【正文】 合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題。 這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)履帶車 的運(yùn)動(dòng)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(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求 。 08S2 單片機(jī)是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，內(nèi)部集成 MAX810專用復(fù)位電路， 2路 PWM， 8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合，正適合履帶車的應(yīng)用 [1]。 循跡 傳感器可用于履帶車的探測距離較近循跡控制， 循跡是指小車在白色地板上循黑線行走， 由于黑線和白色地板對(duì)光線的反射系數(shù)不同，可以根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷“道路” ，沒接收到反射光傳感器輸出低電平，反之輸出高電平，經(jīng)過單片機(jī)數(shù)據(jù)處理，執(zhí)行相應(yīng)的行駛狀態(tài) 。 控制核心方案設(shè)計(jì) 方案一： 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。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。這樣一來，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大 的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。該 單片機(jī)具有功能強(qiáng)大的位操作指令， I/O 口均可按位尋址，程序空間多達(dá) 8K，對(duì)于本設(shè)計(jì)也綽綽有余，更可貴的是 該 單片機(jī)價(jià)格非常低廉 [3]。這兩部分構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的核心控制整體的運(yùn)轉(zhuǎn) 。當(dāng)要把按鍵 RESET 用作復(fù)位功能時(shí)，必須把 J7 處的跳帽接在 2 上；當(dāng)要把它做外部中斷使用時(shí)，必須把 J7的跳帽接在 5 3上，這時(shí)當(dāng)按下 RESET 按鍵時(shí)該電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)單脈沖 。 5V穩(wěn)壓電路采用 MC7805CT制作， MC7805CT 是一個(gè)三角穩(wěn)壓器，最大輸入電壓 40V，輸出電壓 5V，電流 1A，完全勝任本次 的輸入穩(wěn)壓電路。 在電源電路中，串聯(lián)了 一個(gè) IN4001 整流器，并聯(lián)了 2個(gè)電容，這里是用于對(duì)電源進(jìn)行處理，外接電源的性質(zhì)比較復(fù)雜不穩(wěn)定，而單片機(jī)需要一個(gè) 5V 穩(wěn)定的直流電源， 6 本設(shè)計(jì)電源用的是 的高容量電池，我用 IN4001 整流，得到品質(zhì)較好的直流電源，二極管在這里能平穩(wěn)電壓消除毛刺，然后經(jīng)過 5V穩(wěn)壓器得到單片機(jī)所需要的電壓 [6]。單片機(jī)作為核心控制器需要穩(wěn)定的工作環(huán)境，單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力較弱，如果直接有 I/O 控制，增加了單片機(jī)的負(fù)荷，數(shù)碼管電阻較小，沒有開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，會(huì)造成單片機(jī) I/O口短接，影響 單片機(jī)工作，導(dǎo)致?lián)p壞單片機(jī) [7]。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高 ， H 型 橋式電路 保證了簡單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制 ， 電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的 PWM 調(diào)速技術(shù)。 驅(qū)動(dòng)芯片選型 驅(qū)動(dòng)模塊采用專用芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片， L298N 是一個(gè)具有高電壓 大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片 外部引腳圖如 。 圖 驅(qū)動(dòng)電路圖 電路中除了使用了驅(qū)動(dòng)芯片 L298N，還使用了發(fā)光二極管和續(xù)流二極管。 本設(shè)計(jì)中 履帶車在時(shí)間跑動(dòng)中會(huì)控制電機(jī) 頻繁 的正反轉(zhuǎn)，直流電機(jī)也相當(dāng)于發(fā)電機(jī)電機(jī)兩級(jí)間會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，當(dāng)電流消失時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢會(huì)對(duì)電路中其他元件產(chǎn)生反向電壓，當(dāng)方向電壓高于元件的反擊穿電壓時(shí)會(huì)損壞 一些元器件，如三極管，晶閘管。循跡 傳感器探測距離短，但探測效果較好，識(shí)別黑白色的能力較強(qiáng)，成本低。電路功耗很小，工作電壓范圍寬，可用正電源 3～ 30V，或正負(fù)雙電源177。在電路中， LM324的一個(gè)輸入端需接滑動(dòng)變阻器，通過改變滑 動(dòng) 變 阻器 的阻值來提供合適的比較電壓 ，單個(gè)集成運(yùn)放如圖 。循跡對(duì)應(yīng)如 表 2所示。 12 圖 避障傳感器 使用于本次設(shè)計(jì)的避障任務(wù) ，避障模塊采用了 2 個(gè)傳感器分別放于小車前方的左側(cè)和右側(cè)，調(diào)節(jié)該傳感器的檢測距離為 15cm。在本設(shè)計(jì)中只要 輸出不同的頻率方波信號(hào)，蜂鳴器也能發(fā)出各種頻率 聲音，電路圖如圖 所示 。 13 履帶車車體 本題目要求小車的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定 、 靈活、簡單，自己手工制作的履帶車通常會(huì)出現(xiàn)兩側(cè)履帶松緊度不一樣，跑邊，履帶脫輪等現(xiàn)象。 電池的安裝：將電池放置在車體前排車輪的上部 位置， 使車體的 重心 靠近前排車輪，進(jìn)行大轉(zhuǎn)彎時(shí)小車能以前排輪為圓心轉(zhuǎn)彎，排除履帶車轉(zhuǎn)彎時(shí)側(cè)滑不確定性。 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個(gè)基本類型。 總體控制方案如圖 所示。 表 3 小車驅(qū)動(dòng)控制對(duì)應(yīng)表 單片機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制小車的運(yùn)行方法 狀態(tài) 1 0 0 1 前進(jìn) 1 0 1 1 0 0 1 前進(jìn) 1 1 1 1 0 0 1 前進(jìn) 0 0 0 0 1 1 0 后退 X X X 1 0 0 0 左轉(zhuǎn) 0 1 1 0 0 0 1 右轉(zhuǎn) 1 1 0 1 0 1 0 快速左 轉(zhuǎn) 0 0 1 0 1 0 1 快速右 轉(zhuǎn) 1 1 0 16 循跡流程圖 由于第二 級(jí)方向控制為第一級(jí)的后備，則兩個(gè)等級(jí)間的轉(zhuǎn)向力度必須相互配合。amp。P11=0。} else if(P14==0amp。P16==1)//右急轉(zhuǎn) {P10=1。P17=0。amp。P13=1。P15==0amp。P12=0。amp。P11=0。} else if (P14==1amp。P16==1)//不尋黑前進(jìn) {P10=1。P17=0。 P13=1。 圖 傳感器角度示意圖 解決這個(gè)問題可以再 小車左右 2 個(gè)方向增加 2 個(gè)傳感器探測，但這樣對(duì)傳感器的 資源浪費(fèi)較大，加大了電源的負(fù)荷，程序相對(duì)復(fù)雜。 表 4 避障狀態(tài)對(duì)應(yīng)表 左傳感器 右傳感器 執(zhí)行 =1 =0 第一步 0 1 1 0 第二步 1 0 1 0 =0 =1 第一步 0 1 1 0 第二步 0 1 0 1 19 避障 流程圖 在整體程序中，小車避障的優(yōu)先級(jí)最高 ，無論履帶車當(dāng)前是什么行駛狀態(tài)，檢測到障礙時(shí)，就跳入避障環(huán)節(jié)，避障完成后才執(zhí)行其他循跡，前進(jìn)動(dòng)作。在這里我們可以使用定時(shí)器也可以使用軟件延時(shí) [14]。P13=0。該程序優(yōu)點(diǎn)在于方便調(diào)試也比較簡單，適合和我一樣初次設(shè)計(jì)只能車的同學(xué)。 xianshi(f)。P13=0。P17=0 } else if(hh==0) {P17=1。 P10=0。 delay(5000)。 21 } else { m=0。 void ff()//左轉(zhuǎn) { P10=1。 delay(5000)。P13=1。 22 總體方案 總體流程如圖 所示。P17=0。 for(y=0。} for(y=0。}} } while (n) {if(n==1) //進(jìn)入避障 { f++。k()。yy()。 PCB 板如圖 所示。而驅(qū)動(dòng)電路置于小車尾部，電機(jī)上方。 剛開始以為程序問題。 表 6 小車運(yùn)行情況 履帶車運(yùn)行次數(shù) 成功循跡次數(shù) 成功避障次數(shù) 1 1 1 2 1 2 3 3 3 4 3 4 5 4 5 26 第六章 結(jié)論 設(shè)計(jì)中所用到的外設(shè)有 5 個(gè)紅外傳感器，兩個(gè)直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)履帶車的功率控制。 整個(gè)設(shè)計(jì)初期有老師知道，由于初次制作智能車，我大量搜集了相關(guān)制作經(jīng)驗(yàn)，并了解履帶車獨(dú)有的行駛模式，與老師答疑確定控制方案。 在轉(zhuǎn)彎設(shè)計(jì)中，最大的難題是直角彎。 電源選擇方面，開始使用了和履帶車底盤配套的 6 節(jié)干電池盒 9V 電源，但實(shí)際調(diào)試中只有十幾分鐘就出現(xiàn)單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路工作不穩(wěn)定，出現(xiàn)斷續(xù)行駛的情況，剛開始以為程序問題。該軟件同時(shí)也支持匯編語言，但匯編相對(duì)邏輯更 嚴(yán)密。此次設(shè)計(jì)主要應(yīng)用到 C 語言編程，數(shù)字電路，模擬電路等知識(shí)，用到 Keil和 protel99se 兩個(gè)軟件，設(shè)計(jì)中很好 的將這些知識(shí)統(tǒng)一聯(lián)系起來，融會(huì)貫通。 本系統(tǒng)通過對(duì)履帶車功率控制的目的實(shí)現(xiàn)了循跡、避障的控制，能自主糾正行駛方向，當(dāng)遇到障礙能報(bào)警，并記錄障礙，發(fā)出報(bào)警聲。在這段時(shí)間里，老師給予了悉心的指導(dǎo)，最重要的是給了我解決問題的思路和方法，并且在設(shè)計(jì)環(huán)境和器材方面給予了大力的幫助和支持 ，他的指導(dǎo)使我受益非淺，同時(shí)也得到曹智同學(xué)的大力幫助。這三個(gè)月的設(shè)計(jì)是對(duì)過去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。WANG Rongben Design of test platform for intelligent vehicle with visionnavigation 2021(02)[R]:1200. [14] HOU Dezao Study on vehicle forward collision avoidance system 2021[R]. [15] CHENG Yuanhui The intelligent vehicle research based on intelligent transportation systems 2021[R]:15150. 30 附錄 include define uint unsigned int define uchar unsigned char sbit P10=P1^0。//控制右電機(jī) sbit P14=P1^4。 //蜂鳴器 sbit mm=P3^7。 sbit qw=P2^0。 //左紅外傳感器 uchar m=0。 void k()。 // 延時(shí) void ww()。 //共陰 void main()//主 函數(shù) { uint y。 k()。y++) { delay(100)。y++) { delay(100)。y50。y50。 delay(1000)。 } } void delay(uchar num)//延時(shí) num* { 33 uchar i,j。j0。 mm=1。 P12=1。 kk=1。 n=1。 P11=1。 delay(5000)。 } else { m=0。 P11=0。 } void yy() { P10=0。 35 delay(5000)。amp。 P13=0。P15==0amp。 P12=1。amp。 P11=0。 } else if (P14==1amp。P16==0)//左轉(zhuǎn) { P10=0。 P17=0。amp。 P13=1。P15==1amp。 P12=0。 P11=0。 a[2]=e%1000/100。 delay(10)。 delay(10)。 P0=LEDMAP[s]。 //十位 sw=0。 s=e%10。 gw=1。tjA shfP39。 QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 UE9aQGn8xp$Ramp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 UE9aQGn8xp$Ramp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am UE9aQGn8xp$Ramp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKN