【正文】 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 1 頁 共 28 頁 1 緒論 課題背景級意義 當今社會越來越趨向智能化的方向發(fā)展，車輛的智能化也是如此。他可 以按照預先設定的模式在一個特定的環(huán)境里自動的運作，無需人為管理，便可以完成預期所要達到的或是更高的目標。 目前，國內許多的大學 及 研究機構都在投入大量的人力財力研究和開發(fā)針對特殊條件下的安全 檢測系統(tǒng)。其中包括研究使用遠程、無人的方法來實現(xiàn)，如機器人遠程監(jiān)控等。而智能小車就是機器人中間的典范。一般的智能小車可以分為三大部分組成：控制核心部分，傳感器檢測部分，驅動部分。這種小車主要實現(xiàn)的是自動避障功能，同時還可以擴 展出循跡等功能，感知引導線和障礙物?？梢詫崿F(xiàn)小車自動識別線路，選擇正確的行進路線，當檢測到障礙物的時候能自動進行躲避。 單片機的應用領域越來越廣泛，無論是在生活上還是在生產(chǎn)上，都可以見到單片機的身影。 ATMELA 公司的 STC86C52 可以廣泛應用于計算機外部設備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。 STC89C52 可以說是單片機領域的主流產(chǎn)品，更是受廣大生廠商的親睞，所以有必要去學習和應用該單片機，以滿足實際開發(fā)和生產(chǎn)的需要，也是我們適應社會自動化和智能化的趨勢。本次小車的用的CPU 就是該 型號的單片機。 通過設計和構建智能小車系統(tǒng)，能夠有效 地 培養(yǎng) 設計并實現(xiàn)自動控制的能力。在時間過程中，熟悉以單片機為核心的控制芯片，設計小車的檢測、驅動和顯示等外圍電路，采用智能控制算法來實現(xiàn)小車的自動循跡功能。靈活運用電機學，自動控制原理等相關學科的理論知識，聯(lián)系實際電路設計的具體實現(xiàn)方法，打到理論與實踐的統(tǒng)一。并且在制作過程中加深對控制理論的理解和認識。 本課題 的章節(jié)安排 本文一共分為六個章節(jié)，分別是緒論、總體方案論證、硬件電路設計、軟件設計、調試分析還有結束語。 總體方案論證主要包括對 小車 主控系 統(tǒng)、電機的驅動模塊、調速模塊、循跡模塊還有機械模塊做出介紹并論證 。 硬件電路設計 主要 是對 單片機 各個引腳的功能以及它的內部功能做一個詳細的本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 2 頁 共 28 頁 介紹，并且 詳細介紹了驅動模塊的 L298N 的用法、功能以及其工作的原理 。 還有循跡模塊 模塊的組成，工作原理，如何實現(xiàn)對路面的檢測從而讓小車正確的找到路線行駛下去。 軟件設計介紹小車的軟件程序，軟件執(zhí)行的流程 。 驅動電機的程序，還有小車正確循跡所依仗的程序。 本課題的任務內容 本課題將要完成以下幾個要求的工作： (1) 設計循跡模塊電路、單片機控制電路及電機驅動電路 。 (2) 小車偏離軌道后能及時調整方向，小車具有啟動停止功能。 (3) 小車具有左轉、右轉、前進及后退功能。 (4) 設計 C51 程序，畫出程序流程圖。 (5) 設計電路圖并制作實物。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 3 頁 共 28 頁 2 總體方案論證 根據(jù)設計要求，確定如下方案： 自己制作一個小車的模型，并在其上面安裝傳感檢測部分，使其能對小車的速度，運行情況以及位置進行檢測，并且將檢測到的數(shù)據(jù)傳輸給單片機處理，單片機會根據(jù)內在的程序還有所測得的數(shù)據(jù)進行處理，然后控制小車的動作。 這種方案能可以 靈活地實現(xiàn)對小車的實時控制，而且精度高，能很好的滿足該系統(tǒng)的各 個要求。 主控系統(tǒng) 現(xiàn)在市面上的控制模塊有很多，不同的控制模塊其編程的難易度，處理速度的快慢以及價格上都有著很多差異，這里我列出兩種市面上的主流單片機來進行比較。 方案一：選用一片 CPLD（如 EPM7128LC8415）作為系統(tǒng)的核心部件， 實現(xiàn)控制與處理的功能。 CPLD 具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點，可利用 VHDL 語言進行編寫開發(fā)。但 CPLD 在控制上較單片機有較大的劣勢。同時，CPLD 的處理速度非常快，而小車的行進速度不可能太高，那么對系統(tǒng)處理信息的要求也就不會太高，在這一點上 ， MCU 就已經(jīng)可以勝任了。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。為此，我們不采用該種方案，進而提出了第二種設想。 方案二 ： 采用單片機作為整個系統(tǒng)的核心，用其控制行進中的小車，以實現(xiàn)其既定的性能指標。充分分析我們的系統(tǒng)，其關鍵在于實現(xiàn)小車的自動控制，而在這一點上，單片機就 顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢 ——控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發(fā)揮其資 源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優(yōu)點。因此，這種方案是一種較為理想的方案。 針對本設計特點 ——多開關量輸入的復雜程序控 制系統(tǒng)，需要擅長處理多開關量的標準單片機，而不能用精簡 I/O口和程序存儲器的小體積單片機， D/A、 A/D功能也不必選用。根據(jù)這些分析 ,我選定了 STC89C52單片機作為本設計的主控裝置， 51單片機具有功能強大的位操作指令， I/O口均可按位尋址，程序空間多達 8K，對于本設計也綽綽有余，更可貴的是 51單片機價格非常低廉。 在綜合考慮了傳感器、兩部電機的驅動等諸多因素后，我們決定采用一片單片機， 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 4 頁 共 28 頁 充分利用 STC89C52單片機的資源。 電機模塊 電機是小車動作的關鍵部位，選擇適當?shù)碾?機能很好的控制小車的 運行，這次小車的電機我準備在直流電機和步進電機中間選擇，下面是對它們做的比較。 方案一：采用步進電機作為小車的驅動電機。步進電機具有很多的優(yōu)點，比如它能很精確的定位轉過的角度，這樣可以實現(xiàn)對小車在前進路程和位置的精確定位。但是步進電機還是有很多的缺點的，比如它的輸出力矩較低，會隨著轉速的升高而下降，并且在較高轉速的情況下會極具下降，其轉速較低，不合適這次的設計要求，本次的設計是對小車的速度有一定的要求的。經(jīng)綜合比較考慮，我放棄了此方案。 方案二：采用直流電機作為小車的驅動電機。直流電機的控制方法相對于異步電機來說比較簡單，只需要給電機的 兩跟控制線加上適當?shù)碾妷壕涂梢允闺姍C轉動起來，所加的電壓越高，電機的轉速也會越高。對于直流電機的調速方案，可以采用串電阻調節(jié)電壓的方案也可采用 PWM 調速方案。 PWM 調速方案就是使加在直流電機兩端的電壓為方波形式，通過改變方波的占空比實現(xiàn)對電機轉速的調節(jié)。 基于以上分析，我選擇了方案二，采用直流電機作為小車的驅動電機 電機驅動模塊 電機驅動模塊也是決定小車運行好壞的關鍵所在，有效可靠的電機驅動模塊能是小車運行起來更加流暢，更加容易達到 預期的效果。而且能很容易實現(xiàn)小車的轉向，前進。這里我列出了兩種驅動方案： 方案一： 采用繼電器對電動的開關進行控制，接通不同的開關的時候通過改變接到電機的中間電阻來改變電機的旋轉速度來達到調速的目的。此方案的優(yōu)點是電路較為簡單， 但是缺點也是很明顯的。繼電器的響應時間慢，易損壞，壽命較短，可靠性不高。 方案二 ： 采用電機驅動芯片 L298N（如圖 ） 。 L298N為單塊集成電路，高電壓、高電流、第通道驅動?？芍苯訉﹄姍C進行控制，無需隔離電路。該芯片的工作流程是通過改變單片機 I/O口對芯片控制端的電平，就可以相應的控制電機的正轉，反轉以及停止。這 種控制即方便，又能滿足直流電機對大電流的需求。 此外，L298N還搭載了由達林頓管組成的 H型橋式電路。單片機通過控制控制達林頓管使之工作在占空比可調的開關條件下，就能夠調節(jié)電機轉速的快慢。由于電子管開關速本科畢業(yè)設計說明書（論