【正文】 上海大學2016 ～ 2017 學年 秋季 學期研究生課程考試課程名稱： 微機接口技術(shù)與數(shù)字控制 課程編號： 09Z077005 論文題目: 基于STC89C52單片機自動避障循跡小車控制系統(tǒng)的設(shè)計 研究生姓名: 肖青峰、徐鵬、付高峰 學 號: 16721678 論文評語:成 績: 任課教師: 沈林勇 評閱日期: 基于STC89C52單片機自動避障循跡小車控制系統(tǒng)設(shè)計肖青峰、徐鵬、付高峰上海大學 機電工程與自動化學院，上海200072摘要：本設(shè)計是基于STC89C52單片機的自動循跡避障小車的控制系統(tǒng)設(shè)計。利用紅外對管檢測黑線與障礙物，并以STC89C52單片機為控制芯片控制電動小汽車的速度及轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)自動循跡避障的功能。其中小車驅(qū)動由L298N驅(qū)動電路完成，速度由單片機輸出的PWM波控制。關(guān)鍵詞：循跡避障小車 ； STC89C52單片機； 紅外對管；pwm調(diào)速1 設(shè)計目標和任務(wù)制定 隨著社會水平提高與電子商務(wù)的快速發(fā)展，大型化集成化商品多元化的倉儲集散中心應(yīng)運而生。這些倉庫通常面積巨大，（有的可達上萬平方米，）并且物品種類繁多，倉儲流量大，可是當前大多數(shù)倉儲中心依舊采用傳統(tǒng)的人工管理，工人管理工作繁瑣且工作效率低下，綜上所述，現(xiàn)代倉儲業(yè)正面臨著發(fā)展瓶頸，制約著倉儲行業(yè)的進一步發(fā)展。如果有一種智能倉儲，使得我們能夠在實際的物流活動中提高倉儲的效率，減少倉儲的人力資源成本和倉庫的直接成本，解決絕對人力不能滿足大型物流中心運作的情況，那么我們的倉儲行業(yè)又能向前邁進一個新階。因此，基于上訴當前倉管配貨工作的任務(wù)繁忙，減小倉管員工作量，提高倉儲管理工作效率，我們決定制作一智能避障循跡小車，用于倉庫不同貨架間貨物的自動配送。我們的小車能實現(xiàn)循跡移動，在不同工作點之間穿梭。借助我們的小車，倉管員只需輕松輸入目標代碼，就可以實現(xiàn)將貨物自動送達目標貨架或者將不同貨架的貨物收集到配送點。同時為了避免小車在行進過程中撞擊到人員、貨物或者貨架等障礙物，我們的小車具有自動避障和自動停車功能。2 設(shè)計方案的擬定 整體系統(tǒng)設(shè)計 該整個系統(tǒng)由控制模塊、光電傳感器檢測模塊、電源模塊、電機及驅(qū)動模塊等子模塊組成。如框圖所示：復位電路電機驅(qū)動模塊電機控制模塊STC89C52單片機循跡檢測模塊兩個光電傳感器障礙物檢測模塊兩個光電傳感器電源模塊7805穩(wěn)壓管時鐘電路 控制模塊設(shè)計針對本設(shè)計特點——多開關(guān)量輸入的復雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長處理多開關(guān)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(shè)計的主控裝置，52單片機具有功能強大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，并具有如下性能優(yōu)點：（1）微處理器 該單片機中有一個8位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進行位變量的處理。（2）數(shù)據(jù)存儲器 片內(nèi)為128個字節(jié)，片外最多可外擴至64k字節(jié)，用來存儲程序在運行期間的工作變量、運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。（3）程序存儲器 由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲器的容量不夠，則需用擴展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴至64k字節(jié)。（4）中斷系統(tǒng) 具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。（5）定時器/計數(shù)器 片內(nèi)有2個16位的定時器/計數(shù)器，具有四種工作方式。（6）串行口 1個全雙工的串行口，具有四種工作方式。可用來進行串行通訊，擴展并行I/O口，甚至與多個單片機相連構(gòu)成多機系統(tǒng)，從而使單片機的功能更強且應(yīng)用更廣。(7) P0口、P1口、P2口、P3口 為4個并行8位I/O口。 (8) 特殊功能寄存器 共有21個，用于對片內(nèi)的個功能的部件進行管理、控制、監(jiān)視。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的RAM區(qū)。 由上可見，STC89C52單片機的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強等特點。特別值得一提的是該單片機CPU中的位處理器，它實際上是一個完整的1位微計算機，這個一位微計算機有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位機在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、過程控制方面非常有效；而8位機在數(shù)據(jù)采集，運算處理方面有明顯的長處。對于本設(shè)計該單片機綽綽有余，更可貴的是52單片機價格非常低廉。 STC89C52引腳圖 光電傳感檢測模塊循跡方案設(shè)計：方案一：采用攝像頭循跡法：利用攝像頭對賽道提取信息，分有數(shù)字式和模擬式。方案二：紅外對管循跡法：利用黑白色對紅外線的吸收作用不同，其由發(fā)射管和接收管配對組成，發(fā)射管發(fā)射出紅外線，當發(fā)射到黑色軌道時，被黑色軌道所吸收，當發(fā)射到白色跑道外時，會發(fā)射回來，接收管接收到光線信號，產(chǎn)生一電壓信號給單片機，從而實現(xiàn)對軌跡信息的讀取。方案三：激光管循跡法：其循跡原理與紅外對管相同，不同的是其測距比較遠。 綜上所述，又考慮到成本的原因，本次設(shè)計采用紅外對管循跡法。采用脈沖調(diào)制的反射式紅外發(fā)射接收器。由于采用帶有交流分量的調(diào)制信號，則可大幅度減少外界的干擾；此外紅外發(fā)射接收管的工作電流取決于平均電流，如果采用占空比小的調(diào)制信號，在平均電流不變的情況下，瞬時電流很大（50～100mA）（ST188允許的最大輸入電流為50mA），則大大提高了信噪比。避障方案設(shè)計：方案一：紅外線避障。方案二：超聲波避障。 本次設(shè)計本打算利用兩種方案混合使用，但是由于后期制作過程中，超聲波模塊損壞，只能使用紅外線避障。其也是由發(fā)射管和接收管組成，工作原理與循跡的相同，發(fā)射管發(fā)出紅外線，當遇到障礙物時就會反射回來，接收管接收到反射的信號就會產(chǎn)生一電壓信號給單片機，從而實現(xiàn)對障礙物的檢測。 紅外線傳感器模塊實物圖 電源模塊電源模塊，用9V的鋅電源給前、后輪電機供電，然后使用7805穩(wěn)壓管來把高電壓穩(wěn)成5V分別給單片機和電機驅(qū)動芯片供電。 7805電源模塊 電機及電機驅(qū)動模塊 電機方案的選擇：方案一：采用直流電機，優(yōu)點在于硬件電路設(shè)計簡單。當外加額定直流電壓時，轉(zhuǎn)速幾乎相等，調(diào)速性能較好，且性價比高。對于小車的行駛，能夠很好的控制。 方案二：采用步進電機，步進電機可以實現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)角輸出，只要施加合適的脈沖序列，電機可以按照人們的預定的速度或方向進行連續(xù)的轉(zhuǎn)動，便于控速，但是軟件程序的編寫較直流電機稍顯復雜。對比項直流電機步進電機調(diào)速性能較好較差位置控制精度較差好控制難易程度簡單較難價格低中綜合考慮，本智能車決定采用直流電機作為只能車的動力電機。 電機采用直流減速電機，直流減速電機轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，