【正文】 .................................................... 22 附錄一 系統(tǒng)總體硬件原理圖 ............................................................................................ 23 附錄二 程序流程圖 ............................................................................................................ 24 附錄三 程序清單 ................................................................................................................ 25 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) I 智能小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 學(xué) 生：張龍 專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師：宮鶴 摘要： 本設(shè)計(jì)主要是 將小車應(yīng)用為基礎(chǔ)通用的開發(fā)平臺(tái)。在該系統(tǒng)中采用 STC89C51 單片機(jī)作主控制器； 采用紅外對(duì)發(fā)管檢測(cè)軌道上的黑線，從而實(shí)現(xiàn)小車的尋跡功能；當(dāng)前方遇見障礙物，小車改變轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)小車的避障功能；當(dāng)前方遇見懸崖，小車立即停止并發(fā)出報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)小車的避崖功能。采用液晶芯片 SMC1602 實(shí)時(shí)的顯示小車行駛的時(shí)間，采用 JZ863 微功率無線數(shù)傳模塊對(duì)小車的行駛過程進(jìn)行控制。軟件 部分用 C語言編寫，易讀、可移植性好。本系統(tǒng)主要包括路面檢測(cè)模塊、直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、液晶顯示模塊、報(bào)警模塊和無線收發(fā)模塊五個(gè)部分。 關(guān)鍵詞： 智能小車；單片機(jī)；尋跡；避障；避崖 The Design and The Implementation of Intelligent Car Name:Zhang Long Major:Electronics Information Science and Technology Tutor:Gong He Abstract： The design is mainly based on the application of the car universal development platform. Used in the system to decide STC89C51 singlechip controller。 Control the use of infrared detection of fat black track line, accordingly achieve the car tracing function。 When meeting the current barrier, Car shift change, accordingly achieving obstacle avoidance of the realization of function。When meeting in front of the cliff, The car an immediately stop and sound of alarm, accordingly achieving car of the cliff to avoid the realization of function. Using SMC1602 chip LCD display realtime car driving time, Using JZ863 Micropower wireless module on the car to control the process of moving. Software with C language, accessibility, portability good. The system mainly includes the road detection module, DC motor drive module slowdown, liquid crystal display module, alarm module and wireless transceiver module five parts. Key words: Smart car。 Singlechip。 Tracing。 Obstacle avoidance。 Cliff avoidance吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 前言 題目的來源與開發(fā)意義 智能小車，也就是輪式機(jī)器人，最適合人類在那些無法工作的環(huán)境中工作，它們已在許多工業(yè)部門獲得廣泛應(yīng)用。它們可以比人類工作得更好并且成本低廉。正是基于智能小車的這些優(yōu)點(diǎn)，它正逐步滲入到工業(yè)和社會(huì)的各個(gè)層面。另外，智能小車自動(dòng)行駛功能的研究將有助于智能車輛的研究。智能車輛駕駛?cè)蝿?wù)的自動(dòng)完成將給人類社會(huì)的進(jìn)步帶來巨大的影響，例如能切實(shí)提高道路網(wǎng)絡(luò)的利用率、降低車輛的燃油消耗量，尤其是在改進(jìn)道路交通安全等方面提供了新的解決途徑 [1]。 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。可見其研究意義很大。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的。本設(shè)計(jì)不但能夠?qū)崿F(xiàn)尋軌 ﹑ 避崖、避障、實(shí)時(shí)顯示時(shí)間的功能，而且還具有無線遙控功能。 系統(tǒng)功能概述 本系統(tǒng)的總體框圖如 11 所示： 圖 11 系統(tǒng)總體框圖 Fig 11 Overall system block disgram 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)是以 STC89C51 單片機(jī) 作為主控制器，主要包括車載模塊和無線收發(fā)模塊兩個(gè)部分。其中車載模塊包括路面檢測(cè)模塊、直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、液晶顯示模塊和報(bào)警模塊四個(gè)部分。采用紅外對(duì)發(fā)接受管檢測(cè)路面信息來控制小車兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，并實(shí)時(shí)的顯示小車行駛的時(shí)間。當(dāng)小車遇見懸崖立即停止并發(fā)出報(bào)警。為了使該系統(tǒng)實(shí)用性更強(qiáng)，更人性化，采用了 JZ863 微功率無線數(shù)傳模塊對(duì)小車的行駛過程進(jìn)行控制。 將小車開發(fā)應(yīng)用為通用基礎(chǔ)開發(fā)平臺(tái)是本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處，具有十分廣泛的實(shí)用 STC89C51 單片機(jī) 路面檢測(cè) 模塊 無線收發(fā)模塊 液晶顯示模塊 報(bào)警模塊 按鍵 直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 性。 2 方案的提出及論證 主控制器選擇 方案 1： AT89C51 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 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。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 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C2051 是它 的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 方案 2： STC89C51RC/RD+ 系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾 / 高速/ 低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)， 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘 / 機(jī)器周期可任意選擇，最新的 D 版本內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路。 選擇 STC89C51 系列單片機(jī)的理由 [2]： 加密性強(qiáng)； 超強(qiáng)抗干擾 :⑴高抗靜電（ E S D 保護(hù)）；⑵輕松過 2 K V / 4 K V 快速脈沖干擾 ( E F T 測(cè)試）⑶寬 電壓， 不怕電源抖動(dòng)⑷寬溫度范圍 , 4 0 ℃～ 8 5 ℃ 三大降低單片機(jī)時(shí)鐘對(duì)外部電磁輻射的措施：⑴禁止 A L E 輸出；⑵如選 6 時(shí)鐘 / 機(jī)器周期，外部時(shí)鐘頻率可降一半；⑶單片機(jī)時(shí)鐘振蕩器增益可設(shè)為 1 / 2 g a i n 。 超低功耗 :⑴掉電模式： 典型功耗 A；⑵正常工作模式： 典型功耗 4mA 7mA；⑶掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于電池，供電系統(tǒng)，如水表、氣表、便攜設(shè)備等。 在系統(tǒng)可編程 , 無需編程器 , 無需仿真器 可送 S T C I S P 下載編程器 ,1 萬片 / 人 / 天 可供應(yīng)內(nèi)部集成 M A X 8 1 0 專用復(fù)位電路的單片機(jī)，只有 D 版本才有內(nèi)部集成專用復(fù)位電路，原復(fù)位電路可以保留，也可以不用，不用時(shí) R E S E T 腳接 1 K 電阻到地。 綜上考慮，我們選擇了方案 2。 車體設(shè)計(jì) 方案 1：購買玩具電動(dòng)車。購買的玩具電動(dòng)車具有組裝完整的車架車輪、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路。但是一般的說來，玩具電動(dòng)車具有如下缺點(diǎn)：首先，這種玩具電動(dòng)車由于裝配緊湊，使得各種所需模塊的安裝十分不方便。其次，這種電動(dòng)車一般都是前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)，不能適應(yīng)該題目所實(shí)現(xiàn)的功能，也不能方便迅速的實(shí) 現(xiàn)原地保持坐標(biāo)轉(zhuǎn) 90 度甚至 180 度的彎角。再次，玩具電動(dòng)車的電機(jī)多為玩具直流電機(jī)，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 負(fù)載性能差，不易調(diào)速。而且這種電動(dòng)車一般都價(jià)格不扉。因此我們放棄了此方案。 方案 2：使用實(shí)驗(yàn)專用小車。經(jīng)過反復(fù)考慮論證，我們制定了左右兩輪分別驅(qū)動(dòng)，前后萬向輪轉(zhuǎn)向的方案。即左右輪分別用兩個(gè)轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，前后裝兩個(gè)萬向輪。這樣，當(dāng)兩個(gè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)向相反同時(shí)轉(zhuǎn)速相同時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實(shí)現(xiàn)小車坐標(biāo)不變的 90 度和 180 度的轉(zhuǎn)彎。 在安裝時(shí)我們并不把萬向輪裝在一個(gè)平 面上。當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)，左右兩驅(qū)動(dòng)輪與前萬向輪形成了三點(diǎn)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)前后兩輪過低而使左右兩驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力不夠的情況。而且小車更輕便，美觀 [3]。 綜上考慮，我們選擇了方案 2。實(shí)物圖如圖 21 所示： 圖 21 小車基本框架 Fig 21 the basic framework of car 車載顯示模塊 為滿足題目要求，需要在車上顯示小車的行駛時(shí)間。因此需要在車上顯示這些數(shù)據(jù)。 方案 1：用 8 位數(shù)碼管進(jìn)行顯示小車行駛時(shí)間，這也是比較通用的方法，但是使用數(shù)碼管顯示時(shí)間 的外圍電路比較復(fù)雜且穩(wěn)定性不高。 方案 2：用 1602 液晶屏。該液晶屏可以兩行顯示數(shù)字、漢字，顯示清晰，美觀；耗電量小。故采用方案 2。 1602 外觀圖如圖 22 所示 ： 圖 22 1602 外觀圖 Fig 22 1602 the appearance of Figure 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 報(bào)警模塊 方案 1：語音報(bào)警器。采用直接模 擬存儲(chǔ)技術(shù) DAST 的芯片 ISD1420 來實(shí)現(xiàn)，能完成語音的錄入，存儲(chǔ)及分段輸出，因而失真小，使用方便，但電路構(gòu)成復(fù)雜，成本相對(duì)高些 ,而且地址模式所占 IO 口較多。 方案 2：喇叭報(bào)警。該設(shè)計(jì)只需安置一個(gè)喇叭器件，由軟件設(shè)置滿足一定條件時(shí)自動(dòng)報(bào)警，連接簡(jiǎn)單易懂只需一個(gè) IO 口即可，成本也低。 綜上所述：本設(shè)計(jì)只需在小車遇見懸崖后發(fā)出報(bào)警 ,所以選擇方案二。 無線收發(fā)模塊 方案 1： nRF905 單片無線收發(fā)器工作在 433/868/915MHZ 的 ISM 頻段。由一個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器，一個(gè)帶解調(diào)器的接收器，一個(gè)功率 放大器，一個(gè)晶體震蕩器和一個(gè)調(diào)制器組成。 ShockBurst 工作模式的特點(diǎn)是自動(dòng)產(chǎn)生導(dǎo)碼和 CRC?？梢院苋菀淄ㄟ^SPI 接口進(jìn)行編程配置。電流消耗很低，在發(fā)射功率為 10dBm時(shí)，發(fā)射電流為 11mA，接收電流為 進(jìn)入 POWERDOWN 模式可以很容易實(shí)現(xiàn)節(jié)電。但是 nRF905 需要配置的端口很多，這樣也造成了硬件電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜。 方案 2： JZ863 微功率無線數(shù)傳模塊。是一種短距離無線數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品，它體積小，功耗低，穩(wěn)定性及可靠性極高，能方便為用戶提供雙向的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸、檢測(cè)和控制。外設(shè)硬件電路簡(jiǎn)單，節(jié) 省了控制器的端口資源 [4]。 從硬件電路的難易程度、性能和控制靈活性上考慮，我選擇了方案 2。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) STC89C51RC/RD+系列單片機(jī)介紹 STC89C51 特點(diǎn)： ⑴增強(qiáng)型 6 時(shí)鐘 / 機(jī)器周期， 12 時(shí)鐘 / 機(jī)器周期 8051 CPU ⑵工作電壓： （ 5V 單片機(jī)） / （ 3V 單片機(jī)） ⑶工作頻率范圍： 0 40 MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 48MHz. ⑷用戶應(yīng)用程序空間 4K / 8K / 13K / 16K / 20K / 32K / 64K 字節(jié) ⑸片上集成 1280 字節(jié) / 512 字節(jié) RAM ⑹通用 I/O 口（ 32/36 個(gè)），復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 / 弱上拉（普通8051 傳統(tǒng) I/O 口） P0 口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。 ⑺ I S