自動(dòng)尋跡小車專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告 docx

1、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告 項(xiàng) 目： 自動(dòng)尋跡避障輪式機(jī)器人 班 級(jí)： 電133 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 1312021067 同組同學(xué)： 學(xué) 期： 2016-2017-1 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康淖詣?dòng)循跡、智能避障機(jī)器人是一個(gè)與電氣工程專業(yè)有著密切關(guān)系的實(shí)際工程裝備，本綜合實(shí)驗(yàn)以此為依托，把輪式機(jī)器人能夠沿設(shè)置的道路路線運(yùn)動(dòng)作為控制目標(biāo)，完成從模型建立、控制方案確定、控制參數(shù)仿真分析、硬件線路設(shè)計(jì)到實(shí)物機(jī)械安裝、硬件安裝調(diào)試、控制程序編寫集成、系統(tǒng)調(diào)試等步驟過程的訓(xùn)練。本實(shí)驗(yàn)涉及到電路分析、電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)、電力拖動(dòng)、自動(dòng)控制原理、傳感器與檢測(cè)技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)等課程的理論和實(shí)驗(yàn)

2、知識(shí)。是學(xué)生接觸實(shí)際電氣工程專業(yè)復(fù)雜工程問題的重要及關(guān)鍵途徑。通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，運(yùn)用現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具的能力，分析和解決實(shí)際工程問題的能力。從而使學(xué)生初步能夠解決主要涉及電氣工程專業(yè)知識(shí)的復(fù)雜工程問題。1.2實(shí)驗(yàn)要求要求同學(xué)綜合運(yùn)用課程的理論和實(shí)驗(yàn)知識(shí)，以輪式機(jī)器人能夠以一定的速度沿設(shè)置的道路路線運(yùn)動(dòng)作為控制目標(biāo)（技術(shù)指標(biāo)為：機(jī)器人行走速度1m/s，行走偏離導(dǎo)航線程度2/3車身寬度），要求完成從模型建立、控制方案確定、控制參數(shù)仿真分析、硬件線路設(shè)計(jì)到實(shí)物機(jī)械安裝、硬件安裝調(diào)試、控制程序編寫集成、系統(tǒng)調(diào)試等實(shí)驗(yàn)步驟。具體要求為：1）檢索資料，對(duì)輪式機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r，當(dāng)前的研究

3、熱點(diǎn)，技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢(shì)有所了解，查閱工程規(guī)范文件、產(chǎn)品樣本、使用說明，了解實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必須遵守的工程規(guī)范和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)所受到的商用產(chǎn)品的實(shí)際限制。2）理解輪式機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，用CAD軟件繪制機(jī)械零部件的加工圖紙，安裝輪式機(jī)器人。3）綜合運(yùn)用物理特性分析法和實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)定法建立輪式機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型，必要時(shí)在工作點(diǎn)附近近似線性化，以獲得線性數(shù)學(xué)模型。4）設(shè)計(jì)輪式機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，包括控制芯片的選型，外圍電路的設(shè)計(jì)，傳感器類型型號(hào)的選擇、功率驅(qū)動(dòng)電路的選擇、人機(jī)交互部件的選擇，掌握所選擇元器件、部件的性能、用法。用電子線路設(shè)計(jì)軟件繪制硬件原理圖，設(shè)計(jì)相應(yīng)的PCB設(shè)計(jì)圖，安裝硬件并調(diào)試

4、。5）根據(jù)控制要求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，選擇合適的控制算法，結(jié)合具體數(shù)學(xué)模型，計(jì)算系統(tǒng)所能達(dá)到性能指標(biāo)，利用MATLAB軟件進(jìn)行必要的系統(tǒng)仿真，通過仿真掌握控制參數(shù)的整定方法，使輪式機(jī)器人系統(tǒng)滿足性能指標(biāo)。6）掌握系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的步驟方法，調(diào)試參數(shù)的記錄方法，動(dòng)態(tài)曲線的測(cè)定記錄方法。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用數(shù)值處理方法和相關(guān)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并加以分析，記錄實(shí)驗(yàn)曲線，與理論分析結(jié)果對(duì)比，得出有意義的結(jié)論。二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備與器件表1器件名稱數(shù)量雙12V變壓器1紅外避障傳感器直流電機(jī)1聲音傳感器1有源蜂鳴器1紅外循跡傳感器1穩(wěn)壓芯片7805/78125繼電器1紅外避障傳感器1LM298電機(jī)驅(qū)動(dòng)1STC

5、15W4K58S4單片機(jī)1四輪車模型1PC機(jī)1烙鐵1焊錫1起子1按鍵若干電阻若干電容若干杜邦線若干三、實(shí)驗(yàn)原理分析本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是一種基于單片機(jī)控制的自動(dòng)尋跡避障智能循跡機(jī)器人的設(shè)計(jì)，該車以單片機(jī)為控制核心，利用傳感器對(duì)前方障礙物信息及路面信息進(jìn)行采集，并將障礙物檢測(cè)信號(hào)和路面檢測(cè)信號(hào)反饋給單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)采集到的信號(hào)予以分析判斷，及時(shí)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)以調(diào)整智能循跡機(jī)器人轉(zhuǎn)向，從而使智能循跡機(jī)器人能夠避開障礙物，沿著預(yù)定軌道自動(dòng)行駛，實(shí)現(xiàn)智能循跡機(jī)器人自動(dòng)尋跡避障的目的。3.1建立數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)建模就是當(dāng)需要從定量的角度分析和研究一個(gè)實(shí)際問題時(shí)，需要在深入調(diào)查研究、了解對(duì)象信息、作出簡化假設(shè)

6、、分析內(nèi)在規(guī)律等工作的基礎(chǔ)上，用數(shù)學(xué)的符號(hào)和語言做表述來建立數(shù)學(xué)模型。3.1.1模型建立原理建立數(shù)學(xué)模型的主要過程在于建立系統(tǒng)輸入和輸出之間的關(guān)系，主要方法有：（1）物理建模法（白盒法）：根據(jù)物理原理建立輸入和輸出模型；（2）基于輸入輸出數(shù)據(jù)（黑盒法）：通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量大量輸入和輸出之間的關(guān)系，采用曲線擬合近似輸入和輸出的函數(shù)關(guān)系；（3）混合法：結(jié)合物理原理基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)擬合共同建立輸入和輸出模型。本次實(shí)驗(yàn)采用混合法來進(jìn)行建立系統(tǒng)輸入和輸出之間的關(guān)系。輪式機(jī)器人的傳統(tǒng)導(dǎo)航方式有很多，包括慣性導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航、傳感器導(dǎo)航等。不同導(dǎo)航方式所適用的環(huán)境也有所不同，包括簡單環(huán)境和復(fù)雜環(huán)境，室內(nèi)環(huán)境和室外

7、環(huán)境。環(huán)境信息包括待覆蓋區(qū)域的地形、障礙物的形狀、位置、大小甚至屬性或者類別。 1)慣性導(dǎo)航是一種最基本的導(dǎo)航方式。它利用機(jī)器人裝配的光電編碼器和陀螺儀，計(jì)算機(jī)器人航程，從而推知機(jī)器人當(dāng)前的位置和下一步目的地。這種導(dǎo)航方式的優(yōu)點(diǎn)是硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)起來比較簡單，缺點(diǎn) 是導(dǎo)航系統(tǒng)存在常值漂移和隨機(jī)漂移，導(dǎo)致導(dǎo)航信息精度隨時(shí)間推移而降低，控制的精度很難提高。2)視覺導(dǎo)航是利用機(jī)器人自身裝配的攝像機(jī)拍攝周圍環(huán)境的局部圖像，然后將所得的信息存儲(chǔ)起來，以后機(jī)器人移動(dòng)時(shí)拍攝的信息與之進(jìn)行比對(duì)，來確定機(jī)器人所在的位置，從而實(shí)現(xiàn)智能移動(dòng)機(jī)器人全局航。這種導(dǎo)航方式的優(yōu)點(diǎn)是路徑規(guī)劃起來比較簡單，柔性化程度高，然而其難以

8、適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，以及硬 件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 3)傳感器導(dǎo)航是一種利用非視覺傳感器，如,超聲波傳感器、紅外傳感器、接觸傳感器等來實(shí)現(xiàn)智能 移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航。這種導(dǎo)航方式的優(yōu)點(diǎn)是精度高，能安全的避開障礙物，但這種方式所需的傳感器多，硬件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。由于傳統(tǒng)的導(dǎo)航方式存在著種種局限性，靠單一的導(dǎo)航方式難以優(yōu)化智能移動(dòng)機(jī)器人的軟硬件結(jié)構(gòu)，也不可能很大的提高導(dǎo)航精度，因此本文綜合了慣性導(dǎo)航與傳感器導(dǎo)航的部分優(yōu)點(diǎn)，提出了一種新的導(dǎo)航方式。這種導(dǎo)航方式通過光電編碼器進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，利用紅外傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)避障，從而引導(dǎo)智能移動(dòng)機(jī)器人按照事先規(guī)劃好的路徑進(jìn)行遍歷。3.1.2智能循跡機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型建立采用的四輪結(jié)

9、構(gòu)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用兩輪差速驅(qū)動(dòng)方式，后兩個(gè)為從動(dòng)輪，只起到支撐平衡作用。假定左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪與地面之間沒有滑動(dòng)，也沒有側(cè)移，只是做純粹的滾動(dòng)，則機(jī)器人滿足鋼體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。圖1所示XW,YW,O為世界坐標(biāo)系，X,Y,O為移動(dòng)坐標(biāo)系，PX為機(jī)器人前進(jìn)方向。圖1小坐標(biāo)系圖移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)主要處理控制參數(shù)和系統(tǒng)在狀態(tài)空間的運(yùn)動(dòng)兩者之間的關(guān)系，它包括正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)兩個(gè)方面。正運(yùn)動(dòng)學(xué)解決如何根據(jù)移動(dòng)機(jī)器人的速度來計(jì)算它的位姿或運(yùn)動(dòng)軌跡，當(dāng)機(jī)器人的位姿（，）時(shí)，差動(dòng)輪式機(jī)器人的正運(yùn)動(dòng)學(xué)就是利用這連個(gè)差動(dòng)輪的速度（，）來計(jì)算其位置，通用公式計(jì)算如下 （1） （2） （3）其中， 和分別為左右輪的驅(qū)動(dòng)速度，是兩個(gè)

10、驅(qū)動(dòng)輪之間的距離，為移動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)輪半徑；移動(dòng)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解決如何控制輪子的速度以達(dá)到移動(dòng)機(jī)器人所需的運(yùn)動(dòng)軌跡或位姿，即在已知位置（，）時(shí)，如果根據(jù)以上公式，求出兩輪差動(dòng)速度（，）。由于差動(dòng)輪式驅(qū)動(dòng)屬于非完整性約束問題，故移動(dòng)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)只有在特殊條件下求解，其解往往不唯一，根據(jù)系統(tǒng)的需求，本文對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析按兩種情況分別進(jìn)行。直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)差動(dòng)輪式移動(dòng)機(jī)器人左右兩輪的速度大小相等且方向相同時(shí)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡為直線，所圖2所示。圖2直線運(yùn)動(dòng)原理圖設(shè)t=0時(shí)，機(jī)器人移動(dòng)坐標(biāo)系X0，Y0，P0與世界坐標(biāo)系XW,YW,O重合，經(jīng)過時(shí)間t后機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到新的移動(dòng)坐標(biāo)系Xt，Yt，Pt，當(dāng)機(jī)

11、器人左右兩輪的速度大小相等且方向相同(即=)時(shí)由公式(3)有： （4）將其代入公式（1）、（2）得： （5） （6）由和公式（4）、（5）式可知：機(jī)器人左右兩輪的速度大小相等而方向相同時(shí)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡為直線。圓弧運(yùn)動(dòng) 當(dāng)差動(dòng)輪式機(jī)器人左右兩輪的運(yùn)動(dòng)方向相同速度大小保持不變且差速度固定不變時(shí)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧。設(shè)t=0時(shí)，機(jī)器人移動(dòng)坐標(biāo)系X0，Y0，P0與世界坐標(biāo)系XW,YW,O重合，經(jīng)過時(shí)間后機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到新的移動(dòng)坐標(biāo)系Xt，Yt，Pt，如圖：圖3圓弧運(yùn)動(dòng)原理圖當(dāng)機(jī)器人左右兩輪的速度差恒定，且方向保持不變時(shí)，由公式(3)有： （7）將和代入公式(1) 有：（8） 求定積分得： （9）將和

12、代入公式(2) 有： （10）由公式（9）有： （11）由公式（10）有： （12） （13）由上可知，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓弧，將上式轉(zhuǎn)化為圓的標(biāo)準(zhǔn)方程：由式（2-11）、（2-12）可知，當(dāng)機(jī)器人左右兩輪的運(yùn)動(dòng)方向相同、速度大小保持不變且速度固定不變時(shí)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧。圓心在世界坐標(biāo)系YW的軸上。其圓心坐標(biāo)為：(0,), 圓弧半徑為：當(dāng)機(jī)器人右輪速度大于左輪速度時(shí)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡在世界坐標(biāo)系的一、二象限；當(dāng)機(jī)器人右輪速度小于左輪速度時(shí)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡在世界坐標(biāo)系的三、四象限。運(yùn)動(dòng)軌跡如圖： a : b : 圖4圓弧運(yùn)動(dòng)圖3.1.3電機(jī)模型建立智能循跡機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中，輪子受到的

13、力包括電機(jī)牽引力，摩擦力、轉(zhuǎn)彎引起的滾轉(zhuǎn)阻力改變，智能循跡機(jī)器人加速度為，根據(jù)力矩平衡原理可得： （14）智能循跡機(jī)器人動(dòng)力為直流電動(dòng)機(jī)，機(jī)械特性為： （15） （16）假設(shè)電池電壓為U0，控制滿肚為Xumax，電壓為： （17）對(duì)等式（8）、（9）、（10）、（11）進(jìn)行聯(lián)立方程組，可解得： （18）其中：U為電樞端的輸入電壓；Ra為電樞繞組電阻；Rj為串入電樞回路的調(diào)節(jié)電阻；CE為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；CT為轉(zhuǎn)矩常數(shù)；T2為機(jī)械輸出轉(zhuǎn)矩，T0為空載轉(zhuǎn)矩，為每極磁通量。 （19） （20） （21） （22）其中，可見：，與電機(jī)本身，電池電壓，智能循跡機(jī)器人質(zhì)量、勻速行駛的阻力等有關(guān)，可通過實(shí)驗(yàn)獲得；

14、是智能循跡機(jī)器人轉(zhuǎn)向的影響，與因轉(zhuǎn)彎而增加的滾動(dòng)摩擦阻力呈正比，因此，假設(shè)可表示為： （23）實(shí)驗(yàn)大致過程為：先假設(shè)偏轉(zhuǎn)角為0，將，看作待定系數(shù)，理論上來說，如果有三組占空比與智能循跡機(jī)器人速度v、速度變化率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以求出，實(shí)際上考慮實(shí)驗(yàn)誤差和可靠性，應(yīng)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，采用最小二乘法估計(jì)，。然后將，帶入，通過多次實(shí)驗(yàn)，得到大量與v的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定。 3.1.4控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖經(jīng)過上述過程的模型建立，可觀察出輪式機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)為兩個(gè)閉環(huán)結(jié)構(gòu)組合疊加而成，具體控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下所示：圖5 智能循跡機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2機(jī)械結(jié)構(gòu)本次實(shí)驗(yàn)要求智能循跡機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定、簡單，而四輪運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

15、具備以上特點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)部分：由于玩具汽車的直流電機(jī)功率較小，而智能循跡機(jī)器人上裝有電池、電機(jī)、電子器件等，使得電機(jī)負(fù)擔(dān)較重。為使智能循跡機(jī)器人能夠順利啟動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，在直流電機(jī)和輪車軸之間加裝了三級(jí)減速齒輪。顯示部分：將顯示模塊放置智能循跡機(jī)器人前部上方，利于觀察。電池的安裝：將電池放置在車體的正下方，降低車體重心，提高穩(wěn)定性，同時(shí)可增加驅(qū)動(dòng)輪的抓地力，減小輪子空轉(zhuǎn)所引起的誤差。機(jī)械結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵循重量適當(dāng)、降低重心、加固安裝這三個(gè)原則。1）重量適當(dāng)。智能循跡機(jī)器人的車身過重，會(huì)影響到智能循跡機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能；車身過輕，則會(huì)影響到智能循跡機(jī)器人在爬斜坡的抓地力，直接導(dǎo)致智能循跡機(jī)器人的

16、車輪會(huì)打滑。2）降低重心。這不僅能更好地增加智能循跡機(jī)器人的抓地力，而且更能保證檢測(cè)的穩(wěn)定性能。3）加固安裝。這直接決定了智能循跡機(jī)器人的質(zhì)量高低，所以在安裝時(shí)，必須加固安裝。以下通過機(jī)械零部件的加工圖紙來進(jìn)一步了解智能車的機(jī)械結(jié)構(gòu)：圖6智能循跡機(jī)器人底板背面機(jī)械結(jié)構(gòu)圖圖7智能循跡機(jī)器人底板正面機(jī)械結(jié)構(gòu)圖3.3總體方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用由單片機(jī)最小系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊、避障模塊、尋跡模塊、液晶顯示模塊和電源模塊、聲音啟動(dòng)模塊組成。單片機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)尋跡模塊在黑線跑道上的狀態(tài)，并自主調(diào)整智能循跡機(jī)器人的方向。在尋跡的跑道上檢測(cè)前方的距離，當(dāng)前方距離小于20厘米時(shí)，智能循跡機(jī)器人避開障礙物往回繼續(xù)尋跡

17、。智能循跡機(jī)器人把前方障礙物的距離顯示在LCD1602液晶上，智能循跡機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)是采用驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)尋跡避障智能循跡機(jī)器人行走。系統(tǒng)總體框圖如圖3-1所示：圖8系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖3.4系統(tǒng)方案比較、設(shè)計(jì)與論證 該系統(tǒng)主要由單片機(jī)主控模塊、聲控模塊、尋跡模塊、避障模塊電路，液晶顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電源模塊電路組成，下面介紹實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)功能的方案。3.4.1主控制器模塊選擇方案1： 采用可編程邏輯器件CPLD作為控制器。CPLD可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、IO資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心

18、。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。且從使用及經(jīng)濟(jì)的角度考慮我們放棄了此方案。方案2： 采用STC15W4K58S4單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，控制簡單、方便、快捷。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)。STC15W4K58S4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RAM空間多達(dá)4K，對(duì)于本設(shè)計(jì)也綽綽有余。綜上考慮，選擇方案2。3.4.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選擇方案1：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(dòng)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。用單片

19、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)，是一種廣泛采用的 PWM調(diào)速技術(shù)?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，本次設(shè)計(jì)采用L298N，L298N是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。方案2：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到分壓的目的。但電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要的問

20、題在于一般的電動(dòng)機(jī)電阻很小，但電流很大，分壓不僅會(huì)降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。方案3：采用SM6135W電機(jī)遙控驅(qū)動(dòng)模塊控制直流電機(jī)，SW6135W是專為遙控車設(shè)計(jì)的大規(guī)模集成電路，能實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、向右、向左、加速五個(gè)功能，但是其采用的是編碼輸入控制，而不是電平控制，這樣在程序中實(shí)現(xiàn)比較麻煩，而且該電機(jī)模塊價(jià)格比較高。綜上考慮，選擇方案1。3.4.3避障傳感器的選擇方案1：用超聲波傳感器進(jìn)行避障。超聲波傳感器的原理是：超聲波由壓電陶瓷超聲波傳感器發(fā)出后，遇到障礙物便反射回來，再被超聲波傳感器接收。然后將這信號(hào)放大后送入單片機(jī)。超聲波傳感器在避障的設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。方案2：用紅外光電開關(guān)進(jìn)行避障

21、。光電開關(guān)的工作原理是根據(jù)投光器發(fā)出的光束，被物體阻斷或部分反射，受光器最終據(jù)此作出判斷反應(yīng)，是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無，其物體不限于金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均能檢測(cè)。光電開關(guān)E3F-DS10C4操作簡單，使用方便。當(dāng)有光線反射回來時(shí)，輸出低電平。當(dāng)沒有光線反射回來時(shí)，輸出高電平。但是如果有太陽光線干擾，紅外光電開關(guān)會(huì)受干擾綜上考慮，選擇方案1。3.4.4顯示模塊的選擇方案1：用數(shù)碼管進(jìn)行顯示。數(shù)碼管由于顯示速度快，使用簡單，顯示效果簡潔明了而得到了廣泛應(yīng)用。但是由于要顯示溫度。及設(shè)置菜單，用數(shù)碼管無法顯示如此豐富的內(nèi)容，因此我們放棄了此方案。方

22、案 2：用LCD液晶進(jìn)行顯示。LCD由于其顯示清晰，顯示內(nèi)容豐富、清晰，顯示信息量大，使用方便，顯示快速而得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于此系統(tǒng)我們選用1602液晶能夠很好的滿足顯示要求。 綜上考慮，選擇方案2。3.4.5尋跡傳感器的選擇方案1：用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。方案2：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電

23、對(duì)管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響，因此我們放棄了這個(gè)方案。方案3：用RPR220型光電對(duì)管。RPR220是一種一體化反射型光電探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個(gè)高靈敏度，硅平面光電三極管。RPR220采用DIP4封裝，其具有如下特點(diǎn)：1.塑料透鏡可以提高靈敏度；2.內(nèi)置可見光過濾器能減小離散光的影響；3.體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。當(dāng)發(fā)光二

24、極管發(fā)出的光反射回來時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光電對(duì)管調(diào)理電路簡單，工作性能穩(wěn)定。因此，選擇了方案3。3.4.6供電方式選擇由于本系統(tǒng)采用電池供電，我們考慮了如下幾種方案為系統(tǒng)供電。方案1：采用12V蓄電池為系統(tǒng)供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。但是蓄電池的體積過于龐大，在小型電動(dòng)車上使用極為不方便。因此我們放棄了此方案。方案2：采用6節(jié)1.5 V干電池共9V做電源，經(jīng)過7805的電壓變換后為單片機(jī)，傳感器供電。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證智能循跡機(jī)器人工作時(shí)，單片機(jī)、傳感器的工作電壓穩(wěn)定能夠滿足系統(tǒng)的要求，而且電池更換方便。綜上所述，采用方案23.5芯片資料簡介3.5.1 L298

25、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片的主要特點(diǎn)是:工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V;輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。3.5.2 LCD顯示模塊HJ1602A 是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02 即32個(gè)字符。（16列2行）。在日常生

26、活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號(hào)和圖形。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。 液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 3.5.3主

27、控制器模塊STC15W4K58S4（既能仿真又能USB直接下載程序），是目前STC最先進(jìn)的芯片之一，內(nèi)部資源十分豐富，具有58K字節(jié)程序存儲(chǔ)器，4096字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，5個(gè)定時(shí)器，4個(gè)獨(dú)立串口，8通道10位高速ADC轉(zhuǎn)換器，1個(gè)SPI接口支持主機(jī)與從機(jī)模式、2路CCP/PCA/PWM、6路帶死區(qū)控制的專用PWM、1個(gè)比較器等，支持USB直接下載程序和串口下載程序。內(nèi)部集成有高精度R/C時(shí)鐘與高可靠復(fù)位電路，支持2.55.5V寬工作電壓范圍，只需提供電源就是單片機(jī)最小系統(tǒng)，只需加上一個(gè)RS232電平轉(zhuǎn)換芯片或USB轉(zhuǎn)串口芯片后連上電腦就成為一個(gè)功能完美的仿真系統(tǒng)，程序仿真調(diào)試非常方便3.5.4聲

28、音啟動(dòng)模塊本系統(tǒng)采用通過聲音傳感器檢測(cè)當(dāng)前是否有語音命令，來控制智能循跡機(jī)器人的行駛與停止，從而達(dá)到聲控的效果。聲音傳感器的閾值，我們可以通過人工設(shè)置，來調(diào)節(jié)閾值的大小，從而降低外界的干擾，保證系統(tǒng)的正常檢測(cè)。3.5.5尋跡模塊路徑識(shí)別模塊是智能智能循跡機(jī)器人控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它是智能智能循跡機(jī)器人的“眼睛”，其準(zhǔn)確識(shí)別出路徑信息，為路徑跟蹤提供準(zhǔn)確的參數(shù)依據(jù)，完成智能循跡機(jī)器人高質(zhì)量的自循跡功能。在本次設(shè)計(jì)中，智能循跡機(jī)器人行駛的道路環(huán)境是黑色路徑和白色的地面背景，只要智能循跡機(jī)器人的“眼睛”能判別黑白兩種顏色，就能正確識(shí)別出黑色路徑。所以在實(shí)驗(yàn)中使用紅外尋跡系統(tǒng)，依據(jù)的是紅外線的反射特性

29、，能夠準(zhǔn)確的辨別出色彩，實(shí)現(xiàn)比較容易，而得到的結(jié)果也比較準(zhǔn)確。就像上文中提到的那樣，在放出紅外線的過程中，由于輪式機(jī)器人是在帶有黑線的白紙上前行的，如果打在白紙上，就會(huì)發(fā)生漫反射，這樣就能夠收到信號(hào)；如果打在黑線上就不一樣了，由于黑色可以吸收紅外線，那么就不存在反射，此時(shí)就得到了區(qū)分，這兩種結(jié)果的對(duì)比是通過LM339來實(shí)現(xiàn)的，這樣就完成了判斷。3.5.6避障模塊超聲傳感器的種類很多，目前使用最多、最廣泛的就是壓電式超聲波傳感器。本文所選用的是深圳市捷深科技有限公司生產(chǎn)的壓電式收發(fā)分體超聲波傳感器HC-SR04，其工作原理如下所釋。(1)采用I/O口TRIG 觸發(fā)測(cè)距，給最少10us 的高電平信

30、呈。(2)模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz 的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；(3)有信號(hào)返回，通過I/O口ECHO 輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=(高電平時(shí)間·聲速(340M/S)/2;HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供 2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)高到 3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。3.6 硬件設(shè)計(jì)原理圖3.6.1 尋跡模塊方案1：使用簡易光電傳感器結(jié)合外圍電路探測(cè)。由于所采用光電傳感器實(shí)際效果并不理想，對(duì)行駛過程中的穩(wěn)定性要求很高，且誤測(cè)幾率較大、易受光線環(huán)境和路面介質(zhì)影響。在使用過程極易出現(xiàn)問題，而

31、且容易因?yàn)樵摬考斐烧麄€(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，故最終未采用該方案。方案2：利用兩只光電開關(guān)。分別置于軌道的兩側(cè)，根據(jù)其接受到白線的先后來控制小車轉(zhuǎn)向來調(diào)整車向，但是如果兩只光電開關(guān)之間的距離很小，則約束了速度,如果著重于小車速度的提升，則隨著車速的提升，則勢(shì)必要求兩只光電開關(guān)之間的距離加大，從而使得小車的行駛路線脫離軌道幅度較大，小車將無法快速完成準(zhǔn)確的導(dǎo)向從而有可能導(dǎo)致尋跡失敗。方案3：用三只光電開關(guān)。一只置于軌道中間，兩只置于軌道外側(cè)，當(dāng)小車脫離軌道時(shí)，即當(dāng)置于中間的一只光電開關(guān)脫離軌道時(shí)，等待外面任一只檢測(cè)到黑線后，做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向調(diào)整，直到中間的光電開關(guān)重新檢測(cè)到黑線（即回到軌道）再恢復(fù)正向行駛

32、。雖然小車在尋跡過程中可能會(huì)有一定的左右搖擺（因?yàn)樾≤嚨膬?nèi)部結(jié)構(gòu)決定了光電開光之間的距離到達(dá)不了精確計(jì)算值1厘米），但只要控制好行駛速度就可保證車身基本上接近于沿靠軌道行駛。綜上所述，選擇精確度較高的三只光電開關(guān)。3.6.2 顯示模塊方案1：使用LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。數(shù)碼管價(jià)格便宜，顯示亮度好，能耗低，但是顯示的內(nèi)容少。 方案2：使用LCD液晶進(jìn)行顯示。液晶顯示相對(duì)價(jià)格比較貴，驅(qū)動(dòng)比較麻煩，但是其顯示內(nèi)容多，能耗小，連接電路簡單，體積較小。   考慮到本設(shè)計(jì)的具體要求，選擇方案1 ，選用7SEG-4-CC液晶顯示器。圖9 數(shù)碼管原理圖3.6.3

33、距離檢測(cè)模塊方案1：通過測(cè)試得出小車平均速度v，在行駛過程中將行駛時(shí)間與其乘積tv作為駛過的距離。但該方案受電池電量、路面介質(zhì)等因素的影響，在大多數(shù)情況下均暴露出誤差較大的缺點(diǎn)，故不予采用。方案2：在后輪內(nèi)側(cè)勻距貼上m個(gè)磁鋼，車廂內(nèi)裝上霍爾開關(guān)。對(duì)輪子轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，由于低速下輪子與地面接觸良好，設(shè)輪周長為c，可以用霍爾開關(guān)輸出脈沖數(shù)n乘以c/m得出行駛距離。只要磁鋼在后輪上的位置足夠精確，霍爾開關(guān)固定牢靠，就可以獲得較好的測(cè)試效果。但車子顛簸時(shí)，穩(wěn)定性較差。方案3：在齒輪箱中安裝透射式光電開關(guān)，測(cè)出變速齒輪的每秒轉(zhuǎn)速，用變速比和車輪周長計(jì)算出線速度，積分求行駛距離。但在齒輪箱中使用光電開關(guān)，要

34、求有足夠的安裝位置，不能影響傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械動(dòng)作。其優(yōu)點(diǎn)是工作穩(wěn)定。綜合以上方案優(yōu)劣和小車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們采用方案2。3.6.4電源模塊方案1：采用實(shí)驗(yàn)室有線電源通過穩(wěn)壓芯片供電，其優(yōu)點(diǎn)是可穩(wěn)定的提供5V電壓，但占用資源過大。方案2：采用8支1.5V電池雙電源分別給單片機(jī)與電機(jī)供電可解決能同時(shí)給單片機(jī)與與電機(jī)供電的問題且能讓小車完成其功能。所以選擇方案1來實(shí)現(xiàn)供電。電源驅(qū)動(dòng)電路原理圖如下：圖10 電源驅(qū)動(dòng)電路原理圖3.6.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)及PWM調(diào)制模塊方案1：使用分立元件搭建電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。 使用分立元件搭建電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路造價(jià)低廉，在大規(guī)模生產(chǎn)中使用廣泛。但分立元件H橋電路工作性能不夠穩(wěn)定，較易出現(xiàn)硬件

35、上的故障，故放棄了這一方案。方案2：使用MC33886芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)。MC33886是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，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；直接用單片機(jī)的I/O口提供信號(hào)，而且?guī)в惺鼓芏耍奖鉖WM調(diào)速，電路簡單，性能穩(wěn)定，使用方便。MC33886芯片可以用來驅(qū)動(dòng)2個(gè)直流電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)載，正好符合小車兩個(gè)二相電機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求。 綜合以上考慮，采用MC33886芯片驅(qū)動(dòng)小車電機(jī)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖如下：圖11 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖3.6.6 光敏器件的選擇方案1：光敏電阻光敏電阻（也稱光導(dǎo)管）是一種價(jià)格低廉，光譜范圍廣，靈敏度高(暗電阻1100M、亮

36、電阻1K以下）且使用方便的光敏器件。在簡易機(jī)器人中常用于亮度變化檢測(cè)器件，由于阻值與光強(qiáng)是非線性的，一般不作為光強(qiáng)檢測(cè)器件。優(yōu)點(diǎn)：環(huán)氧樹脂膠封裝，可靠性好，體積小，靈敏度高，反應(yīng)速度快，光譜特性好。受溫度影響較大。缺點(diǎn)：響應(yīng)速度不快，在ms到s之間，延遲時(shí)間受入射光的光照度影響是耗材。方案2：光電池光電池也稱太陽能電池，它直接將光能轉(zhuǎn)變成電能，也是一個(gè)光敏器件。它的短路電流與光照度在一定范圍內(nèi)成線性，常用于測(cè)量照度（光強(qiáng)）。優(yōu)點(diǎn)：無污染，是綠色能源，平均硅光電池使用壽命是25年。缺點(diǎn)：價(jià)格比較高，現(xiàn)在電池平均在3.3元/瓦。方案3：灰度傳感器灰度傳感器利用不同顏色的檢測(cè)面對(duì)光的反射程度不同的原

37、理進(jìn)行顏色深淺檢測(cè)。優(yōu)點(diǎn)：1. 性能穩(wěn)定，正常使用情況下不易損壞。2.型號(hào)多，應(yīng)用范圍廣。缺點(diǎn)：1.測(cè)量的準(zhǔn)確性和傳感器到檢測(cè)面的距離是有直接關(guān)系。在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體的震蕩同樣會(huì)影響其測(cè)量精度。 2. 外界光線的強(qiáng)弱對(duì)其影響大，會(huì)直接影響到檢測(cè)效果。3 檢測(cè)面的材質(zhì)不同也會(huì)引起其返回值的差異。方案4：CCD圖像傳感器優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、分辨率高、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍寬、光敏元的幾何精度高、光譜響應(yīng)范圍寬、工作電壓低、功耗小、壽命長、抗震性和抗沖擊性好、不受電磁場(chǎng)干擾和可靠性高等。缺點(diǎn)：1.生產(chǎn)成本高、耗電、讀取速度較慢。2.CCD傳感器需要另外配合的ADC、放大器

38、、以及其他支持模塊才能使用。這樣一來，一是增加了開發(fā)和制造成本；二是芯片外過多的模擬電路會(huì)引進(jìn)噪聲，進(jìn)而影響圖像質(zhì)量；三是降低了相機(jī)的可靠性。3.CCD傳感器固有的blooming現(xiàn)象。即當(dāng)光能比較強(qiáng)的時(shí)候，電荷會(huì)“溢出”而散布到附近的像素上。4.CCD電荷衰減問題。由于CCD中獲取的電荷是以耦合移位的方式一行一行輸出的，因此在輸出過程中，電荷會(huì)衰減。進(jìn)而造成圖像噪聲。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用性能穩(wěn)定，價(jià)格較便宜的光電傳感器。光電傳感器電路原理圖如下：圖12 光電傳感器電路原理圖3.6.7位置傳感器方案1：電位器式位置傳感器優(yōu)點(diǎn)：1性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、精度較高。2具有斷電保持功能。缺點(diǎn)：1.屬于接

39、觸式，觸點(diǎn)易磨損，壽命有限。2.分辨力受限較低；高頻特性較差，一定程度上影響產(chǎn)品使用。方案2：光電式編碼器優(yōu)點(diǎn)：1.是數(shù)字信號(hào)輸出，接口方便；非接觸式壽命長；不需限位可以無限次旋轉(zhuǎn)。2.體積小，精密度高。同一品種即可檢測(cè)角度位移，又可在機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置下檢測(cè)直線位移。3.價(jià)格合理，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)：1.精密度高但對(duì)于在戶外及惡劣環(huán)境下使用有較高要求。2.量測(cè)直線位移需依賴機(jī)械裝置轉(zhuǎn)換，難以克服滑差。綜上所述，選擇光電式編碼器。3.6.6控制芯片的選型方案1：8051單片機(jī)優(yōu)點(diǎn)：1.從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，不但能進(jìn)行位的邏輯運(yùn)算，其功能十分完備，使用起來得心應(yīng)手。2.乘法

40、和除法指令，這給編程帶來了便利。缺點(diǎn)：1.AD、EEPROM等功能需要靠擴(kuò)展，增加了硬件和軟件負(fù)擔(dān)。2.運(yùn)行速度慢，特別是雙數(shù)據(jù)指針。3.保護(hù)能力差，很容易燒壞芯片。方案2：MSP430單片機(jī)優(yōu)點(diǎn)：1.處理能力強(qiáng)大，具有豐富的尋址方式，能編制出高效率的源程序。2.運(yùn)行速度快，有超低功耗。方案4：STC15w4k58S4單片機(jī)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)試方便，價(jià)格便宜。1.下載燒錄程序用串口方便好用，容易上手。缺點(diǎn)：.功能不如AVR、STM32強(qiáng)大，價(jià)格不及51便宜。本設(shè)計(jì)選擇STC15w4k58S4單片機(jī)STC15w4k58S4單片機(jī)原理圖如下：圖13 STC15w4k58S4單片機(jī)原理圖3.6.7硬件看門狗電

41、路MCU監(jiān)控電路，即看門狗電路，時(shí)刻監(jiān)視著單片機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入死尋環(huán)或死機(jī)后，復(fù)位單片機(jī)，使系統(tǒng)重啟，從而保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。它實(shí)際上是一個(gè)定時(shí)器，這個(gè)定時(shí)器只要上電就開始運(yùn)行，當(dāng)外界給它一個(gè)跳變的脈沖時(shí)，定時(shí)器就清零。如果外界超過一定時(shí)間沒有跳變脈沖輸入，則該定時(shí)器一直運(yùn)行到溢出，這時(shí)就會(huì)輸出復(fù)位信號(hào)。在實(shí)際的系統(tǒng)中，單片機(jī)的一個(gè)引腳接到看門狗電路的輸入端，并每隔一段時(shí)間改變?cè)撘_的輸出電平，使看門狗定時(shí)器清零，這叫做運(yùn)行喂狗指令。當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入死尋環(huán)或死機(jī)而無法再持續(xù)執(zhí)行喂狗指令時(shí)，看門狗就復(fù)位單片機(jī)。3.7 PCB設(shè)計(jì)圖采用DXP2004繪制原理圖與PCB板，布線的過程中必須注意

42、焊盤的大小與銅線的寬度。采用螺絲將循跡板安裝在車頭，主板與電機(jī)驅(qū)動(dòng)安裝在車尾。圖16 自動(dòng)循跡避障機(jī)器人PCB板原理圖3.7 CAD小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖圖17 側(cè)視圖圖18 正視圖圖19 俯視圖3.8軟件設(shè)計(jì)智能循跡機(jī)器人的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，這樣就把一個(gè)復(fù)雜的軟件設(shè)計(jì)分成幾個(gè)相對(duì)簡單的部分分別予以解決。本設(shè)計(jì)完成的功能是自動(dòng)尋跡避障智能循跡機(jī)器人，單片機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)5路尋跡模塊在黑線跑道上的狀態(tài)，當(dāng)前方距離小25厘米時(shí)，智能循跡機(jī)器人避開障礙物往回繼續(xù)尋跡,并在液晶上顯示距離。先初始化超聲波和液晶，讀取超聲波檢測(cè)的距離并在液晶上把距離顯示出來。利用紅外傳感器檢測(cè)智能循跡機(jī)器人尋跡的位置，判斷

43、是否調(diào)整智能循跡機(jī)器人的位置。在尋跡的路上檢測(cè)前方的距離，判斷前方障礙物是否小于25cm，如果小于則智能循跡機(jī)器人避開障礙物原路返回繼續(xù)尋跡。流程圖如下圖所示： 圖20 軟件流程框圖3.9軟件調(diào)試介紹整個(gè)實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程主要分為四步：第一步為目測(cè)，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)電路全部手工焊接在洞洞板上，因此對(duì)每一個(gè)焊點(diǎn)都要進(jìn)行仔細(xì)的檢查。檢查它是否有虛焊、是否有毛剌等。第二步為萬用表測(cè)試，先用萬用表復(fù)核目測(cè)中認(rèn)為可疑的連線或接點(diǎn)，查看通斷狀態(tài)是否與設(shè)計(jì)規(guī)定相符，再檢查各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步為加電檢查。當(dāng)系統(tǒng)加電時(shí)，首先檢查所有插座或引腳的電源端是否符合要求電壓值，接地端電壓值是否接近零，接固

44、定電平的引腳端是否電平正確。第四步是聯(lián)機(jī)檢查。Keil for C51是美國Keil Software公司出品的C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上，相比與匯編，C語言都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，故易學(xué)易用，在國內(nèi)外得到廣泛使用。Keil提供了一個(gè)完整的開發(fā)環(huán)境，其中包括C編譯器、宏匯編器、鏈接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。一般，我們通過機(jī)器匯編，把我們寫的源程序變?yōu)镃51可以執(zhí)行的機(jī)器碼。此外還有一種較為繁瑣的方法，那就是手工匯編。伴隨著C51開發(fā)技術(shù)的不斷提升，現(xiàn)在已不再使用匯編語言來開發(fā)，而是開始使用高級(jí)語言來開發(fā)。目前，針對(duì)最

45、流行C51開發(fā)項(xiàng)目，研發(fā)Keil for 51軟件平臺(tái)和支持在線調(diào)試的串口燒寫。Keil編譯步驟如下：1）在Keil系統(tǒng)中，每做個(gè)獨(dú)立的程序，都視為工程（或者叫項(xiàng)目）。首先從菜但的“工程”中“新建工程.”，建立我們將要做的工程項(xiàng)目。2）Keil環(huán)境要求我們?yōu)?Test 工程選擇一個(gè)單片機(jī)型號(hào)；我們選擇 Atmel 公司的89C51?！按_定”后工程項(xiàng)目就算建立了。3）立了工程項(xiàng)目，肯定要實(shí)施這個(gè)工程，現(xiàn)在就為工程添加程序。點(diǎn)擊“文件”中的“新建”，新建一個(gè)空白文檔；這個(gè)空白文檔就是讓我們編寫單片機(jī)程序的場(chǎng)所。在這里你可以進(jìn)行編輯、修改等操作。4)根據(jù)題意，在文檔中寫入下列代碼；最后編譯調(diào)試，生產(chǎn)HEX文件,如圖4.3。5)通過51單片機(jī)的下載軟件下載生成的HEX文件，就可以運(yùn)行了。3.9.1 Proteus 軟件仿真結(jié)果利用Proteus軟