【正文】 入信號因受干擾在閾值附近變化 時比較器輸出 會反復(fù)的從一個電平跳到另一個電平 。其中 X1與 Y1為第一級方向控制傳感器，X2與 Y2為第二級方向控制傳感器，并且黑線同一邊的兩個傳感器之間的寬度不得大于黑線的寬度。 A、 K之間接發(fā)光二極管， C、 E之間接光敏三極管（二者在電路中均正接，但要串聯(lián)一定阻值的電阻） ， 其 特點 如下 ： ① 采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成 。當紅外線傳感器在白 色物體上時，白色物體吸收的紅外線少，反射的紅外線少，紅外線接收器導(dǎo)通，輸出信號為 0。紅外線接收器在接受到一定強度的紅外線會后導(dǎo)通。 2) 前向通道的設(shè)計 本設(shè)計采用 ST188紅外傳感器作為探測行車路徑的檢 測元件。最簡單的開關(guān)量輸入通道就是一個具有 TTL電平的狀態(tài)開關(guān)，如水銀溫度觸點、溫度晶閘管、時間繼電器、限位開關(guān)等。同時使這些測量信號能滿足計算機輸入接口的電平要求。作為測試系統(tǒng)，對被測對象拾取必要的原始參量信號是系統(tǒng)的核心任務(wù)，對控制系統(tǒng)來說，對被控對象狀態(tài)的測試以及對控制條件的監(jiān)測也是不可缺少的環(huán)節(jié)。因此，前向通道設(shè)計與被測對象的狀態(tài)、特 征、所處環(huán)境密切相關(guān)。 MCS51系列的程序計數(shù)器 PC是 16位的寄存器，它具有 64KB的尋址能力。時鐘頻率選用 6MHZ時， C取 22uF，Rs取 200Ω， RK取 1KΩ。本設(shè)計就是用的按鍵手動復(fù)位。只要 VCC的上升時間不超過 1ms， 就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。 2) 復(fù)位電路 AT89C51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。電容值無嚴格要求， CX CX2可在 20pF到 100pF之間取值。內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。 圖 LM2940 參考電路圖 如圖 所示，采用兩路供電，這樣可以使用其中一路單獨為單片機，指示燈等供電。同時 LM2940 價格適中而且較容易購買，非常適合在本設(shè)計中使用。 電源是整個系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提，因此必須有一個合理的電源設(shè)計， 且 應(yīng)該主要注意穩(wěn)壓壓差和最大輸出電流兩個指標能否滿足設(shè)計要求。 3) 前向通道模塊 ，包括傳感器電路和放大電路。 小車轉(zhuǎn)向主要通過兩不同占空比的 PWM波 通過驅(qū)動電路來控制左右輪電機的轉(zhuǎn)速，由于占空比不同因此兩輪轉(zhuǎn)速不同，左輪快則向右轉(zhuǎn)反之則左轉(zhuǎn) 從而糾 正小車的狀態(tài) ，使之回到預(yù)設(shè)軌道上 。 系統(tǒng)上電后， 單片機 開始不停地掃描與 檢測電路 連接的 I/O 口 狀態(tài) 。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的簡易尋跡機器人設(shè)計 10 AT89C51 LN289N 直 流 電 機 晶振 復(fù)位 ST188 放大電路 電源 顯示模塊 本系統(tǒng)采用兩個顏色不同的的 LED燈來 顯示系統(tǒng)的運行狀況， 。 方案二：用電池串聯(lián) 68V電壓，接后續(xù)穩(wěn)壓電路，單片機與大電流器件分開供電，避免大電流器件對單片機造成干擾 。內(nèi)含兩個 H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外 接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。 其 性能可靠，具有自動保護功能， 但是它們都屬于不可逆變速控制 ， 其電流不能反向 ， 無制動能力 ， 也不能反向驅(qū)動 ， 電機只能單方向旋轉(zhuǎn) ， 因此這種驅(qū)動電路受到了很大的限制。 根據(jù)以上綜合比較，以及本設(shè)計 中受控電機的容量和直流電機調(diào)速的發(fā)展方重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的簡易尋跡機器人設(shè)計 9 向，本設(shè)計采用 PWM波 進行調(diào)速。 與 VM系統(tǒng)相比， PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點： 1) 由于 PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達 1： 10000左右。當晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時，電源電壓加到電動機上，當晶閘管關(guān)斷時，直流電源與電動機斷開，電動機經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。它的另一個缺點是運行條件 要求高，維護運行麻煩。 方案二：靜止可控整流器， 簡稱 VM系統(tǒng)。 旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機拖動直流電動機實現(xiàn)變流，由發(fā)電機給需要調(diào)速的直流電動機供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。 從成本分析，本設(shè)計用方案一。 方案二：采用步進電機。 電動機模塊 為了實現(xiàn)電動小車對行走路徑的準確定位和精確測量，有以下兩種方案： 方案一：采用直流電機。轉(zhuǎn)向和動力結(jié)合的電動小車是使用兩個獨立的電動機各自帶動一個輪胎位于兩側(cè)，通過兩個輪胎速度的改變實現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向輪可使用單輪。 綜上分析，本設(shè)計使用方案三。 方案三：采用 AT89C51單片機作為主控制器。本重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的簡易尋跡機器人設(shè)計 7 系統(tǒng)只需要完成信號檢測和電機 驅(qū)動的控制，邏輯功能簡單，對控制器的數(shù)據(jù)處理能力要求不高，所以不選擇此方案。 施密特觸發(fā)器是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的變形，它有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，觸發(fā)方式為電平觸發(fā)，只要外加觸發(fā)信號的幅值增加到足夠大，它就從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。所以抗干擾能力強。如果用這樣的輸出電壓控制電機或繼電器，將出現(xiàn)頻繁動作或起?，F(xiàn)象。 ③ 如果選用集成運放構(gòu)成比較器，為了提高響應(yīng)速度可以加限幅措施，以避 免集成運放內(nèi)部的管子進入深飽和區(qū)。電壓比較器的輸出從低電平變?yōu)楦唠娖剿毜臅r間稱為響應(yīng)時間。由于比較器的輸入信號是模擬量，而它的輸出電平是離散的，因此電壓比較器可作為模擬電路與數(shù)字電路之間的過渡電路。 比較器的特點： 1)工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài) 放大、運算電路為了實現(xiàn)性能穩(wěn)定并滿足一定的精度要求，這些電路中的運放均引入了深度負反饋；而為了提高比較器的反應(yīng)速度和靈敏度，它所采用的運放不但沒有引入負反饋，有時甚至還加正反饋。電壓比較器的功能是比較兩個電壓的大小，例如將一個信號電壓 Ui和一個參考電壓 Ur進行比較，在 UiUr和 UiUr兩種不同情況下，電壓比較器輸出兩個不同的電平，即高電平和低電平。例如，在測量 本設(shè)計中的光電檢測信號時需要把檢測過來的電平信號放大并濾除干擾，而且要求對共模干擾信號具有相當強的抑制能力。但是也存在著許多不足。 考慮到小車和路面的相對位置 ， 本設(shè)計 選擇方案三， 采用紅外線反射式光電檢測電路 。角度傳感器靈敏度合適，響應(yīng)速度好，但使用復(fù)雜，價格高昂，且不易購買。 傳感器模塊 方案一：采用光敏電阻組成光敏傳感器。 系統(tǒng) 總體框圖 根據(jù)設(shè)計要求 ， 小車 系統(tǒng)主要分為以下幾個模塊 : 單片機控制模塊 、 軌跡檢測模塊 、 電機驅(qū)動模塊 。 循跡原理 采用與地面顏色有較大差別的線條 (例如 白 色路面上畫一條 黑 色曲線 )作引導(dǎo)線 ， 由于不同顏色對光線的反射系數(shù)不同，因此可根據(jù)反射光的強弱來判斷路徑是否 正確。靈活應(yīng)用機電等相關(guān)學(xué)科的理論知識，聯(lián)系實際電路設(shè)計的具體實現(xiàn)方法，達到理論與實踐的統(tǒng)一。機器人要實現(xiàn) 循跡 功能，還可以擴展 自動避障 等功能，感知導(dǎo)引線和障礙物。其中包括研究使用遠程、 無人的方法來進行實現(xiàn)，如機器人、遠程監(jiān)控等。 2) 南京理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)、國防科技大學(xué)、清華大學(xué)等多所院校聯(lián)合研制了 ，該車裝有彩色攝像機、激光雷達、陀螺慣導(dǎo)定位等傳感器。最為突出的是，美國卡內(nèi)基 .梅隆大學(xué)（ Carnegie Mellon University） 機器人研究所一共完成了 Navlab系列的 10臺自主車（ Navlab1— Navlab10）的研究，取得了顯著的成就。在歐洲，普羅米修斯項目開始在這個領(lǐng)域的探索。 國外智能車輛的研究歷史較長 。 3) 傳感器設(shè)備，車速傳感器用來獲得當前車速，障礙物傳感器用來獲得前方、側(cè)方、后方障 礙物等信息。它具有道路障礙自動識別、自動報警、自動制動、自動保持安全距離、車速和巡航控制等功能。利用紅外光電傳感器 ST188 對路面 黑色軌跡進行檢測 ， 并將路面檢測信號反饋給單片機 ， 單片機對采集到的信號予以分析判斷 ， 及時控制左右輪 電機 的轉(zhuǎn)速 以調(diào)整小車轉(zhuǎn)向 ， 從而使小車能夠沿著 環(huán)形 黑色軌跡自動行駛 ， 達到自動尋跡 的目的 。重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的簡易尋跡機器人設(shè)計 目錄 摘 要 ............................................................. I ABSTRACT ............................................................ II ............................................................... 1 課題背景 ....................................................... 1 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析 ........................................... 1 課題研究的目的和意義 ........................................... 2 ....................................................... 3 循跡原理 ....................................................... 3 系統(tǒng)總體框圖 ................................................... 3 軌跡檢測模塊 ................................................... 4 傳感器模塊 .................................................. 4 檢測放大器方案 .............................................. 4 MCU 控制模塊 .................................................... 6 電機及驅(qū)動模塊 ................................................. 7 轉(zhuǎn)向和動力 .................................................. 7 電動機模塊 .................................................. 7 調(diào)速系統(tǒng) .................................................... 8 電機驅(qū)動模塊 ................................................ 9 電源模塊 ....................................................... 9 顯示模塊 ...................................................... 10 系統(tǒng)工作原理 .................................................. 10 .......................................................... 11 電源模塊設(shè)計 .................................................. 11 智能車電源設(shè)計要點 ......................................... 11 低壓差穩(wěn)壓芯片 LM2940 簡介 ................................. 11 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 ............................................ 12 前向通道設(shè)計 .................................................. 14 后向通道設(shè)計 .................................................. 20 后向通道簡介 .............................................. 20 后輪電機驅(qū)動模塊設(shè)計 ...................................... 21 .......................................................... 25 系統(tǒng)總體流程圖 ................................................ 25 PWM 調(diào)速簡介以及實現(xiàn) ........................................... 26 程序的模塊化設(shè)計 ......................................