【正文】 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。傳入放入信號(hào)為高低電平，在小車沒有走到黑線上時(shí)，輸入都為低電平，此時(shí)單片機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，不需要轉(zhuǎn)彎，當(dāng)某端輸入高電平時(shí)，表明小車的相應(yīng)一側(cè)一走到黑線上，單片機(jī)便使改側(cè)的電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，另一側(cè)的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)的檢測(cè)到是否走到黑線上 。由一個(gè) 9V轉(zhuǎn)為 5V對(duì)控制單元供電；另一個(gè) 9V電池直接對(duì)電機(jī)的供電端連接。 系統(tǒng)框圖如圖 24。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。電路如圖 21： 圖 21 直流電機(jī) +LM293 組合電路原理 方案二：采用步進(jìn)電機(jī)，配合 LM298 驅(qū)動(dòng)芯片組合。 方案二：采用雙電源供電，通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的電源分別對(duì)單片機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行供電，此方案的優(yōu)點(diǎn)是，減少波動(dòng)，穩(wěn)定性比較好，可以讓小車更好的運(yùn)作起來(lái)，唯一的缺 點(diǎn)就是會(huì)增加小車的重量。 第 2章 智能循跡小車系統(tǒng) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)要求 參考文獻(xiàn) 34 51單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境，運(yùn)用 C 語(yǔ)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(jì)實(shí)現(xiàn)； 、路面檢測(cè)的原理和實(shí)現(xiàn)方法。在實(shí)踐過(guò)程中，熟悉以單片機(jī)為核心控制芯片，設(shè)計(jì)小車的檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)和顯示等外圍電路，采用智能控制算法實(shí)現(xiàn)小車的智能循跡。 1997 年，由美國(guó) JPL(全稱JetPropulsion Laboratory，美國(guó)太空總署噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 )研制的 Sojourner號(hào)探測(cè)車登上了火星。該設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義，可以應(yīng)用于考古、機(jī)器人、醫(yī)療器械等許多方面。在實(shí)踐過(guò)程中，熟悉以單片機(jī)為核心控制芯片，設(shè)計(jì)小車的檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)和顯示等外圍電路，采用智能控制算法實(shí)現(xiàn)小車的智能循跡。 目前，國(guó)內(nèi)外的許多大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)都在積極投入人力、財(cái)力研制開發(fā)針對(duì)特殊條件下的 安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這時(shí)，智能化探測(cè)小車就會(huì)發(fā)揮很好的作用。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)。它具有道路障礙自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)制動(dòng)、自動(dòng)保持安全距離、車 速和巡航控制等功能。 EA=1。b0。b) pulse()。 pulse()。 } void main() { port_init()。P1_2=0。P1_2=1。 TL0=16000%256。 EX0=1。time0。 suit P1_3=P1^3。利用反射式光電傳感器檢測(cè)黑線實(shí)現(xiàn)小車循線，利用超聲波傳感器檢測(cè)道路上的障礙，控制電動(dòng)小車的自動(dòng)避障，光電碼盤實(shí)現(xiàn)小車的速度檢測(cè)，并通過(guò)液晶顯示。小車在檢測(cè)到障礙物后要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)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。 測(cè)試結(jié)果與分析 本次進(jìn)行了兩次調(diào)試。市面上常用的有干電池和蓄電池。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。 避障的問題可以很復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、編程及調(diào)試，宜使用一種比較簡(jiǎn)單的解決方法。 在初 始狀態(tài)下，黑線應(yīng)位于傳感器的中間，此時(shí) 3傳感器檢測(cè)到黑線，即四個(gè)傳感器的狀態(tài)分別為 0、 0、 1，表示為二進(jìn)制數(shù)是 1001，此時(shí)小車前進(jìn)。它常用的檢測(cè)電路與反射式光電傳感器一樣，這里就不再贅述。 . 3 硬件設(shè)計(jì) 16 圖 313 碼盤計(jì)數(shù)原理 從上圖可以看出，在 光 電碼盤器輸出脈沖的一個(gè)周期內(nèi)最多可記四次數(shù)。實(shí)物陣列排列方式如圖 312。這里我們只需要利用超聲波檢測(cè)到前方障礙物，返回信號(hào)即可。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(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時(shí)它接收到超聲波時(shí)，也能轉(zhuǎn)變成電能，所以它可以分成發(fā) 送器或接收器。在工業(yè)中應(yīng)用主要采用縱向振蕩。 圖 38 循線傳感器布局 障礙物檢測(cè)電路 本設(shè)計(jì)中小車采用超聲波檢測(cè)障礙物。檢測(cè)電路如圖 37 所示 。 紅外探測(cè)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(diǎn)。由于電路總體上并不復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)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(jī)引腳相連。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)進(jìn)行直流調(diào)速。它的使能端可以外接高低電平，也可以利用單片機(jī)進(jìn)行軟件控制，極大地滿足各種復(fù)雜電路需要。具體見表 31 和表 32?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 輸出 PWM信號(hào)， ~ 分別控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)?？梢院芎玫臐M足小車所需的精度。數(shù)碼管使用簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但一個(gè)數(shù)碼管只能顯示一個(gè)數(shù)字，要顯示多位數(shù)據(jù)時(shí)要使用多個(gè)數(shù)碼管，這就增加了硬件電路的復(fù)雜度和額外功耗。 單片機(jī)控制電路系統(tǒng) 此部分是整個(gè)小車運(yùn)行的核心部分，起著控制小車所有運(yùn)行狀態(tài)的作用。當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此可以實(shí)現(xiàn)精確的位置控制。 方案一：使用直流電機(jī)，加上適當(dāng)減速比的減速器。當(dāng)有光照射時(shí)，光敏二極管呈強(qiáng)電阻，經(jīng)比較器輸出一個(gè)高電平，反之則輸出低電平。這些方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。兩種方案的主要區(qū)別是使用的傳感器不同。系統(tǒng)整體方框圖如圖 21 所示。 整體設(shè)計(jì)可以分為如下幾個(gè)模塊，控制核心采用 MCS51 系列中的 AT89S52 單片機(jī)，循跡避障是通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)的，利用超聲波傳感器檢測(cè)道路上的障礙， 控制小車1 緒論 2 的自動(dòng)避障，從而發(fā)出避障信號(hào)。機(jī)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(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量和改善勞動(dòng)條件等優(yōu)點(diǎn)，在世界各地的生產(chǎn)生活領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用 [5]。 3 硬件設(shè)計(jì) .............................................................................................................................. 7 總體設(shè)計(jì)方案 ........................................................ 7 單片機(jī)控制電路 ...................................................... 8 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ........................................................ 10 驅(qū)動(dòng)電路 ...................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 Sensor。 利用反射式光電傳感器檢測(cè)黑線實(shí)現(xiàn)小車循跡 ，利用超聲波傳感器檢測(cè)道路上的障礙，控制電動(dòng)小 汽車的自動(dòng)避障，整個(gè)系統(tǒng)具有自動(dòng)尋跡、尋光和速度測(cè)試功能。 關(guān)鍵詞 :單片機(jī) ； 傳感器 ； PWM 調(diào)速 ； 循跡避障； PID 控制算法咸寧學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 II Abstract This paper introduced an kind of intelligent car that use AT89S52 SCM as control core , bine with multiple sensors and PID control algorithm to achieve the function that find track and avoid obstacles. the electrical car uses reflective photoelectric sensor to detect black line to achieve trackfinding, uses ultrasonic sensors to detect obstacles on the road to avoid obstacles entire system has the function that trace route automatically,find light and test speed .Among them, AT89S52 which has 8bit singlechip is used as the control of useing easily and having multifunction ,it suffers large users. The motor driver uses the mon wayPWM for the motor controlling speed. the speed of car is displayed by the LCD screen .The circuit structure of the whole system is relatively simple, high reliability, and it can meet the requirements of the various the continuous improvement of high technology and the stead process in industrial automation in our country,the Intelligencecar which gradually access to people39。 光源檢測(cè)系統(tǒng) .................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。因此，可遙控的智能化小車的研究是非常有意義的，具有很大潛在市場(chǎng)價(jià)值的。與此同時(shí)，智能小車可以應(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。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果滿足要求。 循跡檢測(cè)系統(tǒng) 循跡檢測(cè)常用到傳感器。又考慮到在測(cè)障過(guò)程中小車車速及避障反應(yīng)堆小車速度的限制，小車應(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)胲噹?kù)尋找到最佳的位置和方向。 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。 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 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)電碼盤測(cè)速。此方法性能較好，電路和 控制都比較簡(jiǎn)單。 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與論證 6 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)。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)。 避障的原理和循跡一樣，在車頭裝了一個(gè)傳感器，傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí)，小車減速，車體做出相應(yīng)的反應(yīng)。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。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。 4 個(gè) P 口 在一般情況下都是 是一個(gè) 8 位雙向 I/O 口。直流電機(jī)常用的 PWM，及脈寬調(diào)制方式驅(qū)動(dòng)。 3 硬件設(shè)計(jì) 11 圖 34 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 L298 集成 H 橋芯片。這個(gè)電壓可以由脈沖的寬度調(diào)節(jié)。 循跡檢測(cè)電路 該智能小車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。簡(jiǎn)便易用，性能可靠。具體位置分布如圖 38 所示。 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)小車檢測(cè)到障礙物時(shí)，小車的報(bào)警系統(tǒng)中的蜂鳴器鳴叫，同時(shí)指示 LED 發(fā)光。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。另有一種密封式超聲波傳感器（ MA40EI 型）。按照一定的方式排列。這里采用增量式。車輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，可以檢測(cè)到十二個(gè)信號(hào)。 15腳背光正極， 16腳背光負(fù)極 4 軟件設(shè)計(jì) 18 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。 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，此時(shí)說(shuō)明小車已行駛到中點(diǎn)，或者可能完全脫離了軌到，說(shuō)明此次循跡失敗，停車。與開環(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。 TS—— 采樣周期5 調(diào)試 21 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