【正文】 松入門 [M].北京航空航天大學(xué)出版社 ,. [14] 李剛 .王艷林 ,孫江宏 .Protel DXP電路設(shè)計(jì) [M].清華大學(xué)出版社 ,. [15] 魏永廣 .現(xiàn)代傳感技術(shù) [J].東北大學(xué)出版社 ,. [16] 李廣弟 ,朱月秀 .冷祖祁 .單片機(jī)基礎(chǔ) [M].北京航空航天大學(xué)出版社 ,. [17] 高鵬 .安濤 .protel 99入門與提高 [M]人民郵電出版社 , [18] 樓然苗 .李光飛 .單片機(jī)課程設(shè)計(jì)與指導(dǎo) [M].北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 , 參考文獻(xiàn) 26 附 錄 include define char unsigned char define hint unsigned ftp suit P1_0=P1^0。具有自動(dòng)尋跡和尋光功能。并避開障礙物。本設(shè)計(jì)采用的算法只適用于一般情況，特殊一些的情況就可能出現(xiàn)避障失敗 。 根據(jù)測(cè)試結(jié)果，可以看出小車循跡避障功能基本實(shí)現(xiàn)。兩次都是在鋪有黑色硬紙條的軌道上進(jìn)行。 在電源開啟后，小車循跡過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)原地打轉(zhuǎn)的情況。由于小車相當(dāng)耗電，９Ｖ的干電池用不了多久，就會(huì)出現(xiàn)開關(guān)器件很難穩(wěn)定地給單片機(jī)送正確值的情況。 TS—— 采樣周期5 調(diào)試 21 5 調(diào)試 調(diào)試方法 由于本次實(shí)驗(yàn)需要捍接的電路模塊較多，特別是直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，對(duì)于電源電流的需要極大， 我們先以直插式１２Ｖ電源開始調(diào)試，小車運(yùn)轉(zhuǎn)正常。 PID控制器各控制環(huán)節(jié)的作用是這樣的，比例控制 (P控制 )即時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào) e(t)，積分控制 (I控制 )主要用于消除靜差，微分控制 (D控制 )反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì) (變化速率 )。與開環(huán)控制相比，速度控制閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性有以下優(yōu)越性：閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性與開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性相比，其性能大大 提高；理想空載轉(zhuǎn)速相同時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率（額定負(fù)載時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速之比）要小得多；當(dāng)要求的靜差率相同時(shí)，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍可以大大提高?？紤]到小車的速度和能檢測(cè)到障礙物的距離，為避免小車轉(zhuǎn)彎時(shí)撞上障礙物，設(shè)計(jì)小車檢測(cè)到障礙物后先后退，然后左轉(zhuǎn)，再次檢測(cè)障礙物，繼續(xù)調(diào)整，直至繞過(guò)障礙物。 還有最后一種狀態(tài)就是四個(gè)傳感器都檢測(cè)不到黑線，此時(shí)說(shuō)明小車已行駛到中點(diǎn)，或者可能完全脫離了軌到，說(shuō)明此次循跡失敗，停車。 當(dāng)小車從中間逐漸往左偏離軌道黑線時(shí)，即黑線在小車右邊，對(duì)應(yīng)的狀態(tài)有 1000、1100、 11 1101。 15腳背光正極， 16腳背光負(fù)極 4 軟件設(shè)計(jì) 18 4 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)控制流程 圖 41 控制系統(tǒng)的流程圖 算法設(shè)計(jì) 循跡算法設(shè)計(jì) 循跡控制算法的流程如 42所示。 小車一周內(nèi)可計(jì)數(shù) 12次，小車的行駛一周的行程范圍約為 ,因此可計(jì)算出行程的測(cè)量精度可以達(dá)到 1cm，可以達(dá)到小車的精度要求。車輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，可以檢測(cè)到十二個(gè)信號(hào)。而我們使用的是經(jīng)改進(jìn)的光電碼盤，如圖 314碼盤中的透射式光電開關(guān)的發(fā)射管和接收管經(jīng)過(guò)了對(duì)準(zhǔn)，當(dāng)光槽中無(wú)障礙時(shí)光路是通的，當(dāng)有障礙物時(shí)光路斷開。這里采用增量式。考慮到提高小車的光源搜索效率，將光敏陣列安裝在小車的頂部，靠車頭的位置。按照一定的方式排列。 3 硬件設(shè)計(jì) 15 光源檢測(cè)電路 光敏電路如圖 311 所示。另有一種密封式超聲波傳感器（ MA40EI 型）。有的超聲波傳感器既作發(fā)送，也能作接收。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲測(cè)量?jī)x器及裝置，并在通迅，醫(yī)療家電等各方面得到廣泛應(yīng)用。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。 圖 39 超聲波發(fā)射電路 圖 310 超聲波接收電路 設(shè)計(jì)中還加了一個(gè)聲光報(bào)警功能，當(dāng)小車檢測(cè)到障礙物時(shí)，小車的報(bào)警系統(tǒng)中的蜂鳴器鳴叫，同時(shí)指示 LED 發(fā)光。超聲波檢測(cè)的原理是：超聲波發(fā)生器 T 發(fā)出超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)信號(hào)遇到障礙物時(shí)反射回來(lái)，被接收器 R 收到。具體位置分布如圖 38 所示。 圖 37 ST168 檢測(cè)電路 正確選擇檢測(cè)方法和傳感器是決定循跡效果的重要因素，而正確的器件安裝方法也是影響循跡電路好壞的一個(gè)重要因素。簡(jiǎn)便易用，性能可靠。在小車行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外線遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑紙則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到信號(hào)。 循跡檢測(cè)電路 該智能小車在鋪有約兩厘米寬黑紙的路面行駛，路面可以近似看為白色。 前進(jìn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)都正轉(zhuǎn) ,后退時(shí)，則兩電機(jī)都反轉(zhuǎn)。這個(gè)電壓可以由脈沖的寬度調(diào)節(jié)。 PWM 的理論基礎(chǔ)是：沖量相等而形狀不同的的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果基本相同。 3 硬件設(shè)計(jì) 11 圖 34 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 L298 集成 H 橋芯片。 另外， L298 的驅(qū)動(dòng)功率較大，在 6~46V的電壓下，可以提供 2A 的額定電流，并且具有過(guò)熱自動(dòng)關(guān)斷和電流反饋檢測(cè)功能，安全可靠；為了保證 L298 正常工作，我們另外安裝了續(xù)流二極管。直流電機(jī)常用的 PWM，及脈寬調(diào)制方式驅(qū)動(dòng)。 3 硬件設(shè)計(jì) 10 表 31 P1口引腳第二功能 引腳號(hào) 第二功能 T2 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2的外部計(jì)數(shù)輸入，時(shí)鐘輸出 T2EX 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制 MOSI 在系統(tǒng)編程用 MISO 在系統(tǒng)編程用 SCK 在系統(tǒng)編程用 表 32 P3口引腳第二功能 引腳號(hào) 第二功能 RXD 串行輸入 TXD 串行輸出 INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 0) T0（定時(shí)器 0 外部輸入） T1（定時(shí)器 1 外部輸入） WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) 另外還有第九引腳 RST 為復(fù)位引腳。 4 個(gè) P 口 在一般情況下都是 是一個(gè) 8 位雙向 I/O 口。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。其他 P 口用外接控制小車的各種控制開關(guān)， P0口外接 10K 的上拉電阻，可用于外接 LCD1602。單片機(jī)控制模塊使用的是 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89S52，使用該芯片很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)其他模塊的控制。 考慮到電機(jī)控制要使用 PWM 波形，而 AT89S52 單片機(jī)本身不能產(chǎn)生 PWM，需要外加電路或使用軟件的方式實(shí)現(xiàn)，為減少硬件電路，這里選用軟件產(chǎn)生 PWM 方式。 避障的原理和循跡一樣，在車頭裝了一個(gè)傳感器，傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí)，小車減速，車體做出相應(yīng)的反應(yīng)。故不予考慮。我們可以通過(guò)軟件編程產(chǎn)生 PWM，既能充分利用可用資源，又不浪費(fèi)?？刂频姆椒ㄓ泻芏?，大部分都采用單片機(jī)控制。 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與論證 6 表 24 電機(jī)控制方式對(duì)比 直流電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 調(diào)速性能 較好 較差 位置控制精度 較差 好 驅(qū)動(dòng) 簡(jiǎn)單 復(fù)雜 穩(wěn)定性 較好 好，僅與控制脈沖有關(guān) 由上表可以看出步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)都有各自的優(yōu)點(diǎn)。與直流電機(jī)不同，要使步進(jìn)電機(jī)連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)，需要連續(xù)不斷的輸入點(diǎn)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)速的大小由外加的脈沖頻率決定。此方法性能較好，電路和 控制都比較簡(jiǎn)單。直流電機(jī)具有良好的調(diào)速性能，控制起來(lái)也比較簡(jiǎn)單。 表 23 速度檢測(cè)系統(tǒng)方案對(duì)比 霍爾傳感器 關(guān)電碼盤 抗干擾性 較強(qiáng) 強(qiáng) 實(shí)時(shí)性 較好 好 易用性 需和磁鋼配對(duì)使用，較麻煩 較簡(jiǎn)單 由上表可以看出光電碼盤在各方面都具有一定的優(yōu)勢(shì)，因此本設(shè)計(jì)采用關(guān)電碼盤測(cè)速。我們可以再外接一個(gè) LED 作為檢測(cè)指示燈，則可以明顯觀察到這個(gè)變化。 光敏電阻器（ photovaristor）又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。常用的有紅外檢測(cè)和超聲波檢測(cè)，兩種方案的區(qū)別見表 22。又考慮到在測(cè)障過(guò)程中小車車速及避障反應(yīng)堆小車速度的限制，小車應(yīng)在距障礙物 10CM 的范圍內(nèi)做出反應(yīng)，這樣才能在順利繞過(guò)障礙物的同時(shí)還為下一步駛?cè)胲噹?kù)尋找到最佳的位置和方向。具體區(qū)別見表 21。 循跡檢測(cè)系統(tǒng) 循跡檢測(cè)常用到傳感器。 圖 21 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 方案選擇論證 檢測(cè)系統(tǒng)主要運(yùn)用傳感器作為外部敏感元件，進(jìn)行外部信號(hào)的檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果滿足要求。整個(gè)系統(tǒng)具有自動(dòng)尋跡、尋光和速度測(cè)試功能。與此同時(shí)，智能小車可以應(yīng)用于考古、機(jī)器人、醫(yī)療器械等許多方面，尤其在足球機(jī)器人研究方面具有很好的發(fā)展前景。 智能小車正是模仿機(jī)器人的一種嘗試。因此，可遙控的智能化小車的研究是非常有意義的，具有很大潛在市場(chǎng)價(jià)值的。 PWM 調(diào)速原理 ................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 光源檢測(cè)系統(tǒng) .................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 PWM speed adjusting。 關(guān)鍵詞 :單片機(jī) ； 傳感器 ； PWM 調(diào)速 ； 循跡避障； PID 控制算法咸寧學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 II Abstract This paper introduced an kind of intelligent car that use AT89S52 SCM as control core , bine with multiple sensors and PID control algorithm to achieve the function that find track and avoid obstacles. the electrical car uses reflective photoelectric sensor to detect black line to achieve trackfinding, uses ultrasonic sensors to detect obstacles on the road to avoid obstacles entire system has the function that trace route automatically,find light and test speed .Among them, AT89S52 which has 8bit singlechip is used as the control of useing easily and having multifunction ,it suffers large users. The motor driver uses the mon wayPWM for the motor controlling speed. the speed of car is displayed by the LCD screen .The circuit structure of the whole system is relatively simple, high reliability, and it can meet the requirements of the various the continuous improvement of high technology and the stead process in industrial automation in our country,the Intelligencecar which gradually access to people39。其中，控制部分采 用 AT89S52， AT89S52 是一款 8 位單片機(jī)，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者 的好評(píng)。 利用反射式光電傳感器檢測(cè)黑線實(shí)現(xiàn)小車循跡 ，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，整個(gè)系統(tǒng)具有自動(dòng)尋跡、尋光和速度測(cè)試功能。隨著我 國(guó)高科技水平的不斷提高和工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，智能小車被廣泛應(yīng)用于各種 玩具和其他產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，極大地豐富了人們的生活 。 Sensor。 障礙物檢測(cè)系統(tǒng) ................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 3 硬件設(shè)計(jì) .............................................................................................................................. 7 總體設(shè)計(jì)方案 ........................................................ 7 單片機(jī)控制電路 ...................................................... 8 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 .....................................................