智能小車畢業(yè)論文版分析解析

1、- - - .可修編 . z.學(xué) 士 學(xué) 位 論 文系別：計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：計算機科學(xué)與技術(shù)*：2011年 06月智能小車引導(dǎo)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)系 別：計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科專業(yè)： 計算機科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師：姓 名：2011年 06月智能小車引導(dǎo)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)摘要：面對諸多惡劣的工作環(huán)境(如滅火、救援等)，為了有效的防止人員傷亡，就需要采用智能小車去現(xiàn)場來完成相應(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單片機作為核心控制芯片，設(shè)計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)由單片機控制

2、模塊、尋跡傳感器模塊、驅(qū)動電機模塊、火源傳感器模塊、風(fēng)扇模塊、電源模塊等組成。實際應(yīng)用說明，該小車可以在專門設(shè)計的場地上實現(xiàn)自主發(fā)現(xiàn)火源，自主識別路線，自主行進接近火源并滅火，最終完成滅火的任務(wù)。關(guān)鍵詞：單片機小車 引導(dǎo)控制傳感器Smart cars guide control system design and implementationAbstract:Confronted with so many bad working environment (such as fire fighting, rescue etc), in order to effectively avoid casu

3、alties, need to use intelligent go by car scene to plete relevant tasks. Therefore, the research and development of intelligent car guide control system has the e*tremely vital significance. This system uses STC89C51 as the core control chip, design and make a new electric sensor detection by infrar

4、ed sensor information, infrared flame path of intelligent tracing test fire e*tinguishing car. The system is posed of single-chip microputer control module, tracing sensor module, drive motor module, ignition sensor module, fan module, power supply module. The practical application indicates that th

5、e 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 e*tinguishing, finally plete task.Keywords:Microcontroller Car Control system Sensors- - - .可修編 . z.目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _T

6、oc294421520引 言 PAGEREF _Toc294421520 h 1 HYPERLINK l _Toc294421521 第1章方案設(shè)計與論證 PAGEREF _Toc294421521 h 2HYPERLINK l _Toc2944215221.1 任務(wù)要求 PAGEREF _Toc294421522 h 2HYPERLINK l _Toc294421523 設(shè)計任務(wù) PAGEREF _Toc294421523 h 2HYPERLINK l _Toc294421524 設(shè)計要求 PAGEREF _Toc294421524 h 2HYPERLINK l _Toc294421525

7、創(chuàng)新設(shè)計 PAGEREF _Toc294421525 h 3HYPERLINK l _Toc2944215261.2 總體設(shè)計方案 PAGEREF _Toc294421526 h 3HYPERLINK l _Toc2944215271.3 小車的方案設(shè)計與論證 PAGEREF _Toc294421527 h 3HYPERLINK l _Toc2944215281.4 驅(qū)動電機模塊的選定 PAGEREF _Toc294421528 h 4HYPERLINK l _Toc2944215291.5 尋跡傳感器模塊的選定 PAGEREF _Toc294421529 h 4HYPERLINK l _To

8、c2944215301.6單片機控制模塊的選定 PAGEREF _Toc294421530 h 5HYPERLINK l _Toc2944215311.7 火源傳感器模塊的選定 PAGEREF _Toc294421531 h 5HYPERLINK l _Toc2944215321.8 風(fēng)扇模塊的選定 PAGEREF _Toc294421532 h 5HYPERLINK l _Toc2944215331.9 電源模塊的選定 PAGEREF _Toc294421533 h 6HYPERLINK l _Toc2944215341.10 最終方案 PAGEREF _Toc294421534 h 6 H

9、YPERLINK l _Toc294421535 第2章硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc294421535 h 7HYPERLINK l _Toc2944215362.1 系統(tǒng)工作原理及功能簡介 PAGEREF _Toc294421536 h 7HYPERLINK l _Toc2944215372.2 電源 PAGEREF _Toc294421537 h 7HYPERLINK l _Toc2944215382.3 紅外尋跡傳感器 PAGEREF _Toc294421538 h 8HYPERLINK l _Toc2944215392.4 采用PWM調(diào)速的直流電機 PAGEREF _Toc294

10、421539 h 9HYPERLINK l _Toc2944215402.4.1 PWM的簡介 PAGEREF _Toc294421540 h 9HYPERLINK l _Toc2944215412.4.2 H型電機驅(qū)動 PAGEREF _Toc294421541 h 9HYPERLINK l _Toc2944215422.4.3 小車原理圖 PAGEREF _Toc294421542 h 10HYPERLINK l _Toc2944215432.5 紅外火焰?zhèn)鞲衅?PAGEREF _Toc294421543 h 10HYPERLINK l _Toc2944215442.6 風(fēng)扇模塊 PAGE

11、REF _Toc294421544 h 11HYPERLINK l _Toc2944215452.7 智能小車整體設(shè)計 PAGEREF _Toc294421545 h 12HYPERLINK l _Toc294421546CPU引腳的設(shè)定 PAGEREF _Toc294421546 h 12HYPERLINK l _Toc2944215472.7.2 整體設(shè)計 PAGEREF _Toc294421547 h 13 HYPERLINK l _Toc294421548 第3章軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc294421548 h 15HYPERLINK l _Toc2944215493.1 智能

12、滅火小車系統(tǒng)總體流程 PAGEREF _Toc294421549 h 15HYPERLINK l _Toc2944215503.2 程序流程圖 PAGEREF _Toc294421550 h 16HYPERLINK l _Toc2944215513.3 局部功能代碼 PAGEREF _Toc294421551 h 17 HYPERLINK l _Toc294421552 第4章測試結(jié)果PAGEREF _Toc294421552 h 21 HYPERLINK l _Toc294421553 完畢語 PAGEREF _Toc294421553 h 22 HYPERLINK l _Toc294421

13、554 致謝 PAGEREF _Toc294421554 h 23 HYPERLINK l _Toc294421555 參考文獻 PAGEREF _Toc294421555 h 24 HYPERLINK l _Toc294421556 附錄 PAGEREF _Toc294421556 h 25- - - .可修編 . z.引 言現(xiàn)在，隨著科技的快速開展，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。此題目就是結(jié)合有關(guān)科研工程而確定的設(shè)計類課題，所設(shè)計的智能尋跡滅火小車應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動發(fā)現(xiàn)火源、自動尋跡、自動前進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

14、STC89C51單片機作為本控制系統(tǒng)的主控芯片，硬件包括以下幾個模塊：驅(qū)動電機模塊、尋跡傳感器模塊、單片機控制模塊、火源傳感器模塊、風(fēng)扇模塊、電源模塊。本設(shè)計采用了STC89C51單片機為智能小車核心控制局部，通過查詢方式實現(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)和車身四局部組成。主控制系統(tǒng)由主控CPU電路、傳感器接口電路、直流電機驅(qū)動電路等組成；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；行進直流電機驅(qū)動采用PWM調(diào)制技術(shù)，可靈活方便地對車速、行進方向進展控制。本設(shè)計通過采用STC89C51單片機為控制核心，實現(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的實用

15、價值，在汽車應(yīng)用、智能機器人等方面都有很強的實用價值，尤其是在機器人研究方面具有很好的開展前景。所以本設(shè)計與實際相聯(lián)系，具有重要的現(xiàn)實意義。第1章 方案設(shè)計與論證1.1 任務(wù)要求 設(shè)計任務(wù)設(shè)計制作一個智能滅火小車模型，能到指定區(qū)域進展搶險滅火工作。以蠟燭模擬火源，隨機分布在場地中，模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 設(shè)計要求1. 智能滅火小車手動啟動后，自動尋找到火源的位置。2. 智能滅火小車必須按照固定的路線行進黑白線。3. 撲滅火源后自動檢測周圍環(huán)境是否還有其他火源。4. 假設(shè)有則繼續(xù)滅火，假設(shè)無則停頓工作。1.1.3 創(chuàng)新設(shè)計1. 小車車體構(gòu)造好，完全自主設(shè)

16、計，小車采用兩層構(gòu)造，分放不同模塊的元件，調(diào)試過程和修改正程相對簡單。2根據(jù)小車需要和實際情況，自行設(shè)計傳感器，不僅花費較少，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轉(zhuǎn)速。4使用以7805芯片為核心的穩(wěn)壓設(shè)計，以L298為核心的電機驅(qū)動設(shè)計，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。5原地檢測軟件設(shè)計思路：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。1.2 總體設(shè)計方案總體方案為：整個電路分為驅(qū)動電機模塊、尋跡傳感器模塊、單片機控制模塊、火源傳感器模塊、風(fēng)扇模塊、電源模塊六個模塊。首先利用紅外對路面信號進展探測，利用

17、火源傳感器檢測火源信號，兩種信號經(jīng)過處理之后，送給單片機控制模塊進展實時運算，輸出相應(yīng)的信號給驅(qū)動電機模塊驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，從而控制整個小車的運動。系統(tǒng)方案框圖如圖1.2所示。圖1.2 系統(tǒng)設(shè)計方案框圖1.3 小車的方案設(shè)計與論證方案1：自己制作電動車 自己制作車體，組裝適宜的電機及電機驅(qū)動板，自制探測器，并利用開發(fā)板做控制驅(qū)動小車。但自己制作的小車，車體會比擬粗糙，車身重量、平衡，小車的電路設(shè)計，這些都比擬難良好地實現(xiàn)。方案2：購置專用電動車 購置專用電動車具有組裝完整的車架車輪，甚至有完整的電機裝配和電機驅(qū)動板。用自制探測器或購置完整探測模塊，并用開發(fā)板控制小車運動。這種專用電動車裝配緊湊，各

18、種所需電路的安裝十分方便，看起來也比擬美觀。而且，用專用電動車具有完整的電機裝配和電機驅(qū)動，這用就省去了對電機傳動和電機驅(qū)動的設(shè)計和實現(xiàn)。綜合考慮，我們選定了方案2作為我們的初步方案。1.4 驅(qū)動電機模塊的選定方案1：采用步進電機作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機 利用步進電機的準(zhǔn)確定長步進性能方便的實現(xiàn)調(diào)速和方向的偏轉(zhuǎn)，且能準(zhǔn)確的測量速度、路程以及時間，簡化編程和硬件連接的工作量。但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)速時會急劇下降，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：采用直流電機作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機 直流電機的控制方法比擬簡單，只需給電機的兩根控制線加上適當(dāng)?shù)碾妷杭纯墒?/p>

19、電機轉(zhuǎn)動起來，電壓越高則電機轉(zhuǎn)速越高。而且改變正負極可方便的改變電機轉(zhuǎn)動的方向，方便改變小車的行進狀態(tài)。對于直流電機的速度調(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)速就是使加在直流電機兩端的電壓為方波形式，通過改變方波的占空比實現(xiàn)對電機轉(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)有以下優(yōu)點：1. PWM從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進展數(shù)模轉(zhuǎn)換。2. 對噪聲抵抗能力的增強是PWM相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點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*圍寬。綜合考慮，本設(shè)計采用了

20、方案2。1.5 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，該方案缺點明顯：易受凍外界光源的干擾，有時甚至檢測不到黑線，主要是因為可見光的反射效果跟地表的平坦程度，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，而且不容易克制外界可見光的干擾。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管發(fā)射紅外線一個用于接收紅外線，當(dāng)紅外線照射到黑線上時不會發(fā)射回來，當(dāng)紅外線照射到白色的地方就會返回，光電對管發(fā)射的同時也能接收紅外信號，整個檢測設(shè)備簡單，穩(wěn)定性高，速度快。缺點是檢測距離短，優(yōu)點是本錢低，易于操作。根據(jù)以上分析我們采用方案2。1.6 單片

21、機控制模塊的選定考慮到整個系統(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空間，可以方便的在線ISP下載程序，能夠滿足該系統(tǒng)軟件的需要，該芯片提供了兩個計數(shù)器中斷，對于本作品系統(tǒng)已經(jīng)足夠，采用該芯片可以比擬靈活的選擇各個模塊控制芯片，能夠準(zhǔn)確的計算出時間，有很好的實時性。而且STC89C51有很強的擴展性，使用簡單，靈活性高且價廉。所有我們直接采用STC89C51作為主控芯片。1.7 火源傳感器模塊的選定方案1：采用兩個熱敏電阻作為核心的傳感器，實驗中發(fā)現(xiàn)在一定距離*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：采用兩個光敏電阻作為核心的傳感器

22、，利用光敏電阻對不同距離及不同強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，提供應(yīng)單片機進展相關(guān)判斷操作。實驗中我們發(fā)現(xiàn)這種方案有很大的缺點，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 *圍內(nèi)的數(shù)字信號。外界紅外光越強，數(shù)值越小，根據(jù)數(shù)值的變化能判斷紅外光線的強弱,從而能大致判別出火源的遠近。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*圍內(nèi)的熱源，探測角度達60度，其中紅外光波長在940納米附近時，其靈敏度到達最大。實驗中發(fā)現(xiàn)

23、如果環(huán)境中紅外干擾比擬少的時候本方案能比擬準(zhǔn)確的檢測到火源。鑒于以上3種方案的比擬，我們選擇方案3。1.8 風(fēng)扇模塊的選定利用一個不減速的直流小電機帶動一個小扇葉進展簡單的滅火。這種方案有兩個子方案。方案1：芯片控制滅火風(fēng)扇電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向都不需要控制，只要在一定*圍內(nèi)轉(zhuǎn)的越開越好。因此采用這種方案有點麻煩，而且還會浪費時間和精力。方案2：三極管放大電路直接利用三極管驅(qū)動。將電機放在三極管的射極，然后在基極加上一個限流電阻即可驅(qū)動電機正常工作，這種方案不僅電路簡單、易實現(xiàn)，會減少很多電路上不必要的麻煩，而且驅(qū)動效率也大大提高，不僅如此其維修性也很強，出現(xiàn)故障能及時快速維修。同時為了保證電路穩(wěn)定

24、性，我們可以采用多個三極管并聯(lián)供電的方式。綜合考慮，本設(shè)計采用了方案2。1.9 電源模塊的選定在本系統(tǒng)中，需要用到的電源有單片機的5V，L298N芯片的電源5V和電機的電源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供電，采用UT-3W提供的電源接口為單片機提供電源。優(yōu)點：簡單方便。方案2：用六節(jié)干電池為整個系統(tǒng)供電，再轉(zhuǎn)換為電機和單片機需要的電壓?；谙到y(tǒng)的穩(wěn)定性考慮，我選擇了方案2。1.10 最終方案經(jīng)過反復(fù)論證，我們最終確定了如下方案：1車體是購置專用電動車。2采用STC89C51單片機作為控制核心。3采用六節(jié)干電池供電。4用紅外探測傳感

25、器作為尋跡傳感器。5采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)動風(fēng)扇模塊。系統(tǒng)的構(gòu)造框圖如圖1.3所示。圖1.3 系統(tǒng)構(gòu)造框圖第2章 硬 件 設(shè) 計2.1 系統(tǒng)工作原理及功能簡介本系統(tǒng)利用單片機STC89C51單片機作為本系統(tǒng)的主控模塊，我們采用反射式紅外傳感器識別黑線軌跡，用遠紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測火源，由單片機對傳感器識別到的信號加以分析和判斷，并通過對直流電機的控制來實現(xiàn)自動尋跡并滅火，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2.2 電 源用六節(jié)干電池為整個系統(tǒng)供電。再用三端穩(wěn)壓管轉(zhuǎn)換為電機和單片機需要的電壓。單片機需要5V的電壓，所以使用7805為其供電，電

26、動機使用9V的電壓，6個干電池串聯(lián)直接為其供電。單片機和電動機能否正常工作，電源供電情況是一個重要方面。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)充電電池為整個系統(tǒng)供電。2.3 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弱來判斷道路黑線。在該模塊中利用了簡單、應(yīng)用也比擬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外表具有不同的反射性質(zhì)的特點，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則發(fā)生漫發(fā)射，反射光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

27、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，也可以使用構(gòu)造簡單、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)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，接收器是一個高靈敏度硅平面光電三極管。RPR220價格廉價、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)過屢次測試、比擬，發(fā)現(xiàn)把RPR220傳感器安裝在距離檢測物外表68毫米時，檢測效果最好，因為5毫米以下是它的檢測盲區(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

28、.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)比擬器的門限電壓，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，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。現(xiàn)場實測說明，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根本上接近于沿軌道行駛。2.4 采用PWM調(diào)速的直流電機2.4.1 PWM的簡介脈寬調(diào)制的全稱為：Pulse WidthModulator，簡稱PWM，由于它的特殊性能，常被用于直流負載回路中、燈具調(diào)光或直流電動機調(diào)速。脈沖寬度調(diào)制PWM是一種對

29、模擬信號電平進展數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進展編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，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載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進展編碼。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：通過改變接通脈沖的寬度，使直流電機電樞上的電壓的占空比改變，從而改變電樞電壓的平均值，控制電機的轉(zhuǎn)速。因此，我們可以通過單片機，生

30、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)動信號來實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)切換控制。當(dāng)PWM控制電路工作時，其中H橋一側(cè)的兩路驅(qū)動信號的占空比一樣但相位相反，同時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型電機驅(qū)動直流電機的驅(qū)動電路采用H型PWM電路，用單片機控制驅(qū)動電路，使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，準(zhǔn)確調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速。H型電路可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，采用PWM進展直流電機調(diào)速，其實就是把波形作用于電機驅(qū)動電路的使用

31、端，因此下面對電機驅(qū)動電路進展介紹。驅(qū)動電路如圖2.3所示。圖2.3 電機驅(qū)動電路圖2.3所示的是一個簡單的直流電機控制電路。電路中，H橋式電機驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉(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，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(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Q1、Q4導(dǎo)通，Q2、Q3截止，電動機正常工作。改變P1.6口高電平周期，即改變PWM調(diào)制脈沖占空比，可以實現(xiàn)準(zhǔn)確調(diào)速。2.4.3 小車原理圖小車原理圖如圖2.4所示，電機通過L293F芯片控制轉(zhuǎn)動的方向與速度。其中，SPEE

32、D1和SPEED2兩個端口通過PWM調(diào)節(jié)控制兩個電機的轉(zhuǎn)速，IN1和IN2控制左側(cè)電機轉(zhuǎn)動的方向，IN3和IN4控制右側(cè)電機轉(zhuǎn)動的方向。通過對這6個端口的控制，使小車能夠按照預(yù)定的軌跡行進。圖2.4 小車原理圖2.5 紅外火焰?zhèn)鞲衅鬟h紅外火焰?zhèn)鞲衅髂軌蛱綔y到波長在700納米1000納米*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，其靈敏度到達最大。遠紅外火焰探頭將外界紅外光的強弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化，通過A/D轉(zhuǎn)換器反映為0255*圍內(nèi)數(shù)值的變化。外界紅外光越強，數(shù)值越??；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?/p>

33、實測數(shù)據(jù)，一根蠟燭為火源，室內(nèi)正常日光燈環(huán)境實測結(jié)果如表2.1所示。表2.1 火焰?zhèn)鞲衅鲗崪y結(jié)果無火源時，對著日光燈10cm4.98V20cm4.88V30cm4.72V40cm3.77V50cm2.89V60cm2.34V70cm1.92V80cm1.45V90cm1.15V100cm0.96V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 *圍內(nèi)的數(shù)值。外界紅外光越強，數(shù)值越小。因此越靠近熱源，機器人顯示讀數(shù)越小。根據(jù)函數(shù)返回值的變化能判斷紅外光線的強弱,從而能大致判別出火源的遠近。此外，遠紅外火焰探頭探測角度為60。2.6 風(fēng)扇模塊滅火風(fēng)扇的驅(qū)動電壓為

34、+5V，為了增強驅(qū)動能力，我們用三極管8550做驅(qū)動電路以加大驅(qū)動電流。滅火風(fēng)扇驅(qū)動電路如圖2.6所示。圖2.6 滅火風(fēng)扇電路原理圖在Uin處接單片機的IO口，通過IO口輸出上下電平來控制滅火風(fēng)扇的啟動和停頓。2.7 智能小車整體設(shè)計2.7.1 CPU引腳的設(shè)定如下圖，CPU的P1.0、P1.1控制小車的左側(cè)電機，P1.4、P1.5控制小車的右側(cè)電機；P3.1輸出PWM信號，控制小車電機的轉(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?/p>

35、：前P2.4后P2.6左P2.5右P2.73. 電機控制： 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)定圖電機轉(zhuǎn)動由電機控制端口P1控制，其中，P1.0/P1.1控制左側(cè)電機轉(zhuǎn)動，P1.4/P1.5控制右側(cè)電機轉(zhuǎn)動，電機轉(zhuǎn)動表如表2.2所示。表2.2 電機轉(zhuǎn)動表左電機右電機P0.1P0.0含義HE*P0.5P0.4含義HE*00000001前轉(zhuǎn)101前轉(zhuǎn)110后轉(zhuǎn)210后轉(zhuǎn)211停頓311停頓3整體設(shè)計小車左右兩輪為驅(qū)動輪，后萬向輪為支撐輪。即左右輪分別用兩個轉(zhuǎn)速和力矩根本完全一樣的直流減速電機進展驅(qū)動，車體后部裝一個萬向輪。小

36、車的整體設(shè)計圖如圖2.8所示。圖2.8 小車整體設(shè)計圖小車由三個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表示小車沒有偏航，左右輪轉(zhuǎn)速一樣向前行進；當(dāng)左邊的尋跡傳感器壓線時表示小車向右偏航，這時要調(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表示小車向左偏航，這時要調(diào)節(jié)右輪的轉(zhuǎn)速，使小車向右轉(zhuǎn)?；鹧?zhèn)鞲衅饔?個，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；如果右邊的傳感器檢測到火源，則小車向右轉(zhuǎn)向前進，如果前邊的傳感器檢測到火源，則小車向前行進；如果后邊的傳感器檢測到火源，則小車向后轉(zhuǎn)動180。通過檢測兩套傳感器的信號，單片機根據(jù)

37、程序輸出相應(yīng)的反響信號，控制兩個電動機的轉(zhuǎn)動，以使小車相互協(xié)調(diào)工作，完成滅火的任務(wù)。第3章 軟 件 設(shè) 計在進展微機控制系統(tǒng)設(shè)計時，我們根據(jù)單片機的具體情況使用Keil C51軟件，采用主流設(shè)計語言C語言對單片機進展編程實現(xiàn)各項功能。C語言功能豐富，表達能力強，目標(biāo)程序效率高，可移植性好，既具有高級語言的優(yōu)點，又具有低級語言的許多特點，應(yīng)用十分廣泛。3.1 智能滅火小車系統(tǒng)總體流程此局部是小車運行的核心局部，起著控制小車所有運行狀態(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：小車進入驅(qū)動后，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

38、沿著黑白線前進接近火源。程序不停的判斷火源位置和行進的線路，把相應(yīng)的信號發(fā)送給電動機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。3.2 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，首先加點后對小車進展初始化，在這個階段讓小車檢測火源，確定自己的位置，同時尋找線路。接著單片機判斷是否有火源，如果有火源存在，啟動小車循跡模塊程序，讓小車前進，當(dāng)小車找到火源時，停頓前進，這時開啟滅火風(fēng)扇，進展滅火的操作，這時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

39、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；如果小車左側(cè)壓線，說明小車偏左，則小車右拐前進；如果小車右側(cè)壓線，說明小車偏右，則小車左拐前進；如果小車沒有檢測到黑線，說明前面沒有路，則小車后轉(zhuǎn)180度，返回；如果小車三個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)鞲衅鞯男盘枴Ｈ绻鹧鎮(zhèn)鞲衅鞯男盘栵@示火焰在小車的前方，則小車?yán)^續(xù)前進；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；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；如果小車檢測到火焰在小車的前方，則小車后轉(zhuǎn)18

40、0度，沿黑白線繼續(xù)前進。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3.3 局部功能代碼1小車轉(zhuǎn)向代碼void run() /電機啟動 P1=0*11;void left()/左轉(zhuǎn)P1=0*13;void right()/右轉(zhuǎn)P1=0*31;void big_right()/右大轉(zhuǎn)P1=0*21;void big_left()/左大轉(zhuǎn)P1=0*12;void stop()/停頓P1=0*33;void back()/后退P1=0*22;2小車尋跡代碼void track() unsigned char Num; time

41、r_init(); PWM_ON = 4; /高電平時間檔,共10個檔位 while(1) Num = P2; Num = Num & 0*07; P0 = Num | 0*f8; /指示燈 switch(Num) case 0*02:/前進 run(); STATE_LAST = Num; case 0*04: /左轉(zhuǎn) left(); STATE_LAST = Num; case 0*06: /左大轉(zhuǎn) big_left(); STATE_LAST = Num; case 0*01: /右轉(zhuǎn) right(); STATE_LAST = Num; case 0*03: /右大轉(zhuǎn) big_righ

42、t(); STATE_LAST = Num; case 0*07: /停頓 stop(); case 0*00: /檢測不到黑線時查看上一個狀態(tài)，并做出判斷 if(STATE_LAST = 0*04 | STATE_LAST = 0*06) /左輪后退 P1 = 0*02; else if(STATE_LAST = 0*01 | STATE_LAST = 0*03) /右輪后退 P1 = 0*20; else if(STATE_LAST = 0*00) left();/左轉(zhuǎn)尋線 else stop(); default: left(); 3PWM調(diào)速代碼void tim(void) inter

43、rupt 1 static unsigned char count; TH0 = (65536 - 100) / 256; TL0 = (65536 - 100) % 256; /定時0.1mS if (count = PWM_ON) PWM = 1; /高電平 count+; if(count = 10)/分為10個檔 count = 0; if(PWM_ON != 0) PWM = 0; /低電平 第4章 測 試 結(jié) 果1測試儀器貼有黑色引導(dǎo)線軌跡模擬滅火場地，點燃的蠟燭。2測試方法將小車放著場地上，翻開小車的電源，讓小車自主發(fā)現(xiàn)火源(蠟燭)，并讓小車自動將火滅掉。3測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析

44、測試顯示，在小車的直線運行過程中，小車會出現(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，小車的初始角度偏移越小，小車在運行中就越穩(wěn)定。2通過用PWM調(diào)速，結(jié)果顯示，小車的車速減小時，小車的穩(wěn)定性提高。3在小車檢測到偏移時有兩種方案調(diào)節(jié)小車的角度：方案1，偏離側(cè)車輪停頓，偏移側(cè)車輪前進；方案2，偏離側(cè)車輪后退，偏移側(cè)車輪前進。結(jié) 束 語歷經(jīng)幾個月的畢業(yè)設(shè)計，從最初的資料查找、方案設(shè)計，經(jīng)過最根本的電路設(shè)計、調(diào)試過程，再到軟件設(shè)計、測試，我學(xué)習(xí)了單片機系統(tǒng)設(shè)計的整個過程。從傳感器信號的處理，到單片機接收并處理信號，再到輸出信號至外部系統(tǒng)，通過該作品的設(shè)計制作，使我更好的了解了各類傳感器，

45、掌握了光電三極管的使用，并熟悉了單片機的中斷和定時器的控制，掌握了大功率驅(qū)動芯片LM339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，增強了自己的動手能力，更好的熟悉的了解了一個單片機系統(tǒng)的開發(fā)過程。測試結(jié)果說明，本系統(tǒng)實現(xiàn)了設(shè)計任務(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)單片機控制模塊的分析結(jié)果斷策和控制下一步的運動形式。該控制系統(tǒng)運用了單片機、紅外尋跡傳感器，直流電機，PWM調(diào)速，遠紅外火焰?zhèn)鞲衅鞯燃夹g(shù)，根本實現(xiàn)了智能滅火小車的要求。但是本系統(tǒng)中還存在著缺乏：小車的直線行進的穩(wěn)定性未得到很好的解決，通過測試小車在直線行走時與小車的初

46、始角度、小車的速度、小車的轉(zhuǎn)彎，我認為小車的穩(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)過努力克制了困難解決了問題，最終完成了設(shè)計。通過這次課程設(shè)計，使我深刻地認識到學(xué)好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實際的含義，同時也是對大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果的一個綜合檢驗。這幾個月的設(shè)計是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴大的過程，為今后的開展打下了良好的根底。致 謝歷時三個月的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)告一段落。經(jīng)過自己不斷的努力以及趙教師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計已經(jīng)根本完成。在這段時間里，趙教師嚴(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)使我對整個畢業(yè)

47、設(shè)計的思路有了總體的把握，并耐心的幫我解決了許多實際問題，使我有了很大收獲，本論文也是在趙教師的指導(dǎo)下修改完成的。在此，我要對他表示由衷的感謝，同時也感謝在整個畢業(yè)設(shè)計中所有幫助過我的人。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我深刻地認識到了學(xué)好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實際的含義，并且檢驗了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。這三個月的設(shè)計是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴大過程，為今后的開展打下了良好的根底。雖然在這次設(shè)計中對于知識的運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)計中一定存在很多缺乏之處，敬請各位教師批評指正。參 考 文 獻1胡健主編.單片機原理及接口技術(shù)實踐教

48、程M.:機械工業(yè),2004 2吳建平.殷戰(zhàn)國.曹思榕.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)根底(第4版)高等教育4萬永倫，丁杰雄.一種機器人尋線控制系統(tǒng).電子科技大學(xué)學(xué)報，20035周堅 等編著. 單片機應(yīng)用與接口技術(shù)機械工業(yè)6楊明.基于光電管尋跡的智能車舵機控制 J 光電技術(shù)應(yīng)用2007(1)7*立南,謝子殿主編.單片機原理及應(yīng)用教程M.:大學(xué),20068黃惠媛,李潤國主編.單片機原理與接口技術(shù)M.:海洋,20069鄧岳,周輝,談英姿.基于MC9S12DG128單片機智能車設(shè)計與實現(xiàn) J -實驗室研究與探索

49、2008(1) 10肖海榮.*吉衛(wèi).基于89C52單片機的智能電動車電控系統(tǒng)設(shè)計 J -*交通學(xué)院學(xué)報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. Demosaicing of images obtained from single-chip imaging sensors in YUV color space. J. 2005:13-18附 錄以下是小車的完整源代碼/* 名稱：循跡小車 宋世杰 日期：2011.05 晶振：12m 內(nèi)容：光電二極管檢測黑線，遠紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測火源，通過STC89C51單片機控制電機的