基于單片機(jī)的智能小車設(shè)計(jì)

1、第第 1 1 章章 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 智能化作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，無需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。中國(guó)自 1978 年把“智能模擬”作為國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的主要研究課題，開始著力研究智能化。從概念的引進(jìn)到實(shí)驗(yàn)室研究的實(shí)現(xiàn)，再到現(xiàn)在高端領(lǐng)域（航天航空、軍事、勘探等）的應(yīng)用，這一過程為智能化的全面發(fā)展奠定基石。智能化全面的發(fā)展是實(shí)現(xiàn)其對(duì)資源的合理充分利用，以盡可能少的投入得到最大的收益，大大提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)水平從自動(dòng)化向智能化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)今智能化發(fā)展由高端向大眾普及。從先前的模擬電路

2、設(shè)計(jì)，到數(shù)字電路設(shè)計(jì)，再到現(xiàn)在的集成芯片的應(yīng)用，各種能實(shí)現(xiàn)同樣功能的元件越來越小為智能 化產(chǎn)物的生成奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)以智能化全面發(fā)展的普及與應(yīng)用為目的，整體開發(fā)過程簡(jiǎn)單易懂，所選擇的平臺(tái)與各電子元件恰當(dāng)合理，無需花費(fèi)過多的人力財(cái)力便可達(dá)到預(yù)期所要求各功能的實(shí)現(xiàn)，也符合課題研究的意義。設(shè)計(jì)的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點(diǎn)等可以為國(guó)內(nèi)自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)器人、采礦勘探機(jī)器人、家用自動(dòng)清潔機(jī)器人等自動(dòng)半自動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與普及有一定的參考意義。小車也可以作為玩具的發(fā)展對(duì)象，為中國(guó)玩具市場(chǎng)技術(shù)含量的缺乏進(jìn)行一定的彌補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益，形成商業(yè)價(jià)值。同時(shí)作為高校畢業(yè)設(shè)計(jì)研究課題，對(duì)學(xué)生的思維、動(dòng)手能力以

3、及總結(jié)論述等綜合能力得到充分鍛煉，有利于以后獨(dú)立及全面的發(fā)展。設(shè)計(jì)主要以簡(jiǎn)易智能機(jī)器人為開發(fā)平臺(tái)，選擇通用、價(jià)廉的 51 單片機(jī)為控制平臺(tái)，選擇常見的電機(jī)模型車為機(jī)械平臺(tái)，通過細(xì)化設(shè)計(jì)要求，結(jié)合傳感器技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)、無線通信技術(shù)等相關(guān)知識(shí)實(shí)現(xiàn)小車的各種功能。設(shè)計(jì)完成以由無線電遙控、紅外線對(duì)管的自動(dòng)尋跡、紅外線自動(dòng)避障以及語音控制組成的硬件模塊結(jié)合軟件設(shè)計(jì)組成多功能智能小車，共同實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)倒退、轉(zhuǎn)向行駛，自動(dòng)根據(jù)地面黑線尋跡導(dǎo)航，檢測(cè)障礙物后停止和語音信號(hào)的控制等功能，實(shí)現(xiàn)智能控制，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。1.11.1 智能小車的意義和作用智能小車的意義和作用 自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來，機(jī)器人的

4、發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國(guó)防等領(lǐng)域。近年來機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們?cè)诓粩嗵接憽⒏脑?、認(rèn)識(shí)自然的過程中，制造能替代人勞動(dòng)的機(jī)器一直是人類的夢(mèng)想。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的感覺傳感器種類越來越多，其中視覺傳感器成為自動(dòng)行走和駕駛的重要部件。視覺的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)于視覺的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后，機(jī)器視覺需要通過大量的運(yùn)算也只能識(shí)別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡(jiǎn)單的目標(biāo)。視覺傳感器的核心器件是攝像管或 CCD，目前的 CCD 已能做到自動(dòng)聚焦。但 CCD 傳感器的價(jià)格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢(shì)

5、，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺的系統(tǒng)中考慮使用接近覺傳感器是一種實(shí)用有效的方法。 機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線和障礙物，感知導(dǎo)引線相當(dāng)給機(jī)器人一個(gè)視覺功能。避障控制系統(tǒng)是基于自動(dòng)導(dǎo)引小車（AVGAUTO-GUIDE VEHICLE）系統(tǒng)，基于它的智能小車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別路線，判斷并自動(dòng)避開障礙，選擇正確的行進(jìn)路線。使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。 該智能小車可以作為機(jī)器人的典型代表。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測(cè)部分、執(zhí)行部分、CPU。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能，還可以擴(kuò)展循跡等功能，感知導(dǎo)引線和障礙物。可以實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，選擇正確的行進(jìn)路

6、線，并檢測(cè)到障礙物自動(dòng)躲避。基于上述要求，傳感檢測(cè)部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可，所以可以舍棄昂貴的 CCD 傳感器而考慮使用價(jià)廉物美的紅外反射式傳感器來充當(dāng)。智能小車的執(zhí)行部分，是由直流電機(jī)來充當(dāng)?shù)?，主要控制小車的行進(jìn)方向和速度。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)一般有兩種方案：第一，勿需占用單片機(jī)資源，直接選擇有 PWM 功能的單片機(jī)，這樣可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速；第二，可以由軟件模擬 PWM輸出調(diào)制，需要占用單片機(jī)資源，難以精確調(diào)速，但單片機(jī)型號(hào)的選擇余地較大?？紤]到實(shí)際情況，本文選擇第二種方案。CPU 使用 STC89C52RC 單片機(jī)，配合軟件編程實(shí)現(xiàn)。1.21.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)

7、目標(biāo) 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是設(shè)計(jì)一個(gè)以單片機(jī)為核心的智能小車，主要實(shí)現(xiàn)循跡及簡(jiǎn)單的障礙物檢測(cè)功能。通過裝在小車前面的紅外傳感器，獲取路面黑線位置信息，輸入到單片機(jī)中，再由單片機(jī)輸出控制信號(hào)，由驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)小車的自主循跡行駛，同時(shí)當(dāng)路線前方檢測(cè)到有障礙物時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)的避障措施。1.31.3 設(shè)計(jì)工具簡(jiǎn)介及運(yùn)行環(huán)境設(shè)計(jì)工具簡(jiǎn)介及運(yùn)行環(huán)境 1.電路原理圖.DDB 文件，PROTEL 99 SE 軟件設(shè)計(jì)。其主要包含兩大部分：電路工程設(shè)計(jì)部分和電路仿真與 PLD 部分。 2.程序代碼.UVPROJ 文件，KEIL UVISION2 軟件編寫。KEIL UVISION2 是美國(guó) KEIL SOFT

8、WARE 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng) C 語言的語法來開發(fā)，與匯編相比，C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用,而且大大的提高了工作效率和項(xiàng)目開發(fā)周期,他還能嵌入?yún)R編，您可以在關(guān)鍵的位置嵌入，使程序達(dá)到接近于匯編的工作效率。 3.運(yùn)行環(huán)境：其程序，電路圖部分在 WIN7 環(huán)境下完成。第第 2 2 章章 智能小車設(shè)計(jì)智能小車設(shè)計(jì)根據(jù)要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車的基礎(chǔ)上，加裝光電檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的智能

9、控制。這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。2.12.1 智能小車的智能小車的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求要求本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是設(shè)計(jì)一個(gè)以單片機(jī)為核心的智能小車，主要實(shí)現(xiàn)循跡及簡(jiǎn)單的躲避障礙物功能。通過裝在小車前面的紅外傳感器，獲取路面黑線位置信息，輸入到單片機(jī)中，再由單片機(jī)輸出控制信號(hào)，由驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)小車的自主循跡行駛，同時(shí)當(dāng)路線前方以及左右方檢測(cè)到有障礙物時(shí)，采取相應(yīng)的避讓措施。2.22.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路 智能小車采用前輪驅(qū)動(dòng)，前輪左右兩邊各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)制前面兩個(gè)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，

10、只是起支撐的作用。當(dāng)循跡模塊左邊的傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制左輪電機(jī)停止，右輪繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將車向左修正，當(dāng)車身下右邊傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制右輪電機(jī)停止，左輪繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將車向右修正。當(dāng)全部的傳感器都檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制左右輪電機(jī)都停止，小車停止。如圖 2.1 所示。 STC89C52RC循跡紅外對(duì)管時(shí)鐘電路復(fù)位電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)避障紅外對(duì)管圖 2.1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖避障的原理和循線一樣，分別在車身右邊左邊以及前方裝一個(gè)光電對(duì)管，當(dāng)其檢測(cè)到障礙物時(shí)，主控芯片給出信號(hào)控制車子是繼續(xù)向前還是左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)，從而避開障礙物，在小車的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的控制方面采用的時(shí)間電路的方法，通過不斷的

11、調(diào)試最終確定一個(gè)中斷時(shí)間，讓小車在轉(zhuǎn)彎時(shí)可以轉(zhuǎn)出個(gè) 90 度角。這個(gè)時(shí)間的設(shè)定也不是一成不變的，不同的路面由于路面的摩擦力不同，時(shí)間的設(shè)定也會(huì)有所不同。通過對(duì)上面這句話的深入理解和建模轉(zhuǎn)化，最后設(shè)計(jì)出以下方案。本系統(tǒng)共分為 5 塊模塊。1：主控制模塊，主要實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)處理，輸出指令等功能。2：電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，主要控制小車電機(jī)的啟動(dòng)和停止，使小車的電機(jī)在配合下達(dá)到小車的行走、停止、轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作。3：循跡模塊，通過小車前方的 3 個(gè)紅外對(duì)管尋找地上的黑線，從而讓小車按著黑線行走。4：避障模塊，檢測(cè)小車的周圍是否有障礙物，向單片機(jī)傳輸信號(hào)，從而讓小車避開障礙物。5：電源模塊，分別用 2 個(gè) 6

12、 伏直流電源給單片機(jī)和電機(jī)供電，并加大小車的重量，讓小車在行走過程中更加穩(wěn)定。2.2.3 3 系統(tǒng)的硬件選擇系統(tǒng)的硬件選擇1、單片機(jī)的選擇 采用單片機(jī)作為整個(gè)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(dòng)控制，而在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢(shì)控制簡(jiǎn)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(jià)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(duì)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(zhǎng)處理多開關(guān)量的標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)，而不能用精簡(jiǎn) I/O 口和程序存儲(chǔ)器的小體積單片機(jī)，D/A

13、、A/D 功能也不必選用。根據(jù)這些分析,我選定了 STC89C52RC 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(duì)于本設(shè)計(jì)也綽綽有余，更可貴的是 51 單片機(jī)價(jià)格非常低廉。 在綜合考慮了傳感器、兩部電機(jī)的驅(qū)動(dòng)等諸多因素后，我們決定采用一片單片機(jī)，充分利用 STC89C52RC 單片機(jī)的資源。2、驅(qū)動(dòng)模塊的選擇 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(dòng)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(jiǎn)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)定性也極強(qiáng)，是一種廣

14、泛采用的 PWM 調(diào)速技術(shù)。現(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(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)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)。3、循跡模塊的選擇 采用紅外一體化傳感器。此方案可以降低可見光的干擾，靈敏度高，同時(shí)其尺寸小、質(zhì)量輕、價(jià)格也低廉。外圍電路簡(jiǎn)單，安裝起來方便，電源要求不高，用它作為近距離傳感器是最理想的.4、避障模塊的選擇 采用一只紅外對(duì)管置于小車左右側(cè)。通過測(cè)試此種方案就能很好的實(shí)現(xiàn)小車避開障礙物，且充分的利用資源而不浪費(fèi)。5、電源模塊的選擇采

15、用 2 個(gè) 4 支 1.5V 電池雙電源分別給單片機(jī)與電機(jī)供電可解決問題且能讓小車完成其功能。第第 3 3 章系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)章系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)3.3.1 1 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與原理分析驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與原理分析 L298 是 SGS 公司的產(chǎn)品，比較常見的是 15 腳 MULTIWATT 封裝的 L298N，內(nèi)部同樣包含 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。可以方便的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。 L298N 芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的 IO 口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。 L298N 可接受標(biāo)準(zhǔn)

16、TTL 邏輯電平信號(hào) VSS，VSS 可接 457 V 電壓。4 腳 VS 接電源電壓，VS 電壓范圍 VIH 為2546 V。輸出電流可達(dá) 25 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1 腳和 15 腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。L298 可驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4 之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)。將引腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。ENA，ENB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。 在 L298N 的輸出端分別正確的接上小車的左右兩個(gè)直流電機(jī)，通過 L298N 的輸出電流控制左右兩個(gè)直流電機(jī)的停止或者前進(jìn)，例如左

17、輪不轉(zhuǎn)右輪向前就做左轉(zhuǎn)的動(dòng)作，右輪不轉(zhuǎn)左輪向前就做右轉(zhuǎn)的動(dòng)作，如圖 3.1 和圖 3.2 所示。 圖 3.1 L298N 引腳圖3.3.2 2 信號(hào)檢測(cè)模塊信號(hào)檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)與原理分析的設(shè)計(jì)與原理分析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(duì)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(jiǎn)單、應(yīng)用也比較普遍的檢測(cè)方法紅外探測(cè)法。紅外探測(cè)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(diǎn)。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，

18、則小車上的接收管接收不到信號(hào)，再通過 LM324 作比較器來采集高低電平，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢測(cè)。避障亦是此原理。電路圖如圖 3.3 所示。市面上有很多紅外傳感器，在這里我選用 TCRT5000 型光電對(duì)管。圖 3.2 驅(qū)動(dòng)原理圖圖 3.3 循跡原理圖3.3.3 3 主控電路主控電路的設(shè)計(jì)與原理分析的設(shè)計(jì)與原理分析 本模塊主要是對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行分析，同時(shí)控制電機(jī)，起停。以及再檢測(cè)到障礙做出反映的作用。其電路圖如圖。STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM-FLASH PROGRAMABLE AND ERASABLE READ ONLY MEMORY ）的低電壓，

19、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(chǔ)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。STC89C52RC 單片機(jī)引腳圖如圖3.4 所示。圖 3.4 STC89C52RC 單片機(jī)引腳圖STC89C52RC 具體介紹如下：（1）主電源引腳（2 根）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(gè)機(jī)器周期的高電

20、平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(PIN30)：地址鎖存允許信號(hào)PSEN(PIN29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/VPP(PIN31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令。（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(gè)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 P0.0P0.7P1 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

21、 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 STC89C52RC 主要功能如表 3.1 所示。表 3.1 STC89C52RC 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(gè)雙向 I/O 口256X8BIT 內(nèi)部 RAM3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率 0-24MHZ2 個(gè)串行中斷可編程 UART 串行通道2 個(gè)外部中斷源共 6 個(gè)中斷源2 個(gè)讀寫中斷口線3 級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能3.3.4 4 直流電機(jī)電路的設(shè)計(jì)與原理分析直流電機(jī)

22、電路的設(shè)計(jì)與原理分析+5V：芯片電壓 5V。 VCC：電機(jī)電壓，最大可接 50V。GND：共地接法。A-D-：輸出端，接電機(jī)。AD+ ：為步進(jìn)電機(jī)公共端，模塊上接了 VCC。EN1、EN2：高電平有效，EN1、EN2 分別為 IN1 和 IN2、IN3 和 IN4 的使能端。IN1 IN4：輸入端，輸入端電平和輸出端電平是對(duì)應(yīng)的。直流電機(jī)原理圖如圖 3.5 所示。 圖 3.5 直流電機(jī)原理圖主控電路如圖 3.6 所示。圖 3.6 主控電路第第 4 4 章章 軟件功能程序及分析軟件功能程序及分析 在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，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(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程

23、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(duì)于本系統(tǒng)，軟件更為重要。 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個(gè)基本類型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計(jì)算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。 為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常把整個(gè)過程分成若干個(gè)部分，每一部分叫做一個(gè)模塊。所謂“模塊” ，實(shí)質(zhì)上就是所完成一定功能，相對(duì)獨(dú)立的程序段，這種程序設(shè)計(jì)方法叫模塊程序設(shè)計(jì)法。模塊程序設(shè)計(jì)法的主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）單個(gè)模塊比起一個(gè)完整的程序易編寫及調(diào)試；（2）模塊可以共存，一個(gè)模塊可以被多個(gè)任務(wù)在不同條件下調(diào)用；（3）模塊程序允許

24、設(shè)計(jì)者分割任務(wù)和利用已有程序，為設(shè)計(jì)者提供方便。4.14.1 主程序框圖主程序框圖圖 4.1 主程序框圖4.4.2 2 循跡模塊循跡模塊循跡框圖如圖 4.2 所示。開始前進(jìn)掃描 I/O 口，是否檢測(cè)到黑線Y左邊 右邊左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)N啟動(dòng)循跡是否檢測(cè)到停止線停止是否檢測(cè)到障礙NY避障YN圖 4.2 循跡框圖循跡程序：void fun1() /循跡子程序 if(P25=1&P26=0&P27=1) /直走 P11 是車前 P10 是車后 dr=1; if(P25=0&P26=1&P27=1) /左拐 dr=2; if(P25=1&P26=1&P27=0)

25、/右拐 dr=3; if(P10=0|P11=0) /進(jìn)入壁障標(biāo)志口 dr=4; switch(dr) case 1:P14=0,P15=1,P16=0,P17=1;break; /直走 case 2:P14=1,P15=0,P16=0,P17=1;break; / 左拐 case 3:P14=0,P15=1,P16=1,P17=0;break; /右拐 P14,P15,控制左電機(jī) case 4:yy=1; 4.4.3 3 避障模塊避障模塊避障框圖如圖 4.3 所示。 前右有障礙物 前左有障礙物 Y傳感器全部檢測(cè)到黑線小車進(jìn)入避障模式小車直行小車左走小車右走左、右或無障礙 圖 4.3 避障框圖

26、避障程序：VOID FUN2()/壁障子程序 if(P10=0&P11=1&P12=0) / 兩邊測(cè)直走 P14=0,P15=1,P16=0,P17=1; if(P10=0&P11=0&P12=1) / 左中測(cè) 右走 P14=1,P15=0,P16=0,P17=1;/左拐 delay(1000); if(P10=1&P11=0&P12=0) /右中測(cè) 左走 P14=0,P15=1,P16=1,P17=0; /右拐 delay(1000);if(P10=0&P11=0&P12=0)/全測(cè)到 直走 P14=0,P15=1,P16=0,

27、P17=1; /直走if(P10=0&P11=1&P12=1) P14=0,P15=1,P16=0,P17=1;/直走if(P10=1&P11=1&P12=0) P14=0,P15=1,P16=0,P17=1; /直走 if(P25=0&P26=0&P27=0) /車停P14=1,P15=1,P16=1,P17=1; TR0=0;小車直行結(jié)結(jié) 論論 整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，利用了多種傳感器，將軟件和硬件相結(jié)合。本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)如下功能： （1） 自動(dòng)沿預(yù)設(shè)軌道行駛小車在行駛過程中，能夠自動(dòng)檢測(cè)預(yù)先設(shè)好的軌道，實(shí)現(xiàn)直道和弧形軌道的前進(jìn)。若有偏離，

28、能夠自動(dòng)糾正，返回到預(yù)設(shè)軌道上來。 （2）當(dāng)小車探測(cè)到前進(jìn)前方的障礙物時(shí)，可以自動(dòng)報(bào)警調(diào)整，躲避障礙物，從無障礙區(qū)通過。小車通過障礙區(qū)后，能夠自動(dòng)循跡。 （3）自動(dòng)檢測(cè)停車線并自動(dòng)停車。 從運(yùn)行情況來看循跡的效果比較好，避障的效果不是很好，我認(rèn)為是由于電源不能穩(wěn)定而是的小車的速度不好控制，這也是我這次設(shè)計(jì)最大的誤區(qū)，沒有選取穩(wěn)定的電源。我相信如果實(shí)驗(yàn)條件和時(shí)間的允許下我肯定能解決這一問題。 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，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，她的指導(dǎo)使我對(duì)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，本論文也是在老師的指導(dǎo)下修改完成的。在此，我要對(duì)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(shí)到了學(xué)好專業(yè)知識(shí)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)三年的學(xué)習(xí)成果。這三個(gè)月的設(shè)計(jì)是對(duì)過去所學(xué)知識(shí)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(duì)于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不