【正文】 浙江萬里學院本科畢業(yè)論文 1 總體設計 本課題設計主要是制作一款能進行智能判斷并能做出正確反應的小車。小車具有以下幾個功能：自動避障功能；尋跡功能（按路面的黑色軌道行駛）；無線遙控功能和語音控制。作品既可以對高端智能化進行剖析，也可以作為高級智能玩具發(fā)展對象， 同時可 成 為 大學生學習嵌入式控制 系統(tǒng) 的應用實例。 作品以兩直流電動機為主驅(qū)動，通過各類傳感器件來采集各類信息，送入主控單元 AT89S51 單片機，處理數(shù)據(jù)后完成相應動作，以達到自身控制。電機驅(qū)動電路采用高電壓，高電流，四通道驅(qū)動集成芯片 L293D；避障采用紅外線收發(fā)來完成，自動尋跡 采用紅外線接收二極管完成；無線遙控則是采用帶有 PT2272 解碼的 TDL9915接收模塊和帶有 PT2262編碼的 TDL99884發(fā)送模塊完成以及附加功能的語音模塊是以柱極式話筒脈沖波經(jīng)過處理后完成。最后 由控制單元處理數(shù)據(jù)后通過匯編程序有序合理的將各模塊信號整合在一起并完成相應動作，實現(xiàn)了智能控制，相當于簡易機器人 [2]。 各模塊分析選擇 通過收集各硬件模塊資料信息，對其進行有效的分析選擇，最終選出最合理的設計方案。 主控單元 方案比較與選擇 方案一：采用各類數(shù)字電路來組成小車的控制系統(tǒng)， 對外圍避障信號， 自動尋跡 信號， 無線遙控 信號，語音控制信號進行處理。本方案電路復雜，靈活性不高，效率低，不利于小車智能化的擴展，對各路信號處理比較困難。 方案二：采用 AT89S51 單片機來作為整機的控制單元。紅外線探頭采用市面上通用的發(fā)射管與及接收頭，經(jīng)過比較芯片調(diào)制處理后由控制系統(tǒng)接收。路線尋找采用紅外線管對路面信號采集，送到單片機系統(tǒng)處理，同樣包括無線遙控信號和語音控制信號。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決復雜的硬件電路部分，使系統(tǒng)硬件簡潔化，各類功能易于實現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求 [3]。 比較以上兩 種方案的優(yōu)缺點，方案二簡潔、靈活、可擴展性好，更能達到題浙江萬里學院本科畢業(yè)論文 2 目的設計要求，因此采用方案二來實現(xiàn)。 避障 單元 方案比較與選擇 方案一：采用超聲波避障，超聲波受環(huán)境影響較大，電路復雜，而且地面對超聲波的反射，會影響系統(tǒng)對障礙物的判斷。 方案二：采用紅外線避障，利用單片機來產(chǎn)生 38KHz 信號對紅外線發(fā)射管進行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管對反射回來信號進行解調(diào)，輸出比較電平。外界對紅外信號的干擾比較小，且易于實現(xiàn)，價格也比較便宜，故采用方案二。 紅外線避障方法，利用一管發(fā)射 另一管接收，接收管對外界紅外線的接收強弱來判斷障礙物的遠近，由于紅外線受外界可見光的影響較大，因此通過調(diào)制信號產(chǎn)生 38KHz 的載波來減少外界的一些干擾。只要障礙物在限定范圍內(nèi)就會產(chǎn)生相對的電平供單片機控制，實現(xiàn)避障功能。 尋跡 單元 方案比較與選擇 方案一：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接收。由于光敏二極管受可見光的影響較大，穩(wěn)定性差。 方案二：利用 集成型紅外對管作為尋跡單元的傳感器，其中 紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線二極管進行接收。采用紅外線發(fā)射，外面可見光對接收信號的影響較小，再用射極輸出器對 信號進行隔離。本方案也易于實現(xiàn)，比較可靠，因此采用方案二。 當小車底部的某邊紅外線收發(fā)對管遇到黑帶時， 可以檢測到 輸入電平為高電平，反之為低電平。結(jié)合單片機查詢方式，通過程序控制小車哪 邊 輪胎轉(zhuǎn)動來改變方向。 這樣不斷循環(huán)檢測，方向控制，使小車按黑線行走。 遙控 單元 方案比較與選擇 方案一： 由發(fā)射和接收兩大部分組成紅外遙控系統(tǒng)，應用編 /解碼專用集成電路芯片來進行控制操作，發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、 LED 紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路 等。相對結(jié)構(gòu)比較復雜，而且使用的時候必須 將遙控器前的紅外發(fā)射孔對準 接收管 才可以。 浙江萬里學院本科畢業(yè)論文 3 方案二： 無線電遙控 也由 發(fā)射和接收兩大部分組成 ，由于無線電遙控模塊在市場上非常普及，加上 無線電遙控 有 傳輸距離遠、抗干擾能力強、無方向性等優(yōu)點， 對于小車的控制是一個不錯的選擇 [4]。 方案三：超聲波遙控是利用超聲波來傳送指令的遙控，可以應用于需要遙控、遙測的場合。采用 AX5326 與 AX5327 等構(gòu)成的遙控系統(tǒng)具有體積小、功耗低、功能強大、抗干擾能力強等優(yōu)點。但由于超聲波遙控價格相對上面兩種價格較貴，而且對于小車的遙控也太過于夸大化。 結(jié)合三種方案，最終選擇 用電量 、 發(fā)射、 接受功率都不大，一般的小障礙 也可以穿越 ，而且遙控無方向性的無線電遙控。 采用帶有 PT2272 解碼的 TDL9915接收模塊和帶有 PT2262 編碼的 TDL99884發(fā)送模塊完成。 語音控制 單元 方案比較與選擇 方案一：采用柱極式話筒產(chǎn)生不同的頻率信號來完成聲音提示，經(jīng)放大整形后產(chǎn)生一個脈沖電平輸入給單片機完成聲音提示功能。但方案給人以提示的可懂性比較差，但在一定程度上能滿足要求，而且易于實現(xiàn)，成本也不高。 方案二：采用 DS1420 可分段錄放音模塊，能夠給人以直觀的提示，也可以實現(xiàn)更多電平轉(zhuǎn)換以讓單片 機控制，但 DS1420 錄放音模塊價格比較高，程序編制過程過于復雜，所以方案二性價比不如方案一。 柱極式話筒接收聲波信號，通過三極管放大信號，使信號通過整流的二極管得到一個脈沖信號，并經(jīng)過 74HC04 取反后供單片機控制，實現(xiàn)語音控制。 總體設計框圖 此系統(tǒng)是以單片機為控制核心，處理執(zhí)行各個外部傳感器檢測得到的電平信號，其中外部信號有四部分得到：尋跡模塊，避障模塊，遙控模塊和語音模塊。最后把處理結(jié)果傳遞給小車電機，使得到相應效果。如圖 21總體設計框圖 浙江萬里學院本科畢業(yè)論文 4 圖 21 總體 設計 框圖 3 硬件設計 本系統(tǒng)硬件主要有六大模塊組成： 單片機控制模塊 、無線遙控模塊、紅外對管尋跡模塊、紅外線避障模塊、電機控制模塊和語音控制模塊。 單片機控制模塊 本模塊采用 51 系列單片機作為核心處理器。單片機控制系統(tǒng)基本由最小系統(tǒng)和外圍信號 I/O 口組成，其中最小系統(tǒng)包括電源（地）， CPU 時序電路（一般使用 或者 12M 和 30P 電容組成），復位電路。有了以上三塊，單片機就能夠正常工作。 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。其