【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 江蘇理工學院畢業(yè)論文 (說明書 ) 第 1 頁 共 56 頁 序 言 隨 著我國 科學技術的進步，智能化和自動化技術越來越普及，各種高科技也廣泛應用于 智能小車和 機器人玩具制造領域，使智能機器人越來越多樣化。智能小車是一個多種高新技術的集成體，它融合了機械、電子、傳感器、計算機硬件、軟件、人工智能等許多學科的知識，涉及到當今許多前沿領域的技術 [1]。而智能電動車正是智能機器人的一種 ， 具有不可估量的實際意義。 智能車輛是一個運用計算機、傳感、信息、通信、導航、人工智能及自動控制等技術來實現(xiàn)環(huán)境感知、規(guī)劃決策和自動行駛為一體的高新技術綜合體。它在軍事、民用和科學研究等方面已獲得了應用，對 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，關于汽車的研究也就越來越受人關注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究，許多國家已經(jīng)把電子設計比賽作為創(chuàng)新教育的戰(zhàn)略性手段。電子設計涉及到多個學科，機械電子、傳感器技術、自動控制技術、人工智能控制、計算機與通信技術等等，是眾多領域的高科技 [2]。電子設計技術，它是一個國家高科技實例的一個重要標準，可見其研究意義很大。 江蘇理工學院畢業(yè)論文 (說明書 ) 第 2 頁 共 56 頁 第 1 章 總體設計方案 當前 的電動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、后退、轉(zhuǎn)彎、停車等基本功能。但是這不能滿足某些特殊場合下的要求?；诖耍疚脑O計了智能小車控制系統(tǒng)。 智能小車是一個運用傳感器、單片機、信號處理、電機驅(qū)動及自動控制等技術來實現(xiàn)環(huán)境感和自動行駛為一體的高新技術綜合體，它在軍事、民用和科學研究等方面已獲得了應用。 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。也夾雜一種童年時對玩具智能化的假想。所以我選定制作單片機智能小車。 通過這次設計，掌握 51 單片機的原理，了解簡單傳感器組成原理，初步掌握傳感器的調(diào)整及測試方法，提高動手能力和排除故障的能力。同時通過本課題設計與裝配、調(diào)試，提高自己的動手能力，鞏固已學的理論知識，建立單片機理論和實踐的結合，了解傳感器各單元電路之間的關系及相互影響，從而能正確設計、計算定時計數(shù)的各個單元電路。初步掌握傳感器的調(diào)整及測試方法。提高動手能力和排除故障的能力。 本設計采用直流減速電機，電機 專用驅(qū)動芯片 L298N進行電機驅(qū)動控制，主控芯片為 STC89C52，測距部分采用超聲波模塊，控制器采用 24L01無線電 通信 模塊，自動避障部分采用紅外收發(fā)模塊。 本次設計雖然只是一個演示模型，但是具有充分的科學性和實用性。首先我們根據(jù)交通路面的復雜情況，按照適當?shù)谋壤谱鞒鲆粋€路況模型，包括彎道、直道以及路面上設置的障礙物等。在彎、直道上，小車沿著預定軌道自由行使，當小車遇到障礙物時，脈沖調(diào)制的紅外線傳感器將檢測到的信號發(fā)送給單片機，單片機根據(jù)程序發(fā)出相應的控制信號控制小車自動避開障礙物。由無線模塊控制小車 進行倒車、前進、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等動作。 江蘇理工學院畢業(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單，操作性強的特點。如圖 11為紅外遙控模塊實物圖。 圖 11 紅外遙控模塊實物圖 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)議的設置可以通過 SPI 接口進行設置。如 12為 NRF24L01 無線模塊實物圖。 圖 12 NRF24L01無線模塊實物圖 方案論證：方案一中的紅外遙控模塊的信號傳送距離有限，并且發(fā)送和接收的紅外信號容易受到干擾。 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)動部分 方案一：小車的電機驅(qū)動部分采用自 己搭建的 9012 三極管電路來實行小車的驅(qū)動， 9012 三極管電路具有電路簡單，操作方便的等特點。 方案二：小車的電機驅(qū)動部分采用 L298N 芯片直流電機驅(qū)動模塊，該模塊具有較大的驅(qū)動帶載能力， 驅(qū)動部分端子供電范圍 Vs： +5V~+35V，并且另外自帶了 5V、 3V的輸出端口。 方案論證：本設計為 4 輪驅(qū)動的小車，對于小車驅(qū)動部分要求能夠有較大的帯載能力，并且在小車的實際設計過程中，需要不同的輸出電壓來提供給小車的各個模塊。因此綜上所述采用方案二，小車的電機驅(qū)動部分使用 L298N 芯片直流電機驅(qū)動模塊。 江蘇理工學院畢業(yè)論文 (說明書 ) 第 5 頁 共 56 頁 第 2 章 系統(tǒng)硬件構成 系統(tǒng)設計原理 本設計主要分為兩部分：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 最 小 系 統(tǒng) 圖 21 遙控系統(tǒng)框圖 小車部分由電源電路，單片機最小系統(tǒng)，顯示電路，無線電木塊，報警電路，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 最 小 系 統(tǒng)電 機 驅(qū) 動 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 主要元器件簡介 江蘇理工學院畢業(yè)論文 (說明書 ) 第 6 頁 共 56 頁 STC89C52RC 簡介 常用的單片機有很多種： Intel8051 系列、 Motorola 和 M68HC 系列、 Atmel的 AT89 系列、臺灣華邦 (Winbond)W78 系列、荷蘭 PiliPs 的 PCF80C51 系列、MicrochiP 公司系列 4 位單片機、臺灣義隆的 EM78 系列等 [1]。本次設計最終選用了 STC89C52 單片機。 本系統(tǒng)采用最常用的 STC89C52 單片機，它是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ 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 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 STC89C52 是一種高效微控制器。 STC89C52 單片機為很多嵌入式系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 [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)議的設置可通過 SPI 接口進行設置。極低的電流消耗：當工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為 6dBm時電流消耗為 9mA，接收模式時為 。掉電模式和待機模式下電流消耗更低。NRF24L01 引腳排列如圖 24所示。 江蘇理工學院畢業(yè)論文 (說明書 ) 第 7 頁 共 56 頁 圖 24 NRF24L01引腳排列 L298N 芯片直流電機驅(qū)動模塊 該模塊由 L298N作為雙 H橋直流電機驅(qū)動芯片，驅(qū)動部分端子供電范圍 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)動不封峰值電流 Io 為 2A。其他相關參數(shù)見表 21。模塊的實物圖見附錄附件 1（注：紅色線框部分為電源接口）。 表 21 L298N芯片直流電機驅(qū)動模塊產(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 控制信號輸入電壓范圍 低電平：－ ≤ Vin≤ 高電平： ≤ Vin≤ Vss 使能信號輸入電壓范圍 低電平：－ ≤ Vin≤ (控制信號無效 ) 高電平： ≤ Vin≤ Vss(控制信號有效 ) 最大功耗 20W（溫度 T＝ 75℃時） 存儲溫度 － 25℃～＋ 130℃ 驅(qū)動板尺寸 82mm*57mm*33mm (帶固定銅柱，散熱片高度 ) 驅(qū)動板重量 60g 其他擴展 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：用紅外線傳感器進行避障。紅外線發(fā)射頭與接收頭于一體的檢測開關，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。當有光線反射回來時， 輸出低電平。當沒有光線反射回來