【正文】 迅猛發(fā)展，人們對生活、生產、工具使用安全性的要求也越來越高，相比于古代的人力，人們現在更愿意讓機器去代替人力來完成一些工作，因此，科學技術的發(fā)展必然會改變這一現狀，各類高科技產品交替衍生，小則人們的衣食住行，行車安全，智能交通，兒童玩具等，大則到國家的國防安全，航天航空領域，外太空探索等，這些都已成為人們生活必不可少的一部分。但是在大多數專家學者看來，所謂機器人就是通過軟件編程控制硬件，使其能夠實現它應該完成的功能。 智能小車就是在這樣的前提下演變而成的，智能小車其實就是一種簡易的智能機器人，它具有很強的自我組織能力和自我適應能力，可以在沒有人操作的情況下完成很多提前規(guī)劃好的任務。社會的發(fā)展，科技的進步，使得如今技術越來越向利益方向發(fā)展，歐美各國及日本等發(fā)達國家都對該研究方向做出一定的探索和研究，并且取得了比較可觀的成果。 畢業(yè)設計目標與內容 研究 US100 超聲波模塊的測距工作原理，學習本模塊的使用方法；研究車輪電機的驅動方法，并了解電機的負載及其驅動電壓，設計合理的電機驅動電路；用 CCS 編寫程序，實現智能避障小車的控制算法，利用 US100 超聲波測距模塊，測量障礙物和小車之間的距離，通過單片機程序的編寫驅動超聲波模塊反饋的距離，與在設計中的設定值進行比較，當距離小于設定值時，小車能夠自動避開障礙物并繼續(xù)前進。通過對本次設計中的方法和方式進行總結，得出本次設計的結論，并總結設計收獲 和體會，同時指出再設計工作中的不足之處和需要改進的地方。本設計中對速度無要求，要穩(wěn)定巡線，調速運行，用 1： 120 的電機， 6V 電壓，速度約 90 轉 /分鐘，可以載重 1 公斤左右。 ULN20xx 采用 DIP—16 或SOP—16 塑料封裝。 ULN20xx 是大電流驅動陣列 ,多用于單片機、智能儀表、 PLC、數字量輸出卡等控制電路中。 引腳介紹如表 所示 ： 表 ULN20xx 各個引腳功能介紹 Table ULN20xx introduced the function of each pin 引腳 1 CPU 脈沖輸入端，端口對應一個信號輸出端。單片機的實物圖如下圖 所示： 表 MSP430F140 單片機的片內部構成 MSP430F140 MCU internal structure 片內構成 數量 /片 16 位定時器 2 個 比較器 1 個 看門狗 1 個 P 口 6 路 DCO 內部晶體振蕩器 1 個 異步通信端口 2 路 外部時鐘 2 個 天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計說明書 9 圖 MSP430 單片機實物圖 MSP430 MCU Physical Map MSP430F149 單片機的規(guī)格如下表 所示 ，功能框及模塊復位電路如下如 和 所示： 表 MSP430 單片機規(guī)格 MSP430 microcontroller specifications 程序存儲器類型 Flash 工作電源電壓 V to V 程序存儲器大小 60 KB 最大工作溫度 + 85 C 數據 RAM 大小 2 KB 封裝 / 箱體 LQFP 接口類型 SPI or UART or USART 封裝 Tube 最大時鐘頻率 8 MHz 最小工作溫度 40 C 可編程輸入 /輸出端數量 48 片上 ADC 8chx12bit 定時器數量 2 圖 MSP430F149 功能框圖 MSP430F149 functional block diagram 天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計說明書 10 圖 單片機復位模塊電路 MCU reset circuit module MSP430 系列單片機具有一種活動模式和五種軟件可選的低功耗運行模式。 NMIIE：非屏蔽中斷使能信號。各種讀，寫和擦除操作都必須在正確的下載環(huán)境中完成。 其端口功能如下表 所示： 表 MSP430 單片機端口功能 SCM MSP430 port function 端口 功能 P P2 I/O、中斷功能、其他片內外設功能 P P P P P6 I/O、其他片內外設功能 S、 COM I/O、驅動液晶 閃速存儲器有 n 段主存儲器和每段 128 字節(jié)的兩段。段 A 和 B可以分別擦除，或與段 0 到 n 作為一組擦除。編程和擦除定時由閃速存儲器中的硬件控制，無需軟件干涉。端口 P1 和 P2 用個控制寄存器，端口 P3， P4，P5， P6 僅使用 4 個寄存器，為應用提供數字輸入 /輸出的最大靈活性：所有單 I/O 口可獨立編程。 MSP430F149 單片機特點： ① 低電壓、超低功耗。 ③ 16 位精簡指令集 MCU，命令周期 125nS。具有捕獲、門限功能。方便簡單。本設計中繼電器與 ULN20xx 同時焊接在一塊 PC 板上，方便 接線。 天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計說明書 17 US100 的實物圖如下圖 和 所示： 圖 US100 正面圖 US100 front view 圖 US100 背面圖 On the back of the US100 map 下圖 為 US100 超聲波測距儀的五個管腳及模式選擇跳線接口 圖 模式選擇跳線接口 Mode selection jumper interface 本模塊的尺寸： 45mm*20mm*。 3 號 Pin：當為異步收發(fā)接收器模式時，接外部電路異步收發(fā)接收器的 RX 端；當為電平觸發(fā)模式時，接外部電路的 Echo 端。 注：不管溫度是多少，只需將聲速看作是 340M/S 即可。 天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計說明書 20 第三章 程序編寫 US100 超聲波測距模塊程序 void SendChar(unsigned char Data) { while(!(IFG1amp。URXIFG0))。 Data_H=GetChar()。 第二步：觸發(fā) trig 端之后，模塊自動發(fā)送 8 個 40khz 的方波，模塊再自動檢測是否有信號返回 [10]。 串口觸發(fā) 輸出格式說明：模塊每次輸出一幀，含 4 個 8 位數據，幀格式為：天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計說明書 21 0XFF+H_DATA+L_DATA+SUM 第一步： 0XFF：為一幀開始數據，用于判斷。其 0XFF+H_DATA+L_DATA=SUM（僅低 8 位） 。 圖 USART 的控制寄存器和工作模式 USART control register and work mode 串口通訊 的控制寄存器是 其八個寄存器之中的一個，表 是其位的格式。 單片機的主電路圖如下圖 所示 ,單片機的引腳圖如下圖 所示： 圖 單片機電路圖 Microcontroller circuit diagram PENV：校驗使能位。為 0 時，奇校驗，為 1 時進行偶校驗。 CHAR：字符長度位。 本設計中主要是利用 MSP430 的異步通信（ UART）模式原理實現單片機與 PC 機之間的串口通信的。本設計選用串口 1 與上位機進行通信。 （ 4）可編程實現波特率調整。 三、基本通信協議： 在 PC 機和多臺單片機的通訊中，確定一個明確而合理的通訊協議是關鍵，包括對數據格式、通訊方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統一規(guī)定。 交流直接驅動即為在電機上加交流電壓 220V，電機能夠正常工作，切工作頻率是50HZ。但是在使用時 必須提供足夠大的電流的三極管來進行開關處理，電機運轉速度比較低，電機震動比較大，發(fā)熱大 。 在本次設計中，采用的是直流變速電機，該 電機采用扭力強勁抗干擾強磁電機 ， 超省電，空轉電流 ,電機運行穩(wěn)定，無抖動。但是后來在實驗中發(fā)現 MSP430 單片機的 P34 端口的輸出電壓不足以驅動電機轉動，影響后續(xù)工作的進行。 US100 超聲波測距儀器 超聲波測距儀的端口配置如下 圖 所示 ： 圖 模式選擇跳線接口 Mode selection jumper interface 自左至右依次編號 1， 2， 3， 4， 5，定義如下： 1 VCC，電源正極入口， 寬電壓。 繼電器 在本設計中采用 HK4100F 電磁繼電器來驅動電機負載。當繼電器吸合時， 12 將接通，相當于是開關閉合。 當單片機的 P34 引腳輸出高電平是，三極管 T5 截止，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也將熄滅，繼電器的常開觸點釋放，相當于開關斷開。小容量直流電機廣泛作為測量、執(zhí)行元件使用。 基本直流變速電機工作原理如下表 所示： 表 基本電機變速工作原理 The basic working principle of variable speed motor 電機類型 變速原理 小型直流電機 調整電樞電壓 交流繞線電機 調整轉子繞組 鼠籠式電機 改變繞組接線方式 本電機所需要的驅動電壓位 6V，所以需要用繼電器來間接控制。使本小車在無人監(jiān)控的情況下，距離障礙物 20CM 的時候會進行自動避障，因為在本設計中所使用的電機為變速電機而不是舵機，所以只能使小車在轉彎的時候按照程序中所給的自動向左轉動，直至沒有障礙物，才會進行向前直走。所以在這之后，小車就會發(fā)生向左轉動的動作。我們就可以判斷出來此時在小車的正前方已經沒有了障礙物，小車可以直接向前走。因此只能采用 TT 變速電機來驅動，以實現本設計的最初目的。剛開始的那 幾天，在圖書館借了幾本關于單片機學習的書本，每天在宿舍學習單片機的串口、引腳、以及各個部件的運用知識。以后要強調時間觀念，按時并且爭取在規(guī)定時間內完成最初階段指定的任務。后來在調試中發(fā)現小車行駛速度并不是很快，而且沒有必要使用舵機驅動小車前進，一般的變速電機就足以完成最初設計的目的。導師淵博的專業(yè)知識，嚴謹的治學態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制， 部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導師簽名： 日期： 年 月 日 天津理工大學中環(huán)信息學院 20xx 屆本科畢業(yè)設計說明書 39 注 意 事 項 （論文）的內容包括： 1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字 左右）、關鍵詞 4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論 7）參考文獻 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） ：理工類設計（論文）正文字數不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數不少于 萬字。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權說明 本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热荨１菊撐膹倪x題到完成，每一步都是在導師的指導下完成的，傾注了導師大量的心血。因此我感覺到：在同樣一個目的的驅使 下，簡單的方法總是