【正文】 多功能智能小車制作畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄摘 要…………………………………………………………………………… 2Abstract…………………………………………………………………………… 3目 錄……………………………………………………………………………… 4一、作品設(shè)計(jì)……………………………………………………………… … ……6智能小車的作用和意義…………………………………………………… ……7智能小車的現(xiàn)狀………………………………………………………………… 8二、硬件設(shè)計(jì)………………………………………………………………… …… 9（一）電源部分………………………………………………………………………9LM7805簡(jiǎn)介………………………………………………………… ………… 11LM7805穩(wěn)壓電路…………………………………………………… …………13（二）單片機(jī)的選擇…………………………………………………………………17主要優(yōu)勢(shì)…………………………………………………………………………18振蕩器特性………………………………………………………………………1889S51相對(duì)于89C51增加的新功能……………………………………… ……18芯片擦除 …………………………………………………………………………19 （三）功能引腳介紹………………………………………………………………22 各引腳功能簡(jiǎn)單介紹……………………………………………………………23 （四）最小應(yīng)用設(shè)計(jì)………………………………………………………………25三、方案比較與論證…………………………………………………………………27（一）控制模塊的選擇方案…………………………………………………………27（二）電機(jī)的選擇方案………………………………………………………………27（三）直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案……………………………………………………………28四、傳感部分…………………………………………………………………………30（一）紅外傳感器……………………………………………………………………30紅外傳感器的概述…………………………………………………… ……………30傳感器的市場(chǎng)前景…………………………………………………………………… 32（2） 紅外發(fā)射管………………………………………………………………32（三）紅外接收管………………………………………………………………………34紅外接收管的簡(jiǎn)介………………………………………………………………34紅外接收管的使用………………………………………………………………35（四）光電耦合………………………………………………………………………35 光電耦合的工作原理……………………………………………………………37 具體應(yīng)用…………………………………………………………………………45 （五）選取原則……………………………………………………………………47 （六）光電耦合的作用……………………………………………………………47 （七）控制電路圖………………………………………………………………49 五、程序設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………50 作品外觀照片……………………………… …………………………………64 結(jié)束語…………………………………………………………… ……………67 致 謝……………………………………………………………………………68 參考文獻(xiàn)………………………………………………… ……………………69 一、作品設(shè)計(jì)制作一智能小車，給小車通上電后，有必要可以手動(dòng)按下復(fù)位開關(guān)，在液晶上可以顯示小車最初的基本信息。按下啟動(dòng)開關(guān)小車開始向前運(yùn)動(dòng)，小車前頭裝有高大約10厘米的紅外發(fā)射與接收裝置，通過這個(gè)裝置來探測(cè)前方有無障礙。當(dāng)發(fā)出的紅外線遇到障礙時(shí)，紅外線被反射回來并被紅外接收管接收，并把信傳遞給單片機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)做出反應(yīng)并發(fā)出轉(zhuǎn)彎的命令，通過12864中文液晶顯示出來，人就可以看到小車遇到了障礙。當(dāng)小車第一次遇到障礙時(shí)，單片機(jī)發(fā)出向左90度轉(zhuǎn)彎的命令，如這時(shí)前方無障礙小車?yán)^續(xù)前進(jìn)。小車底部安裝3對(duì)光電耦合器傳感器，通過按鍵使小車進(jìn)入尋記功能，同時(shí)12864中文液晶顯示出來。當(dāng)小車底部左邊的傳感器檢測(cè)到白線時(shí)，小車右轉(zhuǎn)。當(dāng)小車底部右邊的傳感器檢測(cè)到白線時(shí)，小車左轉(zhuǎn)。當(dāng)小車底部中間的傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，小車左右轉(zhuǎn)直到傳感器一直在白線上，小車這樣一直尋記下去。同時(shí)小車車輪上安裝一個(gè)光電耦合器，來檢測(cè)車輪上的黑白線，計(jì)算小車行左的距離而且在12864上時(shí)時(shí)顯示。并通過液晶顯示小車在運(yùn)行中的情況。按下停止開關(guān)小車停止工作。參考小車外形如圖1。 圖1 小車外形圖(1)智能小車的意義和作用 自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領(lǐng)域。近年來機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們?cè)诓粩嗵接?、改造、認(rèn)識(shí)自然的過程中，制造能替代人勞動(dòng)的機(jī)器一直是人類的夢(mèng)想。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的感覺傳感器種類越來越多，其中視覺傳感器成為自動(dòng)行走和駕駛的重要部件。視覺的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)于視覺的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后，機(jī)器視覺需要通過大量的運(yùn)算也只能識(shí)別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡(jiǎn)單的目標(biāo)。視覺傳感器的核心器件是攝像管或CCD，目前的CCD已能做到自動(dòng)聚焦。但CCD傳感器的價(jià)格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢(shì)，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺的系統(tǒng)中考慮使用接近覺傳感器是一種實(shí)用有效的方法。 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。 該智能小車可以作為機(jī)器人的典型代表。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測(cè)部分、執(zhí)行部分、CPU。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能，還可以擴(kuò)展循跡等功能，感知導(dǎo)引線和障礙物?？梢詫?shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并檢測(cè)到障礙物自動(dòng)躲避?；谏鲜鲆?，傳感檢測(cè)部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可，所以可以舍棄昂貴的CCD傳感器而考慮使用價(jià)廉物美的紅外反射式傳感器來充當(dāng)。智能小車的執(zhí)行部分，是由直流電機(jī)來充當(dāng)?shù)模饕刂菩≤嚨男羞M(jìn)方向和速度。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)一般有兩種方案：第一，勿需占用單片機(jī)資源，直接選擇有PWM功能的單片機(jī)，這樣可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速；第二，可以由軟件模擬PWM輸出調(diào)制，需要占用單片機(jī)資源，難以精確調(diào)速，但單片機(jī)型號(hào)的選擇余地較大?？紤]到實(shí)際情況，本文選擇第二種方案。CPU使用STC89C52單片機(jī)，配合軟件編程實(shí)現(xiàn)。智能小車的現(xiàn)狀 現(xiàn)智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實(shí)質(zhì)成果。其基本可實(shí)現(xiàn)循跡、避障、檢測(cè)貼片、尋光入庫、避崖等基本功能，這幾節(jié)的電子設(shè)計(jì)大賽智能小車又在向聲控系統(tǒng)發(fā)展。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列。我此次的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)循跡避障這兩個(gè)功能。 二、硬件設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如ROM﹑RAM﹑I/O口﹑定時(shí)/記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等能量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤顯示器﹑打印機(jī)﹑A/D﹑D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。（一）電源部分電源電路如圖2 所示。 圖2 電源電路(2)小車采用+9V的直流電供電省去了整流橋電路和濾波電路，通過三端穩(wěn)壓集成電路LM7805得到系統(tǒng)工作的+5V的直流電壓，接一個(gè)發(fā)光二極管指示電源有無正常工作，電源接通時(shí)指示燈亮。負(fù)極接一個(gè)1N4007二極管防止電源插反時(shí)燒壞LM7805。 LM7805是常用的三端穩(wěn)壓集成電路，能提供DC 5V的輸出電壓，內(nèi)含過流和過載保護(hù)電路。只有三條引腳，分別是輸入端、接地端和輸出端。1腳輸入，2腳接地，3腳輸出，這種芯片極易發(fā)熱，當(dāng)輸出電流較大時(shí)，LM7805應(yīng)配上散熱板，帶散熱片時(shí)能持續(xù)提供1A的電流。它的封裝有TO 220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有l(wèi)m9013樣子的TO92封裝。我們這里采用TO220的封裝形式的芯片，也是一種比較普遍的封裝形式，市場(chǎng)上容易買到。 LM7805簡(jiǎn)介 三端穩(wěn)壓集成電路lm7805。電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的lm78 系列和負(fù)電壓輸出的lm79系列。顧名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO 220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有l(wèi)m9013樣子的TO92封裝。用lm78/lm79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的lm78或lm79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如lm7806表示輸出電壓為正6V，lm7909表示輸出電壓為負(fù)9V。 　　因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當(dāng)然小功率7805IC內(nèi)部電路圖的條件下不用）。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。 ，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來，但應(yīng)用時(shí)需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應(yīng)采用同一廠家、同一批號(hào)的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量，以避免個(gè)別集成穩(wěn)壓電路失效時(shí)導(dǎo)致其他電路的連鎖燒毀。 在lm78..、lm79 .. 系列三端穩(wěn)壓器中最常應(yīng)用的是TO220 和TO202 兩種封裝。這兩種封裝的圖形以及內(nèi)部電路圖。 LM7805 封裝圖（3）　　 LM7805內(nèi)部電路圖 （4） LM7905封裝（5） LM7905內(nèi)部電路圖（6）圖中的引腳號(hào)標(biāo)注方法是按照引腳電位從高到底的順序標(biāo)注的。這樣標(biāo)注便于記憶。引腳①為最高電位，③腳為最低電位，②腳居中。從圖中可以看出，不論正壓還是負(fù)壓，③腳均為輸出端。對(duì)于lm78**正壓系列，輸入是最高電位，自然是①腳，地端為最低電位，即②腳，如附圖所示。對(duì)與lm79**負(fù)壓系列，輸入為最低電位，自然是③腳，而地端為最高電位，即①腳，如上圖所示。 LM7805系列集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路圖，是一個(gè)輸出正5V直流電。　 LM7805引腳正確的順序：1腳接輸入，2腳接地，3腳接輸出。lm7805典型應(yīng)用: LM7805穩(wěn)壓電路（7） Lm7805穩(wěn)壓電路LM7805系列集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如下圖所示，這是一個(gè)輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。IC采用集成穩(wěn)壓器7805，CC2分別為輸入端和輸出端濾波電容，RL為負(fù)載電阻。當(dāng)輸出電較大時(shí)，7805應(yīng)配上散熱板。 +5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路（8） 下圖為提高輸出電壓的應(yīng)用電路。穩(wěn)壓二極管VD1串接在78XX穩(wěn)壓器2腳與地之間，可使輸出電壓Uo得到一定的提高，輸出電壓Uo為LM7805穩(wěn)壓器輸出電壓與穩(wěn)壓二極管VC1穩(wěn)壓值之和。VD2是輸出保護(hù)二極管，一旦輸出電壓低于VD1穩(wěn)壓值時(shí)，VD2導(dǎo)通，將輸出電流旁路，保護(hù)7800穩(wěn)壓器輸出級(jí)不被損壞。 　　 提高輸出電壓的應(yīng)用電路（9） 為提高輸出電壓的應(yīng)用電路。穩(wěn)壓二極管VD1串接在lm78XX穩(wěn)壓器2腳與地之間，可使輸出電壓U o得到一定的提高，輸出電壓U o為78XX穩(wěn)壓器輸出電 壓與穩(wěn)壓二極管VC1穩(wěn)壓值之和。VD2是輸出保護(hù)二極管，一旦輸出電壓低于VD1穩(wěn)壓值時(shí)，VD2導(dǎo)通，將輸出電流旁路，保護(hù)lm7800穩(wěn)壓器輸出級(jí)不被損壞。 　　為輸出電壓可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的應(yīng)用電路。由于RRP電阻網(wǎng)絡(luò)的作用，使得輸出電壓被提高，提高的幅度取決于RP與R1的比值。調(diào)節(jié)電位器RP，即 可一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓。當(dāng)RP=0時(shí)，輸出電壓Uo等于lm78XX穩(wěn)壓器輸出電壓；當(dāng)RP逐步增大時(shí)，Uo也隨之逐步提高。 為擴(kuò)大輸出電流的應(yīng)用電路。VT2為外接擴(kuò)流率管，VT1為推動(dòng)管，二者為達(dá)林頓連接。R1為偏置電阻。該電路最大輸出電流取決于VT2的參數(shù)。此外，還應(yīng)注意，散熱片總是和最低電位的第③腳相連。這樣在lm78**系列中，散熱片和地相連接，而在lm79**系列中，散熱片卻和輸入端相連接。 7805電參數(shù)（10）(二) 單片機(jī)的選擇對(duì)于單片機(jī)的選擇，可以考慮使用8031與8051系列，由于8031沒有內(nèi)部RAM，系統(tǒng)又需要大量內(nèi)存存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，因而不適用。AT89C51 是