【正文】 .................................... 29 ............................................................................................ 29 ............................................................................................ 38 附件 7 元器件清單 .............................................................................................. 48 附件 8 英文資料及中文翻譯 ............................................................................... 49 江蘇理工學(xué)院畢業(yè)論文 (說明書 ) 第 1 頁 共 56 頁 序 言 隨 著我國(guó) 科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，智能化和自動(dòng)化技術(shù)越來越普及，各種高科技也廣泛應(yīng)用于 智能小車和 機(jī)器人玩具制造領(lǐng)域，使智能機(jī)器人越來越多樣化。智能小車是一個(gè)多種高新技術(shù)的集成體，它融合了機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)硬件、軟件、人工智能等許多學(xué)科的知識(shí)，涉及到當(dāng)今許多前沿領(lǐng)域的技術(shù) [1]。而智能電動(dòng)車正是智能機(jī)器人的一種 ， 具有不可估量的實(shí)際意義。 智能車輛是一個(gè)運(yùn)用計(jì)算機(jī)、傳感、信息、通信、導(dǎo)航、人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知、規(guī)劃決策和自動(dòng)行駛為一體的高新技術(shù)綜合體。它在軍事、民用和科學(xué)研究等方面已獲得了應(yīng)用，對(duì) 解決道路交通安全提供了一種新的途徑。隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。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這方面的題目，全國(guó)各高校也都很重視該題目的研究，許多國(guó)家已經(jīng)把電子設(shè)計(jì)比賽作為創(chuàng)新教育的戰(zhàn)略性手段。電子設(shè)計(jì)涉及到多個(gè)學(xué)科，機(jī)械電子、傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、人工智能控制、計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)等等，是眾多領(lǐng)域的高科技 [2]。電子設(shè)計(jì)技術(shù)，它是一個(gè)國(guó)家高科技實(shí)例的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，可見其研究意義很大。 江蘇理工學(xué)院畢業(yè)論文 (說明書 ) 第 2 頁 共 56 頁 第 1 章 總體設(shè)計(jì)方案 當(dāng)前 的電動(dòng)小汽車基本上采取的是基于純硬件電路的一種開環(huán)控制方法 , 或者是直線行使 , 或者是在遙控下作出前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、停車等基本功能。但是這不能滿足某些特殊場(chǎng)合下的要求。基于此，本文設(shè)計(jì)了智能小車控制系統(tǒng)。 智能小車是一個(gè)運(yùn)用傳感器、單片機(jī)、信號(hào)處理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及自動(dòng)控制等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)環(huán)境感和自動(dòng)行駛為一體的高新技術(shù)綜合體，它在軍事、民用和科學(xué)研究等方面已獲得了應(yīng)用。 通過各種選題之后，我們發(fā)現(xiàn)制作智能小車非常有意思，它喚起我們對(duì)玩具的革新思想，智能小車制作的興趣。自己遇到過的汽車的功能是怎樣的，想通 過自己的手創(chuàng)作出屬于自己的智能汽車。也夾雜一種童年時(shí)對(duì)玩具智能化的假想。所以我選定制作單片機(jī)智能小車。 通過這次設(shè)計(jì)，掌握 51 單片機(jī)的原理，了解簡(jiǎn)單傳感器組成原理，初步掌握傳感器的調(diào)整及測(cè)試方法，提高動(dòng)手能力和排除故障的能力。同時(shí)通過本課題設(shè)計(jì)與裝配、調(diào)試，提高自己的動(dòng)手能力，鞏固已學(xué)的理論知識(shí)，建立單片機(jī)理論和實(shí)踐的結(jié)合，了解傳感器各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算定時(shí)計(jì)數(shù)的各個(gè)單元電路。初步掌握傳感器的調(diào)整及測(cè)試方法。提高動(dòng)手能力和排除故障的能力。 本設(shè)計(jì)采用直流減速電機(jī)，電機(jī) 專用驅(qū)動(dòng)芯片 L298N進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，主控芯片為 STC89C52，測(cè)距部分采用超聲波模塊，控制器采用 24L01無線電 通信 模塊，自動(dòng)避障部分采用紅外收發(fā)模塊。 本次設(shè)計(jì)雖然只是一個(gè)演示模型，但是具有充分的科學(xué)性和實(shí)用性。首先我們根據(jù)交通路面的復(fù)雜情況，按照適當(dāng)?shù)谋壤谱鞒鲆粋€(gè)路況模型，包括彎道、直道以及路面上設(shè)置的障礙物等。在彎、直道上，小車沿著預(yù)定軌道自由行使，當(dāng)小車遇到障礙物時(shí)，脈沖調(diào)制的紅外線傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)程序發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)控制小車自動(dòng)避開障礙物。由無線模塊控制小車 進(jìn)行倒車、前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等動(dòng)作。 江蘇理工學(xué)院畢業(yè)論文 (說明書 ) 第 3 頁 共 56 頁 方案論證 小車遙控部分 方案一：小車的無線通信模塊采用紅外遙控，紅外收發(fā)遙控是目前大部份遙控小車采用的遙控手段，紅外遙控具有代碼簡(jiǎn)單，操作性強(qiáng)的特點(diǎn)。如圖 11為紅外遙控模塊實(shí)物圖。 圖 11 紅外遙控模塊實(shí)物圖 方案二：小車的通信模塊采用無線電 NRF24L01 模塊， NRF24L01 是一款工作在 ~，世界通用 ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片。無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型 SchockburstTM 模式控制器、功率放大 器、晶體振蕩器、調(diào)制器、解調(diào)器。輸出功率、頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過 SPI 接口進(jìn)行設(shè)置。如 12為 NRF24L01 無線模塊實(shí)物圖。 圖 12 NRF24L01無線模塊實(shí)物圖 方案論證：方案一中的紅外遙控模塊的信號(hào)傳送距離有限，并且發(fā)送和接收的紅外信號(hào)容易受到干擾。 NRF20L01 發(fā)射頻率高，所受到的干擾影響較小，無江蘇理工學(xué)院畢業(yè)論文 (說明書 ) 第 4 頁 共 56 頁 線通信的距離比紅外的要長(zhǎng)許多。小車的遙控是小車的最主要的部分之一，所以選擇 NRF24L01 無線通信模塊，故選擇方案一。 小車驅(qū)動(dòng)部分 方案一：小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分采用自 己搭建的 9012 三極管電路來實(shí)行小車的驅(qū)動(dòng)， 9012 三極管電路具有電路簡(jiǎn)單，操作方便的等特點(diǎn)。 方案二：小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分采用 L298N 芯片直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，該模塊具有較大的驅(qū)動(dòng)帶載能力， 驅(qū)動(dòng)部分端子供電范圍 Vs： +5V~+35V，并且另外自帶了 5V、 3V的輸出端口。 方案論證：本設(shè)計(jì)為 4 輪驅(qū)動(dòng)的小車，對(duì)于小車驅(qū)動(dòng)部分要求能夠有較大的帯載能力，并且在小車的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需要不同的輸出電壓來提供給小車的各個(gè)模塊。因此綜上所述采用方案二，小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分使用 L298N 芯片直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。 江蘇理工學(xué)院畢業(yè)論文 (說明書 ) 第 5 頁 共 56 頁 第 2 章 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 本設(shè)計(jì)主要分為兩部分：遙控部分和小車部分。遙控部分主要由電源電路，單片機(jī)最小系統(tǒng)，無線電模塊組成，遙控部分的系統(tǒng)框圖如圖 21 所示。 按 鍵 模 塊 無 線 電 模 塊外部電源S T C 單 片 機(jī) 最 小 系 統(tǒng) 圖 21 遙控系統(tǒng)框圖 小車部分由電源電路，單片機(jī)最小系統(tǒng)，顯示電路，無線電木塊，報(bào)警電路，超聲波電路等電路模塊組成，小車部分的系統(tǒng)框圖如圖 22 所示。 S T C 單 片 機(jī) 最 小 系 統(tǒng)電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 模 塊 超 聲 波 模 塊無 線 電 模 塊蜂 鳴 器紅 外 避 障 模 塊顯 示 電 路外部電源 圖 22 小車的系統(tǒng)框圖 主要元器件簡(jiǎn)介 江蘇理工學(xué)院畢業(yè)論文 (說明書 ) 第 6 頁 共 56 頁 STC89C52RC 簡(jiǎn)介 常用的單片機(jī)有很多種： Intel8051 系列、 Motorola 和 M68HC 系列、 Atmel的 AT89 系列、臺(tái)灣華邦 (Winbond)W78 系列、荷蘭 PiliPs 的 PCF80C51 系列、MicrochiP 公司系列 4 位單片機(jī)、臺(tái)灣義隆的 EM78 系列等 [1]。本次設(shè)計(jì)最終選用了 STC89C52 單片機(jī)。 本系統(tǒng)采用最常用的 STC89C52 單片機(jī)，它是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器。該器件 采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 STC89C52 是一種高效微控制器。 STC89C52 單片機(jī)為很多嵌入式系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 [6]引腳排列如圖 23 所示。 12345678RES9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC40AT89C511A89C51 圖 23 STC89系列引腳排列 NRF24L01 無線收發(fā)芯片簡(jiǎn)介 NRF24L01 是一款工作在 ，世界通用 ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片。無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器 、增強(qiáng)型 SchockburstTM 模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器、解調(diào)器。輸出功率、頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可通過 SPI 接口進(jìn)行設(shè)置。極低的電流消耗：當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為 6dBm時(shí)電流消耗為 9mA，接收模式時(shí)為 。掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低。NRF24L01 引腳排列如圖 24所示。 江蘇理工學(xué)院畢業(yè)論文 (說明書 ) 第 7 頁 共 56 頁 圖 24 NRF24L01引腳排列 L298N 芯片直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 該模塊由 L298N作為雙 H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)部分端子供電范圍 Vs：+5V~+35V。如果在模塊 上取電壓供電，則模塊供電范圍為 Vs： +7V~+35V。模塊的驅(qū)動(dòng)不封峰值電流 Io 為 2A。其他相關(guān)參數(shù)見表 21。模塊的實(shí)物圖見附錄附件 1（注：紅色線框部分為電源接口）。 表 21 L298N芯片直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)品參數(shù) 邏輯部分端子供電范圍 Vss ＋ 5V～＋ 7V（可板內(nèi)取電＋ 5V） 邏輯部分工作電流范圍 0～ 36mA 控制信號(hào)輸入電壓范圍 低電平：－ ≤ Vin≤ 高電平： ≤ Vin≤ Vss 使能信號(hào)輸入電壓范圍 低電平：－ ≤ Vin≤ (控制信號(hào)無效 ) 高電平： ≤ Vin≤ Vss(控制信號(hào)有效 ) 最大功耗 20W（溫度 T＝ 75℃時(shí)） 存儲(chǔ)溫度 － 25℃～＋ 130℃ 驅(qū)動(dòng)板尺寸 82mm*57mm*33mm (帶固定銅柱，散熱片高度 ) 驅(qū)動(dòng)板重量 60g 其他擴(kuò)展 控制方向指示燈、 邏輯部分板內(nèi)取電接口 紅外避障模塊 紅外避障的原理：用紅外線傳感器進(jìn)行避障。紅外線發(fā)射頭與接收頭于一體的檢測(cè)開關(guān)，其工作原理是根據(jù)發(fā)射頭發(fā)出的光束，被物體反射，接收頭據(jù)此做出判斷是否有障礙物。當(dāng)有光線反射回來時(shí)， 輸出低電平。當(dāng)沒有光線反射回來