（物聯(lián)網）基于單片機控制的智能小車設計與制作

..............................................4................................................5....................................................6........................................................7 3.1.1直流電機電路設計 3.1.2通道控制 3.1.3電機調速 3.1.4驅動模塊 ...........................................15...............................................17 摘要:課題的主要任務是設計并制作一輛智能小車，要求實現(xiàn)小車的語音控制、小車的預期功能。當今世界，傳感器技術和自動控制技術正在飛速發(fā)展，機械、電氣和電子信息特別是日本，比如日本本田制作的機器人，其仿人雙足行走已經做得十分逼真，而作為機械行業(yè)的代表產品—汽車，其與電子信息產業(yè)的融合速度也顯著提高，呈現(xiàn)出兩個明顯的特點：一是電子裝置占汽車整車（特別是轎車）的價值量比例逐步提高，汽車將由以機械產品為主向高級的機電一體化方向發(fā)展，汽車電子產業(yè)也很有可能成為依托整車制造業(yè)和用車提升配置而快速成為新的增長點；二是汽車開始向電子化、多媒體化和智能化方向發(fā)展，使其不僅作為一種代步工具、同時能具有交通、娛樂、辦公和通訊等多種功能。無容置疑，機電一體化人才的培養(yǎng)不論是在國外還是國內，都開始重視起來，主要表現(xiàn)在大學生的各種大型的創(chuàng)新比賽，比如：亞洲廣播電視聯(lián)盟亞太地區(qū)機器能很好的培養(yǎng)大學生對于機電一體化的興趣與強化機電一體化的相關知識。但很現(xiàn)實的狀況是，國內不論是在機械還是電氣領域，與國外的差距還是很明顯的，所以作為物流自動化專業(yè)的學生，必須加倍努力，為逐步趕上國外先進水平并超過之而努力。我選擇這個課題作為我課程設計的目的在于：通過獨立設計并制作一輛具有簡蜂鳴器唱歌、躲避障礙和直線行走三大功能。完成硬件實物制作與組裝，并編制相關程序，使其實現(xiàn)功能的融合，做出具有預先要求功能的實物。小車總體功能描述：在小車的底盤上有一個總開關，當開關閉合時，小車開始工作，唱著歌直線前行，并可實現(xiàn)調速。在小車前進過程中，將調用避障函數(shù)進行當檢測到右側有障礙物時，向左轉，當檢測到前方障礙物無法避開時，小車停車并倒退，此時蜂鳴器發(fā)出警報聲。下面根據設計要求，針對各模塊需要完成的功能，本著簡單、實用、廉價、容易操作、穩(wěn)定的原則，對各模塊進行充分的理論分析和方案論證。結果、最終結果以及狀態(tài)標志位等。數(shù)。以對外部事件進行計數(shù)，也可以設置成定時方式，并可以根據計數(shù)或定時的結果實現(xiàn)計算機控制。套。息，各功能部件分時使用總線，即所謂的內部單總線得單片機能反復寫入程序，使用更加地方便。分發(fā)揮其資源豐富，強大地控制功能和位尋址操作功能，更可貴的是其價格低廉。后輪的電機用來驅動小車，這就是傳統(tǒng)的控制小車方向的方式，缺點是轉向過于靈敏；另外一種常見驅動方式為兩電機四驅，差速轉向，其優(yōu)點是轉向性能好，能實件制作比較有難度；還有一種驅動方案是采用三輪方案，即前面或后面安裝一個萬向輪，然后兩電機分別控制兩驅動輪，這種驅動方式具有兩電機四驅的優(yōu)點，而且硬件制作簡單多了。對于第二種驅動方式雖然有制作的經驗，但是制作過于麻煩。綜合以上三種方案，擬定后輪采用兩個直流電機傳遞動力，轉向時控制直流電機實現(xiàn)一個輪子反轉，另靈敏度較高。智能小車既然智能，至少要求其在行走的過程中不能碰到障礙物，所以其必須檢測這種東西的反射情況來判斷前面有無障礙。用單獨設計接口電路。但是其體積較大，而且檢測距離不夠遠，對障礙的要求也比較高，比如遇到玻璃之類的透明物體就不能有效識別了。但其具有體積小、靈敏度高、檢測距離遠、對障礙物要求不高等優(yōu)點。光電開關避障比較簡單，就是在一定距離內有反射就認為遇到障礙，可以適當調節(jié)接收靈敏度來小幅度調節(jié)避障距離，這種方式不需要單片機參與計算，所以可以為單片機節(jié)省資源；而超聲波的避障原理則相對復雜一些：超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到發(fā)射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播所以這個距離可以方便的在程序中調節(jié)，但是這種避障方式需要單片機參與計算，綜合對比兩種方案的優(yōu)略，最終采用超聲波避障，從網絡上查得一種比較合適接接驅動模塊，給電機供電，另一條線路接穩(wěn)壓模塊，降壓至5V給單片機供電。車體驅動方式已經在前一章確定下來，硬件部分則在原有小車基礎上進行，小車的實物圖如圖3.1所示，控制板下的電路板為電機驅動電路板。該小車為四輪結構，車的結構示意圖如圖3.1所示。其中前面兩個滾珠由銅柱支撐，來調節(jié)小車的前進方向。在自然狀態(tài)下，前輪向前滾動。后面兩個車輪由后輪電機驅動，為整個小車提供動力，所以又稱前面的輪子為方向輪，后面的兩個輪直流電機的線路在開發(fā)面板上已集成好了，接線時只需按程序設定好的通道接線。轉向、倒退。結合對后輪的狀態(tài)分析，得到小車的運行狀態(tài)與輸入的對照表，如表3.1所示：0000停1010100101100101理器的數(shù)字輸出對模擬電路進行控制的一種有效的技術，廣泛應用于測量，通信，功率控制與變換等許多領域。一種模擬控制方式，根據相應載荷的變化來調制晶體管柵極或基極偏置，來實現(xiàn)開關穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件下變化時保持恒定。脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運行平穩(wěn)，調速范圍較寬，損耗和發(fā)熱都比較小。頻帶，因此快速響應性能好，動態(tài)抗擾能力強。脈寬調速也可通過單片機控制繼電器的閉合來實現(xiàn)，但是驅動能力有限。為順*設置提供調制方波的片上定時器/計數(shù)器口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。輸入電平為一高一低，電機正或反轉。同為低光電開關工作時，由內部振蕩回路產生的調制脈沖經反射電路后，由發(fā)射管輻射出光脈沖。當被測物體進入受光器作用范圍時，被反射回來的光脈沖進入光敏二極管。并在接收電路中將光脈沖解調為電脈沖信號，再經放大器放大和同步選通整輸出光電開關控制信號。直接反射光電開關是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經過時，將光電開關發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產生了開關信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，直接反射式的光電開關是首選的檢測模式。在第2章的方案論證部分已經對小車的總體功能有所描述了，第3章小車所有的硬件，本章則將以小車總體功能和硬件為基礎進行系統(tǒng)的軟始初始高速速行否高速速行是是低速行駛是否是是否是否是 主程序的作用是把小車的各個功能連接起來，以實現(xiàn)小車預期的功能。圖4.1流程描述：打開小車的電源開關時執(zhí)行端口初始化程序，電動機全速運行，紅延時是返延時是返若為右障礙時，則小車向左轉，若左右都有障礙無法避免時，則小車倒車，并且開啟警報聲。右拐的子程序中調用的，障礙檢測其實是個測距的過程，圖4.2是避障程序的流程處理結果并置標志否是時否是時波，同時開始計時，延時一斷時間再開中斷，延時的作用是避開余波信號的干擾，在中斷中記錄相關數(shù)據，然后返回主程序對數(shù)據進行處理，再得出距離并與安全距不斷檢測障礙標志位，當障礙標志位為1時就認為遇到障礙了，下面以前進程序的流程描述：在接到前進命令時，調用小車的前進命令，首先關閉識別器，防止如果有，則不前進并播放遇到障礙語音提示，沒有的話就開始前進，前進的過程中不斷的調用避障程序，并檢測障礙標志，當障礙標志為1時立即停車，并播放遇到障礙的語音提示。如果小車一直沒有遇到障礙，在前進一段設定的時間后會自然停止。問題討論：由小車的避障程序和前進程序可以看出，避障程序在等待回波中斷的時候浪費了不少時間，所以在循線中沒法實現(xiàn)避障，在此，提出一個解決方案：把數(shù)據處理程序都放到中斷程序里，這樣就能節(jié)省大量的時間而使得避障功能能在循線時實現(xiàn)了。由于時間問題，沒有對此方案進行驗證。語音播放程序很多函數(shù)都是有函數(shù)庫提供，所以語音播放函數(shù)比較簡單，其分智能小車總體圖如圖5.1所示，其使用說明如下:電源接入驅動輸入端，給驅動供電；直流電機接驅動輸出端。紅外傳感器由單片機供電。所有連接都已經連接好，使用者不要隨便拆卸。安裝電池后就可以打開小車底部的電源開關了，根據本次設計要求，我系統(tǒng)地閱讀了大量的資料，并認真分析了設計課題的需項目。雖然條件艱苦，但經過不懈鉆研和努力，購買到了所有所需的元器件，并系統(tǒng)的進行了多項試驗，最終做出了整個小車的硬件系統(tǒng)，然后結合課題任務和小車硬件進行了程序的編制，最終順利的通過了系統(tǒng)軟硬件的聯(lián)機調試，成功實現(xiàn)設計任務所要求的直線行走調速、報警和避障三大功能。通過本次課程設計，不僅是對我所學單片機知識的考查，更是對我的自學能力和收集資料能力以及動手能力的考驗。本次課程設計使我對一個項目的整體設計有了初步認識，還認識了幾種傳感器，并能獨立設計出其接口電路，再有對電路板的制作有了一定的了解，并學會了使用Pr了實驗的重要性，在硬件制作和軟件調試的過程中，出現(xiàn)了很多問題，最終都是通過實驗的方法來解決的。還有以前對程序只是一個很模糊的概念，通過這次的課程設計使我對程序完全有了一個新的認識，并能使用C熟練的進行編程了。通過本次課程設計，極大的鍛煉了我思考和分析問題的能力，并對機電一體化有了一個更深的認識?？傊谡n程設計的過程中，無論是對于學習方法還是理論知識，我都有了新的認識，受益匪淺，這將激勵我在今后再接再厲，不斷完善自己的理論知識，提高由于時間有限，我所設計的智能小車和已有的智能的小車相比，還處于初級階段。主要體現(xiàn)在：1.我的智能小車功能簡單，主要是調速和避障功能，后期還可以向語音系統(tǒng)、2.我的智能小車靈敏度較差，主要是因為在設計和制作過程中，以原有的一些材料為主，比如傳感器本身就是靈敏度不高。還有在制作工藝上還存在很多問題，導致靈敏度不高。3.程序的設計還不夠簡潔完善，導致單片機在控制硬件執(zhí)行指令時存在誤差。voiddelay_ms(uintz)/{uintx,y;}main()//主函數(shù){while(1)//無限循環(huán){{}{}{}{} 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