【正文】 直流電機的控制一般由單片機的 PWM 信號來完成，因為單片機引腳產(chǎn)生的電流很小，不足以驅動需要大電流的電機，所以在這里我們采用電機驅動芯片L9110，讓單片機控制他，來間接的驅動電機，他的輸入只要一個單片機信號，輸出腳可以輸出很大的電流。兩個輸出端能直接驅動電機的正反向運動，它具有較大的電流驅動 能力，每通道能通過750~800mA 的持續(xù)電流，峰值電流能力可達 ~；同時它具有較低的輸出飽和壓降；內置的鉗位二極管能釋放感性負載的反向沖擊電流，使它在驅動繼電器、直流電機、步進電機或開關功率管的使用上安全可靠。 所以采取此方案。 CMOS 電平中，高電平（ ~5V）為邏輯 1,低電平（ 0~）為邏輯 0.RS232 接口的電平范圍是 15V 到+15V,RS232 電平采用負邏輯，即邏輯 1:3~15V,邏輯 0:+3~+15V. 單片機的串口是 TTL 電平的，而計算機的串口是 RS232 電平，要使兩者之間進行通信，兩者之間必須有一個電平轉換電路，即單片機的串口要外接電平轉換電路芯片把與 TTL 兼容的 CMOS 高電平表示的 1 轉換成 RS232 的負電壓信號，把低電平轉換成 RS232 的正電壓信號。12V 的單電源系統(tǒng)。 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 22 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 23 紅外發(fā)射與接收模塊 一、 無線遙控原理 一個完整的遙控電路由發(fā)射部分和接收部分組成。如果是多路控制可以采用 每一路寬度不同的方波，或是頻率不同的方法去調制高頻載波，組成一組組的已調制波，作為控制信號向空中發(fā)射。②具有較高的選擇性和較好的頻率特性。而間歇振蕩又是在高頻振蕩過程中產(chǎn)生的，反過來又控制著高頻振蕩器的振蕩和間歇。 紅外信號收發(fā)系統(tǒng)的典型電路如圖１所示 圖 1 紅外遙控系統(tǒng) 二、 一體化紅外接收頭 紅外接收電路通常被廠家集成在一個元件中，成為一體化紅外接收頭。注意輸出的高低電平和發(fā)射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度。有的廠家建議在供電腳和電源之間接入330 歐電阻，進一步降低電源干擾。 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 25 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 26 4 智能小車軟件設計 開始 系統(tǒng)初始化 執(zhí)行主程序小車前進 電機模式選擇 電機左轉 電機反轉 電機右轉 N 是否偏離跑道 控制算法 控制算法 控制算法 返回跑道否 返回跑道否 返回跑道否 N N Y N Y Y Y 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 27 圖 11 整體程序流程 圖 流程圖說明：首先開始啟動，進入系統(tǒng)初始化定義引腳，執(zhí)行主程序小車前進。反復的重復這樣的動作就可以實現(xiàn)尋跡的功能。也就是說讓小車在行駛出跑道后，能在最短的時間內回到跑道上。 判斷光敏電阻狀態(tài) 點亮前端LED 燈 無光 熄滅前端LED 燈 有光 判斷話筒狀態(tài) 等待信號 無聲 有聲 恢復小車運行狀態(tài) 再次有聲 開始 開始 改變小車運行狀態(tài) 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 29 最小拍閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的確定 首先根據(jù)對控制系統(tǒng)性能指標的要求和其他約束條件，構造系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。在典型輸入信號作用下，經(jīng)過最少拍，使輸出量采樣時刻的數(shù)值能完全跟蹤參考輸入量的數(shù)值，跟蹤誤差為零的系統(tǒng)稱 為最少拍系統(tǒng)。亦即希望系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)為 101 ()() kk kFzH z a a z a z z??? ? ? ? ? （ 44） 式中： F(z)為 H(z)的分子多項式， k 為某一整數(shù)。將式（ 44）代入 D(z)表示式，得 )]([ )()(1)(1 )()(1)( zFz zFzGzH zHzGzD k ?????? （ 45） 如果 m和 n分別為對象和保持器的組合脈沖傳遞函數(shù) G(z)的分子和分母的階次，l 為式（ 45）中 F(z)的階次，要使 D(z)能實現(xiàn)，就應使分母的階次大于分子的階次 k n m l? ? ? （ 46） 由式（ 46）可見，當 0l? 時， H(z)的分子 0()F z F??常數(shù)，暫態(tài)響應的持續(xù)節(jié)拍數(shù)最少。只要查出直流電機傳遞函數(shù)就可以求得最少拍控制器 D(Z)。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全 Windows 界面。 C51開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的源程序要變?yōu)?C51 可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。 KeilC51 mVision2 集成開發(fā)環(huán)境是 KeiSoftwre， lnc/KeilElektronikGmbH 開發(fā)的基于 80C51 內核的微處理器軟件開發(fā)平臺，內以多種符合當前工 業(yè)標準的開發(fā)工具，可以完成從工和建立、管理，編譯，連接，目標代碼的生成，軟件訪真，硬件訪真等完整的開發(fā)流和。 （ 3） A51 宏匯編器：從 80C51 匯編冤代 碼產(chǎn)生可重定位的口標模塊。 （ 7） RTX51實時操作系統(tǒng)：簡化了復雜的實時應用軟件項口的設計。 KeilC51 以直接支持 80C51 結構的特性。當連接器處理一個庫時，僅僅使用了庫中程序使用的目標模塊而不是全部加以引用。 （ 5） mVision2 硬件調試器 mVision2 調試器響您提供廠幾種在實際目標硬件上測試程序的方法。這個內核完全集成在 C51 編譯器中，使用非常簡單，任務描述表和操作系統(tǒng)的統(tǒng)一性由 BL51 連接器 /定位器自動進行控制。 首先在下載之前必須在 Keil C51 中生成可下載文件 .HEX 與 .BIN 文件。, 分別通過 LG9110 電機驅動來驅動電機 1 和電機 2。同時 與 的信號狀態(tài)將通過 和 顯示出來。 5 當燒寫話筒識別功能時小車可以實現(xiàn)通過話筒感應外界干擾 當在話筒上方有響聲出現(xiàn)時小車前段的兩個狀態(tài)指示燈通過閃爍可以實現(xiàn)話筒識別功能。但是循跡的路線和角度 ，必須通過大量的實驗總結出最佳的循跡路線和角度。本設計主要是把傳統(tǒng)智能循跡小車系統(tǒng)和可編程電子器件結合起來設計智能循跡小車系統(tǒng)，并通過人工智能算法實現(xiàn)一定的智能化的方法。由于單片機技術已經(jīng)相當成熟， 因此單片機系統(tǒng)的建立是可行的。各個功能在硬件和軟件的設計上都實現(xiàn)了模塊化。 （ 3）系統(tǒng)經(jīng)過測試，雖然存在著一定的問題，但能夠實現(xiàn)小車的循跡功能、尋光功能，基本上能實現(xiàn)小車的路徑規(guī)劃功能?？梢愿倪M為：用一個攝象頭把小車所要行走的區(qū)域拍攝下來然后經(jīng)過圖像的處理，把區(qū)域變成一張表格，再用一個二維數(shù)組來表示這張表格。在這種情況下可以增加舵機，控制舵機來達到智能玩具車按照預定角度轉向的功能。 （ 2）本設計的創(chuàng)新之處在于把一個人工智能算法（ A*算法）引入小車的設計中，實現(xiàn)控制小車的作用。紅外探頭傳感器具有精度高、成本低、體積小、接口簡單等優(yōu)點；另外再加上 AT89C52RC 單片機與電機驅動芯片的結合，實現(xiàn)了智能小車的尋跡功能。 通過一個多月的畢業(yè)設計 ,從理論和實踐都證實了智能小車的研制與設計設計的可行性。 電池采用南孚電池或其他高性能電池。 7 當給小車燒寫循跡程序時 ，小車 能夠按照鋪好的黑色路線行走。 圖 15 程序下載軟件界面 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 35 1 62 53 84 7l911010uFC1V3 V4220R110KRX11V6 V5V1 V215KR8220R615KR5220R315KR4D1D212Z1 30pFC7 30pFC810KR15 10uFC61 62 53 84 7l9110MM1MM210KRX1210KRX1310KRX1410KRX18C2104C3104RST9EA1011121314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE303233343536373839VCC40AT89S51R14T28550560R7560R2BT1S3 圖 16 部分硬件原理圖 6 功能與調試 1 當燒寫入程序狀態(tài)指示燈程序時小車的 8 個狀態(tài)指示燈一起閃爍，完成實驗效果較好 2 當燒寫入流水燈演示程序時小車的程序指示燈依次實現(xiàn)從 左向右閃爍，從右向左閃爍，從倆邊向中間閃爍，從中間向倆邊閃爍。小車行走時會通過, 的紅外接收探頭來進行檢測。 單片機的 I/O 分配 以 AT89C52RC 為主芯片。 下載調試 下載調試工具有 很多，本次設計用的下載器為 STC_ISP_V483，這類下載器兼容 AT， STC 系列的單片機下載程序。 （ 6） RTX51 實時操作系統(tǒng) RTX51 實 時操作系統(tǒng)是針對 80C51 微控制器系列的一個多任務內核。絕對地址目標文件或模塊包括不可重定位的代碼和數(shù)據(jù)，所有的代碼和數(shù)據(jù)都被個在具體的存儲器單元中。 （ 2） LIB51 庫管理器 BL51 庫管理器可以從由匯編器和便宜器創(chuàng)建的目標文件建立 目標庫。 （二） Keil C51 集成工具和用途 mVision2 支持所有的 Keil80C51 的工具軟件，包括 C51 編譯器、宏匯編器、連接器 /定位器和目標文件至 Hex 格式轉換器， mVision2 可以自動完成便宜、匯編、連接程序的操作。 （ 5） LIB51 庫管理器：從口際模塊生成連接器可以使用的庫文件。 KeilC 51 集成開發(fā)環(huán)境的主要環(huán)境的主要功能是以下幾點： 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 32 （ 1） mVision2 for WindowsTM：是一個集成開發(fā)環(huán)境，它將項目管理，源代碼編輯和程序調試等組合在一個功能強大的 Z1環(huán)境中。 從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。經(jīng)過編譯、環(huán)境下載調試、單片機資源劃分。這時應有 k n m?? （ 47） 這是過渡過程所能達到的最低極限節(jié)拍數(shù)，它規(guī)定了“最少拍”的極限數(shù)。式（ 44）表明了離散系統(tǒng)中，為了使過渡過程較快地結束應符合的條件。 其中， GP(S)為被控對象 H0（ S）為零階保持器， D(Z)即為待設計的最少拍控制器 。根據(jù)此約束條件可以構造出系統(tǒng)的誤差脈沖傳遞函數(shù)。下面先從簡單情形開始介紹最少拍控制器的設計。所以 ，最少拍控制系統(tǒng)，也稱最少拍無差系統(tǒng)，最少拍隨動系統(tǒng)，實質上是時間最優(yōu)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的性能指標就是系統(tǒng)的調節(jié)時間最短或盡可能短。如果小車偏離跑道，會給單片機一個低電平信號進入電機模式選擇，例如：小車往左跑道偏出，傳感器開始掃描，當紅外接受 探頭接受到紅外光線，給單片機底電平信號，這時經(jīng)過單片機內部程序的處理設置合理的延時時間函數(shù)，同時電機左轉。該 IC 具有 3種功能。根據(jù)發(fā)射端調制載波的不同應選用相應解調頻率的接收頭。紅外監(jiān)測二極管監(jiān)測到紅外信號，然后把信號送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠近。這個頻率選低了，電路的抗干擾性能較好，接收靈敏度降低；反之亦然。缺點是電路比較復雜，同時也存在著一些特殊的干擾，如像頻干擾、組合頻率干擾和中頻干擾等。超外差原理利用本地產(chǎn)生的振蕩波與輸入信號混頻，將輸入信號頻率變換為某個預定的頻率的電路。用來產(chǎn)生載頻振蕩的電路一般有多諧振蕩器、互補振蕩器和石英晶體振蕩器等。 圖 MAX232 芯片引腳 由于 Protues 仿真時不需進行電平轉換，所以仿真時沒有用上 MAX232 芯片電路，但做實物時需進行電平轉換，其硬件連線圖如圖 所示。MAX232 芯片內部有一個電壓 轉換器 ，可以把輸 人 的 +5V 電壓轉換為湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 21 RS232 接口所需的 177。電平范圍是電路能夠安全可靠識別信號的電壓范圍。這樣電機啟動及制動時的短暫電壓干擾不會影響到邏輯單元和單片機的工作。