【正文】 具電動小車做車架開發(fā)周期短，可留夠充分的時間用于系 統(tǒng)調(diào)試，且硬件上的不足 可以通過 優(yōu)良的算法來彌補 。 且在運用過程中 STC89C52 的 精確度和運算速度也都完全符合系統(tǒng)的要求。 在使用的過程中發(fā)現(xiàn)它滿足不了本次設(shè)計的要求，后來考慮了 專用芯片 L298N 作為電機驅(qū)動芯片。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、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點。光電開關(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)，物體對紅外光由同步回路選通而檢測物體的有無。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，而且地面對超聲波的反射，會影響系統(tǒng)對障礙物的判斷 。電動機驅(qū)動電源采用 四節(jié) 五號電池，單片機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，這樣做雖然可以將電動機驅(qū)動所造成的干擾徹底消除，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。 經(jīng)過 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 單片機作為整個電路的控制核心。、 ● 采用 超聲波 探測 器 進行 障礙檢測 。其應(yīng)用范圍廣，性能良好，可用于解決復(fù)雜的控制問題。它們都是通過片內(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。 ● 程序存儲器 由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲器的容量不夠，則需用擴展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴至 64k 字節(jié)?？捎脕磉M行串行通訊，擴展并行I/O 口，甚至與多個單片機相連構(gòu)成多機系統(tǒng)，從而使單片機的功能更強且應(yīng)用更廣。特別值得一提的是該單片機 CPU 中的位處理器，它實際上是一個完整的 1位微計算機，這個一位微計算機有自己的 CPU、位寄存器、 I/O 口和指令集。 9 圖 32 本次設(shè)計用到的單片機開發(fā)板實物圖 其原理圖如圖 33 所示： 圖 33 開發(fā)板原理圖 10 單片機時鐘震蕩電路 MCS51 單片機各功能部件運行都是以時鐘控制信號為基準，有條不紊的一步一步地工作，因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 本設(shè) 計采用內(nèi)部時鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTAL XTAL2 引腳上外接定時元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。所以本設(shè)計中，振蕩晶體選擇6MHZ,電容選擇 65pF。 11 無論是在單片機剛開始接上電源時，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復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。 按鍵手動復(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，兩個機器周期后單片機復(fù)位。 圖 3－ 5單片機復(fù)位電路 顯示模塊的設(shè)計 12 在本次設(shè)計中采用 數(shù)碼管作為顯示部分，數(shù)碼管實際上是由 7個發(fā)光二極管組成 8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點就是 8個。動態(tài)顯示的特點是將所有位數(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)碼管的段選信號則由單片機的 P1 口控制，超聲波傳感器檢測到的距離通過數(shù)字編碼轉(zhuǎn)換后才送到數(shù)碼管顯示，在送段選信號時， 通過單片機的控制，首先顯示個位數(shù) , 再延時一會， 然后關(guān)掉 .之后然后顯示 十位數(shù)， 再延時一會， 再關(guān)掉 ,然后顯示百位數(shù)，這樣 一直循環(huán)下去，那么我們將會看到連續(xù)的數(shù)字顯示 ,輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮?xí)r間是極為短暫的，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上四位顯示器并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示而不會有閃爍感?？刂齐姍C的可靠性對保證任何自動控制系統(tǒng)的正常工作極為重要，一旦發(fā)生故障，將會直接導(dǎo)致本 次 設(shè)計的失敗。 ● 啟動、停止和反向均能連續(xù)有效的進行，具有良好的響應(yīng)特性。步進電機效率較低，功率較小，雖然近年來不斷有小體積大功率的步進電機出現(xiàn)，但其價格昂貴， 因此在小車類控制中常用 的是直流電機。直流電機在控制電壓一定時，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的變化 而變化。 直流電機調(diào)速 原理 直流電動機轉(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為電動機結(jié)構(gòu)參數(shù)。 PWM 調(diào)速控制的基本原理是按一個固定頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)接通和斷開的時間比 (占空比 )來改變直流電機電樞上電壓的 占空比 ，從而改變平均電壓，控制電機的轉(zhuǎn)速。 設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為 Vmax，且設(shè)占空比為 D=t／ T，則電機的 平均速度 Vd 為： Vd=VmaxD 由公式可知，當改變占空比 D=t／ T時，就可以得到不同的電機平均速度 Vd，從而達到調(diào)速的目的。當高電平延時時間到時，對 I/O 口電平取反變成低 電平，然后再延時；當?shù)碗娖窖訒r到時，再對 I/O 口電平取反，如此循環(huán)就可得到 PWM信號。 但 本實驗用的 STC89C52 并沒有 PWM控制器，所以采用定時器產(chǎn)生 PWM 信號。設(shè)計用來接收 DTL 或者 TTL 邏輯電平，驅(qū)動感性負載 (比如繼電器，直流電機 )，和開關(guān)電源晶體管。還可從板內(nèi)?。?5V 電壓用來給單片機部分供電。 L298N 可直接的對電機進行控制，無須隔離電路。 L298N 是雙 H橋驅(qū)動芯片，包含兩個 H 橋電路。 本模塊性能 19 穩(wěn)定，測度距離精確。 Trig 引腳是內(nèi)部上拉 10K的電阻，用單片機的 IO 口拉 高 Trig 引腳，然后給一個 持續(xù)時間 10us 以上的脈沖信號 ,OUT 腳為此模塊作為防盜模塊時的開關(guān)量輸出腳，測距模塊不用此腳 。因為單片機的引腳用作輸入口的時候需要先給單片機的相應(yīng)引腳一個高電平，然后從才能輸入信號，因此在發(fā)送觸發(fā)脈沖的時候應(yīng)先把單片機的相應(yīng)引腳拉高。 圖 314 超聲波測距時序圖 以上時序圖表明我們只需要提供一個 10us 以上脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部將自動發(fā)出 8個 40kHz 周期電平并檢測回波。 距離 =高電平持續(xù)時間 *聲速 (340m/s)/2 超聲波測距原理及系統(tǒng)組成 超聲波測距是借助于超聲脈沖回波渡越時間法來實現(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 超聲波測距原理框圖 基本原理：經(jīng)發(fā)射器發(fā)射出長約 6mm，頻率為 40kHZ 的超聲波信號。本智能車的測速采用光柵編碼器，它每轉(zhuǎn)動一圈都會輸出一定個數(shù)的脈沖，通過在單位時間內(nèi)測量得到的脈沖數(shù)，就可以得出電機的轉(zhuǎn)速。光電開關(guān)外圍電路如圖 317 所示。事實上，如果 LED管過亮，不僅增加功耗，而且紅外光容易穿過阻光區(qū)域，造成誤信號。對 B與 C的兩個電路來說， 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,有很強的續(xù)航能力。 C18 是當負載電流突變時，為改善電源的動態(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 delay(10)。 delay(10)。 P1=0。 delay(10)。 TH1=0。 TL0=0。 ET1=1。 tri=1。 //當 echo 為零時等待 TR0=1。 //當 echo 為 1 計數(shù)并等待 TR0=0。 temp=*(high*256+low)*。 void delay_100us() // 100us 固定 延時函數(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行人工復(fù)位。本系統(tǒng)采用硬件 “ 看門狗”電路。 ● 基本原理 :CD4060 是帶震蕩器的 14 位計數(shù)器，由該芯片構(gòu)成的看門狗電路如圖 32 看門狗電路圖所示。 ● 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，且程序中發(fā)掃描信號的地方不能太多。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于 MCS51 單片機的匯編軟件有早期的 A51，隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā) 軟件也在不斷發(fā)展， Keil 軟件是目前最流行開發(fā) MCS51 系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。 STC_ISP_V480 的簡介 在運行 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 ,需要與計算機進行通信 ,一般采用 RS232 串行通信 ,數(shù)據(jù)協(xié)議采用簡單協(xié)議 。在給開發(fā)板裝上單片機 時，我就將 單片機的方向裝反了，幸虧沒有燒毀單片機 。雖然 本次設(shè)計的 智能小車系統(tǒng)有很多優(yōu)點，但在設(shè)計當中也存在著 以下幾個問題： ● 小車的驅(qū)動力不夠，不能在地上自由的行走 。 ● 小車的整體重量需要進一步減輕 。 35 致 謝 本設(shè)計是在 xxx老師 的指導(dǎo)下經(jīng)本人不懈的努力完成的， xxx老師嚴于律己、寬于待人的知識作風(fēng)讓我深受感動。在此我不光要謝謝我的 畢業(yè)設(shè)計導(dǎo)師 xxx，還要謝謝在設(shè)計期間給予我?guī)椭膶嶒炇?的 xxx， xxx， xxx 同學(xué) 。 sbit p2=P2^2。 sbit G=P2^0。 uint temp=0。 void delay_xus(uint x) //延時時間為 (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)置前進的時間 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)的時間 while(n) { p2=1。 while(m) // 左轉(zhuǎn)之后再前進 { 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)。