【正文】 浙江萬(wàn)里學(xué)院本科畢業(yè)論文 1 總體設(shè)計(jì) 本課題設(shè)計(jì)主要是制作一款能進(jìn)行智能判斷并能做出正確反應(yīng)的小車。小車具有以下幾個(gè)功能：自動(dòng)避障功能；尋跡功能（按路面的黑色軌道行駛）；無(wú)線遙控功能和語(yǔ)音控制。作品既可以對(duì)高端智能化進(jìn)行剖析，也可以作為高級(jí)智能玩具發(fā)展對(duì)象， 同時(shí)可 成 為 大學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式控制 系統(tǒng) 的應(yīng)用實(shí)例。 作品以兩直流電動(dòng)機(jī)為主驅(qū)動(dòng)，通過(guò)各類傳感器件來(lái)采集各類信息，送入主控單元 AT89S51 單片機(jī)，處理數(shù)據(jù)后完成相應(yīng)動(dòng)作，以達(dá)到自身控制。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用高電壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)集成芯片 L293D；避障采用紅外線收發(fā)來(lái)完成，自動(dòng)尋跡 采用紅外線接收二極管完成；無(wú)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(yǔ)音模塊是以柱極式話筒脈沖波經(jīng)過(guò)處理后完成。最后 由控制單元處理數(shù)據(jù)后通過(guò)匯編程序有序合理的將各模塊信號(hào)整合在一起并完成相應(yīng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了智能控制，相當(dāng)于簡(jiǎn)易機(jī)器人 [2]。 各模塊分析選擇 通過(guò)收集各硬件模塊資料信息，對(duì)其進(jìn)行有效的分析選擇，最終選出最合理的設(shè)計(jì)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(lái)組成小車的控制系統(tǒng)， 對(duì)外圍避障信號(hào)， 自動(dòng)尋跡 信號(hào)， 無(wú)線遙控 信號(hào)，語(yǔ)音控制信號(hào)進(jìn)行處理。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于小車智能化的擴(kuò)展，對(duì)各路信號(hào)處理比較困難。 方案二：采用 AT89S51 單片機(jī)來(lái)作為整機(jī)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(guò)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(duì)路面信號(hào)采集，送到單片機(jī)系統(tǒng)處理，同樣包括無(wú)線遙控信號(hào)和語(yǔ)音控制信號(hào)。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來(lái)解決復(fù)雜的硬件電路部分，使系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)潔化，各類功能易于實(shí)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(diǎn)，方案二簡(jiǎn)潔、靈活、可擴(kuò)展性好，更能達(dá)到題浙江萬(wàn)里學(xué)院本科畢業(yè)論文 2 目的設(shè)計(jì)要求，因此采用方案二來(lái)實(shí)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(fù)雜，而且地面對(duì)超聲波的反射，會(huì)影響系統(tǒng)對(duì)障礙物的判斷。 方案二：采用紅外線避障，利用單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生 38KHz 信號(hào)對(duì)紅外線發(fā)射管進(jìn)行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時(shí)候反射回來(lái)，紅外線接收管對(duì)反射回來(lái)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，輸出比較電平。外界對(duì)紅外信號(hào)的干擾比較小，且易于實(shí)現(xiàn)，價(jià)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(duì)外界紅外線的接收強(qiáng)弱來(lái)判斷障礙物的遠(yuǎn)近，由于紅外線受外界可見光的影響較大，因此通過(guò)調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生 38KHz 的載波來(lái)減少外界的一些干擾。只要障礙物在限定范圍內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)的電平供單片機(jī)控制，實(shí)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(duì)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(jìn)行接收。采用紅外線發(fā)射，外面可見光對(duì)接收信號(hào)的影響較小，再用射極輸出器對(duì) 信號(hào)進(jìn)行隔離。本方案也易于實(shí)現(xiàn)，比較可靠，因此采用方案二。 當(dāng)小車底部的某邊紅外線收發(fā)對(duì)管遇到黑帶時(shí)， 可以檢測(cè)到 輸入電平為高電平，反之為低電平。結(jié)合單片機(jī)查詢方式，通過(guò)程序控制小車哪 邊 輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)改變方向。 這樣不斷循環(huán)檢測(cè)，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(yīng)用編 /解碼專用集成電路芯片來(lái)進(jìn)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(duì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且使用的時(shí)候必須 將遙控器前的紅外發(fā)射孔對(duì)準(zhǔn) 接收管 才可以。 浙江萬(wàn)里學(xué)院本科畢業(yè)論文 3 方案二： 無(wú)線電遙控 也由 發(fā)射和接收兩大部分組成 ，由于無(wú)線電遙控模塊在市場(chǎng)上非常普及，加上 無(wú)線電遙控 有 傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、無(wú)方向性等優(yōu)點(diǎn)， 對(duì)于小車的控制是一個(gè)不錯(cuò)的選擇 [4]。 方案三：超聲波遙控是利用超聲波來(lái)傳送指令的遙控，可以應(yīng)用于需要遙控、遙測(cè)的場(chǎng)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(qiáng)大、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但由于超聲波遙控價(jià)格相對(duì)上面兩種價(jià)格較貴，而且對(duì)于小車的遙控也太過(guò)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?zé)o方向性的無(wú)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(yǔ)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(hào)來(lái)完成聲音提示，經(jīng)放大整形后產(chǎn)生一個(gè)脈沖電平輸入給單片機(jī)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(shí)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(shí)現(xiàn)更多電平轉(zhuǎn)換以讓單片 機(jī)控制，但 DS1420 錄放音模塊價(jià)格比較高，程序編制過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，所以方案二性價(jià)比不如方案一。 柱極式話筒接收聲波信號(hào)，通過(guò)三極管放大信號(hào)，使信號(hào)通過(guò)整流的二極管得到一個(gè)脈沖信號(hào)，并經(jīng)過(guò) 74HC04 取反后供單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制。 總體設(shè)計(jì)框圖 此系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制核心，處理執(zhí)行各個(gè)外部傳感器檢測(cè)得到的電平信號(hào)，其中外部信號(hào)有四部分得到：尋跡模塊，避障模塊，遙控模塊和語(yǔ)音模塊。最后把處理結(jié)果傳遞給小車電機(jī)，使得到相應(yīng)效果。如圖 21總體設(shè)計(jì)框圖 浙江萬(wàn)里學(xué)院本科畢業(yè)論文 4 圖 21 總體 設(shè)計(jì) 框圖 3 硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)硬件主要有六大模塊組成： 單片機(jī)控制模塊 、無(wú)線遙控模塊、紅外對(duì)管尋跡模塊、紅外線避障模塊、電機(jī)控制模塊和語(yǔ)音控制模塊。 單片機(jī)控制模塊 本模塊采用 51 系列單片機(jī)作為核心處理器。單片機(jī)控制系統(tǒng)基本由最小系統(tǒng)和外圍信號(hào) I/O 口組成，其中最小系統(tǒng)包括電源（地）， CPU 時(shí)序電路（一般使用 或者 12M 和 30P 電容組成），復(fù)位電路。有了以上三塊，單片機(jī)就能夠正常工作。 AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) 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(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。其