智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)哈爾濱理工大學(xué)畢業(yè)論文

+哈爾濱理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)院：自動(dòng)化學(xué)院專(zhuān)業(yè)：自動(dòng)化任務(wù)起止時(shí)間：2010年3月8日至2010年6月25日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的評(píng)語(yǔ)：論文論述了智能小車(chē)的制作與控制，介紹了基本原理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行基于單片機(jī)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)小車(chē)的控制，最終實(shí)現(xiàn)智能化。該論文結(jié)構(gòu)合理，格式規(guī)范，語(yǔ)言流暢，方案設(shè)計(jì)合理，理論分析正確，達(dá)到了本科畢業(yè)學(xué)位論文要求，同意參加答辯。指導(dǎo)教師簽名：指導(dǎo)教師職稱(chēng)：工程師評(píng)閱教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的評(píng)語(yǔ)：評(píng)閱教師簽名：評(píng)閱教師職稱(chēng)：答辯委員會(huì)對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的評(píng)語(yǔ)：答辯委員會(huì)評(píng)定，該生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?yōu)椋捍疝q委員會(huì)主席簽名：職稱(chēng)：年月日教務(wù)處制表哈爾濱理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)院：自動(dòng)化學(xué)院專(zhuān)業(yè)：自動(dòng)化任務(wù)起止時(shí)間：2010年3月8日至2010年6月28日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作內(nèi)容：了解控制原理及設(shè)計(jì)規(guī)律，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行智能小車(chē)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。時(shí)間安排如下：第1—2周：查閱相關(guān)資料并翻譯外文資料；第3—4周：學(xué)習(xí)智能車(chē)的相關(guān)知識(shí)，開(kāi)發(fā)出最小系統(tǒng)板；第5—6周：熟悉智能車(chē)的工作原理及開(kāi)發(fā)調(diào)試過(guò)程；第7—9周：對(duì)智能車(chē)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)定并分析；第10—12周：對(duì)智能車(chē)硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；第13—14周：利用keil編寫(xiě)上位機(jī)程序，并進(jìn)行程序的調(diào)試；第15—16周：書(shū)寫(xiě)論文的初稿，進(jìn)一步完善控制系統(tǒng)及功能；第17周：修改并完成書(shū)面論文，準(zhǔn)備答辯。資料：1飛思卡爾半導(dǎo)體公司．全國(guó)大學(xué)生智能車(chē)競(jìng)賽與飛思卡爾S12單片機(jī).單片機(jī)與入式系統(tǒng)應(yīng)用[J]．2007，(8)：78-792徐鶴．淺談自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)(AGV)原理與應(yīng)用[J]．天津成人高等學(xué)校聯(lián)合學(xué)報(bào)2005，7(5)：50-523Chen．Bo．theelectricpowerdragsalongtomoveautomaticcontrolsystemversion2，Peking:themachineindustrialpublisher2000：127-1304高月華.基于紅外光電傳感器的智能車(chē)自動(dòng)尋跡系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．半導(dǎo)體光電，2009，30(1)：134-137指導(dǎo)教師意見(jiàn)：簽名：年月日系主任意見(jiàn)：簽名：年月日智能小車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要智能作為現(xiàn)代的新發(fā)明，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)環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于科學(xué)勘探等等的用途。智能小車(chē)就是其中的一個(gè)體現(xiàn)。智能小車(chē)，也稱(chēng)輪式機(jī)器人，是一種以汽車(chē)電子為背景，涵蓋智能控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、電子電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科的科技創(chuàng)意性設(shè)計(jì)。一般主要由路徑識(shí)別、速度采集、角度控制及車(chē)速控制等模塊組成。本次設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易電動(dòng)智能小車(chē)，采用STC89C52單片機(jī)作為小車(chē)的檢測(cè)和控制核心，充分利用了自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、單片機(jī)最小系統(tǒng)、液晶顯示模塊電路，以及聲光信號(hào)的控制、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。通過(guò)KeilC和PROTEUS的仿真，實(shí)踐操作與調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)小車(chē)的尋跡、自動(dòng)往返與避障等功能。綜合運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制理論、檢測(cè)技術(shù)等。使小車(chē)能在無(wú)人操作情況下，借助傳感器識(shí)別路面環(huán)境，由單片機(jī)控制行進(jìn)，實(shí)現(xiàn)初步的無(wú)人控制。單片機(jī)具有體積小、重量輕、耗電少、功能強(qiáng)、控制靈活方便且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，附以外圍電路，采用反射型光電探測(cè)器進(jìn)行尋跡操作，利用光電傳感器檢測(cè)道路上的障礙，運(yùn)用單片機(jī)的運(yùn)算和處理能力來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的各種功能，最終實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的智能化。關(guān)鍵詞智能；單片機(jī)；檢測(cè)和控制 TheDesignofAutomaticCar’sSystemAbstractIntelligentasmodernnewinvention,isalaterdevelopmentdirection,hecanoperateinanenvironmentautomaticllyaccrodingtopre-setmodes,withouttheneedofhumanmanagementandcanbeusedinscientificexplorationandsoonpurpose.Intelligentcarisoneoftheembodiment.Intelligentcar,alsocalledwheeledrobot,isakindoftakingautomobileelectronicasabackground,coversintelligentcontrol,patternrecognition,thesensingtechnology,electricalandelectronic,computer,machineryandmultidisciplinarytechnologycreativedesign.Generallyconsistsmainlyofpathrecognition,speedacquisition,anglecontrolandspeedcontrolmodule.ThesimpledynamoelectricintelligencecarofthisdesignadoptstheSTC89C52MCUastheexaminationandcontrolcoreofthecar,makefulluseoftheautomaticdetectiontechnology,MCUsmallestsystem,LCDmodulecircuit,thecontrolofsignal,andthemotordrivecircuit.ThroughthesimulationKeilCandPROTEUS,practiceanddebugging,finallyrealizethecartracing,automaticround-tripandobstacleavoidance,andotherfunctions.Comprehensiveuseofmicrocontrollertechnology,automaticcontroltheory,thedetectiontechnology,etc.Thatcarinunattendedoperationcircumstance,usingsensoridentifyroadenvironment.Travelbysingle-chipmicrocomputercontrol,realizethepreliminaryunmannedcontrol.MCUhasadvantagesforitssmallvolume,lightweight,lessconsumption,powerfulfunctions,flexibleoperationsandlowinprice.TheapplicationofMCUisfundamentallychangingthetraditionalcontrolsystemdesignideasanddesignmethod.ThisdesignadoptsMCUascontrollercore,attachedtoperipheralcircuit,usereflectivephotoelectricdetectortracingoperation,usingphotoelectricsensordetectionroadbarriers,usingMCU'soperationandprocessingpowertoachievecarallsortsoffunctions,andfinallyachievesimpleintelligent.Keywordsautomatic；MCU；detectionandcontrol目錄摘要…… =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII第1章緒論 11.1課題背景 1研究目的與意義 11.2國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述 21.3論文研究?jī)?nèi)容 3第2章系統(tǒng)方案論證與分析 42.1小車(chē)構(gòu)架方案論證 42.2電機(jī)選擇方案論證 42.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案論證 52.4供電電源方案論證 62.5尋跡檢測(cè)方案論證 62.6避障方案論證 62.7無(wú)線遙控方案論證 72.8控制方案論證 72.9本章小結(jié) 8第3章硬件設(shè)計(jì) 93.1硬件原理圖 93.2控制電路設(shè)計(jì) 93.2.1STC89C52單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 9最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10下載端口設(shè)計(jì) 123.3電源模塊設(shè)計(jì) 143.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 143.5尋跡模塊設(shè)計(jì) 173.6避障模塊設(shè)計(jì) 183.7遙控模塊設(shè)計(jì) 203.8本章小結(jié) 20第4章軟件設(shè)計(jì) 214.1軟件設(shè)計(jì)環(huán)境簡(jiǎn)介 214.1.1Keil開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹 214.1.2STC_ISP程序下載說(shuō)明 234.2尋跡程序設(shè)計(jì) 244.3避障程序設(shè)計(jì) 254.4遙控程序設(shè)計(jì) 264.5主程序設(shè)計(jì) 284.6本章小結(jié) 28結(jié)論 29致謝 30參考文獻(xiàn) 31附錄A 32附錄B 42附錄C 46緒論1.1課題背景2010年10月1日18時(shí)59分57秒345毫秒，嫦娥2號(hào)點(diǎn)火，19時(shí)整成功發(fā)射。在飛行后的29分53秒時(shí)，星箭分離，衛(wèi)星進(jìn)入軌道。19時(shí)56分太陽(yáng)能帆板成功展開(kāi)……這次探月衛(wèi)星的成功發(fā)射，標(biāo)志著中國(guó)自動(dòng)化領(lǐng)域進(jìn)入了一個(gè)新的階段。隨著自動(dòng)化的發(fā)展，自動(dòng)化開(kāi)始向復(fù)雜的系統(tǒng)控制和高級(jí)的智能控制發(fā)展，并廣泛地應(yīng)用到國(guó)防、科學(xué)研究和經(jīng)濟(jì)等各個(gè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的自動(dòng)化，例如大型企業(yè)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、全國(guó)鐵路自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)、國(guó)家電力網(wǎng)自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)、空中交通管制系統(tǒng)、城市交通控制系統(tǒng)、自動(dòng)化指揮系統(tǒng)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng)等。自動(dòng)化的應(yīng)用正從工程領(lǐng)域向非工程領(lǐng)域擴(kuò)展，如醫(yī)療自動(dòng)化、人口控制、經(jīng)濟(jì)管理自動(dòng)化等。自動(dòng)化將在更大程度上模仿人的智能，機(jī)器人已在工業(yè)生產(chǎn)、海洋開(kāi)發(fā)和宇宙探測(cè)等領(lǐng)域得到應(yīng)用，專(zhuān)家系統(tǒng)在醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探等方面取得顯著效果。工廠自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化和農(nóng)業(yè)自動(dòng)化將成為新技術(shù)革命的重要內(nèi)容，并得到迅速發(fā)展。智能小車(chē)，也稱(chēng)輪式機(jī)器人，是一種以汽車(chē)電子為背景，涵蓋智能控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、電子電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科的科技創(chuàng)意性設(shè)計(jì)，更是自動(dòng)化的一種綜合體現(xiàn)。一般主要由路徑識(shí)別、速度采集、角度控制及車(chē)速控制等模塊組成。近些年來(lái)全國(guó)電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車(chē)這方面的題目，全國(guó)各高校也都很重視該題目的研究，可見(jiàn)其研究意義很大，也正因此掀起了智能車(chē)研究的一股熱潮[1]。研究目的與意義小車(chē)，也就是輪式機(jī)器人，最適合在那些人類(lèi)無(wú)法工作的環(huán)境中工作，該技術(shù)可以應(yīng)用于無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)，無(wú)人生產(chǎn)線，倉(cāng)庫(kù)，服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域。在危險(xiǎn)環(huán)境下，機(jī)器人非常適合使用。在這些險(xiǎn)惡的環(huán)境下工作，人類(lèi)必需采取嚴(yán)密的保護(hù)措施。而機(jī)器人可以進(jìn)入或穿過(guò)這些危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行維護(hù)和探測(cè)工作，且不需要得到像對(duì)人一樣的保護(hù)。例如美國(guó)的“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)，在火星探測(cè)過(guò)程中分別在其著陸區(qū)域附近找到火星上過(guò)去曾有過(guò)水的證據(jù)，為人類(lèi)對(duì)火星的探測(cè)做出了巨大的貢獻(xiàn)[1]。機(jī)器人的應(yīng)用正逐步滲入到工業(yè)和社會(huì)的各個(gè)層面，如采用帶有專(zhuān)用新型傳感器的移動(dòng)式機(jī)器人，連續(xù)監(jiān)視采礦狀態(tài)，以便及早發(fā)現(xiàn)事故突發(fā)的先兆，采取相應(yīng)的預(yù)防措施；智能輪椅運(yùn)用口令識(shí)別與語(yǔ)音合成、機(jī)器人自定位、動(dòng)態(tài)隨機(jī)避障、多傳感器信息融合、實(shí)時(shí)自適應(yīng)導(dǎo)航控制等功能，運(yùn)用了現(xiàn)代高新技術(shù)來(lái)改善殘障人們的生活質(zhì)量和生活自由度。在智能車(chē)輛領(lǐng)域，智能小車(chē)自動(dòng)行駛功能的研究將有助于智能車(chē)輛的研究。智能車(chē)輛駕駛?cè)蝿?wù)的自動(dòng)完成將給人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步帶來(lái)巨大的影響，例如能切實(shí)提高道路網(wǎng)絡(luò)的利用率、降低車(chē)輛的燃油消耗量，尤其是在改進(jìn)道路交通安全等方面提供了新的解決途徑?！肮び破涫?，必先利其器”。人類(lèi)在認(rèn)識(shí)自然、改造自然、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的過(guò)程中，不斷地創(chuàng)造出各種各樣為人類(lèi)服務(wù)的工具，其中許多具有劃時(shí)代的意義。作為20世紀(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域的重大成就，機(jī)器人已經(jīng)和人類(lèi)社會(huì)的生產(chǎn)、生活密不可分。因此為了使智能小車(chē)工作在最佳狀態(tài)，進(jìn)一步研究及完善其速度和方向的控制是非常有必要的。本文所研究的內(nèi)容涉及尋跡、避障、人工操控等多種功能，初步實(shí)現(xiàn)智能化，可做為各類(lèi)科研的基礎(chǔ)模型，具有較大的研究空間，適合于多種領(lǐng)域的智能化研究與開(kāi)發(fā)。國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述智能車(chē)輛的研究始于20世紀(jì)50年代初，美國(guó)BarrettElectronics公司開(kāi)發(fā)出的世界上第一臺(tái)自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)輛系統(tǒng)(AutomatedGuidedVehicleSystem，AGVS)。1974年，瑞典的VolvoKalmar轎車(chē)裝配工廠與Schiinder--Digitron公司合作，研制出一種可裝載轎車(chē)車(chē)體的AGVS，并由多臺(tái)該種AGVS組成了汽車(chē)裝配線，從而取消了傳統(tǒng)應(yīng)用的拖車(chē)及叉車(chē)等運(yùn)輸工具。由于Kalmar工廠采用AGVS獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，許多西歐國(guó)家紛紛效仿Volvo公司，并逐步使AGVS在裝配作業(yè)中成為一種流行的運(yùn)輸手段。在世界科學(xué)界和工業(yè)設(shè)計(jì)界中，眾多的研究機(jī)構(gòu)正在研發(fā)智能車(chē)輛，使智能車(chē)技術(shù)迅速展起來(lái)。德意志聯(lián)邦大學(xué)已經(jīng)研發(fā)出多輛智能原型車(chē)輛。在1985年，第一輛VaMoRs智能原型車(chē)輛就已經(jīng)在戶(hù)外高速公路上以l00km／h的速度進(jìn)行了測(cè)試。使用機(jī)器視覺(jué)來(lái)保證橫向和縱向的車(chē)輛控制。1988年，在都靈的PROMETHEUS項(xiàng)目第一次委員會(huì)會(huì)議上，智能車(chē)輛維塔(VrrA)進(jìn)行了展示，該車(chē)可以自動(dòng)停車(chē)、行進(jìn)，并可以向后車(chē)傳送相關(guān)駕駛信息。這兩種車(chē)輛都配備UBM視覺(jué)系統(tǒng)。這是一個(gè)雙目視覺(jué)系統(tǒng)，具有極高的穩(wěn)定性，同時(shí)還包括一些其他種類(lèi)的傳感器：三個(gè)加速度計(jì)、一個(gè)車(chē)輪位置編碼器(可作為里程表或速度計(jì))，在VaMoRs車(chē)中，ZIPS接收機(jī)可以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛位置的初步估算。美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)智能交通研究所所研發(fā)的三輛智能原型車(chē)輛，配備不同的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合和錯(cuò)誤檢測(cè)技術(shù)：基于視覺(jué)的系統(tǒng)；雷達(dá)系統(tǒng)(檢測(cè)與車(chē)道的橫向位置)；激光掃描測(cè)距器(障礙物檢測(cè))；其他傳感器，如側(cè)向雷達(dá)、轉(zhuǎn)向陀螺儀。利用基于視覺(jué)的方法實(shí)現(xiàn)道路檢測(cè)。利用一臺(tái)安裝在后視鏡處的CCD攝像機(jī)，位置要盡可能高，車(chē)道檢測(cè)系統(tǒng)可以處理這樣的單幅灰度圖像。算法假設(shè)道路是水平地，并且有連續(xù)或點(diǎn)化的車(chē)道標(biāo)志線。前幾幀檢測(cè)的車(chē)道標(biāo)志線數(shù)據(jù)也用來(lái)決定下一步興趣熱點(diǎn)區(qū)域，以簡(jiǎn)化圖像處理。算法從圖像中提取出重要的亮域，并以向量行駛存儲(chǔ)，如道路消失點(diǎn)或道寬這樣的數(shù)據(jù)參數(shù)，都可以作為計(jì)算車(chē)道標(biāo)志線的參考，最后為了處理點(diǎn)劃車(chē)道線，可以通過(guò)一階多項(xiàng)式曲線來(lái)擬合，在進(jìn)行向量計(jì)算。如果檢測(cè)到左右車(chē)道標(biāo)志線，就可以利用左右標(biāo)志線來(lái)估計(jì)車(chē)道中心線；否則也可以利用估計(jì)的車(chē)道寬度及相關(guān)可視標(biāo)志來(lái)估算中心線[2]。在我國(guó)，吉林大學(xué)智能車(chē)輛課題組長(zhǎng)期從事智能車(chē)輛自主導(dǎo)航機(jī)理及關(guān)鍵技術(shù)研究。20世紀(jì)90年代以來(lái)，課題組開(kāi)展的組態(tài)式柔性制造單元及圖像識(shí)別自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)的研究對(duì)我國(guó)獨(dú)立自主開(kāi)發(fā)一種新型自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)輛系統(tǒng)，從而為我國(guó)生產(chǎn)組織模式向柔性或半柔性生產(chǎn)組織轉(zhuǎn)化提供了有意義的技術(shù)支撐和關(guān)鍵設(shè)備。另外，我國(guó)清華大學(xué)、北京理工大學(xué)等單位也正在研發(fā)智能車(chē)輛。汽車(chē)自主駕駛技術(shù)是集模式識(shí)別、智能控制、計(jì)算機(jī)科學(xué)和汽車(chē)操縱動(dòng)力等多門(mén)學(xué)科于一體的綜合性技術(shù)，汽車(chē)自主駕駛功能水平的高低常被用來(lái)作為衡量一個(gè)國(guó)家控制技術(shù)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。智能車(chē)輛的相關(guān)技術(shù)，也將為促進(jìn)輪式機(jī)器人的研究。論文研究?jī)?nèi)容本課題主要開(kāi)發(fā)一個(gè)基于路徑處理的的智能小車(chē)控制系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)，我們可以給小車(chē)給定一條軌跡，使其按預(yù)定路徑行始。小車(chē)可以獨(dú)自運(yùn)行，也可人工及時(shí)操控調(diào)整，使其按正確的軌跡運(yùn)行。本文主要有以下內(nèi)容：1.智能小車(chē)相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，本文首要介紹了與智能小車(chē)相關(guān)的機(jī)器人、智能車(chē)輛的發(fā)展歷史、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。2.智能小車(chē)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。詳細(xì)介紹智能小車(chē)硬件電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。智能小車(chē)選擇STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)作為核心控制單元，完成電源模塊、傳感器模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、路徑識(shí)別模塊、等功能模塊的設(shè)計(jì)。3.障基本原理。采用光電紅外對(duì)管來(lái)識(shí)別路徑，紅外發(fā)射管與紅外一體接收頭來(lái)識(shí)別障礙。4.控制原理。采用紅外識(shí)別，遙控器解碼技術(shù)，來(lái)控制小車(chē)的行進(jìn)方向，從而達(dá)到人工操控的目地。5.行實(shí)車(chē)試驗(yàn)，對(duì)小車(chē)進(jìn)行調(diào)試。系統(tǒng)方案論證與分析本章主要介紹方案的選擇與分析，主要包括單片機(jī)模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、黑線檢測(cè)模塊以及液晶顯示模塊的方案選擇與分析。小車(chē)構(gòu)架方案論證小車(chē)行走機(jī)構(gòu)的方案分析與選擇：方案一：履帶式行走機(jī)構(gòu)：運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，走直線效果很好；但結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、移動(dòng)速度較慢，轉(zhuǎn)彎過(guò)程的控制性能較差。方案二：腿式行走機(jī)構(gòu)：可以走出多種復(fù)雜的路線，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)中的平衡性和穩(wěn)定性差、移動(dòng)速度較慢。方案三：兩輪式行走機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、移動(dòng)速度快、轉(zhuǎn)彎性能好，且易于控制，適用于小功率的行走驅(qū)動(dòng)。方案四：四輪式行走機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、移動(dòng)速度快、易于控制。通過(guò)以上四種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，方案三與方案四可具有較大的可行性，但四輪式行走機(jī)構(gòu)需要四個(gè)電機(jī)，控制算法相對(duì)復(fù)雜，且需要很大的驅(qū)動(dòng)電流，對(duì)硬件要求較高，而兩輪式能滿(mǎn)足此設(shè)計(jì)要求，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，算法方便，要求驅(qū)動(dòng)電流小，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本設(shè)計(jì)以對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單方便為主，固綜上考慮，采用方案三的設(shè)計(jì)思想。電機(jī)選擇方案論證電動(dòng)機(jī)選擇方案與分析：方案一：采用步進(jìn)電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。所以，若采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由于其轉(zhuǎn)動(dòng)的角度可以精確定位，可以實(shí)現(xiàn)小車(chē)前進(jìn)距離和位置的精確定位。方案二：采用直流電機(jī)：采用直流減速電機(jī)，直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便，過(guò)載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；能滿(mǎn)足各種不同的特殊運(yùn)行要求。很方便的就可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)單片機(jī)對(duì)直流減速電機(jī)前進(jìn)、后退、停止等操作。通過(guò)以上兩種方案的比較，兩種方案均具有較大的可行性，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)、交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高的轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低時(shí)不適于小車(chē)等對(duì)速度有一定要求的系統(tǒng)。在價(jià)格方面，直流電機(jī)低于步進(jìn)電機(jī)，易于購(gòu)買(mǎi)，且對(duì)硬件要簡(jiǎn)單，完全可以實(shí)現(xiàn)此設(shè)計(jì)的要求，固綜上考慮，此次設(shè)計(jì)采用直流電機(jī)作為動(dòng)力源。電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案論證小車(chē)運(yùn)行過(guò)程中要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié),調(diào)速范圍根據(jù)負(fù)載的要求而定。由公式(2-1)(2-1)N：電樞轉(zhuǎn)速,：電機(jī)端電壓,：電機(jī)端電流,：電樞電阻,：常數(shù),：各極總磁通可以看出,調(diào)速可以有三種方法:1.改變電機(jī)端電壓,即改變電樞電源電壓；2.改變磁通,即改變激磁回路的調(diào)節(jié)電阻以改變激磁電流；3.在電樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻。此時(shí)的轉(zhuǎn)速公式(2-2)為：(2-2)在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，改變電機(jī)的磁通或調(diào)節(jié)樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻并不方便、實(shí)用。因此，主要選擇通過(guò)改變電機(jī)兩端電壓的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速控制。下面是通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)兩端電壓達(dá)到調(diào)速目的的三種方案：方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是電阻網(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(wèn)題在于一般電動(dòng)機(jī)的電阻很小，但電流很大，分壓不僅會(huì)降低效率且實(shí)現(xiàn)困難。方案二：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)或關(guān)進(jìn)行控制，通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換對(duì)小車(chē)的速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞，壽命較短、可靠性不高。方案三：采用由達(dá)林頓管組成的H型PWM電路。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(kāi)關(guān)狀態(tài),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型電路保證了可以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制。電子開(kāi)關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。L298為SGS-THOMSONMicroelectronics所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片(DualFull-BridgeDriver)，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)。內(nèi)含二H-Bridge的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)

TTL邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V?？梢灾苯油ㄟ^(guò)電源來(lái)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。PWM脈寬調(diào)制實(shí)際上就是改變電機(jī)端電壓的平均值從而進(jìn)行調(diào)速的一種方法。這種方法便于與單片機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)方便，而前兩種方法必須要配合一定的外圍模擬電路才能達(dá)到單片機(jī)控制目的，基于以上分析,在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊上擬選定采用PWM脈寬調(diào)制方法。選用L298雙全橋驅(qū)動(dòng)芯片。供電電源方案論證供電電源方案的選擇與分析：方案一：采用兩個(gè)電源供電，將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源與單片機(jī)以及其周?chē)娐冯娫赐耆綦x，利用光電耦合器傳輸信號(hào)。這樣可以使電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所造成的干擾徹底消除，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。方案二：采用單一電源供電。所用器件采用12V蓄電池為直流電機(jī)供電。因電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間電流很大，而且PWM驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)電流波動(dòng)較大，會(huì)造成電壓不穩(wěn)、有毛刺等干擾，可采用將12V電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其它芯片供電。這樣供電比較簡(jiǎn)單[3]?；谝陨系姆治?，兩種方案均具有可行性，但方案一使用兩個(gè)電源，增加了小車(chē)的重量與體積，增大了小車(chē)的慣性，雖然具有較大的優(yōu)勢(shì)，但綜合考慮，符合設(shè)計(jì)要求的情況下，選擇方案二做為小車(chē)的供電電源。尋跡檢測(cè)方案論證尋跡檢測(cè)方案的選擇與分析：方案一：采用對(duì)射式紅外光電傳感器。用可見(jiàn)發(fā)光二極管與光敏二極管組成的發(fā)射－接收分立對(duì)管光電傳感器。這種方案的缺點(diǎn)在于，其他環(huán)境光源會(huì)對(duì)光敏二極管的工作產(chǎn)生很大干擾，一旦外界光亮條件改變，很可能造成誤判和漏判。雖然采取超高亮發(fā)光管可以降低一定的干擾，但這又將增加額外的功率損耗。在跑道上設(shè)置檢測(cè)裝置很不方便，故無(wú)法應(yīng)用對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)探測(cè)跑道標(biāo)志，只能采用反射式光電開(kāi)關(guān)。方案二：采用反射式紅外光電傳感器，利用紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線二極管進(jìn)行接收。采用紅外線發(fā)射，外面可見(jiàn)光對(duì)接收信號(hào)的影響較小，尋跡電路中采用比較器LM393，信號(hào)進(jìn)入后就會(huì)被放大，可以直接送給單片機(jī)進(jìn)行操作，同時(shí)可以加一可調(diào)電阻，可以調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度，易于調(diào)試。本方案也易于實(shí)現(xiàn)，比較可靠[4]。綜上所述，方案二具有可行性，選擇方案二作為尋跡方案。避障方案論證避障方案的選擇與分析：方案一：脈沖調(diào)制的反射式紅外線接受器。由于該有交流分量的調(diào)制信號(hào)，則可大幅度減少外界干擾；另外紅外紅線接受的最大工作電流取決于平均電流。如果采用占空比小的調(diào)制信號(hào)，再平均電流不變的情況下，順勢(shì)電流很大（50~100mA），則大大提高了信噪比。并且其反應(yīng)靈敏，外圍電路也很簡(jiǎn)單。它的優(yōu)點(diǎn)是消除了外界光線的干擾提高了靈敏度。方案二：采用超聲波傳感器，如果傳感器接收到反射的超聲波，則通知單片機(jī)前方有障礙物，否則通知單片機(jī)可以向前行駛。市場(chǎng)上很多紅外光電探頭也是基于這個(gè)原理。這樣不但能準(zhǔn)確完成測(cè)量，而且能避免電路的復(fù)雜性[5]。通過(guò)以上兩種方案的比較，兩種方案均可行，但第二種方案超聲波傳感器價(jià)格比格昂貴，所以與方案一相比，在要求不是很?chē)?yán)格的情況下，方案一具有更大的選擇性。無(wú)線遙控方案論證無(wú)線在各領(lǐng)域均有廣泛的運(yùn)用，而要實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制，則要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的無(wú)線接收與發(fā)送，基于無(wú)線的基本原理，提出以下幾種方案進(jìn)行選擇與分析：方案一：采用PT2263與PT2272芯片作為系統(tǒng)的編碼與解碼，其中PT2262為無(wú)線發(fā)送芯片，PT2272解碼輸出，來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)的收發(fā)，從而達(dá)到無(wú)線控制的目的。方案二：采用NRF24L01成品收發(fā)模塊。發(fā)射距離遠(yuǎn)，信號(hào)穩(wěn)定，體積小，市場(chǎng)價(jià)格較低。方案三：使用紅外線進(jìn)行遙控，采用常用的紅外遙控器進(jìn)行紅外信號(hào)的發(fā)射，用一體化紅外接收頭1838芯進(jìn)行信號(hào)的接收，使用軟件進(jìn)行紅外信號(hào)的解碼，以此來(lái)識(shí)別按鍵，控制小車(chē)的行動(dòng)[6]。以上三種方案均為常用的無(wú)線收發(fā)方式，但方案一不僅加大了硬件的需求，而且手工制作接收與發(fā)射模塊，對(duì)手工要求較高，且發(fā)射距離較短。方案二采用成品的收發(fā)模塊，體積小，性能穩(wěn)定，可使用范圍最高可達(dá)200m左右，市場(chǎng)價(jià)格較低。方案三采用紅外一體接收頭1838，解調(diào)信號(hào)輸出端DOUT可直接被單片機(jī)識(shí)別，同時(shí)使用軟件進(jìn)行解碼，大大簡(jiǎn)化了電路，發(fā)射距離30m左右，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求。經(jīng)過(guò)以上三種方案的比較，決定采用方案三做為小車(chē)的無(wú)線遙控方案。控制方案論證智能小車(chē)系統(tǒng)的核心模塊即為主控單片機(jī)。選擇一片數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大、片內(nèi)資源豐富的單片機(jī)，對(duì)設(shè)計(jì)各功能的更好實(shí)現(xiàn)具有極大意義。一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如ROM﹑RAM﹑I/O口﹑定時(shí)/記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等。若不能滿(mǎn)足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如液晶顯示器﹑A/D﹑D/A轉(zhuǎn)換器等，且需要設(shè)計(jì)合適的接口電路?？刂葡到y(tǒng)是機(jī)械運(yùn)行的核心，同樣，在本次智能車(chē)的設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)小車(chē)的初步智能化，一個(gè)良好與否的控制芯片關(guān)系到最終的成敗，而控制類(lèi)的芯片多種多樣，下面就以下兩種進(jìn)行選擇與分析：方案一：采用AT89C51芯片，具有體積小、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)被列入教科書(shū)已進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與分析，是最早比較了解的芯片。其片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM有128B，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器FlashROM有4KB；可尋址片外64KB的RAM；兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；五個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷控制系統(tǒng)；方案二：采用STC89C52芯片，繼承了AT89C51的功能，同時(shí)在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)良的改進(jìn)，功能較強(qiáng)大。其片內(nèi)8kROM，256x8bit內(nèi)部RAM，3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源，4層優(yōu)先級(jí)中斷結(jié)構(gòu)[7]。以上兩種芯片均可行，但AT89C51與STC89C52相比，后者具有較大優(yōu)勢(shì)，同時(shí)基于對(duì)STC89C52較為熟悉，所以采用方案二，使用STC89C52作為智能小車(chē)的總體控制芯片。本章小結(jié)本章主要介紹智能小汽車(chē)的設(shè)計(jì)思想與主要功能傳感器的選擇，分別介紹了小車(chē)本體的選擇方案，電動(dòng)機(jī)的選擇策略，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選擇方案，尋跡、避障傳感器以及無(wú)線遙控方案的選擇，并且也講述了如何供電電源的分配情況。通過(guò)上面的詳細(xì)講述，我們就可以科學(xué)合理的制作自己的小車(chē)，并把我們需要的功能加到上面，此款智能小汽車(chē)無(wú)論從工藝制作到傳感器的選擇，再到電源、電機(jī)的分配都較為合理，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單方便，適合電子愛(ài)好者進(jìn)一步開(kāi)發(fā)與研究。本次設(shè)計(jì)僅為智能自動(dòng)化的初步研究，以展現(xiàn)基本自動(dòng)化原理為主，具有很高的科學(xué)研究?jī)r(jià)值，在醫(yī)療器械、考古、軍事、智能玩具以及機(jī)器人等方面都留有很大的研究與發(fā)展空間，相信會(huì)給更多的人提供一個(gè)研究智能電子產(chǎn)品的平臺(tái)。智能單片機(jī)由軟件和硬件結(jié)合控制，實(shí)現(xiàn)電路設(shè)定功能，其具有速度快、功耗低、體積小、外圍器件少等優(yōu)點(diǎn)，除此之外，智能電子產(chǎn)品還具有穩(wěn)定性好、可靠性高，電路簡(jiǎn)單、功能實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)可升級(jí)，產(chǎn)品檔次高等優(yōu)勢(shì)。隨著社會(huì)不斷地發(fā)展，在未來(lái)的日子里，智能化電子產(chǎn)品會(huì)越來(lái)越受到人們的關(guān)注與重視，此款小車(chē)就是一個(gè)簡(jiǎn)單可以從事一些設(shè)定功能的智能化電子產(chǎn)品。硬件設(shè)計(jì)硬件原理圖 電動(dòng)智能小車(chē)采用STC89C52單片機(jī)進(jìn)行智能控制。開(kāi)始先手動(dòng)啟動(dòng)小車(chē)開(kāi)關(guān)，進(jìn)行模式選擇，并設(shè)有復(fù)位按鈕。尋跡模式下，小車(chē)采用反射型光電探測(cè)器檢測(cè)黑帶，將信號(hào)傳給單片機(jī)進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)通過(guò)單片機(jī)控制電機(jī)使小車(chē)前進(jìn)，以及左、右拐彎的操作。避障模式下，避障模塊開(kāi)始工作，開(kāi)始進(jìn)行避障處理，小車(chē)開(kāi)始進(jìn)行自由避障，當(dāng)進(jìn)入停車(chē)區(qū)時(shí)，由紅外進(jìn)行識(shí)別，小車(chē)自動(dòng)停車(chē)。系統(tǒng)原理圖如圖3—1所示。電源電源單片機(jī)STC89c522電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)無(wú)線控制遙控器尋跡避障黑線檢測(cè)障礙檢測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)無(wú)線控制遙控器單片機(jī)STC89c52黑線檢測(cè)尋跡避障障礙檢測(cè)圖3-1系統(tǒng)原理圖控制電路設(shè)計(jì)控制電路是整個(gè)智能車(chē)的核心，相當(dāng)于人類(lèi)的大腦一樣，控制著整量車(chē)的行車(chē)方式，通過(guò)編寫(xiě)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能，但單片機(jī)的工作需要一定的外圍電路以及下載電路才能保證單片機(jī)的正常工作以及程序的下載，下面就將介紹STC89C52單片機(jī)的基本功能以及其外圍電路、下載電路的設(shè)計(jì)。STC89C52單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)STC89C52單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行I/O口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。它們都是通過(guò)片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。1.中斷系統(tǒng)：具有6個(gè)中斷源，2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。2.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：片內(nèi)有3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有四種工作方式。3.串行口：1個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式?？捎脕?lái)進(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行I/O口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。4.P1口、P2口、P3口、P4口為4個(gè)并行8位I/O口。使單片機(jī)對(duì)輸出的控制更加靈活[7]。STC89C52主要功能如表3-1所示。表3-1STC89C52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(xiě)FlashROM32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(xiě)中斷口線3級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.時(shí)鐘電路STC89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳RXD和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖3-2(a)所示，在RXD和TXD引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.2～12MHz之間選擇，電容值在5～30pF之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時(shí)鐘電路如圖3-2(b)所示，RXD接地，TXD接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方波信號(hào)。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘P1和P2，供單片機(jī)使用。(a)內(nèi)部方式時(shí)鐘電路(b)外部方式時(shí)鐘電路圖3-2時(shí)鐘電路2.復(fù)位及復(fù)位電路(1)復(fù)位操作復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。除PC之外，復(fù)位操作還對(duì)其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表3-2所示。表3-2一些寄存器的復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP--07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H(2)復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期(即二個(gè)機(jī)器周期)以上。若使用頗率為12MHz的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過(guò)2μs才能完成復(fù)位操作。整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)(RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖3-3(a)所示。這佯，只要電源Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖3-3(b)所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖3-3(c)所示：電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于12MHz晶振，能保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期[8]。本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用圖3-3(b)上電復(fù)位方式。(a)上電復(fù)位(b)按鍵電平復(fù)位(c)按鍵脈沖復(fù)位圖3-3復(fù)位電路下載端口設(shè)計(jì)單片機(jī)程序的下載實(shí)質(zhì)上就是單片機(jī)的通信，是指單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換，通常單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信我們用的有并行和串行兩種通信方式，而在單片機(jī)系統(tǒng)以及現(xiàn)代單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，信息的交換多采用串行通信方式。串行通信又有兩種方式：異步串行通信和同步串行通信。異步串行通信是發(fā)送端和接收端可以由各自的時(shí)鐘來(lái)控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個(gè)時(shí)鐘源彼此獨(dú)立，互不同步，一位接一位地順序傳送，由此可見(jiàn)，異步串行通信實(shí)現(xiàn)容易，設(shè)備開(kāi)銷(xiāo)較小，但每個(gè)字符要附加2~3位，用于起止位、校驗(yàn)位和停止位，各幀之間還有間隔，因此傳輸效率不高。同步通信是一種連續(xù)串行傳送數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信只傳送一幀信息。這里的信息幀與異步通信中的字符幀不同，通常含有若干個(gè)數(shù)據(jù)字符。它們均由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符(CRC)組成。其中同步字符位于幀開(kāi)頭，用于確認(rèn)數(shù)據(jù)字符的開(kāi)始。數(shù)據(jù)字符在同步字符之后，個(gè)數(shù)沒(méi)有限制，由所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊長(zhǎng)度來(lái)決定；校驗(yàn)字符有1到2個(gè)，用于接收端對(duì)接收到的字符序列進(jìn)行正確性的校驗(yàn)。同步通信的缺點(diǎn)是要求發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘保持嚴(yán)格的同步在單片機(jī)與單片機(jī)，單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間通信時(shí)，通常采用異步串行通信方式。PC機(jī)的串行口采用的是標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口，單片機(jī)的串行口電平是TTL電平，而TTL電平特性與RS-232的電氣特性不匹配，因此為了使單片機(jī)的串行口能與RS-232接口通信，必須將串行口的輸入／輸出電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通常用MAX232芯片來(lái)完成電平轉(zhuǎn)換。MAX232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的、包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的IC芯片，它的內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電源電壓變換成為RS-232輸出電平所需的+10V電壓。所以，采用此芯片接口的品德通信系統(tǒng)只需單一的+5V電源就可以了。對(duì)于沒(méi)有+12V電源的場(chǎng)合，其適應(yīng)性更強(qiáng)，加之其價(jià)格適中，硬件接口簡(jiǎn)單，所以被廣泛采用[8]。圖3-4即為MAX232的基本接線圖。圖3-4MAX232基本接線圖根據(jù)MAX232的基本接線與原理，結(jié)合單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，采用串口9針的母頭做為單片機(jī)的通信接口，電路圖如圖3-5下所示。圖3-5下載通信端口原理電源模塊設(shè)計(jì)電源模塊為系統(tǒng)其它各個(gè)模塊提供所需要的電源，主要為單片機(jī)、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)、尋跡模塊、臂章模塊供電。供電電壓有9V、6V、5V三種電壓值。本系統(tǒng)采用12V的蓄電池做為供電電源，為得到所需電壓需進(jìn)行降壓及穩(wěn)壓操作，采用常用的穩(wěn)壓芯片7809、7806、7805，分別得到9V、6V、5V穩(wěn)定電壓，設(shè)計(jì)電路圖如圖3-6所示：圖3-6電源模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)智能小車(chē)區(qū)別于普通的電動(dòng)玩具小車(chē)的最大特點(diǎn)是：可以智能調(diào)節(jié)小車(chē)運(yùn)行狀態(tài)。如改變其運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度。在接收到外部主控單片機(jī)發(fā)出的指令后，能迅速做出“應(yīng)答”，這就需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)揮作用。主控單片機(jī)發(fā)出指令給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)芯片接收到單片機(jī)指令后，通過(guò)輸出端口控制電機(jī)迅速作出相應(yīng)動(dòng)作。本設(shè)計(jì)采用PWM調(diào)速技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)轉(zhuǎn)向、調(diào)速控制，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的電動(dòng)小車(chē)采用2個(gè)直流電機(jī)，左、右兩側(cè)電機(jī)獨(dú)立控制。經(jīng)過(guò)之前論證分析后，決定選用L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。

L298雙全橋步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片，比較常見(jiàn)的是15腳Multiwatt封裝的L298如圖3-7所示:圖3-7L298NMultiwatt封裝外形圖內(nèi)部包含4信道邏輯驅(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)。恒壓恒流橋式2A驅(qū)動(dòng)芯片L298內(nèi)含二個(gè)H-Bridge的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)

TTL邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V?？梢灾苯油ㄟ^(guò)電源來(lái)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。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298直流電機(jī)單片機(jī)作為核心控制器，由I/O口發(fā)出各種高低電平組號(hào)信號(hào)，控制L298。L298接受到單片機(jī)控制信號(hào)，輸出控制信號(hào)給電機(jī)，完成相應(yīng)運(yùn)行動(dòng)作。直行左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)倒車(chē)主控單片機(jī)STC89C52圖3-8電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制示意圖通過(guò)圖3-8，可清楚看出單片機(jī)→電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片→直流電機(jī)的三級(jí)控制結(jié)構(gòu)。采用此種控制結(jié)構(gòu)，各級(jí)職責(zé)明確，結(jié)構(gòu)清晰易于實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用的是基于PWM原理的H型驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。采用H橋電路可以增加驅(qū)動(dòng)能力，同時(shí)保證了完整的電流回路。采用PWM方法調(diào)整電機(jī)的速度，首先應(yīng)確定合理的脈沖頻率。脈沖寬度一定時(shí)，頻率對(duì)電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性有較大影響，脈沖頻率高,馬達(dá)運(yùn)行的連續(xù)性好，但帶負(fù)載能力差，脈沖頻率低則反之。當(dāng)脈沖頻率在100Hz以下時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)有明顯的跳動(dòng)現(xiàn)象，小車(chē)不能連續(xù)順暢運(yùn)行。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，選擇脈沖頻率1000Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)較平穩(wěn)，控制效果較佳。脈寬調(diào)速實(shí)質(zhì)上是調(diào)節(jié)加在電機(jī)兩端的平均功率，其表達(dá)式(3-3)為：(3-3)式中為電機(jī)兩端的平均功率；QUOTEPMAX為電機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)的功率；為脈寬。當(dāng)時(shí)，相當(dāng)于加入直流電壓，這時(shí)電機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)，QUOTEP=PMAX；當(dāng)時(shí)，相當(dāng)于電機(jī)兩端不加電壓，電機(jī)靠慣性運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)穩(wěn)定開(kāi)動(dòng)后，有(QUOTEf為摩擦力)則QUOTEKfVMAX=f(3-4)QUOTEKfVMAX=fQUOTEV=KVMAX(3-5)由(3-5)式可知智能小車(chē)的速度與脈寬成正比。由上述分析，U1、U2這對(duì)控制電壓采用了1000Hz的周期信號(hào)控制，通過(guò)對(duì)其占空比的調(diào)整，對(duì)車(chē)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)，可以通過(guò)U1、U2的切換來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。對(duì)于L298驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部已集成2個(gè)H橋，只需在使能控制端EN1、EN2加載PWM波，通過(guò)調(diào)節(jié)PWM波的占空比，即改變加載到電機(jī)兩端的電壓平均值，來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。當(dāng)IN1端為高電平、IN2端為低電平時(shí)，二極管D1到D4導(dǎo)通，電機(jī)正轉(zhuǎn)；反之，二極管D3到D2導(dǎo)通，電機(jī)反轉(zhuǎn)。IN3、IN4端控制方法與IN1、IN2端相同，不再贅述。下圖3-10為Mutiwatt15封裝形式的L298驅(qū)動(dòng)芯片引腳及外形圖。圖3-10L298引腳及外形圖表3-3列出了L298的各引腳功能。表3-3L298引腳功能封裝1、15SEN1、SEN2分別為兩個(gè)H橋的電流反饋腳，不用是可以接地2、31Y1、1Y2輸出端，與對(duì)應(yīng)輸入端（IN1、IN2）同邏輯4Vs驅(qū)動(dòng)電壓，最小值需比輸入的低電平電壓高2.5V5、7IN1、IN2輸入端，TTL電平兼容6、11EN1、EN2使能端，低電平禁止輸出8GND地9Vss邏輯電源，4.5~7V10、12IN3、IN4輸入端，TTL電平兼容13、142Y1、2Y2輸出端，與對(duì)應(yīng)輸入端（IN3、IN4）同邏輯下圖3-11為L(zhǎng)298驅(qū)動(dòng)小車(chē)電機(jī)的PROTEUS功能仿真圖。L298需要兩個(gè)電壓，一個(gè)為邏輯電路工作所需的5V電壓Vcc，另一個(gè)為功率電路所需的驅(qū)動(dòng)電壓Vs。為保護(hù)電路，需加上八個(gè)續(xù)流二極管，二極管的選用要根據(jù)PWM的頻率和電機(jī)的電流來(lái)確定。二極管要有足夠的回復(fù)時(shí)間和足夠電流承受能力。圖3-11L298驅(qū)動(dòng)電機(jī)PROTEUS仿真圖在編寫(xiě)完成KeilC調(diào)速、轉(zhuǎn)向程序，與PROTEUS軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真后，通過(guò)在線調(diào)試。經(jīng)多次實(shí)際測(cè)試，采用PWM技術(shù)進(jìn)行小車(chē)調(diào)速、轉(zhuǎn)向操作具有如下優(yōu)點(diǎn)：1.電流一定連續(xù)2.可使電動(dòng)機(jī)在四象限中運(yùn)行3.電機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)4.低速時(shí)，每個(gè)晶體管的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證晶體管可靠導(dǎo)通5.低速平穩(wěn)性好，調(diào)速范圍較大尋跡模塊設(shè)計(jì)根據(jù)此前方案論證，選用紅外反射式光電傳感器，它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，由1個(gè)紅外發(fā)射管(發(fā)射器)和1個(gè)光電二極管(接收器)構(gòu)成。紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光在遇到反光性較強(qiáng)的物體(表面為白色或近白色)后被折回，被光電二極管接收到，引起光電二極管光生電流的增大。將這個(gè)變化轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)，就可以被處理器接受并處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)反光性差別較大的兩種顏色(如黑白兩色)的識(shí)別[9]。本次設(shè)計(jì)采用TCRT5000反射式紅外光電傳感器（如圖3-12所示），具有以下特點(diǎn)：(1)采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成。(2)檢測(cè)距離可調(diào)整范圍大，4～13c(3)采用非接觸檢測(cè)方式。圖3-12TCRT5000紅外傳感器為使反射信號(hào)可直接被單片機(jī)所識(shí)別，使用LM393進(jìn)行信號(hào)的放大，原理圖如圖3-13所示：圖3-13尋跡模塊原理圖避障模塊設(shè)計(jì)根據(jù)避障方案的先擇，本次設(shè)計(jì)采用NE555電路進(jìn)行紅外信號(hào)的調(diào)制，經(jīng)紅外發(fā)射管發(fā)射后，當(dāng)紅外線遇到障礙物時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被紅外接收一體的1838紅外接收頭所識(shí)別并傳給單片機(jī)，再由單片機(jī)進(jìn)行判斷并發(fā)出行進(jìn)避障指令，使小車(chē)做出相應(yīng)的動(dòng)作。我們?cè)谛≤?chē)車(chē)頭處裝有三個(gè)光電開(kāi)關(guān)，中間一個(gè)光電開(kāi)關(guān)對(duì)向正前方，兩側(cè)的光電開(kāi)關(guān)向兩邊分開(kāi)。小車(chē)在行進(jìn)過(guò)程中由光電開(kāi)關(guān)向前方發(fā)射出紅外線，小車(chē)根據(jù)三個(gè)光電開(kāi)關(guān)接受信號(hào)的情況來(lái)判斷前方是否有障礙物。1.紅外發(fā)射電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用555構(gòu)成的多諧振蕩器電路來(lái)產(chǎn)生38KHz左右的方波，以此來(lái)控制紅外信號(hào)的發(fā)射。它具有占空比可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，555各管腳功能如下：1腳：外接電源負(fù)端Vss或接地，一般情況下接地。2腳：低觸發(fā)端3腳：輸出端Vo4腳：RD是直接清零端。當(dāng)RD端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TL、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01μF電容接地，以防引入干擾。6腳：TH高觸發(fā)端。7腳：放電端。該端與放電管集電集相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。8腳：外接電源VCC根據(jù)555的功能，使用第3引角做為紅外信號(hào)觸發(fā)端，具體電路如圖3-14所示[10]：圖3-14紅外發(fā)射電路2.紅外接收電路設(shè)計(jì)該模塊使用一體化紅外接收頭1838，其電路如圖3-15所示。圖3-15紅外接收電路瓷片電容104為去耦電容，DOUT即是解調(diào)信號(hào)的輸出端，直接與單片機(jī)的接口相連。有紅外編碼信號(hào)發(fā)射時(shí)，輸出為檢波整形后的方波信號(hào)，并直接提供給單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行識(shí)別處理后，再發(fā)出指令，控制小車(chē)的行進(jìn)。其中1838紅外一體化接收頭具內(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測(cè)二極管，放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外監(jiān)測(cè)二極管監(jiān)測(cè)到紅外信號(hào)，然后把信號(hào)送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠(yuǎn)近。交流信號(hào)進(jìn)入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過(guò)30khz到60khz的負(fù)載波，通過(guò)解調(diào)電路和積分電路進(jìn)入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號(hào)波形。注意輸出的高低電平和發(fā)射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度[11]。遙控模塊設(shè)計(jì)隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展．無(wú)線遙控已被廣泛的應(yīng)用到日常生活中及工業(yè)中．電視機(jī)、電冰箱．視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電視演播系統(tǒng)、電視會(huì)議系統(tǒng)、微能控制等多種領(lǐng)域都有應(yīng)用。在智能控制中，無(wú)線遙控更是成為了不可或缺的一部分，同時(shí)也是為了在特殊情況下按照人為的意愿進(jìn)行操作的最佳選擇。根據(jù)上文方案的選擇，本次遙控方案采用紅外紅進(jìn)行遙控，紅外線特點(diǎn)是不干擾其它設(shè)備工作，也不會(huì)影響周邊環(huán)境。電路調(diào)試簡(jiǎn)單，若對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行編碼，可實(shí)現(xiàn)多路紅外遙控功能。本次設(shè)計(jì)，紅外遙控發(fā)射采用常用的遙控器。接收電路仍采用避障模塊中的紅外接收電路，如上圖3-15所示，其中，紅外1838接收到紅外信號(hào)后，傳輸給單片機(jī)，由單片機(jī)采用程序處理進(jìn)行紅外的解碼，以此來(lái)識(shí)別遙控器的按鍵，并發(fā)出指令執(zhí)行相應(yīng)的操作。本章小結(jié)本章主要介紹了智能小車(chē)在硬件的方案設(shè)計(jì)以及部分使用器件的功能、用法。硬件是智能小車(chē)的基礎(chǔ)，只有一個(gè)合理、完整的硬件系統(tǒng)才能發(fā)揮出應(yīng)有的功能，同時(shí)穩(wěn)定的硬件系統(tǒng)也為小車(chē)的運(yùn)行提供了良好的軟件運(yùn)行環(huán)境，從而使小車(chē)整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到和諧的目的。針對(duì)方案的論證選擇，本章對(duì)主控單片機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，其中包括復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、以及程序下載接口電路，保證了單片機(jī)的正常運(yùn)行及程序的下載。隨后，由于要對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)了電源模塊與電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊，以便電機(jī)的靈活應(yīng)用，再加以尋跡、避障、遙控等模塊的設(shè)計(jì)，完成了小車(chē)初步智能化的硬件保證，至此，小車(chē)的基本構(gòu)架完成。軟件設(shè)計(jì)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(guò)程控制兩個(gè)基本類(lèi)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(guò)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(guò)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)上就是所需要完成一定功能，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(xiě)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。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序﹑定時(shí)/計(jì)數(shù)子程序、尋跡子程序﹑避障子程序﹑遙控子程序等構(gòu)成。軟件設(shè)計(jì)環(huán)境簡(jiǎn)介軟件是實(shí)現(xiàn)編程與下載的手段，在設(shè)計(jì)中不可缺少，在本次設(shè)計(jì)中，采用KeiluVision2軟件進(jìn)行編程，采用STC專(zhuān)用的下載軟件STC_ISP進(jìn)行程序的下載。Keil開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹Keil軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面將介紹Keil開(kāi)發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。1.基本項(xiàng)目建立(1)建立項(xiàng)目選擇Project菜單下的NewProject命令，創(chuàng)建新工程，在對(duì)話(huà)框中設(shè)定新工程的位置，輸入新工程名字保存即可。(2)選擇CPU在出現(xiàn)的為新工程選擇CPU的界面，在“database”欄下選擇所使用的CPU。如圖4-1所示，在此我們選擇Atmel下的AT80C52，確定后，會(huì)彈出一“CopyStandard8051StartupCodetoProjectFolderandAddFiletoProject”信息，一般選擇“是”即可。圖4-1芯片型號(hào)選擇界面(3)給項(xiàng)目加入程序文件加入的文件可以是C文件，也可以是匯編文件。加入程序文件的過(guò)程如下。(a)在項(xiàng)目管理器窗口中展開(kāi)Target1文件夾，可以看到SourceGroup1。(b)向SourceGroup1添加文件。在SourceGroup1點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，會(huì)彈出一菜單，其中有一“AddFilestoGroup‘SourceGroup1’”命令，點(diǎn)擊后會(huì)彈出一對(duì)話(huà)框，選擇需要加入的程序文件，并且一次可以加入多個(gè)文件。如圖4-2所示圖4-2添加文件界面(c)移走項(xiàng)目：在欲移走的文件上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，會(huì)彈出一菜單，執(zhí)行其中的“RemoveFile‘***’”命令即可。(d)對(duì)文件分組：可以按功能對(duì)項(xiàng)目管理器中的文件分成組。先使用圖4-2中的“ManageComponents”命令建立組，然后用鼠標(biāo)直接在組之間移動(dòng)文件即可。2.Keil基本操作Keil操作界面編輯狀態(tài)的操作界面主要由5部分組成：最上面的菜單欄、菜單欄下面的工具欄、左邊的工程管理窗口、中間的編輯窗口、下面的輸出信息窗口。菜單項(xiàng)主要有：文件、編輯、視圖(View)、工程、調(diào)試、片內(nèi)外設(shè)(Peripherals)、工具、軟件版本控制系統(tǒng)(SVCS)、窗口、幫助。工具都是相應(yīng)菜單項(xiàng)的快捷操作按鈕，如圖4-3所示：圖4-3Keil操作界面（2）項(xiàng)目的編譯鏈接設(shè)置輸出.hex文件：在Target1上點(diǎn)擊鼠標(biāo)的右鍵，出現(xiàn)類(lèi)似圖4-9所示的菜單，點(diǎn)擊執(zhí)行“OptionsforTarget‘Target1’”命令，在彈出的會(huì)話(huà)界面選擇“Output”標(biāo)簽，選中“CreateHEXFile”項(xiàng)即可。編譯鏈接方法：使用Project菜單下的Buildtarget命令或RebuildalltargetFiles命令，或者直接點(diǎn)擊工具欄中對(duì)應(yīng)的按鈕。編譯鏈接結(jié)果：若有錯(cuò)誤則不能通過(guò)，并且會(huì)在信息窗口給出相應(yīng)的錯(cuò)誤信息。編譯鏈接通過(guò)后，會(huì)產(chǎn)生一.hex目標(biāo)文件[12]。STC_ISP程序下載說(shuō)明產(chǎn)生的hex文件需要下載入單片機(jī)中，這樣才能使單片機(jī)按照預(yù)定的程序執(zhí)行相應(yīng)的命令，本次設(shè)計(jì)采用的是STC的單片機(jī)，所以使用其專(zhuān)用的下載軟件SRC-ISP，打開(kāi)后的界面如圖4-4所示：圖4-4STC_ISP界面單擊左上角下拉菜單，選擇單片機(jī)型號(hào)，之后選擇好相應(yīng)的文件及波特率，在單片機(jī)與電腦連接完好后，點(diǎn)擊下載按扭，此時(shí)給單片機(jī)通電，等待程序完成下載，至此，程序下載完成。尋跡程序設(shè)計(jì)在硬件設(shè)計(jì)中，采用五個(gè)反射式光電紅外管做為尋跡，當(dāng)中間位置的紅外管尋到黑線時(shí)，證時(shí)此時(shí)小車(chē)正在預(yù)定軌道上，直行前進(jìn)，當(dāng)其它紅外管尋到黑線時(shí)，說(shuō)明此時(shí)小車(chē)偏離，需要進(jìn)行較正，具體如表4-1[13]：表4-1小車(chē)行進(jìn)狀態(tài)表P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4小車(chē)狀態(tài)控制方法00100居中前進(jìn)01100偏右左調(diào)1110011000100000100000110偏左右調(diào)0011100011000010001000000沒(méi)在軌道后退11111停車(chē)信號(hào)停車(chē)小車(chē)程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4-5所示：直行是否尋到黑線黑線是否偏離直行是否尋到黑線黑線是否偏離停車(chē)信號(hào)?停車(chē)轉(zhuǎn)彎是是否否否是初始化圖4-5尋跡流程圖避障程序設(shè)計(jì)在小車(chē)車(chē)頭處裝有三個(gè)紅外線發(fā)射管，中間一個(gè)發(fā)射管對(duì)向正前方，兩側(cè)的發(fā)射管向兩邊分開(kāi)。小車(chē)在行進(jìn)過(guò)程中由紅外發(fā)射管發(fā)射出紅外線，如果遇到障礙物，剛紅外線反射，同樣，在小車(chē)頭部裝有三個(gè)相應(yīng)的紅外線接收裝置，若其接收到紅外信號(hào)，則小車(chē)會(huì)根據(jù)三個(gè)接收裝置接受信號(hào)的情況來(lái)判斷前方是否有障礙物，再將所得信息分別傳遞給單片機(jī)，由單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)的指令控制小車(chē)的運(yùn)行情況，其行進(jìn)指令具體如表4-2所示：表4-2避障行進(jìn)表P2.7P2.6P2.5障礙方位控制方法000無(wú)前行010正前后退左調(diào)100左方右調(diào)整001右方左調(diào)整011右方左調(diào)整110左方右調(diào)整111前方無(wú)路停車(chē)避障程序流程圖如下所示:判斷是否有障礙判斷是否有障礙前行左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)是否有停止信號(hào)停車(chē)是是是否否初始化圖4-6避障流程圖遙控程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用的是紅外遙控器進(jìn)行控制，用1838一體紅外接收頭進(jìn)行紅外信號(hào)的接收，如此，紅外遙控部分可分為紅外的解碼與遙控兩個(gè)部分，下面將分別說(shuō)明：(1)紅外解碼小車(chē)進(jìn)行紅外遙控,能否正確識(shí)別紅外信號(hào)是關(guān)鍵，而要進(jìn)行紅外信號(hào)的識(shí)別，首先要將得到的紅外信號(hào)進(jìn)行正確的解碼，如此才能保證紅外信號(hào)的有效性。當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼具有以下特征：采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進(jìn)制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進(jìn)制的“1”。遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種32位二進(jìn)制碼，周期約為108ms。一組碼本身的持續(xù)時(shí)間隨它包含的二進(jìn)制“0”和“1”的個(gè)數(shù)不同而不同，大約在45～63ms之間。當(dāng)一個(gè)鍵按下超過(guò)36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組108ms的編碼脈沖,這108ms發(fā)射代碼由一個(gè)起始碼（9ms），一個(gè)結(jié)果碼（4.5ms），低8位地址碼（9ms~18ms），高8位地址碼（9ms~18ms），8位數(shù)據(jù)碼（9ms~18ms）和這8位數(shù)據(jù)的反碼（9ms~18ms）組成。如果鍵按下超過(guò)108ms仍未松開(kāi)，接下來(lái)發(fā)射的代碼（連發(fā)代碼）將僅由起始碼（9ms）和結(jié)束碼（2.5ms）組成[14]。由紅外遙控器的發(fā)射特征，設(shè)計(jì)解碼程序，其中解碼流程圖如圖4-7所示：紅外信號(hào)紅外信號(hào)起始碼進(jìn)入中斷調(diào)用解碼程序較驗(yàn)保確數(shù)據(jù)解碼完成？結(jié)束正確否是是否錯(cuò)誤圖4-7紅外解碼紅外遙控程序設(shè)計(jì)根據(jù)紅外解碼程序，將紅外遙控器的按鍵進(jìn)行解碼，得到一組該按鍵的唯一編碼?？紤]到小車(chē)的功能，一共8個(gè)按鍵進(jìn)行解碼，分別對(duì)其設(shè)定功能，主要有行進(jìn)功能：前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止；指令選擇功能：尋跡選擇、避障選擇、遙控選擇[15]。主程序設(shè)計(jì)根據(jù)整體思想，將各個(gè)模塊進(jìn)行整合，首先對(duì)紅外按鍵進(jìn)行度取，根據(jù)相應(yīng)的按鍵設(shè)定信息，調(diào)用相應(yīng)的功能模塊，執(zhí)行相應(yīng)的指令，主程序流程圖如圖4-8所示：開(kāi)始開(kāi)始功能選擇尋跡避障遙控初始化執(zhí)行結(jié)束鍵盤(pán)設(shè)定紅外設(shè)定按鍵？是是否是否否圖4-8主程序流程圖本章小結(jié)本章主要在硬件的基礎(chǔ)上，對(duì)軟件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，主要介紹了軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境、下載方式以及針對(duì)尋跡、避障和無(wú)線紅外遙控的基本原理，進(jìn)行了初步的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了小車(chē)的初步智能化。軟件程是小車(chē)行動(dòng)的指揮官，是其靈魂所在，如同人類(lèi)的思想一樣，指引著前進(jìn)的方向，但現(xiàn)代化的軟件技術(shù)知識(shí)還未能達(dá)到如同人類(lèi)一樣的隨心所欲，不能夠完全處理任何突發(fā)事件，所以，軟件技術(shù)在發(fā)展、在不斷的完善，本章程序也僅是程序智能化的初步模型與設(shè)想，仍需要不斷進(jìn)行完善，如此才能達(dá)到人類(lèi)的目標(biāo)，達(dá)到完全的智能化。結(jié)論本文針對(duì)智能車(chē)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了軟件的控制，從而實(shí)現(xiàn)了小車(chē)的初步智能化。在現(xiàn)在社會(huì)中，智能化日趨完善，已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域中，對(duì)于當(dāng)代學(xué)生，學(xué)習(xí)智能化的基本原理，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的智能控制，對(duì)以后的學(xué)習(xí)研究與發(fā)展有著重大的作用。對(duì)于學(xué)習(xí)智能自動(dòng)化的方法，不僅要從理論入手，更要與實(shí)踐相結(jié)合，如此才能更好的學(xué)習(xí)自動(dòng)化知識(shí)，達(dá)到學(xué)以至用，為此，本文設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易的智能小車(chē)，趣味性大，同時(shí)制作簡(jiǎn)單，可以應(yīng)用到教學(xué)之中，增加學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。尤其在當(dāng)代的大學(xué)中，智能車(chē)大賽在每個(gè)大學(xué)中都有不同程度的開(kāi)展，日漸得到師生的得視，可見(jiàn)智能車(chē)是大學(xué)生了解智能化的一個(gè)較好途徑。同時(shí)，該智能小車(chē)更是智能控制的基本模型，可以做為科研項(xiàng)目的基礎(chǔ)模型，在本車(chē)的基礎(chǔ)上，可以增加擴(kuò)展，能夠滿(mǎn)足多種需求。本次的智能小車(chē)主要實(shí)現(xiàn)了尋跡、避障、遙控三種功能，用以展示智能小車(chē)的基本原理，在此基礎(chǔ)上，可以做多種擴(kuò)展設(shè)計(jì)或改動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)其它功能，如添加射像頭，用射像頭來(lái)識(shí)別路徑，如此不僅使路徑識(shí)別更加準(zhǔn)確，更能學(xué)習(xí)硬件知識(shí)及提高編程技術(shù)。同時(shí)也可改換避障模塊，采用超聲波等避障方案，也可添加金屬探測(cè)、尋聲、尋光、測(cè)速等等多種功能，可見(jiàn)本智能小車(chē)的靈活性及其發(fā)展空間。對(duì)于本次智能小車(chē)的設(shè)計(jì)，在制做過(guò)程中，硬件起到了最基本的保證作用，為軟件提供了運(yùn)行環(huán)境，可見(jiàn)，硬件系統(tǒng)的穩(wěn)定性也很重要，在軟件智能化的同時(shí)，不能忽略硬件，只有如此才能保證一個(gè)完整的系統(tǒng)，在本設(shè)計(jì)中，不僅給出了硬件的方案，更詳細(xì)的對(duì)硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析，同時(shí)又結(jié)合了軟件的設(shè)計(jì)支持，其中本著以簡(jiǎn)化、易懂為主，在硬件選擇上，采用了簡(jiǎn)單、基本的方案，在軟件上同樣采用了基本設(shè)計(jì)思想，最終完成了此次智能車(chē)的設(shè)計(jì)。致謝時(shí)光如水，歲月如梭，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(guò)自己不斷的搜索努力以及指導(dǎo)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，指導(dǎo)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)使我受益匪淺。同時(shí)本系單片機(jī)原理實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放也為我的設(shè)計(jì)提供了實(shí)習(xí)場(chǎng)地。在此對(duì)實(shí)驗(yàn)室的全體老師表示深深的感謝。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專(zhuān)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)四年的學(xué)習(xí)成果。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。這三個(gè)月的設(shè)計(jì)是對(duì)過(guò)去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過(guò)程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。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(qǐng)各位老師批評(píng)指正。參考文獻(xiàn)1飛思卡爾半導(dǎo)體公司．全國(guó)大學(xué)生智能車(chē)競(jìng)賽與飛思卡爾S12單片機(jī).單片機(jī)與入式系統(tǒng)應(yīng)用[J]．2007，(8)：78-792徐鶴．淺談自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)(AGV)原理與應(yīng)用[J]．天津成人高等學(xué)校聯(lián)合學(xué)報(bào)2005，7(5)：50-523Chen．Bo．theelectricpowerdragsalongtomoveautomati