【正文】 據(jù)及測試結(jié)果分析：⑴ 計(jì)時(shí)精度分析 計(jì)時(shí)系統(tǒng)采用了新型顯示芯片。如果我們把這段程序的入口標(biāo)號記為 ERR 的話，軟件陷阱即為一條無條件轉(zhuǎn)移指令，為了加強(qiáng)其捕捉效果，一般還在它前面加兩條 NOP 指令，因此真正的軟件陷阱由3條指令構(gòu)成：NOPNOPERR軟件陷阱安排在以下四種地方： (1)未使用的中斷向量區(qū)。指令冗余技術(shù)可以減少程序彈飛的次數(shù)，使其很快進(jìn)入程序軌道，但這并不能保證在失控期間不干壞事，更不能保證程序納入正常軌道后就太平無事了，解決這個(gè)問題必須采用軟件容錯(cuò)技術(shù)。因此，我們應(yīng)多采用單字節(jié)指令（NOP)或?qū)巫止?jié)指令重復(fù)書寫，這便是指令冗余。 指令冗余技術(shù)當(dāng)CPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來執(zhí)行，引起程序混亂。在軟件上，最為有效的方法就是重復(fù)輸出同一個(gè)數(shù)據(jù)。前者有良好的抗‘毛刺’干擾能力，后者不耐干擾，當(dāng)鎖存線上出現(xiàn)干擾時(shí)，它就會盲目鎖存當(dāng)前的數(shù)據(jù)，也不管此時(shí)數(shù)據(jù)是否有效。若多次采樣后，信號總是變化不定，可停止采集，給出報(bào)警信號，由于開關(guān)量信號主要是來自各類開關(guān)型狀態(tài)傳感器，如限位開關(guān)、操作按鈕、電氣觸點(diǎn)等，對這些信號的采集不能用多次平均的方法，必須絕對一致才行。（2）數(shù)字濾波可以根據(jù)信號的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便，功能強(qiáng)的特點(diǎn)。對于隨機(jī)干擾，我們可以用數(shù)字濾波方法予以削弱或?yàn)V除。 數(shù)字濾波技術(shù)一般單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的模擬輸入信號中，均含有種種噪音和干擾，它們來自被測量本身、傳感器、外界干擾等。 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法是各個(gè)獨(dú)立模塊程序分布設(shè)計(jì)，然后所有程序連接組成系統(tǒng)程序，程序調(diào)試方法采用自上而下的調(diào)試方法，即對單獨(dú)調(diào)試好每一個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)用，然后連接成一個(gè)完整的系統(tǒng)調(diào)試。為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常把整個(gè)過程分成若干個(gè)部分，每一部分叫做一個(gè)模塊。對于本系統(tǒng)，軟件更為重要。只要能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的控制信號的數(shù)字設(shè)備都可以用來控制舵機(jī)，比方PLC、單片機(jī)等。 ；舵機(jī)內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期20ms，有一個(gè)比較器，將外加信號與基準(zhǔn)信號相比較，判斷出方向和大小，從而產(chǎn)生電機(jī)的轉(zhuǎn)動信號。此時(shí)加在電機(jī)兩端的平均電壓為：通過調(diào)整PWM波的占空比，改變Th和Tl的比值，從而改變了加在電機(jī)兩端的平均電壓U的大小，最終實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速。只要改變控制電壓的極性,也就改變了PWM變換器輸出平均電壓的極性，因而改變了電動機(jī)的轉(zhuǎn)向。 圖23 邏輯電平與電機(jī)轉(zhuǎn)動情況表 圖24 H橋功放電路圖25 L298N電機(jī)驅(qū)動電路 PWM調(diào)速實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制器本身是一個(gè)由運(yùn)算放大器和幾個(gè)輸入信號組成的電壓比較器。由主控程序控制這幾個(gè)腳就可以達(dá)到控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的目的。圖22 紅外檢測電路電機(jī)的選擇，有以下幾種電機(jī)可供選擇：步進(jìn)電機(jī)，伺服電機(jī)，直流電機(jī)，直流減速電機(jī)。如果發(fā)射管和接收管之間的障礙物時(shí)有時(shí)無，則接收管的狀態(tài)就呈現(xiàn)0和1的交替，形成脈沖信號。這個(gè)系列的傳感器種類齊全、價(jià)格便宜、體積小、使用方便、質(zhì)量可靠、用途廣泛。由于直流電機(jī)的額定電壓大且額定電流大，可直接由12V而不經(jīng)降壓為其供電，電機(jī)驅(qū)動電源由它來提供的。 系統(tǒng)各模塊的最終方案經(jīng)過論證，得到各個(gè)模塊的最終應(yīng)用方案，方案如下：(1) 控制器模塊：采用MicroChip公司單片機(jī)PIC16F877A作為小車運(yùn)動的控制核心；(2) 尋線前進(jìn)和障礙物檢測躲避模塊：采用ST168型紅外線傳感器來進(jìn)行信號采集；(3) 小車電機(jī)驅(qū)動模塊：采用了L298N電機(jī)驅(qū)動芯片控制電機(jī)；(4) 小車方向調(diào)整模塊：采用舵機(jī)的PWM波控制；(5) 電源模塊：采用12V電池組經(jīng)7805穩(wěn)壓后作為單片機(jī)、紅外傳感器、舵機(jī)等的電源，12V電池組直接作為直流電機(jī)的電源；(6) 直流調(diào)速系統(tǒng)：由單片機(jī)的CCP模塊產(chǎn)生的PWM波控制電機(jī)的速度。 電源模塊方案一：采用普通電池，選用7節(jié)電池給直流電機(jī)供電，經(jīng)7805穩(wěn)壓管對單片機(jī)、光電傳感器、金屬接觸傳感器等供電，但對直流電機(jī)影響很大，電機(jī)轉(zhuǎn)速變化大，對任務(wù)的完成極為不利。利用電機(jī)差速原理控制小車轉(zhuǎn)向，能夠?qū)崿F(xiàn)原地任意角度的轉(zhuǎn)向。 電機(jī)驅(qū)動模塊小車電機(jī)驅(qū)動模塊是本系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于控制小車的運(yùn)行。遮光盤及槽型光電耦合器均安裝在不透光的盒子里，以避免外界光線的干擾，使電路不能正常工作。遮光盤在凹槽中轉(zhuǎn)動時(shí)，缺口進(jìn)入凹槽時(shí)，紅外線可以通過，缺口離開凹槽紅外線被阻擋。 圖117 行車速度檢測電路 紅外測速由測速輪，遮光盤，紅外光電耦合器及凹槽型支架組成的?？赡鍼WM變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有H型、T型等類型。根據(jù)以上綜合比較，以及本設(shè)計(jì)中受控電機(jī)的容量和直流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，本設(shè)計(jì)采用了H型單極型可逆PWM變換器進(jìn)行調(diào)速。方案三：脈寬調(diào)速系統(tǒng)：與VM系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：（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(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá)1：10000左右。采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺與調(diào)速電動機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。當(dāng)小車從彎道進(jìn)入直道并成功識別出直道后，減小K1的值，由于后排傳感器距離小車的前輪(轉(zhuǎn)向輪)很近，小車中心偏離黑線時(shí)，不會在后排傳感器橫向位置產(chǎn)生很大位移(相對于前排傳感器)，故小車在直線上舵機(jī)調(diào)整的次數(shù)就會明顯減少，直線的穩(wěn)定性會好。此條件在進(jìn)入直道后總能滿足，所以作為第一種直道判別方式的補(bǔ)充，保證直道的穩(wěn)定可靠識別。例如小車為2m/s的速度，小車行進(jìn)3cm。程序是循環(huán)執(zhí)行，我們的程序執(zhí)行頻率是2KHz。在賽道的s彎出現(xiàn)時(shí)，不滿足直道的第二種識別方式，故不會加速。適用于右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 90176。由于前兩種情況已經(jīng)明確識別為直道，此種情況只是增加直道識別的成功率。此情況在賽道的s彎出現(xiàn)時(shí)，不滿足直道的第二種識別方式，故不會加速。適用于左轉(zhuǎn) 90176。為了使前后排體現(xiàn)出更明確的分工和采集到更遠(yuǎn)處的信息，我們把前排傳感器傾斜約45176。傳感器陣列布局如圖11所示，圖中僅以接受管示意傳感器位置。是采用復(fù)雜的攝像頭方案的一種替代方式。綜合考慮，選擇了抗干擾能力強(qiáng)且易于實(shí)現(xiàn)的紅外線電傳感器，即確定方案二。外界環(huán)境條件改變，很可能造成誤判和漏判，因此沒有采用這個(gè)方案。 尋線系統(tǒng) 紅外檢測模塊用以實(shí)現(xiàn)小車沿著場地上標(biāo)出的黑色路線運(yùn)動。綜合考慮，采用方案二。若采用51單片機(jī)，將增加軟件的設(shè)計(jì)難度。 各模塊方案選擇與論證 控制器模塊單片機(jī)控制模塊在本系統(tǒng)中處于核心地位，其工作包括采集傳感器的信號，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行等。尋線過程中打開前面的紅外傳感器，時(shí)時(shí)檢測，防止小車碰到附近的墻壁。把超聲波模塊裝在小車上，通過超聲波接收到的信號，判斷出障礙物的位置情況來進(jìn)行多個(gè)方向的避障，在行進(jìn)過程中，小車對前方障礙物進(jìn)行檢測并根據(jù)障礙物情況進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)彎，進(jìn)行相應(yīng)方向轉(zhuǎn)彎重復(fù)前邊的行進(jìn)過程，尋線模式時(shí)，通過光電傳感器傳回的信息，判斷小車是否偏離軌跡，再作出相應(yīng)的處理，在軌跡上行走中。第一章 方案設(shè)計(jì)與論證 總體方案選擇本設(shè)計(jì)的小車具有自動避障，路面尋線的功能，小車在運(yùn)行過程中，能夠顯示當(dāng)前的運(yùn)行模式（避障模式和尋線模式），小車設(shè)有0~9檔共十個(gè)檔位的速度調(diào)節(jié)并能顯示當(dāng)前的檔位，并且在運(yùn)行過程中能夠?qū)崟r(shí)顯示速度，而且本小車還設(shè)有兩種模式自動切換的功能。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動導(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。于是，我們五個(gè)人認(rèn)識到自己的位置，都對智能機(jī)器人的研發(fā)和制作有著強(qiáng)烈的好奇心，有著共同愛好和理想，想用自己的青春和智慧揮寫這段煥發(fā)青春活力的樂譜。新型單片機(jī)為了更好靈活地適應(yīng)不同領(lǐng)域的應(yīng)用，除了具有這些傳統(tǒng)的數(shù)字功能外，還提供模擬功能，甚至射頻功能，它們不僅是可編程的，而且是可動態(tài)重構(gòu)的。重點(diǎn)研究低成本的自組織網(wǎng)絡(luò)，個(gè)性化的智能機(jī)器人和人機(jī)交互系統(tǒng)、高柔性免受攻擊的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和先進(jìn)的信息安全系統(tǒng)。 Smart car 目 錄前言 11 方案設(shè)計(jì)與論證 2 總體方案選擇 2 各模塊方案選擇與論證 2 控制器模塊 2 避障模塊 3 尋線模塊 3 直流調(diào)速模塊 6 車速檢測模塊 7 電機(jī)驅(qū)動模塊 8 電源模塊 8 系統(tǒng)各模塊最終方案 82 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 9 電源電路設(shè)計(jì) 9 檢測電路設(shè)計(jì) 9 電機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 10 PWM調(diào)速設(shè)計(jì) 11 舵機(jī)方向控制設(shè)計(jì) 123 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 13 13 軟件抗干擾技術(shù) 13 數(shù)字濾波技術(shù) 14 14 14 154 系統(tǒng)測試與調(diào)整 16 16 16 16總結(jié) 17致謝 18參考文獻(xiàn) 19附錄 20前 言當(dāng)今社會，科學(xué)技術(shù)日新月異，時(shí)代前進(jìn)的步伐越邁越寬，應(yīng)用自動化設(shè)備,計(jì)算機(jī)處理,現(xiàn)代化通訊,數(shù)字化信息,現(xiàn)代化顯示設(shè)備等高新技術(shù)而建立的現(xiàn)代化智能,監(jiān)控等系統(tǒng)已經(jīng)得到充分的發(fā)展與應(yīng)用,智能機(jī)器人也就應(yīng)運(yùn)而生。關(guān)鍵詞：PIC16F877A； 紅外線傳感器； 避障尋線系統(tǒng)； PWM調(diào)速； 智能小車 ABSTRACTPIC16F877A microcontroller is an 8 bit MCU made by MicroChip pany, its ease of use and versatility are the majority of users praise,its rich peripheral function modules for our design provides convenience. Here is how to capture the signal using infrared sensors and through MCU control to achieve obstacle avoidance function of linetracking car design, the design is a bination of scientific research and to determine the design of class topics. The system design requirements for the purpose of the subject and had a car function expansion. PIC16F877A microcontroller to control the car using the core, intelligent car of the intelligent control, including the Smart obstacle avoidance, road hunting, PWM speed control, speed and realtime display speed and other functions. A simple circuit structure of the system reliability can be high. Experimental test results meet the requirements, this article highlights the program demonstration of the system, hardware design methods and test results analysis.Key words：PIC16F877A single chip puter。本系統(tǒng)以設(shè)計(jì)題目的要求為目的，并進(jìn)行了小車功能的拓展。這里介紹的是如何用紅外線傳感器采集信號并通過單片機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)避障尋線小車功能的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果滿足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的方案論證、硬件設(shè)計(jì)方法及測試結(jié)果分析。 PWM speed。以服務(wù)機(jī)器人和危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人應(yīng)用需求為重點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)方法、制造工藝、智能控制和應(yīng)用系統(tǒng)集成等共性基礎(chǔ)技術(shù)。傳統(tǒng)單片機(jī)（MCU）主要由外圍部件、微控制器和存儲器構(gòu)成。2006━2020年，既是國家中長期技術(shù)發(fā)展計(jì)劃實(shí)現(xiàn)階段，也是我們最具有活力和最激情洋溢的時(shí)段。視覺傳感器的核心器件是攝像管或CCD，但其價(jià)格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢，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。本文對智能小車的循線，避障以及速度的采集進(jìn)行了研究。方案一：避障模式時(shí)，使用超聲波進(jìn)行避障。尋線模式時(shí)，單片機(jī)根據(jù)兩排尋線的紅外線傳感器采集的信號情況進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)彎使小車保持在黑線中央行進(jìn)。這種方案能實(shí)現(xiàn)對電動車的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。經(jīng)典