【正文】 前，首先去掉模式選擇跳線上的跳線帽，使模塊處于電平觸發(fā)模式。在該模塊中 我采用 了簡單、應(yīng)用也比較普遍的檢測方法 —— 紅外探測法。 I N15I N27E N A6O UT 12O UT 23E N B11O UT 313O UT 414I N310I N412S E N S A1S E N S B15G ND8VS4V C C9 U1L 2 9 8 圖 4 L298N 管腳圖 I N15I N27E N A6O UT 12O UT 23E N B11O UT 313O UT 414I N310I N412S E N S A1S E N S B15G ND8VS4V C C9 U1L29 8+ 88 . 8k R P M+ 88 . 8k R P MX T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 39P 38P 37P 36P 35P 34P 33P 32P 1P 2P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 10P 11P 12P 13P 14P 17P 3. 6 / W R16P 15P 28P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27U2A T 89C5 2 圖 5 電機(jī)驅(qū)動電路 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 信號檢測模塊電路設(shè)計(jì) 將單片機(jī)用作測控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中總要有被測信號輸入通道，拾取必要的輸入信息。 電路分為電源模塊、單片機(jī)模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、循跡模塊、壁障模塊。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 3 硬件設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì) 小車總體概述 智能小車采用前輪驅(qū)動，前輪左右兩邊各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動，調(diào)制前面兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速起停從而達(dá) 到控制轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬象輪，起支撐的作用。這種接法比較簡單，但小車的電路功耗過大會導(dǎo) 致后輪電機(jī)動力不足。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向 MCU 階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了 SOC 化趨勢。從這一角度來看，Intel 逐漸淡出 MCU 的發(fā)展也有其客觀因素?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了 SCM 與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。到了 80 年代初，單片機(jī)已發(fā)展到了高性能階段，象 INTEL 公司的 MCS51 系列， Motorola 公司的 6801 和 6802 系列，Rokwell 公司的 6501 及 6502 系列等等 ,此外 ,日本的著名電氣公司 NEC 和HITACHI 都相繼開發(fā)了具有自己特色的專用單片機(jī) [20]。類似的單片機(jī)還有 Zilog公司的 Z80 微處理器。特別是近 20 年時(shí)間里，計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得飛速的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在工農(nóng)業(yè)，科研，教育，國防和航空航天領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)是一個(gè)國家現(xiàn)代科技水平的重要標(biāo)志 [14]。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。 控制系統(tǒng)模塊 考慮選用一片 CPLD（如 EPM7128LC8415）作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。 B、 動態(tài)顯示驅(qū)動： 數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是 哪 個(gè)數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位元選通 COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮 [19]。 A、 靜態(tài)顯示驅(qū)動 ： 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。 led 數(shù)碼管常用段數(shù)一般為 7 段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于 3 位 “ +1” 型。 和光學(xué)傳感器相比，超聲波傳感器不僅可以探測到障礙物的存在，而且能 夠得到障礙物距機(jī)器人的距離，便于機(jī)器人做出決策。 由 于超聲實(shí)現(xiàn)方便，技術(shù)成熟，成本低，且周圍環(huán)境對于超聲波的影響也不大，所以超聲避障成為移動機(jī)器人常用的避障方法 [7]。 超聲波 測距特點(diǎn) 超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際是利用壓電陶瓷晶體的諧振來工作的。電氣方式包括壓 電式、磁致伸縮型和電動型等。這與雷達(dá)測距原理相似。利用超聲波的特性，可做成各種超聲波傳感器，結(jié)合不同的電路，可以制成超聲波儀器及裝置，在通訊、醫(yī)療及家電中獲得廣泛應(yīng)用 [7]。該方法被廣泛應(yīng)用于移動機(jī)器人中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 的研究上。 后采用脈沖調(diào)制的反射式紅外發(fā)射接收器。 單片機(jī)就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)確定黑線 的位置和小車的行走路線。正常情況 下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側(cè)，檢測物通過時(shí)阻擋光路，收中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 光器就動作輸出一個(gè)開關(guān)控制信號。槽形開關(guān)的檢測距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。 光電傳感器的分類和工作 方式 槽型光電傳感器 把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽形光電。 此外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。 H 橋式電機(jī)驅(qū)動電路包括 4 個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。對照表 1 通過單片機(jī)的 I/O 輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，非常方便，亦能滿足直流減速電機(jī)的大電流要求。能實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、向右、向左、加速五個(gè)功能，但是其采用的是編碼輸 入控制，而不是電平控制，這樣在程序中實(shí)現(xiàn)比較麻煩，而且該電機(jī)模塊價(jià)格比較高，所以放棄。 雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，如可以精確的定位，可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位但是步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。而自己制作車版成本比較高，且比較粗糙，對于白色基板上的道路面行駛，車身重量以及平衡都要有精確的測量，而且也要控制好小車行駛的路線和轉(zhuǎn)彎的力矩及角度，這些都比較難良好地實(shí)現(xiàn)。其中前面兩個(gè)車輪由前輪電機(jī)控制， 在信號控制下前后擺動，來調(diào)節(jié)小車的前進(jìn)方向和為小車提供動力。通過對電路的優(yōu)化組合，可以最大限度地利用 51 單片機(jī)的全部資源。這種技術(shù)促使機(jī)器人技術(shù)也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，目前的機(jī)器人技術(shù)發(fā)展異常迅速，已經(jīng)出現(xiàn)了各種各式的用于各種用途的機(jī)器人了，機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制造已經(jīng)不是很高難度的事情了，已經(jīng)具有普及性了。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列。 智能小車的現(xiàn)狀 智能小車作為移動式機(jī)器人的一個(gè)重要分支，隨著機(jī)器人研究的深入受到越來越多人的關(guān)注。要實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人更高的智能化，機(jī)器人在行走和探索的過程中，避障行為是必不可少的。哈爾濱工業(yè)大學(xué)于 1996 年研制成功的導(dǎo)游機(jī)器人等 [1]。涉及到五個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)：基于地圖的全局路徑規(guī)劃技術(shù)研究；基于傳感器信息的局部路徑規(guī)劃技術(shù)研究；路徑規(guī)劃的仿真技術(shù)研究；傳感技術(shù)、信息融合技術(shù)研究；智能移動機(jī)器人的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。德國研制了一種輪椅機(jī)器人，并在烏爾姆市中心車站的客流高峰期的環(huán)境中和 1998年漢諾威工業(yè)商品展覽會大廳環(huán)境中進(jìn)行了超過 36 小時(shí)的考驗(yàn)，所表出的性能是其它現(xiàn)存的輪椅機(jī)器人和移動機(jī)器人所不可比的。丹蒂Ⅱ”，作為能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程探險(xiǎn)的高性能移動機(jī)器人，于 1994 年在斯珀火山的火山口迸行了成功的表演。 智能小車的現(xiàn)狀 國外移動機(jī)器人研究 到 20 世紀(jì) 90 年代，以研制高水平的環(huán)境信息傳感器和信息處理技術(shù)，適應(yīng)性強(qiáng)的移動機(jī)器人控制技術(shù)，真實(shí)環(huán)境下的規(guī)劃技術(shù)為標(biāo)志，展開了移動機(jī)器人更高層次的研究。在此過程中，加深對理論知識的理解和認(rèn)識。 Philips 公司還為這一代單片機(jī) 80C51 系列 8ｘ C592 單片機(jī)引入了具有較強(qiáng)功能的設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線CAN(Controller Area Network BUS)[5]。它是第三代單片機(jī)的代表。 ATMEL 公司的 STC89C52 單片機(jī)可以廣泛的應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。單片機(jī)驅(qū)動直流電機(jī)一般有兩種方案：第一，勿需占用單片機(jī)資源，直接選擇有 PWM 功能的單片機(jī)，這樣可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速；第二，可以由軟件模擬 PWM 輸出調(diào)制，需要占用單片機(jī)資源，難以精確調(diào)速，但單片機(jī)型號的選擇余地較大 [5]。視覺、激光、紅外、超聲傳感器等都在實(shí)際系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。智能小車，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它可以分為三大組成部分：傳感器檢測部分 、執(zhí)行部分、 CPU。同時(shí)，也推動了其他國家對移動機(jī)器人的研究與開發(fā) [2]。美國國防高級研究計(jì)劃局（ DARPA）專門立項(xiàng)，制定了地面天人作戰(zhàn)平臺的戰(zhàn)略計(jì)劃。 L29N 。 本人簽名： 日期： 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評語 （①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；③研究 內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤ 工作態(tài)度 及工作量；⑥總體評價(jià)及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）： 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)評閱教師評閱書 評閱教師評語 （ ①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力；③工作量的大??；④ 取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評價(jià)及建議成績；⑦存在問題； ⑧ 是否同意答辯等 ）： 成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績 答 辯 情 況 提 出 問 題 回 答 問 題 正 確 基本 正確 有一般性錯(cuò)誤 有原則性錯(cuò)誤 沒有 回答 答辯委員會評語及建議成績： 答辯委員會主任簽字： 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績： 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日 摘 要 智能小車是移動式機(jī)器人的重要組成部分，本設(shè)計(jì)通過不斷檢測各個(gè)模塊的傳感器的輸入信號 ，利 用紅外對管檢測黑線實(shí)現(xiàn)循跡 ,超聲波傳感器測距實(shí)現(xiàn)避障， 采用存儲空間較大的 AT89C52 作為主控制芯片，電動車電機(jī)驅(qū)動采用 L298N 芯片，根據(jù)內(nèi)置的程序分別控制小車左右兩個(gè)直