【正文】 ... 10 驅動電路 ...................................... 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率、改進產品質量和改善勞動條件等優(yōu)點，在世界各地的生產生活領域得到了廣泛的應用 [5]。 研究目的和意義 隨著人們物質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)的電路結構較簡單，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) 根據題目功能的要求，小車在循跡行駛過程中要能準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。當有光照射時，光敏二極管呈強電阻，經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，加上適當減速比的減速器。常用的驅動方式是 PWM 方式，即脈沖寬度調制方式。當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)據時要使用多個數(shù)碼管，這就增加了硬件電路的復雜度和額外功耗。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 硬件設計 9 圖 33 AT89S52 引腳排列圖 ● 與 MCS51 單片機產品兼容； ● 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)據指針； ●掉電標識符。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動芯片提高輸入電機信號的功率，從而能夠根據需要控制電機轉動。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，極大地滿足各種復雜電路需要。利用單片機調整出 PWM 脈沖和高低電平對直流電機進行驅動和控制。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導通時間，即通過改變脈沖寬度來進行直流調速。如圖 36 所示。由于電路總體上并不復雜，驅動電路的控制輸入端也可以不用經光耦合隔離，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的特點。體積小。檢測電路如圖 37 所示 ?？煽康冉嵌瘸霭l(fā)，設計裝設四個紅外傳感器，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。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它可以將電能轉變成機械振蕩而產生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉變成電能，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最多可記四次數(shù)。光電開關的靈敏度很高，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采用標準的 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)據端 第 15~16腳 空腳或背燈電源。 在初 始狀態(tài)下，黑線應位于傳感器的中間，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。此時小車應左轉。 避障的問題可以很復雜，為了簡化設計、編程及調試，宜使用一種比較簡單的解決方法。 測速算法設計 對無刷直流電機轉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，調整方便，所以 PID控制器很受工程技術人員的喜愛。 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之后，其與其它所有開關元件共用同一電源，在運行時發(fā)現(xiàn)三個用于尋跡用的開關元件不能全部正常工作了，據分析，避障用光電開關處接線不牢固，重新接線后工作正常。 測試結果與分析 本次進行了兩次調試。 測試儀器： 12V直流電源 秒表 測試記錄數(shù)據如下表 51和 52. 5 調試 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過較長時間的調整才能避開障礙物，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彎角度，小車仍可以完成循跡任務。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應用在復雜環(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)傳感器設備，車速傳感器用來獲得當前車速，障礙物傳感器用來獲得前方、側方、后方障礙物等信息。主要包括碰撞預警系統(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 質量和安全性檢測。 目前，國內外的許多大學及研究機構都在積極投入人力、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，設計小車的檢測、驅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。該設計具有實際意義，可以應用于考古、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。 單片機的應用領域越來越廣泛，無論是在生活，生產上，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，設計小車的檢測、驅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)設計任務與設計要求 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，以及軟硬件調試設備的基本方法； ，完成相關硬件電路的設計實現(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。 當外加額定直流電壓時，轉速幾乎相等。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 驅動芯片組合。用單片機控制晶體管使之工作在占空比可調的開關狀態(tài)，精確調整電機轉速。當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、電機驅動和控制電路兩部分。由一個 9V轉為 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，此時單片機會驅動兩個電機同時轉動，不需要轉彎，當某端輸入高電平時，表明小車的相應一側一走到黑線上，單片機便使改側的電機停止轉動，另一側的繼續(xù)轉動，直到兩側都不走到黑線上，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。