【正文】 平。 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 采用數(shù)字接受器件 HS0038 對(duì)反射回來(lái)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，輸出 TTL 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 。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。 在選用驅(qū)動(dòng)芯片的過(guò)程 中，剛開(kāi)始我考慮了與小車配套的 傳統(tǒng)的功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。 因此 采用 STC89C52 單片機(jī)作為主控制器 ， STC89C52 是一個(gè)超低功耗，和標(biāo)準(zhǔn) 51 系列單片機(jī)相比較具有運(yùn)算速度 快，抗干擾能力強(qiáng)，支持 ISP 在線編程，片內(nèi)含 8k 空間的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀存儲(chǔ)器，具有 256 bytes 的隨 5 機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32個(gè) I/O 口， 3個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器。 可以 完成 前進(jìn)、后退 、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、左后轉(zhuǎn)、右后轉(zhuǎn)等動(dòng)作 滿足本次設(shè)計(jì)的要求。 該 玩具電動(dòng)車價(jià)格低廉，有 完整的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)和控制單元，其中傳動(dòng)裝置是我們所需的， 克服 了自己設(shè)計(jì)制作 STC89C52 單 片 機(jī) 電源模塊 顯示模塊 檢測(cè)避障 模塊 驅(qū) 動(dòng)模塊 看門狗電路 調(diào)速模塊 4 小車 時(shí) 周期較長(zhǎng) 的缺點(diǎn) 。當(dāng)然小車啟動(dòng)的時(shí)候就要 求開(kāi)始顯示小車與前面障礙物的距離。使用 51單片機(jī)的輸出端口產(chǎn)生四路占空比可調(diào)的 PWM 信號(hào) ,驅(qū)動(dòng)四輪兩路智能小車的軟件實(shí)現(xiàn)方法。由于采用了超聲波傳感器，它不受光照強(qiáng)弱和能見(jiàn)度的影響，能耗低，靈敏度高，即使在較復(fù)雜 的環(huán)境內(nèi)也可以工作。 根據(jù)題目的要求，確定 了 如下方案：在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車的基礎(chǔ)上，加裝光電、紅外 線，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的速度、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的智能控制。 智能小車可以理解為機(jī)器人的一種特例，它是一種能夠通過(guò)編程手段完成特定任務(wù)的小型化機(jī)器人。 本系統(tǒng)以設(shè)計(jì)題目的要求為目的，采用 80C51 單片機(jī)為控制核心，利用超聲波傳感器檢測(cè)道路上的障礙，控制電動(dòng)小汽車的自動(dòng)避障，快慢速行駛，以及自動(dòng)停車，并可以自動(dòng)記錄時(shí) 間、里程和速度。 I 摘 要 智能作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，無(wú)需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能高。與普遍意義上的機(jī)器人相比智能小車制作成本低廉，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，程序調(diào)試方便，具有很強(qiáng)的趣味性，為此其深受廣大機(jī)器人愛(ài)好者以及高校學(xué)生的喜愛(ài)。 本設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié)合，現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng)！智能的技術(shù)研究、應(yīng)用 也 都是非常有意義而且有很高的市場(chǎng)價(jià)值的。 智能小車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，有很大的擴(kuò)展空間，稍加改動(dòng)便可應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)生活中，也可作為高校學(xué)生以及廣大機(jī)器人愛(ài)好者學(xué)習(xí)研究使用。程序中 T0定時(shí)器采用中斷的方式 控制 PWM 信號(hào)的頻率 ,T1 定時(shí)器采用查詢的方式控制 PWM信號(hào)的占空比 。當(dāng)小車又檢測(cè)到障礙物時(shí)，說(shuō)明剛才向左轉(zhuǎn)的動(dòng)作行不通，此時(shí)就要求小車退后，一定時(shí)間以后再向右轉(zhuǎn)，然后再檢測(cè)障礙，如果又遇到障礙物就停車。 此 玩具電動(dòng) 小 車采用普通直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶負(fù)載能力 稍差，調(diào)速方面對(duì)程序要求較高。 減速電機(jī)扭矩大，轉(zhuǎn)速較慢，易于控制和調(diào)速，符合避障小車的要求。其指令系統(tǒng)和傳統(tǒng)的 8051 系列單片機(jī)指令系統(tǒng)兼容，降低了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的難度， 電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉 。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，成本低，加速能力強(qiáng)，但功率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)距運(yùn)行時(shí)，通過(guò)電阻的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大。且由 L298N 結(jié)合單片機(jī)可實(shí)現(xiàn)對(duì)小車速 度的精確控制。 用漫反射式光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行避障。但是這種電路在戶外容易受陽(yáng)光的影響。超聲波傳感器在避障的設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。 6 如果采用 雙電源供電。 但是這樣供電會(huì)比較簡(jiǎn)單， 且能夠找到基本符合要求的鎳鎘充電電池來(lái)供電， 單片 機(jī)的開(kāi)發(fā)板上就有一個(gè) 7805 穩(wěn)壓芯片可以利用，這樣在實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較可行，因此決定采用 鎳鎘充電電池 供電。 ● 使用電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。 STC89C52 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 10000 次 以上 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STC89C52 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。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行 I/O 口、串行口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。 ● 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 片內(nèi)為 128 個(gè)字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)，用來(lái)存儲(chǔ)程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖 、標(biāo)志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 ● 串行口 1個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式。 由上可見(jiàn)， STC89C52 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。 如圖 32 是本次設(shè)計(jì)用到的單片機(jī)開(kāi)發(fā)板實(shí)物圖 。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。電容值無(wú)嚴(yán)格要求，但電容取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響， CX CX2 可在 20pF 到 100pF 之間取值，但在 60pF 到 70pF 時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。 圖 3－ 4是單片機(jī)時(shí)鐘振蕩電路圖： 圖 3－ 4單片機(jī)時(shí)鐘振蕩電路 單片機(jī)復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位是使 CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作，例如復(fù)位后 PC＝ 0000H，使單片機(jī)從第 — 個(gè)單元取指令。 80C51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。圖中 S R2 構(gòu)成按鍵復(fù)位電路。只要保證 RESET 為高電平的時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期，便能正常復(fù)位。 圖 3－ 2 數(shù)碼管原理圖 圖 3－ 6 數(shù)碼管作為顯示部分 本電路采用四位一體共陰極數(shù)碼管，利用動(dòng)態(tài)掃描方式來(lái)完成顯示功能。 CPU 送來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)直接送入數(shù)碼管的段號(hào)碼，進(jìn)行數(shù)字顯示， 本次設(shè)計(jì)中采用了開(kāi)發(fā)板自帶的 ULN2021 作為數(shù)碼管的位選控制芯片，要控制右邊的數(shù)碼管中 的哪 個(gè)點(diǎn)亮只需要在 ULN2021 的 左邊的 A A A A4 端送入相應(yīng)的控制信號(hào)就可以點(diǎn)亮其中一位 。智能小車控制系統(tǒng)中對(duì)控制電機(jī)要求其體積小、重量輕、耗電少，另外還要求其有高可靠性、高精度和快速響應(yīng)等特點(diǎn)，主要集中在以下幾個(gè)方面 ● 高可靠性。從廣義上而言，直流電機(jī)特性的線性度 14 和失靈區(qū)會(huì)直接影響到系統(tǒng)的精度。 常用的控制電機(jī)有步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)兩大類。 ● 線性的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性。 ● 與步進(jìn)電機(jī)相比，小體積較易獲得大功率。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，改變電樞電壓可通過(guò)多種途徑實(shí)現(xiàn)，其中 PWM(脈寬調(diào)制 )便是常用 的改變電樞電壓的一種調(diào)速方法。而且采用 PWM 技術(shù)構(gòu)成的無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)．啟停時(shí)對(duì)直流系統(tǒng) 15 無(wú)沖擊，并且具有啟動(dòng)功耗小、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。 當(dāng)用單片機(jī) I/O 口輸出 PWM 信號(hào)時(shí)，可采用以下三種方法： 利用軟件延時(shí)。 利用單片機(jī) 單片機(jī) 自帶的 PWM 控制器。 L298N 是歐洲著名的SGS 公司的產(chǎn)品 ，為單塊集成電路、高電壓、高電流、四通道驅(qū)動(dòng)。 VCC引腳可以接 +12V 電源用來(lái)給芯片和電動(dòng)機(jī)供電。 . 圖 39 L298N 原理圖 圖 直流電機(jī)由驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 提供驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需要的電壓和電流，通過(guò)改變加在電動(dòng)機(jī)上的電壓的平均值來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。操作非常方便，能滿足直流減速電機(jī)的大電流 要求。 圖 312 電機(jī) 反 轉(zhuǎn) 示意圖 HC— SR04 超聲波測(cè)距模塊 HC— SR04 超聲波測(cè)距模塊可提供 2cm400cm 的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)高到 3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。 如表 32所示 表 32 HC— SR04 超聲波測(cè)距模塊 參數(shù) 如圖 313 所示， 板上 各引腳 的含義： VCC 供 5v 電源 、 Trig觸發(fā)控制信號(hào)輸入 、 Echo 回響信號(hào)輸出 、 out（空腳）、 GND 為地線。 把單片機(jī)的 P2 口的第四位定義為 Trig 位，單片機(jī)的 P3 口的第二位定義為Echo 位，然后單片機(jī)的引腳就可以直接用杜邦線接在超聲波傳感器的相應(yīng)引腳上。 如此不斷的 循環(huán) 測(cè) 量 ,就可以達(dá)到移動(dòng)測(cè)量的 目的了。由此通過(guò)發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)的時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。 22 圖 316 超聲波檢測(cè)電路 速度檢測(cè)模塊 采用光電編碼器對(duì)驅(qū)動(dòng)輪后輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行了實(shí)時(shí)檢測(cè)，將反饋信號(hào)輸入核心控制單元，并進(jìn)行處理，從而對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速、加減速進(jìn)行準(zhǔn)確快速的調(diào)節(jié)。 LED(發(fā)射端 )的出射光照射到一小段距離之外的光敏三極管 (接收端 )上，傳感器的狀態(tài)隨出射光是否被遮擋而改變。與反射 式光電開(kāi)關(guān)不同的是，在這里 LED 管的亮度不需要很高。如果接收端使用的是 PNP型光敏三極管，則采用電路 C。 電源模塊的設(shè)計(jì) 智能小車的供電設(shè)施是一塊充電電池，它有 低成本 ， 循環(huán)壽命長(zhǎng) ， 無(wú)污染 ，安全性能好 ， 溫度使用范圍廣 等特點(diǎn)。電路中的濾波電容 C16 可以改善輸出的電壓紋波。因此，對(duì)電源中的高頻分量，電解電容均含有電感，而集 成穩(wěn)壓器內(nèi)部帶有負(fù)反饋，在高頻下，通過(guò) C1 C18 的耦合，可能會(huì)使穩(wěn)壓器的輸出端產(chǎn)生有害振蕩。 25 4 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序流程圖 圖 41系統(tǒng)主程序流程圖 N 前方有障礙否 前進(jìn) 倒車 Y 右轉(zhuǎn) 發(fā)射檢測(cè)信號(hào) 減速 左轉(zhuǎn) 前方有障礙否 Y N 開(kāi)始 初始化 小車 加速 勻速前進(jìn) 顯示距離 里程 發(fā)射檢測(cè)信號(hào) 26 顯示子程序 設(shè)計(jì) 及流程圖 顯示程序： uchar code data_wei[]={0x01,0x02,0x04,0x08}。 //轉(zhuǎn)換距離變量送數(shù)碼管顯示 deal[1]=temp/10%10。 P1=data_wei[3]。 P0=table[deal[1]]。 P0=0。 P1=data_wei[1]。 } void T1_timer() interrupt 1 { flag=0。 //關(guān)閉計(jì)數(shù)器 T1 } void sensor() { TH0=0。 echo=0。 //發(fā)送觸發(fā)脈沖 delay_xus(1)。flag)。flag)。 low=TL0。 sbit key2=P2^6。a++) for(b=0。c++)。 //設(shè)置等待按鍵按下的時(shí)間 ，通過(guò)按鍵改變 n的值即可改變占空比 while(d) { if(key1==0) { delay(0)。 if(key2==0) { n。 //占空比為： n*100/1000 p1=0。如果操作者在場(chǎng)，就可以按下人工復(fù)位安鈕，強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位。 “ 看門狗”技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)，可由軟件實(shí)現(xiàn)，也可由兩者結(jié)合實(shí)現(xiàn)。 本設(shè)計(jì)采用第三種方案實(shí)現(xiàn) “ 看門狗”電路，下面就對(duì)該方案作以介紹。如系統(tǒng)工作不正常（如程序跑飛、死循環(huán)等），程序?qū)?4060 發(fā)不出掃描信號(hào)，分頻器記滿輸出一脈沖號(hào)使 CPU 復(fù)位。如果 Rs=450Ω， RT=45Ω， CT=1uF,則 f=10HZ。若沒(méi)有微分電路，掃描輸入信號(hào)上的“ 1”狀態(tài)封死 4060，使之不能記數(shù)，看門狗不起作用。 圖 51 看門狗電路圖 32 6 軟件的簡(jiǎn)單介紹 Keil 軟件 簡(jiǎn)介 單片機(jī)開(kāi)發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開(kāi)軟件，我們寫的 C語(yǔ)言源程序要變?yōu)?CPU 可以執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種