【正文】 ... 10 驅(qū)動電路 ...................................... 錯誤 !未定義書簽。近年來，傳統(tǒng)玩具的市場逐步縮水，高科技智能化的電子類玩具則逐步成為市場的主流。機器人由于具有高度的靈活性、可以幫助人們提高生產(chǎn)率、改進產(chǎn)品質(zhì)量和改善勞動條件等優(yōu)點，在世界各地的生產(chǎn)生活領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用 [5]。 研究目的和意義 隨著人們物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，智能化的電子玩具深受人們的喜愛，尤其是各種智能小車，由于這類玩具具有較好的交互性，可控性，能夠給人們帶來很好的娛 樂以及參與其中的體驗，高科技智能化的電子類玩具逐漸成為市場的主流。 整體設(shè)計可以分為如下幾個模塊，控制核心采用 MCS51 系列中的 AT89S52 單片機，循跡避障是通過傳感器實現(xiàn)的，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙， 控制小車1 緒論 2 的自動避障，從而發(fā)出避障信號。整個系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)較簡單，可靠性能高。系統(tǒng)整體方框圖如圖 21 所示。 選擇合適的傳感器可以使設(shè)計簡便，還可以簡化硬件電路。兩種方案的主要區(qū)別是使用的傳感器不同。 障礙物檢測系統(tǒng) 根據(jù)題目功能的要求，小車在循跡行駛過程中要能準(zhǔn)確的避開途中遇到的障礙物，因此對檢測距離有一定要求。這些方法都有各自的優(yōu)缺點。 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計與論證 5 光源檢測系統(tǒng) 光源檢測使用常見的光敏器件，光敏二極管。當(dāng)有光照射時，光敏二極管呈強電阻，經(jīng)比較器輸出一個高電平，反之則輸出低電平。兩種方案的主要區(qū)別如表 23。 方案一：使用直流電機，加上適當(dāng)減速比的減速器。常用的驅(qū)動方式是 PWM 方式，即脈沖寬度調(diào)制方式。當(dāng)給步進電機輸入一個電脈沖信號時，步進電機的輸出軸就轉(zhuǎn)動一個角度，因此可以實現(xiàn)精確的位置控制。具體差別見下表 24。 單片機控制電路系統(tǒng) 此部分是整個小車運行的核心部分，起著控制小車所有運行狀態(tài)的作用。雖然這款單片機本身沒有 PWM 模塊，但若采用本身有 PWM 模塊的單片機就會產(chǎn)生資源浪費。數(shù)碼管使用簡單，價格低廉，但一個數(shù)碼管只能顯示一個數(shù)字，要顯示多位數(shù)據(jù)時要使用多個數(shù)碼管，這就增加了硬件電路的復(fù)雜度和額外功耗。將四個紅外線光電傳感器裝在車體的底盤前端，小車根據(jù)傳感器檢測到的情況執(zhí)行?？梢院芎玫臐M足小車所需的精度。起著控制小車所有運行 狀態(tài)的作用。 輸出 PWM信號， ~ 分別控制電機驅(qū)動。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 3 硬件設(shè)計 9 圖 33 AT89S52 引腳排列圖 ● 與 MCS51 單片機產(chǎn)品兼容； ● 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器； ● 1000 次擦寫周期； ●全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz； ●三級加密程序存儲器； ● 32 個可編程 I/O 口線； ●三個 16 位定時器 /計數(shù)器； ●八個中斷源； ●全雙工 UART 串行通道； ●低功耗空閑和掉電模式； ●掉電后中斷可喚醒； ●看門狗定時器； ●雙數(shù)據(jù)指針； ●掉電標(biāo)識符。具體見表 31 和表 32。從單片機輸出的信號功率很弱，即使在沒有其它外在負(fù)載時也無法帶動電機，所以在實際電路中我們加入了電機驅(qū)動芯片提高輸入電機信號的功率，從而能夠根據(jù)需要控制電機轉(zhuǎn)動。它的使能端可以外接高低電平，也可以利用單片機進行軟件控制，極大地滿足各種復(fù)雜電路需要。利用單片機調(diào)整出 PWM 脈沖和高低電平對直流電機進行驅(qū)動和控制。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時間，即通過改變脈沖寬度來進行直流調(diào)速。如圖 36 所示。由于電路總體上并不復(fù)雜，驅(qū)動電路的控制輸入端也可以不用經(jīng)光耦合隔離，直接與單片機引腳相連。所有這些都是通過軟件編程實現(xiàn)控制。 紅外探測法，即用紅外線在不同顏色的物表面具有不同的反射性質(zhì)的特點。體積小。檢測電路如圖 37 所示 ?？煽康冉嵌瘸霭l(fā)，設(shè)計裝設(shè)四個紅外傳感器，及采用四套上面的電路。 圖 38 循線傳感器布局 障礙物檢測電路 本設(shè)計中小車采用超聲波檢測障礙物。超聲波發(fā)射和檢測接收電路如圖 39， 310 所示 。在工業(yè)中應(yīng)用主要采用縱向振蕩。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠(yuǎn)。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅鳎梢詫㈦娔苻D(zhuǎn)變成機械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉(zhuǎn)變成電能，所以它可以分成發(fā) 送器或接收器。該種有 T/R4060， T/R4012 等（其中 T 表示發(fā)送， R 表示接收， 40 表示頻率為 40KHZ，16 及 12 表示其外徑尺寸，以毫米計）。這里我們只需要利用超聲波檢測到前方障礙物，返回信號即可。本設(shè)計使用六套下面的電路。實物陣列排列方式如圖 312。分為絕對式和增量式兩種。 . 3 硬件設(shè)計 16 圖 313 碼盤計數(shù)原理 從上圖可以看出，在 光 電碼盤器輸出脈沖的一個周期內(nèi)最多可記四次數(shù)。光電開關(guān)的靈敏度很高，可以分辨出很小的間隙。它常用的檢測電路與反射式光電傳感器一樣，這里就不再贅述。其連接電路如下圖 315 3 硬件設(shè)計 17 圖 315 液晶顯示電路 1602字符液晶如圖 316 圖 316 1602字符液晶顯示屏 1602采用標(biāo)準(zhǔn)的 16腳接口，引腳介 紹 見表 33. 表 33 1602引腳介紹 引腳號 功能介紹 第 1腳 VSS 為電源地 第 2腳 VDD 接 5V 電源正極 第 3腳 V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比 度最高 第 4腳 RS 為寄存器選擇，高電平 1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0時選擇指令寄存器 第 5腳 RW 為讀寫信號線，高電平 (1)時進行讀操作，低電平 (0)時進行寫操作 第 6腳 E(或 EN) 為使能 (enable)端 第 7~14腳D0~D7 為 8位雙向數(shù)據(jù)端 第 15~16腳 空腳或背燈電源。 在初 始狀態(tài)下，黑線應(yīng)位于傳感器的中間，此時 3傳感器檢測到黑線，即四個傳感器的狀態(tài)分別為 0、 0、 1，表示為二進制數(shù)是 1001，此時小車前進。此時小車應(yīng)左轉(zhuǎn)。 避障的問題可以很復(fù)雜，為了簡化設(shè)計、編程及調(diào)試，宜使用一種比較簡單的解決方法。 測速算法設(shè)計 對無刷直流電機轉(zhuǎn)速的控制既可采用開環(huán)控制，也可采用閉環(huán)控制。數(shù)字 PID控制算法是將模擬 PID離散化得到，各參數(shù)有著明顯的物理意義，調(diào)整方便，所以 PID控制器很受工程技術(shù)人員的喜愛。 KD—— 微分放大系數(shù)； 。市面上常用的有干電池和蓄電池。 在安裝上避障用光電開關(guān)之后，其與其它所有開關(guān)元件共用同一電源，在運行時發(fā)現(xiàn)三個用于尋跡用的開關(guān)元件不能全部正常工作了，據(jù)分析，避障用光電開關(guān)處接線不牢固，重新接線后工作正常。 測試結(jié)果與分析 本次進行了兩次調(diào)試。 測試儀器： 12V直流電源 秒表 測試記錄數(shù)據(jù)如下表 51和 52. 5 調(diào)試 22 表 51 速度測試 次數(shù) 路面狀況 平紙板 水泥地面 有較大褶皺的紙板 1 2 中途因底盤低而停止 3 表 52 循跡避 障測試 次數(shù) 項目 完成時間（ s） 行駛過程中脫離 軌道次數(shù) 躲避障礙物時碰撞次數(shù) 1 49 3 1 2 45 0 1 3 42 0 0 *注：小車在因速度過快而脫離軌道后仍能自行返回原軌道，無須人為搬回 。小車在檢測到障礙物后要經(jīng)過較長時間的調(diào)整才能避開障礙物，這是由于采用的算法不夠理想。能很好的完成沿黑色軌道前進，改變軌道的形狀及轉(zhuǎn)彎角度，小車仍可以完成循跡任務(wù)。利用反射式光電傳感器檢測黑線實現(xiàn)小車循線，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小車的自動避障，光電碼盤實現(xiàn)小車的速度檢測，并通過液晶顯示。很好的滿足了題目的要求，并在題目的要求基礎(chǔ)上有一定發(fā)揮，增加了尋光和報警提示功能，以及增加速度檢測和顯示，使整個設(shè)計更人性化。 suit P1_3=P1^3。 void delay_us(uint time) //微秒延時 {for(。time0。 } void ex0_init() //中斷初始化 { PX0=1。 EX0=1。 P1_0=0。 TL0=16000%256。P1_2=0。P1_2=1。P1_2=0。P1_2=0。} void ex1() interrupt 2 using 2{} void int0() interrupt 1 using 1 { TR0=0。 } void main() { port_init()。0x0f) { case 0x9: {forword()。 pulse()。} break。b) pulse()。c0。b0。b0。 EA=1。當(dāng)時斯坦福研究院 (SRI)的 Nils Nilssen和 charles Rosen等人，在 1966年至 1972年中研制出了取名 shakey的自主式移動機器人，目的是將人工智能技術(shù)應(yīng)用在復(fù)雜環(huán)境下，完成機器人系統(tǒng)的自主推理、規(guī)劃和控制。它具有道路障礙自動識別、自動報警、自動制動、自動保持安全距離、車 速和巡航控制等功能。 (3)傳感器設(shè)備，車速傳感器用來獲得當(dāng)前車速，障礙物傳感器用來獲得前方、側(cè)方、后方障礙物等信息。主要包括碰撞預(yù)警系統(tǒng)和駕駛員狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。 參考文獻 31 (3)車輛自動駕駛系統(tǒng)，這是智能車輛技術(shù)的最高層次，它由車載計算機全部自動地實現(xiàn)車輛操作功能。這時，智能化探測小車就會發(fā)揮很好的作用。對水庫堤壩、海岸護岸堤、江河大壩進行 質(zhì)量和安全性檢測。 目前，國內(nèi)外的許多大學(xué)及研究機構(gòu)都在積極投入人力、財力研制開發(fā)針對特殊條件下的 安全監(jiān)測系統(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。在實踐過程中，熟悉以單片機為核心控制芯片，設(shè)計小車的檢測、驅(qū)動和顯示等外圍電路，采用智能控制算法實現(xiàn)小車的智能循跡。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究。該設(shè)計具有實際意義，可以應(yīng)用于考古、機器人、醫(yī)療器械等許多方面。近年來，我國也開展了很多研究工作，以滿足不同用途的需要。 1997 年，由美國 JPL(全稱JetPropulsion Laboratory，美國太空總署噴氣推進實驗室 )研制的 Sojourner號探測車登上了火星。 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，無論是在生活，生產(chǎn)上，單片機無 處不在。在實踐過程中，熟悉以單片機為核心控制芯片，設(shè)計小車的檢測、驅(qū)動和顯示等外圍電路，采用智能控制算法實現(xiàn)小車的智能循跡。 第二章介紹了該智能循跡小車系設(shè)計方案比較和選擇，分析了各模塊的功能。 第 2章 智能循跡小車系統(tǒng) 系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)與設(shè)計要求 參考文獻 34 51單片機集成開發(fā)環(huán)境，運用 C 語言編寫工程文件； 、資源，以及軟硬件調(diào)試設(shè)備的基本方法； ，完成相關(guān)硬件電路的設(shè)計實現(xiàn)； 、路面檢測的原理和實現(xiàn)方法。 方案二： 采用 AT89S52 作為系統(tǒng)控制的方案。 方案二：采用雙電源供電，通過兩個獨立的電源分別對單片機和直流電機進行供電，此方案的優(yōu)點是，減少波動，穩(wěn)定性比較好，可以讓小車更好的運作起來，唯一的缺 點就是會增加小車的重量。 當(dāng)外加額定直流電壓時，轉(zhuǎn)速幾乎相等。電路如圖 21： 圖 21 直流電機 +LM293 組合電路原理 方案二：采用步進電機，配合 LM298 驅(qū)動芯片組合。用單片機控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電機轉(zhuǎn)速。當(dāng)光線照射到白線上面時，光線發(fā)射強烈，光線照射到黑線上面時，光線發(fā)射較弱。 方案二 ：采用 RPR220 型光電對管。 系統(tǒng)框圖如圖 24。 參考文獻 38 運動系統(tǒng) 電路 包括 供電電路、電機驅(qū)動和控制電路兩部分。由一個 9V轉(zhuǎn)為 5V對控制單元供電；另一個 9V電池直接對電機的供電端連接。 參考文獻 39 圖 32 圖 32 單片機最小系統(tǒng) 單片機使用資源規(guī)劃 由于 51 單片機具有比較強大的系統(tǒng)資源，本系統(tǒng)在設(shè)計時充分利用了它的自身特性，并進行合理規(guī)劃。傳入放入信號為高低電平，在小車沒有走到黑線上時，輸入都為低電平，此時單片機會驅(qū)動兩個電機同時轉(zhuǎn)動，不需要轉(zhuǎn)彎，當(dāng)某端輸入高電平時，表明小車的相應(yīng)一側(cè)一走到黑線上，單片機便使改側(cè)的電機停止轉(zhuǎn)動，另一側(cè)的繼續(xù)轉(zhuǎn)動，直到兩側(cè)都不走到黑線上，程序采用輪詢的方式，可以及時的檢測到是否走到黑線上 。 智能車控制系統(tǒng)中，不同電路模塊需要的工作電壓和電流容量各不相同。顧名思義，三端 IC 是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。