智能小車畢業(yè)論文(完整版)

1、精選文檔學(xué)學(xué) 士士 學(xué)學(xué) 位位 論論 文文系系 別：別： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 學(xué)科專業(yè)：學(xué)科專業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 姓姓 名：名： 2011 年年 06 月月精選文檔智能小車引導(dǎo)控制系統(tǒng)智能小車引導(dǎo)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系系 別：別： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 學(xué)科專業(yè)：學(xué)科專業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師： 姓姓 名：名： 2011 年年 06 月月精選文檔智能小車引導(dǎo)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)智能小車引導(dǎo)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要：面對諸多惡劣的工作環(huán)境(如滅火、救援等)，為了有效的避免人員傷亡，就需要采用智能小車去現(xiàn)場

2、來完成相應(yīng)的任務(wù)。因此研究和開發(fā)智能小車引導(dǎo)控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。本系統(tǒng)采用STC89C51單片機(jī)作為核心控制芯片，設(shè)計(jì)制作了一款通過紅外光電傳感器檢測路徑信息、紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測火源的智能尋跡滅火小車。本系統(tǒng)由單片機(jī)控制模塊、尋跡傳感器模塊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊、火源傳感器模塊、風(fēng)扇模塊、電源模塊等組成。實(shí)際應(yīng)用表明，該小車可以在專門設(shè)計(jì)的場地上實(shí)現(xiàn)自主發(fā)現(xiàn)火源，自主識別路線，自主行進(jìn)接近火源并滅火，最終完成滅火的任務(wù)。關(guān)鍵詞：單片機(jī) 小車 引導(dǎo)控制 傳感器精選文檔Smart cars guide control system design and implementationAbstract

3、: Confronted with so many bad working environment (such as fire fighting, rescue etc), in order to effectively avoid casualties, need to use intelligent go by car scene to complete relevant tasks. Therefore, the research and development of intelligent car guide control system has the extremely vital

4、 significance. This system uses STC89C51 as the core control chip, design and make a new electric sensor detection by infrared sensor information, infrared flame path of intelligent tracing test fire extinguishing car. The system is composed of single-chip microcomputer control module, tracing senso

5、r module, drive motor module, ignition sensor module, fan module, power supply module. The practical application indicates that the car can be in a specially designed field on fire, to realize the independent found autonomous recognition route, independent sources and marching close to the fire exti

6、nguishing, finally complete task.Keywords: Microcontroller Car Control system Sensors精選文檔目目 錄錄引 言.1第 1 章 方案設(shè)計(jì)與論證.21.1 任務(wù)要求.21.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù).21.1.2 設(shè)計(jì)要求.21.1.3 創(chuàng)新設(shè)計(jì).31.2 總體設(shè)計(jì)方案.31.3 小車的方案設(shè)計(jì)與論證.31.4 驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊的選定.41.5 尋跡傳感器模塊的選定.41.6 單片機(jī)控制模塊的選定.51.7 火源傳感器模塊的選定.51.8 風(fēng)扇模塊的選定.51.9 電源模塊的選定.61.10 最終方案.6第 2 章 硬 件 設(shè)

7、計(jì).72.1 系統(tǒng)工作原理及功能簡介.72.2 電 源.72.3 紅外尋跡傳感器.82.4 采用 PWM 調(diào)速的直流電機(jī).92.4.1 PWM 的簡介.92.4.2 H 型電機(jī)驅(qū)動(dòng).92.4.3 小車原理圖.102.5 紅外火焰?zhèn)鞲衅?102.6 風(fēng)扇模塊.112.7 智能小車整體設(shè)計(jì).122.7.1 CPU 引腳的設(shè)定.122.7.2 整體設(shè)計(jì).13第 3 章 軟 件 設(shè) 計(jì).153.1 智能滅火小車系統(tǒng)總體流程.153.2 程序流程圖.163.3 部分功能代碼.17第 4 章 測 試 結(jié) 果.21結(jié) 束 語.22精選文檔致 謝.23參 考 文 獻(xiàn).24附 錄.25精選文檔引引 言言現(xiàn)在，隨

8、著科技的快速發(fā)展，國內(nèi)外對小型智能系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，種類也越來越多。本題目就是結(jié)合有關(guān)科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題，所設(shè)計(jì)的智能尋跡滅火小車應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)火源、自動(dòng)尋跡、自動(dòng)前進(jìn)接近火源并完成滅火任務(wù)的功能。根據(jù)題目的要求，智能尋跡滅火小車控制系統(tǒng)采用一片STC89C51單片機(jī)作為本控制系統(tǒng)的主控芯片，硬件包括以下幾個(gè)模塊：驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊、尋跡傳感器模塊、單片機(jī)控制模塊、火源傳感器模塊、風(fēng)扇模塊、電源模塊。本設(shè)計(jì)采用了STC89C51單片機(jī)為智能小車核心控制部分，通過查詢方式實(shí)現(xiàn)對小車的智能控制。小車由主控制板、傳感系統(tǒng)、風(fēng)扇系統(tǒng)和車身四部分組成。主控制系統(tǒng)由主控CPU電路、傳感器接口電路

9、、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等組成；傳感系統(tǒng)采用紅外傳感器檢測黑白線，火源傳感器檢測火源；行進(jìn)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用PWM調(diào)制技術(shù)，可靈活方便地對車速、行進(jìn)方向進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)通過采用STC89C51單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)對小車的智能控制。該控制系統(tǒng)不僅在智能小車中有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，在汽車應(yīng)用、智能機(jī)器人等方面都有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，尤其是在機(jī)器人研究方面具有很好的發(fā)展前景。所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相聯(lián)系，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。精選文檔第第 1 章章 方案設(shè)計(jì)與論證方案設(shè)計(jì)與論證1.11.1 任務(wù)要求任務(wù)要求1.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)制作一個(gè)智能滅火小車模型，能到指定區(qū)域進(jìn)行搶險(xiǎn)滅火工作。以蠟燭模擬火源，隨機(jī)分布在場地中，模

10、擬滅火比賽場地如圖1.1所示。圖 1.1 模擬滅火比賽場地示意圖1.1.2 設(shè)計(jì)要求1. 智能滅火小車手動(dòng)啟動(dòng)后，自動(dòng)尋找到火源的位置。2. 智能滅火小車必須按照固定的路線行進(jìn)（黑白線）。3. 撲滅火源后自動(dòng)檢測周圍環(huán)境是否還有其他火源。4. 若有則繼續(xù)滅火，若無則停止工作。精選文檔1.1.3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)1. 小車車體結(jié)構(gòu)好，完全自主設(shè)計(jì)，小車采用兩層結(jié)構(gòu)，分放不同模塊的元件，調(diào)試過程和修改過程相對簡單。2根據(jù)小車需要和實(shí)際情況，自行設(shè)計(jì)傳感器，不僅花費(fèi)較少，而且使用效果好。3自制滅火風(fēng)扇，并采用三極管放大電路供電，最大限度的加大電機(jī)轉(zhuǎn)速。4使用以7805芯片為核心的穩(wěn)壓設(shè)計(jì)，以L298為核心的

11、電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。5原地檢測軟件設(shè)計(jì)思路：先原地旋轉(zhuǎn)360，找出光敏電阻電路輸出電壓的最小值并保存數(shù)據(jù)，然后再旋轉(zhuǎn)360找出最小最小值的位置，然后停下。1.21.2 總體設(shè)計(jì)方案總體設(shè)計(jì)方案總體方案為：整個(gè)電路分為驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊、尋跡傳感器模塊、單片機(jī)控制模塊、火源傳感器模塊、風(fēng)扇模塊、電源模塊六個(gè)模塊。首先利用紅外對路面信號進(jìn)行探測，利用火源傳感器檢測火源信號，兩種信號經(jīng)過處理之后，送給單片機(jī)控制模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算，輸出相應(yīng)的信號給驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制整個(gè)小車的運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)方案框圖如圖1.2所示。 圖 1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框圖1.31.3 小車的方案設(shè)計(jì)與論證小車的方案

12、設(shè)計(jì)與論證方案1：自己制作電動(dòng)車 自己制作車體，組裝合適的電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，自制探測器，并利用開發(fā)板做控制驅(qū)動(dòng)小車。但自己制作的小車，車體會(huì)比較粗糙，車身重量、平衡，小車的電路設(shè)計(jì)，這些都比較難良好地實(shí)現(xiàn)。方案2：購買專用電動(dòng)車 購買專用電動(dòng)車具有組裝完整的車架車輪，甚精選文檔至有完整的電機(jī)裝配和電機(jī)驅(qū)動(dòng)板。用自制探測器或購買完整探測模塊，并用開發(fā)板控制小車運(yùn)動(dòng)。這種專用電動(dòng)車裝配緊湊，各種所需電路的安裝十分方便，看起來也比較美觀。而且，用專用電動(dòng)車具有完整的電機(jī)裝配和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，這用就省去了對電機(jī)傳動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。綜合考慮，我們選定了方案2作為我們的初步方案。1.41.4 驅(qū)動(dòng)電機(jī)模

13、塊的選定驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊的選定方案1：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī) 利用步進(jìn)電機(jī)的準(zhǔn)確定長步進(jìn)性能方便的實(shí)現(xiàn)調(diào)速和方向的偏轉(zhuǎn)，且能準(zhǔn)確的測量速度、路程以及時(shí)間，簡化編程和硬件連接的工作量。但步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度的系統(tǒng)。方案2：采用直流電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī) 直流電機(jī)的控制方法比較簡單，只需給電機(jī)的兩根控制線加上適當(dāng)?shù)碾妷杭纯墒闺姍C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，電壓越高則電機(jī)轉(zhuǎn)速越高。而且改變正負(fù)極可方便的改變電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，方便改變小車的行進(jìn)狀態(tài)。對于直流電機(jī)的速度調(diào)高，可以采用改變電壓的方法，也可采用PWM調(diào)速方法。PWM調(diào)

14、速就是使加在直流電機(jī)兩端的電壓為方波形式，通過改變方波的占空比實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。與其它調(diào)速系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：1. PWM從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。2. 對噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)3由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。4主電路簡單，所用功率元件少。5低速性能好，穩(wěn)定精度高，調(diào)速范圍寬。綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用了方案2。1.51.5 尋跡傳感器模塊的選定尋跡傳感器模塊的選定方案1：采用發(fā)光二極管+光敏電阻，該方案缺點(diǎn)明顯：易受凍外界光源的干擾，有時(shí)甚至檢測不到黑線，主要是因?yàn)榭梢姽獾姆瓷湫Ч?/p>

15、地表的平坦程度，地表材料的反射情況對檢測效果產(chǎn)生直接影響。而且外界的可見光對設(shè)備的影響很大，而且不容易克服外界可見光的干擾。方案2：采用紅外光電對管，由于只需分辨黑白，紅外光電對管有一個(gè)管發(fā)射紅外線一個(gè)用于接收紅外線，當(dāng)紅外線照射到黑線上時(shí)不會(huì)發(fā)射回來，當(dāng)紅外線照射到白色的地方就會(huì)返回，光電對管發(fā)射的同時(shí)也能接收紅外信號，整個(gè)檢測設(shè)備簡單，穩(wěn)定性高，速度快。缺點(diǎn)是檢測距離短，優(yōu)點(diǎn)是成本低，易于操作。精選文檔根據(jù)以上分析我們采用方案2。精選文檔1.61.6 單片機(jī)控制模塊的選定單片機(jī)控制模塊的選定考慮到整個(gè)系統(tǒng)的簡單、方便性，控制模塊采用STC89C51作為主控制芯片，該芯片有足夠的存儲(chǔ)空間，可

16、以方便的在線ISP下載程序，能夠滿足該系統(tǒng)軟件的需要，該芯片提供了兩個(gè)計(jì)數(shù)器中斷，對于本作品系統(tǒng)已經(jīng)足夠，采用該芯片可以比較靈活的選擇各個(gè)模塊控制芯片，能夠準(zhǔn)確的計(jì)算出時(shí)間，有很好的實(shí)時(shí)性。而且STC89C51有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，使用簡單，靈活性高且價(jià)廉。所有我們直接采用STC89C51作為主控芯片。1.71.7 火源傳感器模塊的選定火源傳感器模塊的選定方案1：采用兩個(gè)熱敏電阻作為核心的傳感器，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在一定距離范圍內(nèi)，空氣溫度變化非常小，熱敏電阻幾乎不發(fā)生任何變化。方案2：采用兩個(gè)光敏電阻作為核心的傳感器，利用光敏電阻對不同距離及不同強(qiáng)度的光照均有較好的光敏特性來將外界光信號轉(zhuǎn)換成電信號，提供

17、給單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)判斷操作。實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)這種方案有很大的缺點(diǎn)，抗干擾能力極差，而且誤差偏大，不能準(zhǔn)確測定火源位置。方案3：采用紅外接收二極管，紅外接收二極管將外界紅外光的變化轉(zhuǎn)化為電流的變化，通過 A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號反映為 01023 范圍內(nèi)的數(shù)字信號。外界紅外光越強(qiáng)，數(shù)值越小，根據(jù)數(shù)值的變化能判斷紅外光線的強(qiáng)弱,從而能大致判別出火源的遠(yuǎn)近。紅外火焰?zhèn)鞲衅骺梢杂脕硖綔y火源或其它一些波長在760納米1100納米范圍內(nèi)的熱源，探測角度達(dá)60度，其中紅外光波長在940納米附近時(shí)，其靈敏度達(dá)到最大。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)如果環(huán)境中紅外干擾比較少的時(shí)候本方案能比較準(zhǔn)確的檢測到火源。鑒于以上3種方案的比較，我們選

18、擇方案3。1.81.8 風(fēng)扇模塊的選定風(fēng)扇模塊的選定利用一個(gè)不減速的直流小電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)小扇葉進(jìn)行簡單的滅火。這種方案有兩個(gè)子方案。方案1：芯片控制 滅火風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向都不需要控制，只要在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)的越開越好。因此采用這種方案有點(diǎn)麻煩，而且還會(huì)浪費(fèi)時(shí)間和精力。方案2：三極管放大電路 直接利用三極管驅(qū)動(dòng)。將電機(jī)放在三極管的射極，然后在基極加上一個(gè)限流電阻即可驅(qū)動(dòng)電機(jī)正常工作，這種方案不僅電路簡單、易實(shí)現(xiàn)，會(huì)減少很多電路上不必要的麻煩，而且驅(qū)動(dòng)效率也大大提高，不僅如此其維修性也很強(qiáng)，出現(xiàn)故障能及時(shí)快速維修。同時(shí)為了保證電路穩(wěn)定精選文檔性，我們可以采用多個(gè)三極管并聯(lián)供電的方式。綜合考慮，本設(shè)計(jì)

19、采用了方案2。1.91.9 電源模塊的選定電源模塊的選定在本系統(tǒng)中，需要用到的電源有單片機(jī)的5V，L298N芯片的電源5V和電機(jī)的電源7-25V。所以需要對電源的提供必須正確和穩(wěn)定可靠。方案1：采用UT-3W提供的電源方案為電機(jī)供電，采用UT-3W提供的電源接口為單片機(jī)提供電源。優(yōu)點(diǎn)：簡單方便。方案2：用六節(jié)干電池為整個(gè)系統(tǒng)供電，再轉(zhuǎn)換為電機(jī)和單片機(jī)需要的電壓?；谙到y(tǒng)的穩(wěn)定性考慮，我選擇了方案2。1.101.10 最終方案最終方案經(jīng)過反復(fù)論證，我們最終確定了如下方案：1車體是購買專用電動(dòng)車。2采用STC89C51單片機(jī)作為控制核心。3采用六節(jié)干電池供電。4用紅外探測傳感器作為尋跡傳感器。5采

20、用紅外接收管制作紅外火源傳感器。6采用三極管放大電路驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇模塊。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1.3所示。圖 1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖精選文檔第第 2 章章 硬硬 件件 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)2.12.1 系統(tǒng)工作原理及功能簡介系統(tǒng)工作原理及功能簡介本系統(tǒng)利用單片機(jī)STC89C51單片機(jī)作為本系統(tǒng)的主控模塊，我們采用反射式紅外傳感器識別黑線軌跡，用遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測火源，由單片機(jī)對傳感器識別到的信號加以分析和判斷，并通過對直流電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋跡并滅火，系統(tǒng)工作原理框圖如圖2.1所示。圖2.1 系統(tǒng)工作原理框圖2.22.2 電電 源源用六節(jié)干電池為整個(gè)系統(tǒng)供電。再用三端穩(wěn)壓管轉(zhuǎn)換為電機(jī)和單片機(jī)需要的電壓。單片機(jī)需

21、要5V的電壓，所以使用7805為其供電，電動(dòng)機(jī)使用9V的電壓，6個(gè)干電池串聯(lián)直接為其供電。單片機(jī)和電動(dòng)機(jī)能否正常工作，電源供電情況是一個(gè)重要方面。為了防止電源掉電而影響電路調(diào)試和程序調(diào)試，故采用六節(jié)充電電池為整個(gè)系統(tǒng)供電。精選文檔2.32.3 紅外尋跡傳感器紅外尋跡傳感器該智能滅火小車在畫有黑線的路面上行駛，由于黑線和路面對光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到反射紅外線的強(qiáng)弱來判斷“道路”黑線。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：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(diǎn)，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，如果紅外光遇到地面時(shí)則發(fā)生漫發(fā)射，反射光

22、被裝在小車上的紅外接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的紅外接收管接收不到紅外信號。傳感器的選擇：市場上用于紅外探測法的器件較多，可以利用反射式傳感器外接簡單電路自制探頭，也可以使用結(jié)構(gòu)簡單、工作性能可靠的集成式紅外探頭。RPR220是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，接收器是一個(gè)高靈敏度硅平面光電三極管。RPR220價(jià)格便宜、體積小、使用方便、性能可靠、用途廣泛，所以該系統(tǒng)中最終選擇了RPR220紅外反射傳感器作為紅外光的發(fā)射和接收器件。經(jīng)過多次測試、比較，發(fā)現(xiàn)把RPR220傳感器安裝在距離檢測物表面68毫米時(shí)，檢測效果最好，因?yàn)?毫米以下是它的檢測盲

23、區(qū)，而大于10毫米則很容易受另外的光電管的干擾。紅外尋跡傳感器原理圖如圖2.2所示。圖2.2 紅外尋跡傳感器原理圖圖中可調(diào)電阻R3可以調(diào)節(jié)比較器的門限電壓，可方便的調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度。用此電路作為傳感器檢測與調(diào)理電路。路徑識別方案：小車脫離軌道時(shí)，根據(jù)紅外感應(yīng)器的狀態(tài)，做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向的調(diào)整，直到中間的紅外感應(yīng)器重新檢測到黑線再恢復(fù)正向行駛?，F(xiàn)場實(shí)測表明，雖然小車在尋跡過程中有一定的左右搖擺，但只要控制好行駛的速度就可保證車身基本上接近于沿軌道行駛。精選文檔2.42.4 采用采用 PWMPWM 調(diào)速的直流電機(jī)調(diào)速的直流電機(jī)2.4.1 PWM 的簡介脈寬調(diào)制的全稱為：Pulse WidthModu

24、lator，簡稱PWM，由于它的特殊性能，常被用于直流負(fù)載回路中、燈具調(diào)光或直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速。脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個(gè)具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(1)，要么完全無(0)。電壓或電流源是以一種通(1)或斷(0)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。脈寬調(diào)制（PWM），控制方式就是采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，其工作原理是：通過

25、改變“接通脈沖”的寬度，使直流電機(jī)電樞上的電壓的“占空比”改變，從而改變電樞電壓的平均值，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，我們可以通過單片機(jī)，生成固定頻率的脈沖信號，通過改變脈沖信號中的“占空比”來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。PWM控制可分為單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制兩種方式，為了實(shí)現(xiàn)直流伺服系統(tǒng)的H型單極模式同頻PWM可逆控制，一般需要產(chǎn)生四路驅(qū)動(dòng)信號來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換控制。當(dāng)PWM控制電路工作時(shí)，其中H橋一側(cè)的兩路驅(qū)動(dòng)信號的占空比相同但相位相反，同時(shí)隨控制信號改變并具有互鎖功能；而另一側(cè)上臂為低電平，下臂為高電平。2.4.2 H 型電機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路采用H型PWM電路，用單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路，使之工作在占

26、空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。H型電路可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，采用PWM進(jìn)行直流電機(jī)調(diào)速，其實(shí)就是把波形作用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的使用端，因此下面對電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行介紹。驅(qū)動(dòng)電路如圖2.3所示。圖2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路精選文檔圖2.3所示的是一個(gè)簡單的直流電機(jī)控制電路。電路中，H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對場效應(yīng)管。根據(jù)不同場效應(yīng)管對的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。如圖2.3所示，當(dāng)P1.7口為低電平，P1.6口為高電平，此時(shí)Q1、Q4導(dǎo)通，Q2、Q3截止，電動(dòng)機(jī)正常工作。改變P1.6口高電平周期，即改

27、變PWM調(diào)制脈沖占空比，可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速。2.4.3 小車原理圖小車原理圖如圖2.4所示，電機(jī)通過L293F芯片控制轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與速度。其中，SPEED1和SPEED2兩個(gè)端口通過PWM調(diào)節(jié)控制兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，IN1和IN2控制左側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，IN3和IN4控制右側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。通過對這6個(gè)端口的控制，使小車能夠按照預(yù)定的軌跡行進(jìn)。圖2.4 小車原理圖2.52.5 紅外火焰?zhèn)鞲衅骷t外火焰?zhèn)鞲衅鬟h(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅髂軌蛱綔y到波長在700納米1000納米范圍內(nèi)的紅外光，探測角度為60，其中紅外光波長在880納米附近時(shí)，其靈敏度達(dá)到最大。遠(yuǎn)紅外火焰探頭將外界紅外光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化，通過A/

28、D轉(zhuǎn)換器反映精選文檔為0255范圍內(nèi)數(shù)值的變化。外界紅外光越強(qiáng)，數(shù)值越小；紅外光越弱，數(shù)值越大。紅外火焰?zhèn)鞲衅髟韴D如圖2.5所示。圖2.5 紅外火焰電路原理圖下面為火焰?zhèn)鞲衅鲗?shí)測數(shù)據(jù)，一根蠟燭為火源，室內(nèi)正常日光燈環(huán)境實(shí)測結(jié)果如表2.1所示。表2.1 火焰?zhèn)鞲衅鲗?shí)測結(jié)果無火源時(shí)，對著日光燈0.35V-0.12V10cm4.98V20cm4.88V30cm4.72V40cm3.77V50cm2.89V60cm2.34V70cm1.92V80cm1.45V90cm1.15V100cm0.96V紅外火焰探頭將外界紅外光的變化轉(zhuǎn)化為電流的變化，通過A/D轉(zhuǎn)換器反映為 01023 范圍內(nèi)的數(shù)值。外界紅

29、外光越強(qiáng)，數(shù)值越小。因此越靠近熱源，機(jī)器人顯示讀數(shù)越小。根據(jù)函數(shù)返回值的變化能判斷紅外光線的強(qiáng)弱,從而能大致判別出火源的遠(yuǎn)近。此外，遠(yuǎn)紅外火焰探頭探測角度為60。2.62.6 風(fēng)扇模塊風(fēng)扇模塊滅火風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)電壓為+5V，為了增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，我們用三極管8550做驅(qū)動(dòng)電路以加大驅(qū)動(dòng)電流。滅火風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路如圖2.6所示。精選文檔圖2.6 滅火風(fēng)扇電路原理圖在Uin處接單片機(jī)的IO口，通過IO口輸出高低電平來控制滅火風(fēng)扇的啟動(dòng)和停止。2.72.7 智能小車整體設(shè)計(jì)智能小車整體設(shè)計(jì)2.7.1 CPU 引腳的設(shè)定如圖所示，CPU的P1.0、P1.1控制小車的左側(cè)電機(jī)，P1.4、P1.5控制小車的右側(cè)電機(jī)；

30、P3.1輸出PWM信號，控制小車電機(jī)的轉(zhuǎn)速；P2.4P2.7為火焰?zhèn)鞲衅鬏斎胄盘?，分別為前、后、左、右側(cè)的火焰?zhèn)鞲衅鞯男盘?，P2.0P2.2為循跡傳感器輸入信號。下面是各引腳在含義：1. 循跡傳感器：左P2.2中P2.1右P2.02. 火焰?zhèn)鞲衅鳎呵癙2.4后P2.6左P2.5右P2.73. 電機(jī)控制： 左P1.0/P1.1右P1.4/P1.54. 風(fēng)扇控制： P3.4引腳設(shè)定圖如圖2.7所示。圖2.7 引腳設(shè)定圖精選文檔電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)由電機(jī)控制端口P1控制，其中，P1.0/P1.1控制左側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，P1.4/P1.5控制右側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)表如表2.2所示。表2.2 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)表左電機(jī)右電機(jī)P0.

31、1P0.0含義HEXP0.5P0.4含義HEX00000001前轉(zhuǎn)101前轉(zhuǎn)110后轉(zhuǎn)210后轉(zhuǎn)211停止311停止32.7.2整體設(shè)計(jì)小車左右兩輪為驅(qū)動(dòng)輪，后萬向輪為支撐輪。即左右輪分別用兩個(gè)轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流減速電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，車體后部裝一個(gè)萬向輪。小車的整體設(shè)計(jì)圖如圖2.8所示。 圖2.8 小車整體設(shè)計(jì)圖精選文檔小車由三個(gè)尋跡傳感器組成尋跡模塊，用于檢測黑白線，當(dāng)中間的尋跡傳感器壓線時(shí)表示小車沒有偏航，左右輪轉(zhuǎn)速相同向前行進(jìn)；當(dāng)左邊的尋跡傳感器壓線時(shí)表示小車向右偏航，這時(shí)要調(diào)節(jié)左輪的轉(zhuǎn)速，使小車向左轉(zhuǎn)；當(dāng)右邊的尋跡傳感器壓線時(shí)表示小車向左偏航，這時(shí)要調(diào)節(jié)右輪的轉(zhuǎn)速，使小車向右轉(zhuǎn)。

32、火焰?zhèn)鞲衅饔?個(gè)，分別檢測前后左右方向上的火源，如果左邊的傳感器檢測到火源，則小車向左轉(zhuǎn)向前進(jìn)；如果右邊的傳感器檢測到火源，則小車向右轉(zhuǎn)向前進(jìn)，如果前邊的傳感器檢測到火源，則小車向前行進(jìn)；如果后邊的傳感器檢測到火源，則小車向后轉(zhuǎn)動(dòng)180。通過檢測兩套傳感器的信號，單片機(jī)根據(jù)程序輸出相應(yīng)的反應(yīng)信號，控制兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以使小車相互協(xié)調(diào)工作，完成滅火的任務(wù)。精選文檔第第 3 章章 軟軟 件件 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，我們根據(jù)單片機(jī)的具體情況使用Keil C51軟件，采用主流設(shè)計(jì)語言C語言對單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。C語言功能豐富，表達(dá)能力強(qiáng)，目標(biāo)程序效率高，可移植性好，既具有高級語

33、言的優(yōu)點(diǎn)，又具有低級語言的許多特點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。3.13.1 智能滅火小車系統(tǒng)總體流程智能滅火小車系統(tǒng)總體流程此部分是小車運(yùn)行的核心部分，起著控制小車所有運(yùn)行狀態(tài)的作用，具有導(dǎo)向和決策的功能。程序控制流程圖如圖3.1所示。圖3.1 控制流程圖系統(tǒng)總體流程是：小車進(jìn)入驅(qū)動(dòng)后，即先判斷是否有火源存在，一旦檢測到有火源，著從出發(fā)點(diǎn)沿著黑白線前進(jìn)接近火源。程序不停的判斷火源位置和行進(jìn)的線路，把相應(yīng)的信號發(fā)送給電動(dòng)機(jī)從而糾正小車的狀態(tài)，使小車按照規(guī)定的線路尋找到火源，并將火滅掉。精選文檔3.23.2 程序流程圖程序流程圖1. 小車滅火的主程序軟件流程圖如圖3.2所示，首先加點(diǎn)后對小車進(jìn)行初始化，在這個(gè)

34、階段讓小車檢測火源，確定自己的位置，同時(shí)尋找線路。接著單片機(jī)判斷是否有火源，如果有火源存在，啟動(dòng)小車循跡模塊程序，讓小車前進(jìn)，當(dāng)小車找到火源時(shí)，停止前進(jìn)，這時(shí)開啟滅火風(fēng)扇，進(jìn)行滅火的操作，這時(shí)再判斷是否將火滅掉，如果火已經(jīng)熄滅，則小車?yán)^續(xù)尋找下一個(gè)火源，如果沒有熄滅則風(fēng)扇繼續(xù)開啟。主程序流程圖如圖3.2所示。圖3.2 程序流程圖2. 小車循跡模塊、火源模塊程序軟件流程圖尋跡模塊程序首先采集尋跡傳感器傳回的信號，判斷當(dāng)前小車所在的位置，如果小車正好在線上，則小車?yán)^續(xù)前進(jìn)；如果小車左側(cè)壓線，說明小車偏左，則小車右拐前進(jìn)；如果小車右側(cè)壓線，說明小車偏右，則小車左拐前進(jìn)；如果精選文檔小車沒有檢測到黑線

35、，說明前面沒有路，則小車后轉(zhuǎn)180度，返回；如果小車三個(gè)傳感器都檢測到黑線，說明小車走到十字路口，則再判斷火焰?zhèn)鞲衅鞯男盘?。如果火焰?zhèn)鞲衅鞯男盘栵@示火焰在小車的前方，則小車?yán)^續(xù)前進(jìn)；如果檢測到火焰在小車的左方，則小車左轉(zhuǎn)90度，沿黑白線繼續(xù)前進(jìn)；如果小車檢測到火焰在小車的右方，則小車右轉(zhuǎn)90度，沿黑白線繼續(xù)前進(jìn)；如果小車檢測到火焰在小車的后方，則小車后轉(zhuǎn)180度，沿黑白線繼續(xù)前進(jìn)。尋跡模塊程序流程圖如圖3.3所示，火焰?zhèn)鞲衅髂K程序流程圖如圖3.4所示。 圖3.3 尋跡模塊圖3.4 判斷火源位置模塊3.33.3 部分功能代碼部分功能代碼1小車轉(zhuǎn)向代碼void run() /電機(jī)啟動(dòng)精選文檔 P

36、1=0 x11;void left()/左轉(zhuǎn)P1=0 x13;void right()/右轉(zhuǎn)P1=0 x31;void big_right()/右大轉(zhuǎn)P1=0 x21;void big_left()/左大轉(zhuǎn)P1=0 x12;void stop()/停止P1=0 x33;void back()/后退P1=0 x22;2小車尋跡代碼void track() unsigned char Num; timer_init(); PWM_ON = 4; /高電平時(shí)間檔,共10個(gè)檔位 while(1) Num = P2; Num = Num & 0 x07; P0 = Num | 0 xf8; /指

37、示燈 switch(Num) case 0 x02:/前進(jìn) run(); STATE_LAST = Num; 精選文檔 case 0 x04: /左轉(zhuǎn) left(); STATE_LAST = Num; case 0 x06: /左大轉(zhuǎn) big_left(); STATE_LAST = Num; case 0 x01: /右轉(zhuǎn) right(); STATE_LAST = Num; case 0 x03: /右大轉(zhuǎn) big_right(); STATE_LAST = Num; case 0 x07: /停止 stop(); case 0 x00: /檢測不到黑線時(shí)查看上一個(gè)狀態(tài)，并做出判斷 if

38、(STATE_LAST = 0 x04 | STATE_LAST = 0 x06) /左輪后退 P1 = 0 x02; else if(STATE_LAST = 0 x01 | STATE_LAST = 0 x03) /右輪后退 P1 = 0 x20; else if(STATE_LAST = 0 x00) left();/左轉(zhuǎn)尋線 else stop(); default: left(); 精選文檔3PWM調(diào)速代碼void tim(void) interrupt 1 static unsigned char count; TH0 = (65536 - 100) / 256; TL0 = (6

39、5536 - 100) % 256; /定時(shí)0.1mS if (count = PWM_ON) PWM = 1; /高電平 count+; if(count = 10)/分為10個(gè)檔 count = 0; if(PWM_ON != 0) PWM = 0; /低電平 精選文檔第第 4 4 章章 測測 試試 結(jié)結(jié) 果果1測試儀器貼有黑色引導(dǎo)線軌跡模擬滅火場地，點(diǎn)燃的蠟燭。2測試方法將小車放著場地上，打開小車的電源，讓小車自主發(fā)現(xiàn)火源(蠟燭)，并讓小車自動(dòng)將火滅掉。3測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析測試顯示，在小車的直線運(yùn)行過程中，小車會(huì)出現(xiàn)左右搖擺的現(xiàn)象，如下所示。（1）小車是初始角度的測試顯示，小車的初始

40、角度偏移越小，小車在運(yùn)行中就越穩(wěn)定。（2）通過用PWM調(diào)速，結(jié)果顯示，小車的車速減小時(shí)，小車的穩(wěn)定性提高。（3）在小車檢測到偏移時(shí)有兩種方案調(diào)節(jié)小車的角度：方案1，偏離側(cè)車輪停止，偏移側(cè)車輪前進(jìn)；方案2，偏離側(cè)車輪后退，偏移側(cè)車輪前進(jìn)。精選文檔結(jié)結(jié) 束束 語語歷經(jīng)幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，從最初的資料查找、方案設(shè)計(jì)，經(jīng)過最基本的電路設(shè)計(jì)、調(diào)試過程，再到軟件設(shè)計(jì)、測試，我學(xué)習(xí)了單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程。從傳感器信號的處理，到單片機(jī)接收并處理信號，再到輸出信號至外部系統(tǒng)，通過該作品的設(shè)計(jì)制作，使我更好的了解了各類傳感器，掌握了光電三極管的使用，并熟悉了單片機(jī)的中斷和定時(shí)器的控制，掌握了大功率驅(qū)動(dòng)芯片LM3

41、39的使用，程序中對各種任務(wù)的合理安排，使整體系統(tǒng)能夠更好的協(xié)同工作，增強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力，更好的熟悉的了解了一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)過程。測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)任務(wù)要求，小車采集紅外尋跡傳感器信號探測線路，采集火源傳感器信號探測火源，并根據(jù)單片機(jī)控制模塊的分析結(jié)果決策和控制下一步的運(yùn)動(dòng)形式。該控制系統(tǒng)運(yùn)用了單片機(jī)、紅外尋跡傳感器，直流電機(jī)，PWM調(diào)速，遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鞯燃夹g(shù)，基本實(shí)現(xiàn)了智能滅火小車的要求。但是本系統(tǒng)中還存在著不足：小車的直線行進(jìn)的穩(wěn)定性未得到很好的解決，通過測試小車在直線行走時(shí)與小車的初始角度、小車的速度、小車的轉(zhuǎn)彎，我認(rèn)為小車的穩(wěn)定性可能還與紅外探測器之間的間距、黑帶寬

42、度的比值、小車的慣性等有關(guān)。學(xué)習(xí)的過程中雖然遇到很多困難，但經(jīng)過努力克服了困難解決了問題，最終完成了設(shè)計(jì)。通過這次課程設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識到學(xué)好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，同時(shí)也是對大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果的一個(gè)綜合檢驗(yàn)。這幾個(gè)月的設(shè)計(jì)是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。精選文檔致致 謝謝歷時(shí)三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)告一段落。經(jīng)過自己不斷的努力以及趙老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成。在這段時(shí)間里，趙老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩，他的指導(dǎo)使我對整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的思路有了總體的把握，并耐心的幫我解決了許多實(shí)際問題，使我有了很大收獲

43、，本論文也是在趙老師的指導(dǎo)下修改完成的。在此，我要對他表示由衷的感謝，同時(shí)也感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中所有幫助過我的人。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我深刻地認(rèn)識到了學(xué)好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。這三個(gè)月的設(shè)計(jì)是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。雖然在這次設(shè)計(jì)中對于知識的運(yùn)用和銜接還不夠熟練，但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。由于自身水平有限，設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處，敬請各位老師批評指正。精選文檔參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn)1胡健主編.單片機(jī)原理及接口技術(shù)實(shí)踐教程M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004 2吳建平.殷戰(zhàn)國.曹

44、思榕.李坤垣 紅外反射式傳感器在自主式尋跡小車導(dǎo)航中的應(yīng)用 J 中國測試技術(shù)2004(6) 3童詩白,華成英 主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第4版) 高等教育出版社4萬永倫，丁杰雄.一種機(jī)器人尋線控制系統(tǒng).電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，20035周堅(jiān) 等編著. 單片機(jī)應(yīng)用與接口技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社6楊明.基于光電管尋跡的智能車舵機(jī)控制 J 光電技術(shù)應(yīng)用2007(1)7范立南,謝子殿主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用教程M.北京:北京大學(xué)出版社,20068黃惠媛,李潤國主編.單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京:海洋出版社,20069鄧岳,周輝,談?dòng)⒆?基于MC9S12DG128單片機(jī)智能車設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) J -實(shí)驗(yàn)室研究與探索2008

45、(1) 10肖海榮.張吉衛(wèi).基于89C52單片機(jī)的智能電動(dòng)車電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) J -山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)2004(1) 11B.D. Theelen a,*, A.C. Verschueren b, V.V. Reyes Su_arez c, M.P.J. Stevens a, A. Nunez. A scalable single-chip multi-processor architecture with on-chip RTOS kernel. J. 2003: 22-3012Jayanta Mukherjee a,*, Manfred K. Lang b, S.K. Mitra. Demosa

46、icing of images obtained from single-chip imaging sensors in YUV color space. J. 2005:13-18精選文檔附附 錄錄以下是小車的完整源代碼/*- 名稱：循跡小車 作者：宋世杰 日期：2011.05 晶振：12m 內(nèi)容：光電二極管檢測黑線，遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測火源，通過STC89C51單片機(jī)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變方向，并控制風(fēng)扇滅火。 說明：光電檢測元件:5通道灰度檢測傳感器 單片機(jī):STC89C51小車:UT-CAR-3W-01 電機(jī)驅(qū)動(dòng)元件:L293DP1口控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)P2口檢測路線、火源P3.1口 PWM調(diào)速P3.3口 風(fēng)扇開關(guān)-*/#includeunsigned char PWM_ON