【正文】 .......................................................................... 20 LED 數(shù)碼顯示電路 ................................................................................................... 21 鍵盤控制電路 ............................................................................................................ 22 LCD 顯示電路 ........................................................................................................... 23 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .................................................................................................................. 24 基于步進(jìn)電機(jī)的智能小車設(shè)計(jì) VI 主程序流程圖 ........................................................................................................... 24 步進(jìn)電機(jī)方向及速度控制程序流程圖 ................................................................... 25 金屬探測及控制設(shè)計(jì)流程圖 ................................................................................... 26 紅外避障及控制設(shè)計(jì)流程圖 ................................................................................... 26 6 系統(tǒng)調(diào)試 .......................................................................................................................... 27 硬件 調(diào)試 ................................................................................................................... 27 軟件調(diào)試 ................................................................................................................... 27 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................. 28 致謝 ...................................................................................................................................... 30 附錄 ...................................................................................................................................... 31 附錄 1 系統(tǒng)程序 ............................................................................................................. 31 附錄 2 仿真圖 ................................................................................................................... 35 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 引言 智能作為現(xiàn)代社會的新產(chǎn)物，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)特 定的環(huán)境里自動的運(yùn)作，無需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。 本智能小車系統(tǒng)最誘人的前景就是可用于未來的智能汽車上了，當(dāng)駕駛員因疏忽或打瞌睡時(shí)這樣的智能汽車的設(shè)計(jì)就能體現(xiàn)出它的作用。如果汽車偏離車道或距障礙物小于安全距離時(shí)，汽車就會發(fā)出警報(bào)，提醒駕駛員注意，如果駕駛員沒有及時(shí)作出反應(yīng)，汽車就會自動減速或?？坑诼愤?。 隨著計(jì)算機(jī)、微電子、信總處理及智能控制的快速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也在逐步深入和細(xì)化。隨著機(jī)器人性能不斷地完善，移動機(jī)器人的應(yīng)用范圍大為擴(kuò)展，不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)等行業(yè)中得到廣 泛的應(yīng)用，而且在城市安全、國防和空間探測領(lǐng)域等有害與危險(xiǎn)場合得到很好的應(yīng)用。因此，移動機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)得到世界各國的普遍關(guān)注。 移動機(jī)器人的研究不僅可以推動科學(xué)技術(shù)的向前發(fā)展，同時(shí)其應(yīng)用必將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 智能人，是一個(gè)集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多功能于一體的綜合系統(tǒng)。它集中了傳感器技術(shù)、信息處理、電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動化控制工程以及人工智能等多學(xué)科的研究成果，代表機(jī)電一體化的最高成就，是目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展人們發(fā)明了各式各樣的具有感知 ，決策，行動和交互能力的機(jī)器人，自第一臺工業(yè)機(jī)器人誕生以來，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國防等多個(gè)領(lǐng)域。近年來機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式，隨著它在人類生活領(lǐng)域中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，將會給人們的生產(chǎn)生活帶來了巨大的影響。 在國外機(jī)器人的發(fā)展有如下趨勢。一方面機(jī)器人在制造業(yè)應(yīng)用的范圍越來越廣闊，其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的程度越來越高，功能也越來越強(qiáng)，并向著技術(shù)和裝備成套化的方向發(fā)展；另一方面，機(jī)器人向著非制造業(yè)應(yīng)用以及微小型方向發(fā)展，如表演型機(jī)器人，服務(wù)機(jī) 型器人，機(jī)器人玩具等。國外研究機(jī)構(gòu)正試圖將機(jī)器人應(yīng)用于人類活動的各個(gè)領(lǐng)域。 基于步進(jìn)電機(jī)的智能小車設(shè)計(jì) 2 智能小車可以理解為機(jī)器人的一種特例，它是一種能夠通過編程手段完成特定任務(wù)的小型化機(jī)器人。與普遍意義上的機(jī)器人相比智能小車制作成本低廉，電路結(jié)構(gòu)簡單，程序調(diào)試方便，具有很強(qiáng)的趣味性，為此其深受廣大機(jī)器人愛好者以及高校學(xué)生的喜愛。全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽每年都設(shè)有智能小車類的題目，由此可見國家對高校機(jī)器人研究工作的重視程度。 本題目設(shè)計(jì)的是具有自動避障功能的智能小車，其設(shè)計(jì)思想與一些日常生活迫切需要的機(jī)器 人（如測距機(jī)器人，搜索機(jī)器人，管 道探傷機(jī)器人）類似。由于采用了 光電 傳感器，能耗低，靈敏度高，即使在較復(fù)雜的環(huán)境內(nèi)也可以工作。 智能小車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，電路結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，有很大的擴(kuò)展空間，稍加改動便可應(yīng)用于實(shí) 際生產(chǎn)生活中，也可作為高校學(xué)生以及廣大機(jī)器人愛好者學(xué)習(xí)研究使用 。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 2 總體設(shè)計(jì)方案 步進(jìn)電機(jī)的選擇 方案一：選擇反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)（ VR）。 采用高導(dǎo)磁材料構(gòu)成齒狀轉(zhuǎn)子和定子，其結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角可以做的相當(dāng)小，但動態(tài)性能相對較差。 方案二：選擇永磁式步 進(jìn)電動機(jī)（ PM）。 轉(zhuǎn)子采用多磁極的圓筒形的永磁鐵，在其外側(cè)配置齒狀定子。用轉(zhuǎn)子和定子之間的吸引和排斥力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動步的角度一般是 。它的出力大，動態(tài)性能好；但步距角一般比較大。 方案三：選擇混合步進(jìn)電動機(jī)（ HB）。 這是 PM 和 VR 的復(fù)合產(chǎn)品，其轉(zhuǎn)子采用齒狀的稀土永磁材料，定子則為齒狀的突起結(jié)構(gòu)。此類電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)，步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是性能較好的一類步進(jìn)電動機(jī)，在計(jì)算機(jī)相關(guān)的設(shè)備中多用此類電機(jī)。 由于永磁式步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)性能比較好，而且結(jié)構(gòu)相對比較簡單，價(jià)格適中，是電 子業(yè)余愛好者中常用的步進(jìn)電機(jī)。故在此選用永磁式步進(jìn)電機(jī)。 單片機(jī)的選擇 方案一：選擇 ARM7TDMI S3C44BOX 單片機(jī) S3C44BOX 單片機(jī)包含 ARM7TDMI 處理器。 ARM7TDMI 處理器是 ARM 公司通用的 32 位微處理器家族的成員之一，是一種高性能、廉價(jià)、低功耗的 RISC 處理器，同時(shí)又具有非常豐富的片上資源，非常適合嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)。 方案二：選擇 AT89S51 單片機(jī) AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位 單片機(jī) ，片內(nèi)含 4k 的可反復(fù)擦寫 1000次的 Flash 程序存儲器 ，器件采用 ATMEL 公司 的高密度、非易失性存儲技術(shù)制 基于步進(jìn)電機(jī)的智能小車設(shè)計(jì) 4 造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng) 及 80C51 引腳 結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了 通用 8 位 的 內(nèi)部 中央處理器 和 ISP Flash 存儲單元 ， AT89S51 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。由于 AT89S51 的結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格適中、高性能，故在此選擇 AT89S51 單片機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的 選擇 方案一：使用多個(gè)功率放大 器件驅(qū)動電機(jī) 通過使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大的要求，放大后能夠得到較大的功率。但是由于使用的是四相的步進(jìn)電機(jī)，就需要對四路信號分別進(jìn)行放大，由于放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機(jī)的功率較大時(shí)運(yùn)行起來會不穩(wěn)定，而且電路的制作也比較復(fù)雜。 方案二：使用 ULN2803 八 NPN 達(dá)林頓連接晶體管驅(qū)動電機(jī) ULN2803 八 NPN 達(dá)林頓連接晶體管是低邏輯電平數(shù)字電路（如 TTL,CMOS 或PMOS/NMOS）和大電流高電壓要求的燈、繼電器、打印機(jī)錘和其他類似負(fù)載間的接口的理想器件。廣泛用于計(jì)算機(jī)， 工業(yè)和消費(fèi)類產(chǎn)品中。所有器件有集電極開路輸出和用于瞬變抑制的續(xù)流箝位二極管。 ULN2803 的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn) TTL 系列兼容 。 由于 ULN2803 八 NPN 達(dá)林頓連接晶體管的結(jié)構(gòu)簡單而且能為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖信號，進(jìn)而將脈沖轉(zhuǎn)化為步進(jìn)角度，從而能控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。故選擇 ULN2803 八NPN 達(dá)林頓連接晶體管作為所需單片機(jī)。 數(shù)碼管顯示電路的 選擇 方案一 ：共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時(shí)公共陽極接 +5V，每個(gè)發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陰極端輸入低電平時(shí)，段發(fā)光二極管就導(dǎo) 通點(diǎn)亮，而輸入高電平時(shí)則不點(diǎn)亮。 方案二：共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時(shí)公共 陰極接地。每個(gè)發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陽極端輸入高電平時(shí)， 段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平時(shí)則不點(diǎn)亮。 在本設(shè)計(jì)中，數(shù)碼顯示電 路通過交替向 、 和 輸出低電平，使得與 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 這兩個(gè)端口連接的三極管交替導(dǎo)通，從而為數(shù)碼管提供電源，也實(shí)現(xiàn)了數(shù)碼管的動態(tài)掃描。通過 P1 口輸出段選信號，控制了數(shù)碼管顯示的內(nèi)容。 因?yàn)楣碴枖?shù)碼管供電穩(wěn)定，控制也很穩(wěn)定，所以在本設(shè)計(jì)中所采用的是共 陽極LED 數(shù)碼顯示器。 基于步進(jìn)電機(jī)的智能小車設(shè)計(jì) 6 3 單片機(jī) AT89S51 模塊 與步進(jìn)電機(jī) 3. 1 單片機(jī)概述 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著 CMOS 化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢。 近年，由于 CHMOS 技術(shù)的進(jìn)步，大大地促進(jìn)了單片機(jī)的 CMOS 化。 CMOS 芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機(jī)可以工作在功耗精細(xì)管理狀態(tài)。這也是今后以 80S51 取代 8051 為標(biāo)準(zhǔn) MCU 芯 片的原因。因?yàn)閱纹瑱C(jī)芯片多數(shù)是采用 CMOS（金屬柵氧化物）半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。 CMOS 電路的特點(diǎn)是低功耗、高密度、低速度、低價(jià)格。采用雙極型半導(dǎo)體工藝的 TTL 電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術(shù)和工藝水平的提高，又出現(xiàn)了 HMOS（高密度、高速度 MOS）和 CHMOS工藝。 CHMOS 和 HMOS 工藝的結(jié)合。目前生產(chǎn)的 CHMOS 電路已達(dá)到 LSTTL 的速度，傳輸延遲時(shí)間小于 2ns，它的綜合