兩邊各用一個電機(jī)驅(qū)動，調(diào)制前面兩個輪子的轉(zhuǎn)速起停從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬象輪，起支撐的作用。將循跡光電對管分別裝在車體下的左右。當(dāng)車身下左邊的傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制左輪電機(jī)停止，車向左修正，當(dāng)車身下右邊傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制右輪電機(jī)停止，車向右修正。避障的原理和循線一樣，在車身右邊裝一個光電對管，當(dāng)其檢測到障礙物時，主控芯片給出信號報警并控制車子倒退,轉(zhuǎn)向，從而避開障礙物。3.1.1主板設(shè)計(jì)框圖 主板設(shè)計(jì)框圖如圖3-1，所需原件清單如表3-1圖3-1 主板設(shè)計(jì)框圖元件

32、 數(shù)量元件數(shù)量元件 數(shù)量 直流電機(jī)2只電阻若干集成電路芯片若干單片機(jī) 1 塊二極管若干電容若干紅外對管3只蜂鳴器1只 電位器 若干12M晶振1只 杜邦線 若干玩具小車1個排針 若干 3.2驅(qū)動電路（參考文獻(xiàn)4） 小型直流電機(jī)專用驅(qū)動器，所用芯片L293屬于H橋集成電路，其輸出電流為1000mA，最高電流2A，最高工作電壓36V，可以驅(qū)動感性負(fù)載，特別是其輸入端可以與單片機(jī)直接相聯(lián)，從而很方便地受單片機(jī)控制。當(dāng)驅(qū)動小型直流電機(jī)時，可以直接控制兩路電機(jī)，并可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)此功能

33、只需改變輸入端的邏輯電平。本模塊具有體積小，控制方便的特點(diǎn)。采用此模塊定會使您的電機(jī)控制自如，應(yīng)對小車題目輕松自如。驅(qū)動原理圖如圖3-2。 圖3-2 電機(jī)驅(qū)動電路 3.3信號檢測模塊 小車循跡原理是小車在畫有黑線的白紙 “路面”上行駛，由于黑線和白紙對光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷“道路”黑線。筆者在該模塊中利用了簡單、應(yīng)用也比較普遍的檢測方法紅外探測法。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，不斷地向外發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色障礙物時發(fā)生漫反射，反射光被與之相對的接收管接收；如果遇到黑色物體則紅外

34、光被吸收，接收管接收不到紅外光。將接收管的結(jié)果送給單片機(jī)。單片機(jī)就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來進(jìn)行相應(yīng)的處理。根據(jù)它的特性可以用于智能小車的尋跡或避障。紅外對管白色為發(fā)射管，長引腳為正極，接高電位。黑色為接收管，長引腳接地，短引腳接高電位.電路圖如圖3-3。 圖3-3 循跡原理圖 3.4主控電路 本模塊主要是對采集信號進(jìn)行分析，同時給出PWM波控制電機(jī)速度，起停。以及再檢測到障礙報警等作用。其電路圖如圖圖3-4 主控電路 第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路 進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)

35、用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。對于本系統(tǒng)，軟件更為重要。4.1.1程序功能與設(shè)計(jì)思路 1、當(dāng)單片機(jī)接收到光電開關(guān)與避障信號后，控制電機(jī)左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)循跡。2、編制程序使單片機(jī)驅(qū)動超聲波檢測模塊檢測前方小車距離，調(diào)整后車的 車速。 3、光電開關(guān)程序?qū)崿F(xiàn)兩小車之間的相互通信，實(shí)現(xiàn)超車、領(lǐng)跑功能。 4.1.2程序設(shè)計(jì)思路1、循跡轉(zhuǎn)彎設(shè)計(jì)思路當(dāng)左右兩邊光電開關(guān)都接收到檢車信號時，兩光電開關(guān)都輸出低電平，小車 直行；當(dāng)左右光電開關(guān)分別為接收不到信號、接收到信號時，左右光電開關(guān)分別輸出高、低電平，小車右拐；當(dāng)左右光電開關(guān)分別為接收到信號、接收不到信號時，左右光電開關(guān)分別輸出低、高電

36、平，小車左拐。當(dāng)檢測到拐彎標(biāo)志時，輸出為高電平，并實(shí)現(xiàn)對標(biāo)志線計(jì)數(shù)功能，作為小車起始、拐彎、超車標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)小車的起始、拐彎與超車。4.2程序流程圖 1、主程序流程圖如圖所示 圖4-1主流程圖2循跡子程序流程圖如圖所示 圖4-2循跡子程序流程3.單片機(jī)系統(tǒng)流程圖如圖所示4-3單片機(jī)系統(tǒng)流程圖第五章 調(diào)試與總結(jié)5.1 調(diào)試5.1.1 調(diào)試工具儀器名稱用途電腦調(diào)試及下載程序 數(shù)字萬用表測量各種電路工作情況5.1.2調(diào)試過程我們嘗試著先用STC89C52來控制小車的跑馬燈，結(jié)果實(shí)驗(yàn)成功。證明單片機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。然后嘗試尋跡，結(jié)果試驗(yàn)成功，小車能正常的跑動起來。這個小試驗(yàn)，是為了檢測小車的機(jī)械性能

37、。達(dá)到了我們預(yù)期目的。主板通電前檢查：電路安裝完畢，我們首先直觀檢查電路各部分生產(chǎn)線是否正確，檢查電源、地線、信號線、元器件引腳之間有無短路，器件有無接錯。 通電檢查：給電機(jī)通電，觀察電機(jī)是否工作正常。電機(jī)正常工作時，后驅(qū)工作電流為320 mA，電壓為5.4V；前驅(qū)電機(jī)工作電流為180mA，電壓為5.41V。給主板通電，觀察電路各部分器件有無異常現(xiàn)象。主板安裝調(diào)試，在調(diào)試的過程中我們發(fā)現(xiàn)了原理圖中有一個小小的錯誤。這個錯誤導(dǎo)致小車的穩(wěn)壓芯片過熱。一起討論之后決定，修改原理圖，調(diào)換小車驅(qū)動芯片的位置。改動之后，小車電源穩(wěn)壓芯片過熱現(xiàn)象消失。小車也能實(shí)現(xiàn)了基本的功能。在調(diào)試的過

38、程中卻發(fā)現(xiàn)小車不停車，經(jīng)過了幾天的努力，終于發(fā)現(xiàn)了問題的所在，原來時程序設(shè)計(jì)有誤。改正后調(diào)試，終于也能實(shí)現(xiàn)了循跡功能。5.2 總結(jié) 本設(shè)計(jì)方案按照任務(wù)書的要求，以51單片機(jī)為控制核心，結(jié)合無線遙控模塊、紅外對管尋跡模塊、紅外線避障模塊和電機(jī)控制模塊實(shí)現(xiàn)小車的自動尋跡功能，自動避障功能，無線遙控和語音控制功能。基本完成各項(xiàng)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)小車的智能化行駛。 系統(tǒng)是通過軟硬結(jié)合的方式，得到硬件檢測信號后輸入單片機(jī)各個對應(yīng)的I/O接口，通過匯編程序控制過程，小車由遙控啟動后，自動尋跡，并不斷檢測遙控、避障和語音信號，只要得到其中任何一種信號都將轉(zhuǎn)入它們對應(yīng)的功能模塊，實(shí)現(xiàn)有效控制 由于時間不足以及客觀多方

39、面的困難，整個小車相比任務(wù)書中的要求已經(jīng)簡化的比較多，伴隨著也出現(xiàn)多個地方的不足：不過，這些一定的不足極大激發(fā)了我的興趣，不斷改進(jìn)完善小車：遙控達(dá)到以上功能外還將加入速度控制，停啟等，同時也可以加入里程計(jì)算顯示或則其他溫度、濕度、氣壓的控制檢測等多方面的功能，達(dá)到智能機(jī)器人的效果。這些也需從工作中學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)，讓自己更上一個臺階。致謝論文完成之際，謹(jǐn)向xxx老師致以最誠摯的感謝,本人在做設(shè)計(jì)期間,本文的研究工作從始至終都得到了劉老師的熱心指導(dǎo)和關(guān)心，多次尋找相關(guān)資料，為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓思路。劉老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，高度的敬業(yè)的精神，兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對我產(chǎn)生重要影響。她淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時肖老師致力要求我自己獨(dú)立完成設(shè)計(jì)，培養(yǎng)我以后做