【基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計8700字（論文）】

基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計目錄TOC\o"1-2"\h\u30150基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計 114017引言 119944第1章緒論 3304291.1研究意義 3314081.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3218411.3系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo) 4114141.4本章小結(jié) 425852第2章系統(tǒng)方案設(shè)計 5261392.1設(shè)計思路 5299422.2相關(guān)器件及其選擇 677242.3本章小結(jié) 1215334第3章系統(tǒng)模塊設(shè)計 1316873.1總體設(shè)計 13110343.2模塊設(shè)計 1380003.3本章小結(jié) 183948第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計 19174084.1開發(fā)環(huán)境 1956814.2軟件設(shè)計思路 1946754.3程序流程設(shè)計 20160764.4本章小結(jié) 2411498第5章系統(tǒng)總體調(diào)試 24178105.1軟件的調(diào)試 24225315.2硬件的調(diào)試 24151445.3本章小結(jié) 2529506結(jié)論 25引言二十一世紀(jì)的今天，這是科學(xué)技術(shù)不斷飛躍的時代，在科技發(fā)展過程中，人們的出行不斷被優(yōu)化，這得益于汽車科技的進(jìn)步。在這種情況下，汽車行業(yè)與電子技術(shù)結(jié)合的越來越緊密，生活中的汽車向著類人化不斷發(fā)展。我們研究的智能車是以小見大的象征，對它的研究可以很好地促進(jìn)汽車多功能化的發(fā)展。這種智能車能夠自動預(yù)先設(shè)定模式運(yùn)行，不需要人類行為的參與，它可以成為一種為人類服務(wù)的工具。智能化是社會發(fā)展的產(chǎn)物，智能化的生活，超聲波智能避障的研究對于智能汽車研究與突破具有重要的意義，它可以給人們的生活提供巨大的便捷。在設(shè)計中采用電機(jī)驅(qū)動控制與傳感器技術(shù)相結(jié)合，可以采用系統(tǒng)模塊化的設(shè)計方法。這樣的方法的使用可以讓系統(tǒng)更加簡潔明了，在后期的調(diào)試中也可以更加方便，小車的調(diào)速也會更加平滑，電源消耗得速度也會減慢。這樣設(shè)計出來的方案實(shí)施性更強(qiáng)，各項(xiàng)指標(biāo)的測量調(diào)試也更方便、可靠，基本可以滿足我們預(yù)設(shè)的要求。第1章緒論1.1研究意義在國內(nèi)國外,有許多專家學(xué)者、社團(tuán)都投入大量的人力、物力、財力來研究智能系統(tǒng)，其中包括遠(yuǎn)無人駕駛，緊急情況自動處理、遠(yuǎn)程操控等。無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯柺朗沟脺y量變得相對容易，對于數(shù)據(jù)的處理也更加方便快捷，目前的發(fā)展水平，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時處理。超聲波智能避障小車的設(shè)計可以作為機(jī)器人研究的切入點(diǎn)。智能避障小車可以實(shí)現(xiàn)躲避障礙物體的功能，還可以擴(kuò)展定點(diǎn)剎車，藍(lán)牙控制等功能。在拓展功能之下，可以進(jìn)行行駛路線的自動識別，根據(jù)程序運(yùn)行，自動判斷，按照正確的路線行駛。在系統(tǒng)設(shè)計的過程中,單片機(jī)系統(tǒng)是重點(diǎn)，外圍的驅(qū)動電路顯示電路圍繞此中心進(jìn)行設(shè)計。將理論知識進(jìn)行整合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。國家級的設(shè)計比賽，省市級的設(shè)計比賽以及院校的設(shè)計比賽都會將這一項(xiàng)目列入競賽題目中，可見當(dāng)今時代的人們對此方向的重視程度。在設(shè)計中采用了比較先進(jìn)的51系列單片機(jī)為控制中心，此類型的單片機(jī)能源消耗非常低，節(jié)約成本，它還采用了采用Flashrom工藝，功耗很低。該設(shè)計的研究可以用于長遠(yuǎn)時代遺跡的考證、醫(yī)學(xué)應(yīng)用、未知領(lǐng)域探索等。當(dāng)設(shè)計與實(shí)踐相結(jié)合，將實(shí)現(xiàn)超越理念本身存在的意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀智能汽車的研究在我國發(fā)展比較慢，這取決于人們對汽車行業(yè)的重視程度以及科研投入力度。目前來說，我國汽車行業(yè)的發(fā)展與美國、德國等發(fā)達(dá)國家還有較大的差距，雖然我國智能車起步稍微落后一些，但已經(jīng)取得一些成就。 在國內(nèi)一些重點(diǎn)的研究團(tuán)隊(duì)以及科研機(jī)構(gòu)取得的部分成就如下：在國家重點(diǎn)扶持之下，在清華大學(xué)的智能研究團(tuán)隊(duì)與國家的實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)精心合作之下，研制出了新一代的智能車——“THMR-V”REF_Ref11187\r\h[1]。這種智能車可以在固定結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對車道的尋找并且可以自動跟蹤，此外這種智能車可以在稍微復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)避障、剎車停障等功能。 在軍事方面，車輛的遙控尤為重要，所以國家對此的研發(fā)重視程度比較高。國家將智能車控制定位重點(diǎn)研究對象。在二十一世紀(jì)初期一種名為“靈蜥”的機(jī)器人成功問世。在當(dāng)前的發(fā)展中，研發(fā)技術(shù)比較成熟的研發(fā)成果有山理工無線遙控推土機(jī)、國防科技大學(xué)的無線遙控振動式壓路機(jī)等REF_Ref11269\r\h[2]。 國內(nèi)的智能車研究取得了些許成就，但是智能車的智能水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到較高的水平，距離實(shí)現(xiàn)大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用的目標(biāo)還比較遙遠(yuǎn)，有大量的研究需要進(jìn)行，不少技術(shù)需要改進(jìn)。1.2.2國外研究現(xiàn)狀世界上的發(fā)達(dá)國家邁入智能車領(lǐng)域時間要比國內(nèi)提前很多，例如美國、法國等國從多個方面對智能車和智能設(shè)備展開研究REF_Ref11442\r\h[3]。世界上的超級大國——美國對智能設(shè)備的研究有所成就，研制出了一種智能車，這種智能車的功能像行星探測車“流浪號”，它對環(huán)境的感知能力特別強(qiáng)，能在不斷變化的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對自主學(xué)習(xí)，自動推理判斷的功能REF_Ref11468\r\h[4]。它還能夠在比較惡劣的環(huán)境中自主控制，而且可以與超遠(yuǎn)距離之外的人進(jìn)行控制交流。法國的國防部與一家科技研究公司合作研發(fā)出一種戰(zhàn)地專用機(jī)器人，它實(shí)質(zhì)上是一種小型的智能車。這種智能車采用無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，使用者可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，信息的采集通過車輛上的傳感器進(jìn)行，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行?，使用者根?jù)收到的信息進(jìn)行指令的發(fā)布，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測以及執(zhí)行任務(wù)。1.3系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)超聲波智能避障小車是多種技術(shù)共同作用的成果，它包括智能控制、傳感器技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等。功能豐富的智能車是當(dāng)今社會的追尋目標(biāo)，更高的生活要求驅(qū)使人們追尋更高的性能要求。智能車外界環(huán)境數(shù)據(jù)的獲取都是通過傳感器來完成的，智能車可以根據(jù)傳感器收集的信息進(jìn)行動態(tài)的判斷。本次設(shè)計就是利用了單片機(jī)設(shè)計一個簡易超聲波智能避障小車。 設(shè)計的內(nèi)容包括: 通過傳感器對外界環(huán)境的信息進(jìn)行收集，中心系統(tǒng)將數(shù)據(jù)信息處理后，判斷出智能車應(yīng)該做出的反應(yīng)，如：前進(jìn)，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，后退。最后一步就是對設(shè)計好的實(shí)物測試，觀測它能否達(dá)到我們的設(shè)計要求。 對于超聲波智能避障小車要實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)有: (1)提出設(shè)想，然后根據(jù)設(shè)想構(gòu)思系統(tǒng)設(shè)計方案，并且對方案進(jìn)行論證和總體設(shè)計。 (2)論證合理后，進(jìn)行設(shè)計。 (3)完成設(shè)計，然后調(diào)試。1.4本章小結(jié)本章討論了超聲波智能避障小車在現(xiàn)代生活中的研究意義，具有的前景，還對本設(shè)計的重點(diǎn)做出，將國內(nèi)外的研究突破成果加以說明。

第2章系統(tǒng)方案設(shè)計2.1設(shè)計思路本次設(shè)計的目標(biāo)是讓小車可以躲避前進(jìn)道路上的物體,而超聲波傳感器是整個系統(tǒng)執(zhí)行的首要器件，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用?？刂浦行呐c超聲波傳感器的工作配合就是關(guān)鍵所在。超聲波小車的總體設(shè)計方案的出發(fā)點(diǎn)由此確立。小車的總體設(shè)計方案如下。本系統(tǒng)在L298N驅(qū)動下提供電源，電壓顯示方面采用七段數(shù)碼管，檢測器使用超聲波模塊。首先，給小車通電后，電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，但此時小車速度不可調(diào)節(jié)，其初始速度為由程序給出。此外，數(shù)碼管將顯示當(dāng)前工作電壓。小車行駛的過程中，由超聲波模塊收集距離計算需要的信息，計時器中斷函數(shù)功能控制該超聲波。在下文也將詳細(xì)介紹該程序的這一部分。當(dāng)超聲波系統(tǒng)檢測到距離小于給定值20cm時，使小車的速度會自動降低。距離大于給定值20厘米時，正常的直行改為轉(zhuǎn)彎或者倒車，此過程通過單片機(jī)執(zhí)行中斷程序完成。2.2相關(guān)器件及其選擇在單片機(jī)外裝備上超聲波避障模塊，測速模塊等。這能小車設(shè)計中能需要提供兩種供電，其中單片機(jī)需要5V的額定電壓工作，而單片機(jī)以外的電路工作則需要6V。系統(tǒng)中使用的模塊都采用市面上可以采購到的。單片機(jī)各模塊相互配合進(jìn)行檢測，檢測到的信息將被發(fā)送到控制中心進(jìn)行處理，信息處理后對電機(jī)驅(qū)動模塊發(fā)出命令，驅(qū)動小車進(jìn)行避障。2.2.1系統(tǒng)電源整個系統(tǒng)的運(yùn)行都要依賴電源模塊。在整個設(shè)計中，需要考慮各個器件的電壓，電路適用范圍，器件使用注意，電源轉(zhuǎn)換率等。 在設(shè)計中，需要使用6V的電壓向舵機(jī)供電，這就需要一個產(chǎn)生直流電壓的電路。采用5V電池作為系統(tǒng)電源為系統(tǒng)提供電壓，使用變壓模塊轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌档碾妷?，以滿足不同模塊的用電所需。使用這種方法的優(yōu)點(diǎn)：電源易獲得，使用安全，輸出能力強(qiáng)REF_Ref11742\r\h[5]。但也有一定的缺點(diǎn)，比如放電過程容易被其他因素干擾，放電過程不易控。各部分相互關(guān)系如圖2.1所示：7.2V7.2V鎳鎘電池電機(jī)7.2V驅(qū)動12V線性CCD5V單片機(jī)5V舵機(jī)5V圖2.1系統(tǒng)模塊供電關(guān)系2.2.2系統(tǒng)控制中心在此設(shè)計中，選擇STC89C52RC單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的控制。該單片機(jī)運(yùn)行中可以做自身的更新操作，可以進(jìn)行在線下載，并且內(nèi)部集成了電可擦可編程只讀存儲器REF_Ref11886\r\h[6]。STC98C52RC屬于在日常生產(chǎn)和生活比較常見的芯片，而且比較便宜，市場也很廣闊，所以方便購買。STC89系列芯片的功能如圖2.3所示，系統(tǒng)的設(shè)計需要具有高穩(wěn)定性、高精確性、高實(shí)用性，所以單片機(jī)處理選擇了性價比相對較高的STC89C52為主控芯片。圖2.2STC89C52RC引腳圖八位單片機(jī)憑借它獨(dú)有的特點(diǎn)在集成控制領(lǐng)域仍具有一席之地。與傳統(tǒng)的51單片機(jī)一樣STC89C52RC單片機(jī)配備了MCS51內(nèi)核。與之不同的是，其在以往的基礎(chǔ)上進(jìn)行了完善，價格低但是比以往耗能更少，更加靈活，運(yùn)行速度更快。不僅性價比高而且為大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)提供的應(yīng)對方案更加合理高效，被大量應(yīng)用到智能設(shè)備，尤其適合裝備到對體積有較高要求的儀器中。如圖2.2為引腳圖，圖2.3為實(shí)物圖。圖2.3STC89C52RC引腳圖STC89C52RC部分引腳功能：（29）：選通信號。：訪問外部信號，低電位工作；訪問內(nèi)部程序空間，高電位工作。P1端口（P1.0-P1.7）：I/O口第二功能如表2.1所示：表2.1P1口的第二功能引腳號復(fù)用功能P1.0外部脈沖輸入引腳P1.1T2EX功能P2端口（P2.0-P2.7）：I/O端口、地址線（高八位）。當(dāng)P0、P1、P2、P3口作雙向I/O端口使用時，如果數(shù)據(jù)在此輸入則要讓輸出處在高電平REF_Ref30314\r\h。芯片內(nèi)部具有集成專用復(fù)位電路，也可以采用芯片外部的復(fù)位；P3端口（P3.0-P3.7）：I/O端口。P3口的第二功能如圖2.2所示：表2.2P3口第二功能引腳號名稱復(fù)用功能P3.0RXD串行通信輸入扣P3.1TXD串行通信輸出口P3.2外部中斷0P3.3外部中斷1P3.4T0定時器T0的外部輸入P3.5T1定時器T1的外部輸入P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫入信號P3.7外部數(shù)據(jù)存儲器讀取信號2.2.3數(shù)碼管生活中常用的數(shù)碼管有兩種，七段數(shù)碼管有七個發(fā)光二極組成，而八段數(shù)碼管多一個點(diǎn)形狀的二極管。數(shù)碼管的市場比較廣闊,造價也比較低,購買方便。相一電流輸入到數(shù)碼管的不同管腳,就可以使它發(fā)光進(jìn)而顯示出數(shù)字顯示出想要表示的時間、速度等測出的數(shù)據(jù)。二極管的正極連接到與七段數(shù)碼管有共陽極，這可以使二者具有相同的作用。所以在使用中,不用過多考慮正極，控制負(fù)極的接地情況就可以控制數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管引腳如圖2.4，實(shí)物如圖2.5所示：圖2.4數(shù)碼管引腳圖2.5數(shù)碼管2.2.4電機(jī)在本設(shè)計中使用的驅(qū)動電機(jī)是永磁式的直流步進(jìn)電機(jī)，所以要想控制電機(jī)轉(zhuǎn)速快慢和方向，只能控制電壓/電流的來實(shí)現(xiàn)，所以電機(jī)驅(qū)動模塊必須要可以控制電壓/電流。可以考慮以下方案：①使用繼電器控制電路開關(guān),通過開關(guān)的切換調(diào)整速度。這樣可以優(yōu)化電路。但反應(yīng)時間比較長,而且多次開關(guān)對器件結(jié)構(gòu)也容易造成傷害,這會導(dǎo)致它壽命減短。②利用功率管組成的H橋型電機(jī)驅(qū)動電路，在組成的電路中，輸出電壓有效值大小的控制通過PWM波來實(shí)現(xiàn)REF_Ref12186\r\h[8]。使用這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：速度調(diào)節(jié)的性能比較好，而且速度調(diào)節(jié)的范圍比較大，可以承受多次負(fù)載沖擊等。③采用L298N專用芯片驅(qū)動。這種芯片的工作原理和②基本一致,它的工作遠(yuǎn)比②穩(wěn)定。此芯片的編程更加簡單,而且可以同時驅(qū)動多個電機(jī),所以硬件實(shí)現(xiàn)較②來說更加簡單[9]。基于上述理論分析，擬定③，步進(jìn)電機(jī)如圖2.6所示：圖2.6步進(jìn)電機(jī)2.2.5超聲波傳感器超聲波傳感器是一距離的電子器件，它仿照蝙蝠飛行過程探知方向的原理：聲波反射。系統(tǒng)根據(jù)超聲波收發(fā)時間的長短來計算距離。超聲波測距模塊的種類有很多，比如：①URM37超聲波傳感器REF_Ref12301\r\h[10]；②URM05超聲波傳感器③國外的高精度傳感器，一般都可以精確到一厘米以內(nèi)。在這些分類中，第②種測距最遠(yuǎn)，可以達(dá)到十米之多。超聲波探頭是一個強(qiáng)大的電聲轉(zhuǎn)換器。超聲波換能器的頻率誤差比較小。此外，這個器件的時間穩(wěn)定性良好與眾不同的制作材料，使得器件的振動特性良好。還有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：頻帶寬度大，信號的發(fā)射以及接收靈敏度較高等。超聲波模塊如圖2.7所示：圖2.7超聲波傳感器2.2.6舵機(jī)、核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測器可以構(gòu)成舵機(jī)。C52單片機(jī)將控制信號發(fā)送到舵機(jī)，舵機(jī)根據(jù)相應(yīng)的信號指令轉(zhuǎn)動馬達(dá)，舵機(jī)中的馬達(dá)驅(qū)動器件內(nèi)的齒輪運(yùn)動，達(dá)到角度轉(zhuǎn)動的目的REF_Ref12503\r\h[11]。一般情況下，三極轉(zhuǎn)子上繞滿銅線構(gòu)成馬達(dá)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，電流流過銅線時，會產(chǎn)生電測感應(yīng)現(xiàn)象，這是會有磁場產(chǎn)生，磁場與永磁體相互作用（滿足同極性相互排斥，異極性相互吸）。舵機(jī)如圖2.8所示：圖2.8舵機(jī)2.3本章小結(jié)本章分析了超聲波智能避障小車的基本原理和主要模塊，詳細(xì)說明了每一部分的功能以及選擇方向，并進(jìn)行了理論分析和推導(dǎo)。

第3章系統(tǒng)模塊設(shè)計3.1總體設(shè)計在設(shè)計中本小車的控制中心是芯片STC89C52RC，通過精密的超聲波模塊對小車到障礙物的距離進(jìn)行測量。小車正常情況下會一直沿直線行駛，當(dāng)小車拐彎或者往后退時說明小車到物體的距離被判定不安全。本設(shè)計系統(tǒng)使用模塊化的結(jié)構(gòu)，、電序、顯示子程序等構(gòu)成REF_Ref12624\r\h[12]。主程序流程圖如圖3.1所示：系統(tǒng)軟件模塊圖如圖3.2所示。開始開始PWM初始化電壓顯示定時器初始化超聲波發(fā)送一個觸發(fā)信號端口初始化電機(jī)轉(zhuǎn)向測試電壓繼續(xù)行駛是否收到回波信號圖3.1主程序流程圖3.2模塊設(shè)計3.2.1電源供電系統(tǒng)模塊根據(jù)工作狀態(tài)，直流穩(wěn)壓電源分為線性穩(wěn)壓電源、開關(guān)穩(wěn)壓電源REF_Ref14410\r\h[13]。線性的電源工作比較穩(wěn)定，不易受外界條件的影響，而且它的效率比較高,功耗比較小,但是存在比較嚴(yán)重的開關(guān)干擾。電源模塊需要為小車系的各個模塊供電,供電穩(wěn)定才能讓其他模塊運(yùn)行穩(wěn)定。在設(shè)計中,需考慮其他電路系統(tǒng)的正常工作電壓,還需要做好各個模塊的正常供電,減小模塊相互的噪聲干擾,在這種供電關(guān)系下,設(shè)計出電源供電系統(tǒng)的電路，如圖3.2所示：圖3.2電源供電系統(tǒng)模塊3.2.2超聲波收發(fā)模塊超聲模塊從TRIG管腳輸入觸發(fā)信號就可以使其進(jìn)行工作。在進(jìn)行啟動之后,進(jìn)行信號發(fā)射的部位向正前方發(fā)射信號波，與此同時，C52單片機(jī)內(nèi)部開始進(jìn)行計時工作。當(dāng)發(fā)射出去的信號碰到阻止信號傳播的物體時，信號反射回超聲波模塊進(jìn)行信號處理的接收部位，處理過的信號將被傳送到控制中心內(nèi)部,控制中心將從發(fā)射到接收的時間計算出,根據(jù)程序?qū)π≤嚨轿矬w的距離進(jìn)行分析。超聲波接口電路如圖3.3：圖3.3超聲波接口電路3.2.3單片機(jī)主控模塊單片機(jī)主控模塊負(fù)責(zé)控制超聲波模塊、、七段數(shù)碼管顯示模塊、L298N，單片機(jī)主控電路如圖3.3所示。單片機(jī)通過計算超聲波收發(fā)時間再經(jīng)過換算，得出小車距離障礙物的距離，通過七段數(shù)碼管當(dāng)前速度值REF_Ref12938\n\h[14]。通過輸出不同脈寬的脈沖來控制直流電機(jī)的速度。單片機(jī)主控模塊如圖3.4所示：圖3.4單片機(jī)主控模塊3.2.4電機(jī)驅(qū)動模塊在本次設(shè)計中,系統(tǒng)使用的是直流步進(jìn)電動機(jī)。即使在C52單片機(jī)外部不連接任何消耗系統(tǒng)能量的電路，單片機(jī)的輸送功率仍然非常低，不足以支撐多個直流步進(jìn)電機(jī)的同時運(yùn)轉(zhuǎn)。電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)是利用直流電動機(jī)常用的脈寬調(diào)制(PWM)來調(diào)節(jié)的REF_Ref13346\n\h[15]。在本設(shè)計中,要想讓四臺直流步進(jìn)電機(jī)同時轉(zhuǎn)動，這就需要兩個芯片對四個器件進(jìn)行有效操控。它有多個時間終端,可分別由外部的高低電平進(jìn)行控制。L298N預(yù)防系統(tǒng)崩潰。電感兩端突然斷電,此電感仍具有原來的能量。設(shè)計中使用的電機(jī)電感比較大,在這個過程中,可能會發(fā)生故障。L298N得添加就可以將電感具有的能量進(jìn)行消耗。L298N芯片驅(qū)動功率大,具有電路保護(hù)作用,在使用的過程中會非常安全靠譜。為使L298N能夠正常運(yùn)行,還需要多個續(xù)流二極管。這樣就解決了解決了負(fù)載容量不足的問題。通過單片機(jī)對直流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制。電機(jī)驅(qū)動模塊如圖3.5所示：圖3.5電機(jī)驅(qū)動模塊3.2.5單片機(jī)復(fù)位電路圖3.6復(fù)位電路無論單片機(jī)（MCU）何時通電，或故障發(fā)生時，都必須把系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。設(shè)計中使用的STC89C52RC單片機(jī)的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位REF_Ref13411\n\h[16]。復(fù)位電路如3.6所示：3.2.6數(shù)碼管模塊在本設(shè)計中,數(shù)碼管用于顯示系統(tǒng)的工作電壓,單片機(jī)控制信號強(qiáng)弱，將收集到的電壓信息進(jìn)行處理,然后將信號發(fā)送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。數(shù)碼管模塊如圖3.7所示：圖3.7數(shù)碼管模塊3.2.7舵機(jī)模塊對于不同的生活環(huán)境，器件也必須做出相應(yīng)的設(shè)計改變。根據(jù)不同的負(fù)載電荷要求，舵機(jī)中的轉(zhuǎn)向器齒輪也分為塑料材質(zhì)和金屬材質(zhì)。工業(yè)使用的舵機(jī)一般都是金屬齒輪，這樣的齒輪通常不會因?yàn)檩d荷過大而開裂REF_Ref14567\n\h[17]。更加先進(jìn)的方向舵裝置使旋轉(zhuǎn)更輕更準(zhǔn)?，F(xiàn)在，純數(shù)字驅(qū)動的舵機(jī)主要采用場效應(yīng)變壓器電晶體。這種舵機(jī)的內(nèi)阻比較小，所以此器件的電流損耗相對于其他的舵機(jī)比較小。本設(shè)計中的模塊接口圖如圖3.8所示：圖3.8舵機(jī)模塊接口3.3本章小結(jié)本章節(jié)對相硬件電路組成模塊進(jìn)行了詳細(xì)介紹，在設(shè)計構(gòu)想出以后對整體框架進(jìn)行搭建，部分模塊的功能以及原理也詳細(xì)說明，整個設(shè)計的硬件部分基本準(zhǔn)備完畢。

系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1開發(fā)環(huán)境單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)中除了必要的硬件一外，軟件也是不可或缺的。系統(tǒng)的設(shè)計包含有Kei、STC_ISP_V480、Protues。4.1.1Keil編譯器的簡介單片機(jī)開發(fā)技術(shù)在不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展REF_Ref14600\n\h[18]。許多廠家都是Kei軟件的忠實(shí)支持者。4.1.2STCISP_V394編程器的簡介在運(yùn)行STC_ISP_V394下載軟件之前。將要編寫程序的MCU插入編寫程序器的針插座。運(yùn)行步驟如下：①選擇單片機(jī)的型號，②裝載生成的HEX文件，③選擇串口并設(shè)置波特率REF_Ref14626\r\h[19]，④設(shè)置工作模式，⑤單機(jī)下載按鈕完成燒錄，4.2軟件設(shè)計思路匯編語言程序的讀取能力欠佳，轉(zhuǎn)移特性比較差，而且它的應(yīng)用緩沖時間也比較長。在編程過程中，C語言可以進(jìn)行模塊化編程。這樣可以提高任務(wù)的完成效率，雖然任務(wù)被劃分為幾個獨(dú)立但仍然是相關(guān)的模塊。這樣的編寫方法也方便錯誤的查出。在軟件設(shè)計中，通常把一個整體過程分成幾個部分，每一個部分就是一個模塊（具有一定功能的程序段）。劃分成小模塊之后，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)傳輸都會變得比較方便。這樣做也可以是單片機(jī)工作更有規(guī)劃，方便操控發(fā)布指令。這種編程方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：編寫和調(diào)試程序更加便捷，并且模塊與模塊可以共存，可以相互配合這為設(shè)計人員提供了方便。4.3程序流程設(shè)計超聲波智能避障小車超聲波智能避障小車智能避障子程序電機(jī)驅(qū)動子程序超聲波測距子程序數(shù)碼管顯示子程序圖4.1程序流程圖4.3.1主程序調(diào)用超聲波模塊調(diào)用超聲波模塊調(diào)用避障模塊20>distance>0初始化是否圖4.2系統(tǒng)主程序流程圖這款智能車基于STC89C52芯片系列。這種芯片有40個引腳，有32個完整的數(shù)據(jù)接口。在這些端口接入不同功能的模塊，模塊相互配合運(yùn)行，就可以實(shí)現(xiàn)多種控制同時進(jìn)行。系統(tǒng)主程序流程如圖4.2所示：4.3.2超聲波測距與避障子程序定時器的分頻值與測得距離的獲取與轉(zhuǎn)換有關(guān)聯(lián)，避障子程序通過傳感器檢測不斷循環(huán)運(yùn)行，其程序流程圖4.3所示：程序開始程序開始程序結(jié)束系統(tǒng)初始化發(fā)送脈沖信號繼續(xù)執(zhí)行計時和發(fā)射計時器計時，超聲波開始發(fā)射關(guān)閉脈沖信號計時器停止計時，超聲波發(fā)射停止接收端是否接收到超聲波？是否圖4.3超聲波測距流程圖4.3.3電機(jī)驅(qū)動子程序L298N芯片通過改變步進(jìn)電機(jī)電平的方式，來控制小車向各個方向的行駛，其電機(jī)驅(qū)動流程圖如圖4.4所示：電流控制電流控制脈沖分配器控制器功率驅(qū)動電路負(fù)載步進(jìn)電機(jī)保護(hù)電路如圖4.4電機(jī)驅(qū)動流程圖4.3.4數(shù)碼管顯示子程序使用規(guī)定的電路驅(qū)動LED數(shù)碼管工作，控制它顯示具體的信息。靜態(tài)驅(qū)動是由單片機(jī)數(shù)據(jù)輸出端口控制數(shù)碼段。這種方式的的編程會比較方便,顯示也會比較清晰,存在的不足是對空間的占用比較大。動態(tài)顯示目前應(yīng)用最多的。它將數(shù)碼管同名端連接到一起，然后由單片機(jī)控制另一端進(jìn)行字碼輸出。兩種顯示方式可以達(dá)到相同的效果，但是動態(tài)顯示反應(yīng)速度更快,能源消耗更低。數(shù)碼管顯示流程圖如圖4.5所示：子程序入口子程序入口返回初始化段碼送驅(qū)動顯示關(guān)顯示查表取段碼位碼送譯碼器選通低位數(shù)碼管顯示緩沖區(qū)左移數(shù)字是否顯示？是否圖4.5數(shù)碼管顯示流程圖4.4本章小結(jié)在本章節(jié)根據(jù)設(shè)計所需要的功能，構(gòu)造出系統(tǒng)程序的流程圖，根據(jù)流程圖編寫了系統(tǒng)的軟件模塊程序，并且還介紹了系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，軟件設(shè)計部分基本完成。系統(tǒng)總體調(diào)試5.1軟件的調(diào)試在軟件調(diào)試中，使用配套的單片機(jī)對程序進(jìn)行燒錄。先分小模塊逐步進(jìn)行檢查調(diào)試，然后結(jié)合起來形成系統(tǒng)進(jìn)行檢測。①安裝并運(yùn)行STC_ISP軟件；②檢查連接情況，若串口號顯示正常點(diǎn)擊，則說明連接成功；如果沒有出現(xiàn)，那就需要檢查是不是電腦接口與開發(fā)板沒連接好；③將程序進(jìn)行裝載，然后進(jìn)行下載REF_Ref13836\n\h[20]。在軟件調(diào)試的過程中，設(shè)計的小車只有向前行駛的功能，不能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)彎后退。當(dāng)把超聲波模塊接入電路，小車出現(xiàn)了停滯的現(xiàn)象。對于這種問題，對系統(tǒng)的連線進(jìn)行了重新設(shè)計連接。感覺接好以后，對車子進(jìn)行多次調(diào)試，程序之間無法協(xié)同工作，查找資料后改進(jìn)單位，問題終被解決，設(shè)計目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。5.2硬件的調(diào)試在硬件電路的調(diào)試過程中，電動機(jī)的轉(zhuǎn)動速度非常關(guān)鍵，車速的大小關(guān)乎到檢測速度的調(diào)節(jié)快慢，關(guān)乎小車是否能正常工作。如果兩臺直流步進(jìn)電機(jī)的性能有所區(qū)別，給電動機(jī)相同的的PWM波，電動機(jī)得運(yùn)行速度也不會相同，小車就有可能走不成直線，遇到這種情況，就需要耐心的不