智能小車畢業(yè)論文完整版

智能小車畢業(yè)論文完整Documentserialnumber【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】學(xué)士學(xué)位論文系別：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)姓名：@@@@@@@2011年06月的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系別：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)指導(dǎo)老師：@@@姓名：@@@@@@

2011年06月智能小車引導(dǎo)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要：面對(duì)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(chǎng)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(cè)路徑信息、紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)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(chǎng)地上實(shí)現(xiàn)自主發(fā)現(xiàn)火源，自主識(shí)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：?jiǎn)纹瑱C(jī)小車引導(dǎo)控制傳感器SmartcarsguidecontrolsystemdesignandimplementationAbstract：Confrontedwithsomanybadworkingenvironment(suchasfirefighting,rescueetc),inordertoeffectivelyavoidcasualties,needtouseintelligentgobycarscenetocompleterelevanttasks.Therefore,theresearchanddevelopmentofintelligentcarguidecontrolsystemhastheextremelyvitalsignificance.ThissystemusesSTC89C51asthecorecontrolchip,designandmakeanewelectricsensordetectionbyinfraredsensorinformation,infraredflamepathofintelligenttracingtestfireextinguishingcar.Thesystemiscomposedofsingle-chipmicrocomputercontrolmodule,tracingsensormodule,drivemotormodule,ignitionsensormodule,fanmodule,powersupplymodule.Thepracticalapplicationindicatesthatthecarcanbeinaspeciallydesignedfieldonfire,torealizetheindependentfoundautonomousrecognitionroute,independentsourcesandmarchingclosetothefireextinguishing,finallycompletetask.Keywords:MicrocontrollerCarControlsystemSensors現(xiàn)在，隨著科技的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)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(duì)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、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(cè)黑白線，火源傳感器檢測(cè)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(duì)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(duì)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。

第1章方案設(shè)計(jì)與論證任務(wù)要求設(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(chǎng)地中，模擬滅火比賽場(chǎng)地如圖所Zj\o圖模擬滅火比賽場(chǎng)地示意圖設(shè)計(jì)要求智能滅火小車手動(dòng)啟動(dòng)后，自動(dòng)尋找到火源的位置。智能滅火小車必須按照固定的路線行進(jìn)（黑白線）。撲滅火源后自動(dòng)檢測(cè)周圍環(huán)境是否還有其他火源。若有則繼續(xù)滅火，若無則停止工作。創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(duì)簡(jiǎn)單。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。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。使用以7805芯片為核心的穩(wěn)壓設(shè)計(jì)，以L298為核心的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。原地檢測(cè)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?？傮w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(duì)路面信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，利用火源傳感器檢測(cè)火源信號(hào)，兩種信號(hào)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(hào)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)方案框圖如圖所示。圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框圖小車的方案設(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(cè)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(gòu)買專用電動(dòng)車購(gòu)買專用電動(dòng)車具有組裝完整的車架車輪，甚至有完整的電機(jī)裝配和電機(jī)驅(qū)動(dòng)板。用自制探測(cè)器或購(gòu)買完整探測(cè)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(duì)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。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(zhǎng)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(cè)量速度、路程以及時(shí)間，簡(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)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)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(duì)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)：PWM從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)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。主電路簡(jiǎn)單，所用功率元件少。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。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(cè)不到黑線，主要是因?yàn)榭梢姽獾姆瓷湫Ч乇淼钠教钩潭龋乇聿牧系姆瓷淝闆r對(duì)檢測(cè)效果產(chǎn)生直接影響。而且外界的可見光對(duì)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(duì)管，由于只需分辨黑白，紅外光電對(duì)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(duì)管發(fā)射的同時(shí)也能接收紅外信號(hào)，整個(gè)檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高，速度快。缺點(diǎn)是檢測(cè)距離短，優(yōu)點(diǎn)是成本低，易于操作。根據(jù)以上分析我們采用方案2。單片機(jī)控制模塊的選定考慮到整個(gè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)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(duì)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(jiǎn)單，靈活性高且價(jià)廉。所有我們直接采用STC89C51作為主控芯片。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(duì)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(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，提供給單片機(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(cè)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(hào)反映為0~1023范圍內(nèi)的數(shù)字信號(hào)。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(cè)火源或其它一些波長(zhǎng)在760納米?1100納米范圍內(nèi)的熱源，探測(cè)角度達(dá)60度，其中紅外光波長(zhǎng)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(cè)到火源。鑒于以上3種方案的比較，我們選擇方案3。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(jiǎn)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(jiǎn)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)采用了方案2。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(duì)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(jiǎn)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。基于系統(tǒng)的穩(wěn)定性考慮，我選擇了方案2。最終方案經(jīng)過反復(fù)論證，我們最終確定了如下方案：車體是購(gòu)買專用電動(dòng)車。采用STC89C51單片機(jī)作為控制核心。采用六節(jié)干電池供電。用紅外探測(cè)傳感器作為尋跡傳感器。采用紅外接收管制作紅外火源傳感器。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)框圖如圖所示。

圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第2章硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作原理及功能簡(jiǎn)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(shí)別黑線軌跡，用遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)火源，由單片機(jī)對(duì)傳感器識(shí)別到的信號(hào)加以分析和判斷，并通過對(duì)直流電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋跡并滅火，系統(tǒng)工作原理框圖如圖所示。紅外尋跡傳感器圖系統(tǒng)工作原理框圖紅外尋跡傳感器圖系統(tǒng)工作原理框圖用六節(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。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(duì)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”一一黑線。在該模塊中利用了簡(jiǎn)單、應(yīng)用也比較普遍的檢測(cè)方法一一紅外探測(cè)法。紅外探測(cè)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(hào)。傳感器的選擇：市場(chǎng)上用于紅外探測(cè)法的器件較多，可以利用反射式傳感器外接簡(jiǎn)單電路自制探頭，也可以使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)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7RPR220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(cè)試、比較，發(fā)現(xiàn)把RPR220傳感器安裝在距離檢測(cè)物表面6?8毫米時(shí)，檢測(cè)效果最好，因?yàn)?毫米以下是它的檢測(cè)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所示。圖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(cè)與調(diào)理電路。路徑識(shí)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(cè)到黑線再恢復(fù)正向行駛。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)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。采用？物調(diào)速的直流電機(jī)PWM的簡(jiǎn)介脈寬調(diào)制的全稱為：PulseWidthModulator,簡(jiǎn)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(duì)模擬信號(hào)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(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)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(hào)，通過改變脈沖信號(hào)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(hào)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(hào)的占空比相同但相位相反，同時(shí)隨控制信號(hào)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。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(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行介紹。驅(qū)動(dòng)電路如圖所示。1—X—圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖所示的是一個(gè)簡(jiǎn)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(duì)角線上的一對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管。根據(jù)不同場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)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。如圖所示，當(dāng)口為低電平，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。改變口高電平周期，即改變PWM調(diào)制脈沖占空比，可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速。小車原理圖小車原理圖如圖所示，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(duì)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)。7VQ5VQEN1VLIIN1VPIN20UT1EN2CUT衛(wèi)IN3OU3IN40UT4GNDGNDGNDGNDU2L293FIN4伯1?7VQ5VQEN1VLIIN1VPIN20UT1EN2CUT衛(wèi)IN3OU3IN40UT4GNDGNDGNDGNDU2L293FIN4伯1?131-1445INJaWFEED組IM31QM1-M2+KJ2-C5:fl.luF5VHEADER3X5SFE￡D110k=PE￡D2M2+7VQ03DMb7D4D7DJL12CON20.01L_nCON20.01U圖小車原理圖紅外火焰?zhèn)鞲衅鬟h(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅髂軌蛱綔y(cè)到波長(zhǎng)在700納米?1000納米范圍內(nèi)的紅外光，探測(cè)角度為60,其中紅外光波長(zhǎng)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/D轉(zhuǎn)換器反映為0?255范圍內(nèi)數(shù)值的變化。外界紅外光越強(qiáng)，數(shù)值越??；紅外光越弱，數(shù)值越大。紅外火焰?zhèn)鞲衅髟韴D如圖所示。圖紅外火焰電路原理圖下面為火焰?zhèn)鞲衅鲗?shí)測(cè)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(cè)結(jié)果如表所示。表火焰?zhèn)鞲衅鲗?shí)測(cè)結(jié)果無火源時(shí)，對(duì)著日光燈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0~1023范圍內(nèi)的數(shù)值。外界紅外光越強(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(cè)角度為60°。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)電路如圖所示。8550200M滅火風(fēng)扇8550圖滅火風(fēng)扇電路原理圖8550200M滅火風(fēng)扇8550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。智能小車整體設(shè)計(jì)CPU引腳的設(shè)定如圖所示，CPU的、控制小車的左側(cè)電機(jī)，、控制小車的右側(cè)電機(jī)；輸出PWM信號(hào)，控制小車電機(jī)的轉(zhuǎn)速；一為火焰?zhèn)鞲衅鬏斎胄盘?hào)，分別為前、后、左、右側(cè)的火焰?zhèn)鞲衅鞯男盘?hào)，一為循跡傳感器輸入信號(hào)。下面是各引腳在含義:中一右一后一左一右一右一循跡傳感器：左一中一右一后一左一右一右一火焰?zhèn)鞲衅鳎呵耙浑姍C(jī)控制：左一風(fēng)扇控制：引腳設(shè)定圖如圖所示。左電機(jī)一Pl.0vccPlPUIIPl.275右電機(jī)一2A_r~7::P02P14P03Pl.5PEPl6P05Pl7P0左電機(jī)一Pl.0vccPlPUIIPl.275右電機(jī)一2A_r~7::P02P14P03Pl.5PEPl6P05Pl7P06RSTWWP07P3EA/V咱P3ALEiPEOGP3.2/INT0ESEN已：.皿叮1P35jTP37/KDXTAL1375343332282723含火始佐盛器辯跡肪感器右側(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)表如表所示。表電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)表左電機(jī)右電機(jī)含義HEX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)圖如圖所示。

圖小車整體設(shè)計(jì)圖小車由三個(gè)尋跡傳感器組成尋跡模塊，用于檢測(cè)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)?；鹧?zhèn)鞲衅饔?個(gè)，分別檢測(cè)前后左右方向上的火源，如果左邊的傳感器檢測(cè)到火源，則小車向左轉(zhuǎn)向前進(jìn)；如果右邊的傳感器檢測(cè)到火源，則小車向右轉(zhuǎn)向前進(jìn)，如果前邊的傳感器檢測(cè)到火源，則小車向前行進(jìn)；如果后邊的傳感器檢測(cè)到火源，則小車向后轉(zhuǎn)動(dòng)180°。通過檢測(cè)兩套傳感器的信號(hào)，單片機(jī)根據(jù)程序輸出相應(yīng)的反應(yīng)信號(hào)，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)。第3章軟件設(shè)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KeilC51軟件，采用主流設(shè)計(jì)語(yǔ)言C語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。C語(yǔ)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(jí)語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，乂具有低級(jí)語(yǔ)言的許多特點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。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所示。圖控制流程圖系統(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(cè)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(hào)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。程序流程圖1.小車滅火的主程序軟件流程圖如圖所示，首先加點(diǎn)后對(duì)小車進(jìn)行初始化，在這個(gè)階段讓小車檢測(cè)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。主程序流程圖如圖所示。

圖程序流程圖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(hào)，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)；如果小車沒有檢測(cè)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(gè)傳感器都檢測(cè)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?hào)。如果火焰?zhèn)鞲衅鞯男盘?hào)顯示火焰在小車的前方，則小車?yán)^續(xù)前進(jìn)；如果檢測(cè)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(cè)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(cè)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所示，火焰?zhèn)鞲衅髂K程序流程圖如圖所示。,尋線模塊判斷火源位置模塊判斷火源位置無火源有火源,前進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)度右?右轉(zhuǎn),尋線模塊判斷火源位置模塊判斷火源位置無火源有火源,前進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)度右?右轉(zhuǎn)9。度采集火焰?zhèn)鞲衅餍盘?hào)左轉(zhuǎn)刖度圖判斷圖尋跡模塊火源位置模塊圖判斷部分功能代碼1.小車轉(zhuǎn)向代碼voidrun()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(guó).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(guó)測(cè)試技術(shù)2004(6)［3］童詩(shī)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)，2003［5］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,2006［8］黃惠媛，李潤(rùn)國(guó)主編.單片機(jī)原理與接口技術(shù)［M］.北京:海洋出版社,2006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(1)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).Theelena,*,.Verschuerenb,.ReyesSu_arezc,Stevensa,A.Nunez.Ascalablesingle-chipmulti-processorarchitecturewithon-chipRTOSkernel.[J].2003:22-30JayantaMukherjeea,*,ManfredK.Langb,.Mitra.Demosaicingofimagesobtainedfromsingle-chipimagingsensorsinYUVcolorspace.[J].2005:13-18以下是小車的完整源代碼/*名稱：循跡小車作者：宋世杰日期：晶振：12m內(nèi)容：光電二極管檢測(cè)黑線，遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)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(cè)元件:5通道灰度檢測(cè)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(cè)路線、火源口PWM調(diào)速口風(fēng)扇開關(guān)*/#include<>unsignedcharPWM_ON;(big_left();}default:(left();}}}〃原地尋線voidfind_line()(unsignedcharLine_P2;while(1)(Line_P2=P2;Line_P2=Line_P2&0x07;if(Line_P2==0x02)(stop();break;}}}//原地檢測(cè)火源，返回1代表有火源，返回0代表沒有火源intfind_fire()(unsignedcharCount;unsignedcharFire_P2;big_right();//首先原地右轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)火源while(1)(Fire_P2=P2;//將P2口賦值給Num_P2Fire_P2=Fire_P2&0xF0;//取的值if(Count>500)(big_left();find_line();return0;//break;}if(Fire_P2==0x10||0x20||0x40||0x80)(stop();return1;//break;}Count++//滅火函數(shù)outfire(unsignedcha