【正文】 ........ 13 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) ....................................................................................... 15 尋跡模塊設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 16 反射型光電探測(cè)器 RPR359F 工作原理 .......................................................... 16 四路運(yùn)算放大器 LM324 和雙運(yùn)算放大器 LM358......................................... 17 尋跡光電對(duì)管電路的設(shè)計(jì) ................................................................................ 17 尋跡光電對(duì)管的安裝 ....................................................................................... 19 IV 超聲波檢測(cè)處理模塊設(shè)計(jì) ...................................................................................... 20 超聲波測(cè)距原理 ................................................................................................ 20 超聲波測(cè)距模塊 HCSFR05............................................................................ 20 轉(zhuǎn)速檢測(cè)接口設(shè)計(jì) .................................................................................................. 22 霍爾傳感器工作原理 ........................................................................................ 22 A44E霍爾測(cè)速模塊 ......................................................................................... 23 光電隔離模塊設(shè)計(jì) .................................................................................................. 25 光耦芯片 TLP5214 .......................................................................................... 25 光電隔離模塊的電路設(shè)計(jì) ................................................................................ 27 液晶顯示接口設(shè)計(jì) .................................................................................................. 27 1602A 液晶顯示模塊 ........................................................................................ 27 4 硬件及功能調(diào)試 ...................................................................................................... 31 硬件電路測(cè)試 .......................................................................................................... 31 功能模塊測(cè)試及功能實(shí)現(xiàn) ...................................................................................... 31 電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn) ........................................................................................ 31 尋 跡功能的實(shí)現(xiàn) ................................................................................................ 31 避障功能的實(shí)現(xiàn) ................................................................................................ 32 車速檢測(cè)的實(shí)現(xiàn) ................................................................................................ 32 5 總結(jié) .............................................................................................................................. 33 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................... 34 致謝 .................................................................................................................................. 35 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 .......................................................................... 36 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 ............................................................................... 37 1 緒論 1 1 緒論 前言 隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能控制技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品的智能化和小型化越來(lái)越成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。各種智能小車在智能化玩具中占了很大的比例。近年來(lái)，傳統(tǒng)玩具的市場(chǎng)逐步縮水，高科技智能化的電子類玩具則逐步成為市場(chǎng)的主流。因此，可遙控的智能化小車的研究是非常有意義的，具有很大潛在市場(chǎng)價(jià)值的 。 機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)國(guó)家高科技水平和工業(yè)自動(dòng)化程度的重要標(biāo) 志和體現(xiàn)。機(jī)器人由于具有高度的靈活性、可以幫助人們提高生產(chǎn)率、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量和改善勞動(dòng)條件等優(yōu)點(diǎn)，在世界各地的生產(chǎn)生活領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用 [1]。智能小車正是模仿機(jī)器人的一種嘗試。它是一種以汽車電子為背景，涵蓋控制，模式識(shí)別，電子、電氣、單片機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科的科技創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，一般主要由路徑識(shí)別、速度采集、角度控制以及車速控制等模塊組成。這種智能小車能夠自動(dòng)搜尋前進(jìn)路線，還能爬坡；感知前方的障礙物，并自動(dòng)尋找前進(jìn)方向，避開(kāi)障礙物；加入相關(guān)聲光訊號(hào)后，更能體現(xiàn)出智能化和人性化的一面。 機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引功能和避 障功能就必須要感知導(dǎo)引線和障礙物，感知導(dǎo)引線相當(dāng)給機(jī)器人一個(gè)視覺(jué)功能。避障控制系統(tǒng)是基于自動(dòng)導(dǎo)引小車（ AVG— autoguide vehicle）系統(tǒng)，基于它的智能小車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別路線，判斷并自動(dòng)避開(kāi)障礙，選擇正確的行進(jìn)路線。使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。 課題研究的背景及意義 題目背景 在生產(chǎn)實(shí)際中，某些場(chǎng)合要求工作小車有自動(dòng)尋跡、自動(dòng)規(guī)避障礙的功能。路線檢測(cè)的準(zhǔn)確與否直接影響小車尋跡時(shí)的行駛狀態(tài)及速度，而自動(dòng)規(guī)避障礙在實(shí)際生產(chǎn)生活中有廣泛應(yīng)用，因此尋求一種低成 本、抗干擾性強(qiáng)并且位置指示準(zhǔn)確的障礙檢測(cè)方法具有重要意義。 研究意義 自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來(lái)，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(guó)防等領(lǐng)域。近年來(lái)機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 們的生活方式。人們?cè)诓粩嗵接?、改造、認(rèn)識(shí)自然的過(guò)程中，制造能替代人勞動(dòng)的機(jī)器一直是人類的夢(mèng)想，智能小車可以作為機(jī)器人的典型代表。 電子技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)自動(dòng)化要求越來(lái)越高，智能汽車檢測(cè)并完成特殊的任務(wù)將成為以后的一個(gè)新的發(fā)展方向。在危險(xiǎn)或不利于人工作業(yè)的環(huán)境下，利用智能小車替代人 工作業(yè)完成特殊任務(wù)，避免人員傷亡，更可減少經(jīng)濟(jì)損失。 課題研究的主要內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo) 主要內(nèi)容 本題目以玩具小車為控制對(duì)象，要求小車在地面標(biāo)識(shí)引導(dǎo)下能夠自動(dòng)尋跡，尋跡路線設(shè)有隨機(jī)布置的障礙，要求小車能夠根據(jù)檢測(cè)自動(dòng)躲避障礙，并恢復(fù)對(duì)路線的尋跡。同時(shí)小車能夠自動(dòng)顯示、記錄時(shí)間、里程以及行駛速度。 硬件設(shè)計(jì)主要 要求 本題目要求對(duì)一玩具小車進(jìn)行 控制 ，使小車能夠在引導(dǎo)線指引下自動(dòng)循跡 ； 遇到引導(dǎo)線前設(shè)置的障礙時(shí)， 要求 小車能夠自動(dòng)躲避障礙，并重新找到 引導(dǎo)線恢復(fù)循跡。具體包括： a. 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì) 。 b. 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。 c. 尋跡模塊接口設(shè)計(jì)。 d. 轉(zhuǎn)速檢測(cè)接口設(shè)計(jì)。 e. 超聲波換能器接口設(shè)計(jì)。 f. 1602 液晶接口設(shè)計(jì)。 2 系統(tǒng)方案論證與設(shè)計(jì) 3 2 系統(tǒng)方案論證 與設(shè)計(jì) 系統(tǒng)方案論證 與設(shè)計(jì) 根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)方案如 圖 。 在 玩具電動(dòng)車上 ，加裝反射式紅外光電傳感器、超聲波傳感器、速度檢測(cè)傳感器 等部件 ,實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的智能控制。 圖 系統(tǒng)框圖 為較好的實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，分別設(shè)計(jì)了幾種方案并分別進(jìn)行了論證 。 控制器模塊論證與選擇 此部分是整個(gè)小車運(yùn)行的核心部分，起著控制小車所有運(yùn)行狀態(tài)的作用?？刂频姆椒ㄓ泻芏啵蟛糠侄疾捎脝纹瑱C(jī)控制。 方案一：智能車系統(tǒng)采用飛思卡爾 16位單片機(jī) MC9S12DG128為核心控制單元，由采用光電檢測(cè)技術(shù)的道路識(shí)別模塊和速度檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)采集信號(hào)，并將采集到的電平信號(hào)送入核心控制單元 MCU，核心控制單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后，通過(guò)單片機(jī)端口發(fā)出 PWM 信號(hào)波，通過(guò)輸出不 同占空比分 別對(duì)轉(zhuǎn)向舵機(jī)、直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，完成控制智能車的方向與速度 [2]。但考慮到對(duì)這個(gè)方案采用的微處理器并不熟悉，使用起來(lái)并不是很方便，這對(duì)于硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件編程增加了難度。我們決定不再使用此方案，考慮其他方案。 AT89S52 路徑識(shí)別單元 避障檢測(cè)模塊 舵機(jī)控制單元 驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制 車速檢測(cè)單元 速度里程顯示 電池組9V 電池組 9V 電源管理單元 信號(hào)調(diào)理電路 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 方案二：采用 AT89S52 單片機(jī)作為主控制器。 AT89S52 是一個(gè)超低功耗，和標(biāo)準(zhǔn) 51 系列單片機(jī)相比較具有運(yùn)算速度快，抗干擾能力強(qiáng)，支持 ISP 在線編程，片內(nèi)含 8k 空間的可反復(fù)擦寫(xiě) 1000 次的 Flash只讀存儲(chǔ)器，具有 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32 個(gè) I/O 口， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 [3]。其指令系統(tǒng)和傳統(tǒng)的 8051 系列單片機(jī)指令系統(tǒng)兼容，降低了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的難度 ， 電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉 ， 在后來(lái)的實(shí)驗(yàn)中 89S52 精確度和運(yùn)算速度也都完全符合我們系統(tǒng)的要求。 綜合以上方案我們選擇比較普通是的更為熟悉的方案二使用 AT89S52單片機(jī)為我們整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊論證與選擇 方案一：使用直流電機(jī)，加上適當(dāng)減速比的減速器。直流電機(jī)具有良好的調(diào)速性能，控制起來(lái)也比較簡(jiǎn)單。直流電機(jī)只要通上直流電源就可連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)電壓的大小就可以改變電機(jī)的速度。直流 電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上就是一個(gè)功率放大器。常用的驅(qū)動(dòng)方式是 PWM 方式，即脈沖寬度調(diào)制方式 [4]。此方法性能較好，電路和控制都比較簡(jiǎn)單。 方案二：使用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)具有良好的控制性