【正文】 具電動(dòng)小車做車架開(kāi)發(fā)周期短，可留夠充分的時(shí)間用于系 統(tǒng)調(diào)試，且硬件上的不足 可以通過(guò) 優(yōu)良的算法來(lái)彌補(bǔ) 。 且在運(yùn)用過(guò)程中 STC89C52 的 精確度和運(yùn)算速度也都完全符合系統(tǒng)的要求。 在使用的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)它滿足不了本次設(shè)計(jì)的要求，后來(lái)考慮了 專用芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。光電開(kāi)關(guān)的工 作原理是根據(jù)光線發(fā)射頭發(fā)出的光束，被物體反射，其接收電路據(jù)此做出判斷反應(yīng)，物體對(duì)紅外光由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無(wú)。因此放棄此方案。 采用超聲波避障，超聲波受環(huán)境影響較大，電路復(fù)雜，而且地面對(duì)超聲波的反射，會(huì)影響系統(tǒng)對(duì)障礙物的判斷 。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源采用 四節(jié) 五號(hào)電池，單片機(jī)及其外圍電路電源采用 5V 鈕扣電池供電，兩路電源完全分開(kāi)，這樣做雖然可以將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所造成的干擾徹底消除，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。 經(jīng)過(guò) 上面 的 思考 和 分析 最終確定智能 避障 小車的最終方案 如下 ： ● 采用 STC89C52 單片機(jī)作為整個(gè)電路的控制核心。、 ● 采用 超聲波 探測(cè) 器 進(jìn)行 障礙檢測(cè) 。其應(yīng)用范圍廣，性能良好，可用于解決復(fù)雜的控制問(wèn)題。它們都是通過(guò)片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU 加上外 圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。 ● 程序存儲(chǔ)器 由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲(chǔ)器的容量不夠，則需用擴(kuò)展片外的只讀存儲(chǔ)器，片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)?？捎脕?lái)進(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行I/O 口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。特別值得一提的是該單片機(jī) CPU 中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的 1位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位微計(jì)算機(jī)有自己的 CPU、位寄存器、 I/O 口和指令集。 9 圖 32 本次設(shè)計(jì)用到的單片機(jī)開(kāi)發(fā)板實(shí)物圖 其原理圖如圖 33 所示： 圖 33 開(kāi)發(fā)板原理圖 10 單片機(jī)時(shí)鐘震蕩電路 MCS51 單片機(jī)各功能部件運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊的一步一步地工作，因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 本設(shè) 計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTAL XTAL2 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。所以本設(shè)計(jì)中，振蕩晶體選擇6MHZ,電容選擇 65pF。 11 無(wú)論是在單片機(jī)剛開(kāi)始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。 復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。 按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。若要復(fù)位，只需按圖中的 S 鍵，此時(shí)電源 VCC 經(jīng)電阻 R R9分壓，在 RESET 端產(chǎn)生復(fù)位高電平，兩個(gè)機(jī)器周期后單片機(jī)復(fù)位。 圖 3－ 5單片機(jī)復(fù)位電路 顯示模塊的設(shè)計(jì) 12 在本次設(shè)計(jì)中采用 數(shù)碼管作為顯示部分，數(shù)碼管實(shí)際上是由 7個(gè)發(fā)光二極管組成 8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是 8個(gè)。動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。而數(shù)碼管的段選信號(hào)則由單片機(jī)的 P1 口控制，超聲波傳感器檢測(cè)到的距離通過(guò)數(shù)字編碼轉(zhuǎn)換后才送到數(shù)碼管顯示，在送段選信號(hào)時(shí)， 通過(guò)單片機(jī)的控制，首先顯示個(gè)位數(shù) , 再延時(shí)一會(huì)， 然后關(guān)掉 .之后然后顯示 十位數(shù)， 再延時(shí)一會(huì)， 再關(guān)掉 ,然后顯示百位數(shù)，這樣 一直循環(huán)下去，那么我們將會(huì)看到連續(xù)的數(shù)字顯示 ,輪流點(diǎn)亮掃描過(guò)程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上四位顯示器并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示而不會(huì)有閃爍感?？刂齐姍C(jī)的可靠性對(duì)保證任何自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常工作極為重要，一旦發(fā)生故障，將會(huì)直接導(dǎo)致本 次 設(shè)計(jì)的失敗。 ● 啟動(dòng)、停止和反向均能連續(xù)有效的進(jìn)行，具有良好的響應(yīng)特性。步進(jìn)電機(jī)效率較低，功率較小，雖然近年來(lái)不斷有小體積大功率的步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn)，但其價(jià)格昂貴， 因此在小車類控制中常用 的是直流電機(jī)。直流電機(jī)在控制電壓一定時(shí)，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的變化 而變化。 直流電機(jī)調(diào)速 原理 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 可以用下式表示： n=(UIR)/Kφ 其中 U 為電樞端電壓， I為電樞電流， R 為電樞電路總電阻， φ 為每極磁通量， K為電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)。 PWM 調(diào)速控制的基本原理是按一個(gè)固定頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)接通和斷開(kāi)的時(shí)間比 (占空比 )來(lái)改變直流電機(jī)電樞上電壓的 占空比 ，從而改變平均電壓，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為 Vmax，且設(shè)占空比為 D=t／ T，則電機(jī)的 平均速度 Vd 為： Vd=VmaxD 由公式可知，當(dāng)改變占空比 D=t／ T時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度 Vd，從而達(dá)到調(diào)速的目的。當(dāng)高電平延時(shí)時(shí)間到時(shí)，對(duì) I/O 口電平取反變成低 電平，然后再延時(shí)；當(dāng)?shù)碗娖窖訒r(shí)到時(shí)，再對(duì) I/O 口電平取反，如此循環(huán)就可得到 PWM信號(hào)。 但 本實(shí)驗(yàn)用的 STC89C52 并沒(méi)有 PWM控制器，所以采用定時(shí)器產(chǎn)生 PWM 信號(hào)。設(shè)計(jì)用來(lái)接收 DTL 或者 TTL 邏輯電平，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載 (比如繼電器，直流電機(jī) )，和開(kāi)關(guān)電源晶體管。還可從板內(nèi)取＋ 5V 電壓用來(lái)給單片機(jī)部分供電。 L298N 可直接的對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，無(wú)須隔離電路。 L298N 是雙 H橋驅(qū)動(dòng)芯片，包含兩個(gè) H 橋電路。 本模塊性能 19 穩(wěn)定，測(cè)度距離精確。 Trig 引腳是內(nèi)部上拉 10K的電阻，用單片機(jī)的 IO 口拉 高 Trig 引腳，然后給一個(gè) 持續(xù)時(shí)間 10us 以上的脈沖信號(hào) ,OUT 腳為此模塊作為防盜模塊時(shí)的開(kāi)關(guān)量輸出腳，測(cè)距模塊不用此腳 。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的引腳用作輸入口的時(shí)候需要先給單片機(jī)的相應(yīng)引腳一個(gè)高電平，然后從才能輸入信號(hào)，因此在發(fā)送觸發(fā)脈沖的時(shí)候應(yīng)先把單片機(jī)的相應(yīng)引腳拉高。 圖 314 超聲波測(cè)距時(shí)序圖 以上時(shí)序圖表明我們只需要提供一個(gè) 10us 以上脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將自動(dòng)發(fā)出 8個(gè) 40kHz 周期電平并檢測(cè)回波。 距離 =高電平持續(xù)時(shí)間 *聲速 (340m/s)/2 超聲波測(cè)距原理及系統(tǒng)組成 超聲波測(cè)距是借助于超聲脈沖回波渡越時(shí)間法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，設(shè)超聲波脈沖由傳感器發(fā)出到接收所經(jīng)歷的時(shí)間為 t，超聲波在空氣中的傳播速度為 c，則從傳感器到目標(biāo)物體的距離 D 可用下式求出： D = ct /2 相應(yīng)的系統(tǒng)框如圖 315 所示： 圖 315 超聲波測(cè)距原理框圖 基本原理：經(jīng)發(fā)射器發(fā)射出長(zhǎng)約 6mm，頻率為 40kHZ 的超聲波信號(hào)。本智能車的測(cè)速采用光柵編碼器，它每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈都會(huì)輸出一定個(gè)數(shù)的脈沖，通過(guò)在單位時(shí)間內(nèi)測(cè)量得到的脈沖數(shù)，就可以得出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。光電開(kāi)關(guān)外圍電路如圖 317 所示。事實(shí)上，如果 LED管過(guò)亮，不僅增加功耗，而且紅外光容易穿過(guò)阻光區(qū)域，造成誤信號(hào)。對(duì) B與 C的兩個(gè)電路來(lái)說(shuō)， R3 決定著靈敏度，其取值范圍由具體的接收端光敏三極管所決定，一般為 10 kΩ 一 20 MΩ 。最高輸出電壓 8V,有很強(qiáng)的續(xù)航能力。 C18 是當(dāng)負(fù)載電流突變時(shí)，為改善電源的動(dòng)態(tài)特性而設(shè)的，取值約為 100～ 470uF。 C1 C19 正是為抑制這種振蕩或消除電網(wǎng)串入的高頻干擾而設(shè)置的，通常 C1 C19 取值為～ 。 //數(shù)碼管編碼 ucharcode table[]={0xeb,0x88,0xb3,0xba,0xd8,0x7a,0x7b,0xa8,0xfb, 0xfa}。 deal[2]=temp/100。 //送位選信號(hào) delay(10)。 delay(10)。 P1=0。 delay(10)。 TH1=0。 TL0=0。 ET1=1。 tri=1。 //當(dāng) echo 為零時(shí)等待 TR0=1。 //當(dāng) echo 為 1 計(jì)數(shù)并等待 TR0=0。 temp=*(high*256+low)*。 void delay_100us() // 100us 固定 延時(shí)函數(shù) { uchar a,b,c。b1。 } void delay_nus(uchar n) { while(n) { delay_100us()。 if(key1==0) { 29 n++。 } } } e=500。 delay_nus(1000n)。但操作者不能一直監(jiān)視著系統(tǒng)，也往往是在引起不良后果之后才進(jìn)行人工復(fù)位。本系統(tǒng)采用硬件 “ 看門(mén)狗”電路。 ● 基本原理 :CD4060 是帶震蕩器的 14 位計(jì)數(shù)器，由該芯片構(gòu)成的看門(mén)狗電路如圖 32 看門(mén)狗電路圖所示。 ● 參數(shù)選擇 ： 4060 的振蕩頻率 f 由 RT 、 CT決定。 4060 的振蕩頻率和 Qi(i=6,7,8,9,10,12,13,14)的選擇要根據(jù)情況確定。 CPU 必須在正確完成所有工作后才能發(fā)掃描輸入信號(hào)，且程序中發(fā)掃描信號(hào)的地方不能太多。機(jī)器匯編是通過(guò)匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于 MCS51 單片機(jī)的匯編軟件有早期的 A51，隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，單片機(jī)的開(kāi)發(fā) 軟件也在不斷發(fā)展， Keil 軟件是目前最流行開(kāi)發(fā) MCS51 系列單片機(jī)的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。 STC_ISP_V480 的簡(jiǎn)介 在運(yùn)行 STC_ISP_V480下載軟件之前，應(yīng)該先給出 ISP的 C程序源代碼 .要注意的是 :此程序是在 KeilC中要建立工程文件 ,包含 函數(shù) ,并且在 和 中都要保留 STC 的定義 .傳入用戶代碼時(shí) ,需要與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信 ,一般采用 RS232 串行通信 ,數(shù)據(jù)協(xié)議采用簡(jiǎn)單協(xié)議 。在給開(kāi)發(fā)板裝上單片機(jī) 時(shí)，我就將 單片機(jī)的方向裝反了，幸虧沒(méi)有燒毀單片機(jī) 。雖然 本次設(shè)計(jì)的 智能小車系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)，但在設(shè)計(jì)當(dāng)中也存在著 以下幾個(gè)問(wèn)題： ● 小車的驅(qū)動(dòng)力不夠，不能在地上自由的行走 。 ● 小車的整體重量需要進(jìn)一步減輕 。 35 致 謝 本設(shè)計(jì)是在 xxx老師 的指導(dǎo)下經(jīng)本人不懈的努力完成的， xxx老師嚴(yán)于律己、寬于待人的知識(shí)作風(fēng)讓我深受感動(dòng)。在此我不光要謝謝我的 畢業(yè)設(shè)計(jì)導(dǎo)師 xxx，還要謝謝在設(shè)計(jì)期間給予我?guī)椭膶?shí)驗(yàn)室 的 xxx， xxx， xxx 同學(xué) 。 sbit p2=P2^2。 sbit G=P2^0。 uint temp=0。 void delay_xus(uint x) //延時(shí)時(shí)間為 (17+13*x)us { while(x) { _nop_()。 TR1=0。a++) for(b=0。c++)。 deal[1]=temp/10%10。 P1=data_wei[3]。 P0=table[deal[1]]。 P0=0。 P1=data_wei[1]。 } void init() { p0=0。 TMOD=0x11。 } void chushihua() { p0=0。 } void sensor() { TH0=0。 echo=0。 //發(fā)送觸發(fā)脈沖 delay_xus(1)。flag)。flag)。 low=TL0。 while(1) { n=5。 } } } d=1000。 //設(shè)置前進(jìn)的時(shí)間 advance(uchar e) { while(e) { p1=1。 //設(shè)置周期為 1000us，即頻率為 1kHz } } m=50。 delay_xus(18)。 display()。 //左轉(zhuǎn)持續(xù)的時(shí)間 while(n) { p2=1。 while(m) // 左轉(zhuǎn)之后再前進(jìn) { p1=0。 p1=0。 if(temp20) //距離太近（左轉(zhuǎn)行不通）后退 { chushihua()。 p0=1。 // 邊后退邊左轉(zhuǎn) delay_xus(7)。