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基于at89s52單片機(jī)循跡避障小車(chē)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-預(yù)覽頁(yè)

 

【正文】 。因此,可遙控的智能化小車(chē)的研究是非常有意義的,具有很大潛在市場(chǎng)價(jià)值的。智能小車(chē)正是模仿機(jī)器人的一種嘗試。與此同時(shí),智能小車(chē)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。整個(gè)系統(tǒng)具有自動(dòng)尋跡、尋光和速度測(cè)試功能。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)足要求。 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)。 循跡檢測(cè)系統(tǒng)循跡檢測(cè)常用到傳感器。具體區(qū)別見(jiàn)表 21。又考慮到在測(cè)障過(guò)程中小車(chē)車(chē)速及避障反應(yīng)堆小車(chē)速度的限制,小車(chē)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?chē)庫(kù)尋找到最佳的位置和方向。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(jiàn)表 22。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。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。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(pán)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(pán)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(pán)測(cè)速。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。此方法性能較好,電路和控制都比較簡(jiǎn)單。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。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)??刂频姆椒ㄓ泻芏?,大部分都采用單片機(jī)控制。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)。故不予考慮。 避障的原理和循跡一樣,在車(chē)頭裝了一個(gè)傳感器,傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí),小車(chē)減速,車(chē)體做出相應(yīng)的反應(yīng)??紤]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。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。其他 P 口用外接控制小車(chē)的各種控制開(kāi)關(guān),P0口外接 10K 的上拉電阻,可用于外接 LCD1602。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。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。4 個(gè) P 口在一般情況下都是是一個(gè) 8 位雙向 I/O 口。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(xiě)選通) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)另外還有第九引腳 RST 為復(fù)位引腳。直流電機(jī)常用的 PWM,及脈寬調(diào)制方式驅(qū)動(dòng)。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。圖 34 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路L298 集成 H 橋芯片。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。這個(gè)電壓可以由脈沖的寬度調(diào)節(jié)。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)。 循跡檢測(cè)電路該智能小車(chē)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。在小車(chē)行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光,當(dāng)紅外線(xiàn)遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫反射,反射光被裝在小車(chē)上的接收管接收;如果遇到黑紙則紅外光被吸收,小車(chē)上的接收管接收不到信號(hào)。簡(jiǎn)便易用,性能可靠。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。具體位置分布如圖 38 所示。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。 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(chē)檢測(cè)到障礙物時(shí),小車(chē)的報(bào)警系統(tǒng)中的蜂鳴器鳴叫,同時(shí)指示 LED 發(fā)光。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播,其傳播速度不同。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。有的超聲波傳感器既作發(fā)送,也能作接收。另有一種密封式超聲波傳感器(MA40EI 型) 。 光源檢測(cè)電路光敏電路如圖 311 所示。按照一定的方式排列??紤]到提高小車(chē)的光源搜索效率,將光敏陣列安裝在小車(chē)的頂部,靠車(chē)頭的位置。這里采用增量式。而我們使用的是經(jīng)改進(jìn)的光電碼盤(pán),如圖314碼盤(pán)中的透射式光電開(kāi)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(kāi)。車(chē)輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,可以檢測(cè)到十二個(gè)信號(hào)。小車(chē)一周內(nèi)可計(jì)數(shù)12次,,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(chē)的精度要求。 15腳 背 光 正 極 , 16腳 背 光 負(fù) 極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。當(dāng)小車(chē)從中間逐漸往左偏離軌道黑線(xiàn)時(shí),即黑線(xiàn)在小車(chē)右邊,對(duì)應(yīng)的狀態(tài)有1000、1100、111101。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(xiàn),此時(shí)說(shuō)明小車(chē)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(chē)??紤]到小車(chē)的速度和能檢測(cè)到障礙物的距離,為避免小車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)撞上障礙物,設(shè)計(jì)小車(chē)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。與開(kāi)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(kāi)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。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)。TS——采樣周期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(kāi)始調(diào)試,小車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。由于小車(chē)相當(dāng)耗電,9V的干電池用不了多久,就會(huì)出現(xiàn)開(kāi)關(guān)器件很難穩(wěn)定地給單片機(jī)送正確值的情況。在電源開(kāi)啟后,小車(chē)循跡過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)原地打轉(zhuǎn)的情況。兩次都是在鋪有黑色硬紙條的軌道上進(jìn)行。根據(jù)測(cè)試結(jié)果,可以看出小車(chē)循跡避障功能基本實(shí)現(xiàn)。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。并避開(kāi)障礙物。具有自動(dòng)尋跡和尋光功能。致 謝!參考文獻(xiàn)[1] Zvi Lanechange maneuvers of autonomous vehicles[J].ASME Journal of DynamicsSystems,Measurement and . 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