【正文】 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 A02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19A B / B A1U17 4 HC2 4 5 圖 10 74HC245 管腳 該芯片共有 20 個(gè)管腳，管腳 B0、 B B B B B B B7 分別接 1000 歐電阻后與四位一體動(dòng)態(tài)共陰極的 a﹑ b﹑ c﹑ d﹑ e﹑ f﹑ g﹑ dp 相連，分別控制各段碼和小數(shù)點(diǎn)。當(dāng)檢 測到回波信號(hào)后，模塊還要進(jìn)行溫度值的測量，然后根據(jù)當(dāng)前溫度值對測距結(jié)果進(jìn)行校正，將校正后的結(jié)果通過 Echo/RX 輸出。 R115 065412U1O P T O C O U P LE R N P NR V 1P O T10 k321114U 2 : ALM 32 4D1D I O D E LE DR24. 7 K 圖 6 紅外傳感電路 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 壁障模塊和顯示信號(hào)檢測電路 避障和顯示模塊都是使用的 US100 超聲波模塊作為信號(hào)來源，它共有 2種工作原理，分為串口和電平觸發(fā)。 L298N 的管腳如圖 4 所示，驅(qū)動(dòng)原理電路圖如圖 5 所示。 基于以上分析，選擇方法 2。 AT89C52 有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ， 2 個(gè)全雙工串行通信口， 2個(gè)讀寫口線 ， AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程 ， 但不可以在線編程 (S系列的才支持在線編程 )。因 此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記 Intel 和 Philips 的歷史功績 [14]。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 即單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。 20 世紀(jì) 70 年代，微電子技術(shù)正處于發(fā)展階段，集成電路屬于中規(guī)模發(fā)展時(shí)期，各種新材料新工藝尚未成熟，單片機(jī)仍處在初級的發(fā)展階段，元件集成規(guī)模還比較小，功能比較簡單，一般均把 CPU、 RAM 有的還包括了一些簡 單的 I/O 口集成到芯片上，象 Fairchild 公司就屬于這一類型，它還需配上外圍的其他處理電路方才構(gòu)成完整的計(jì)算系統(tǒng)。同時(shí)， CPLD 的處理速度非?？欤≤嚨男羞M(jìn)速度不可能太高，那么對系統(tǒng)處理信息的要求也就不會(huì)太高，在這一點(diǎn)上， MCU 就已經(jīng)可以勝任了。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬體電路的復(fù)雜性。 US100 5pin 接口各自的定義 表 3 US100 各 pin 接口定義 顯示模塊 選用 LED 數(shù)碼管用作顯示 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及工作原理 LED 數(shù)碼管（ LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成 “ 8” 字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。超聲波測距系統(tǒng)，就是為小車了解其前方、左側(cè)和右側(cè)的環(huán)境而提供一個(gè)運(yùn)動(dòng)距離信息 [8]。目前，常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。 通過超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據(jù)接收器接到超聲波時(shí)的時(shí)間差就可以知道距 離了。 避障模塊 探測障礙的最簡單的方法是使用超聲波傳感器，它是利用向目標(biāo)發(fā)射超聲波脈沖，計(jì)算其往返時(shí)間來判定距離的。 紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。它的檢測距離可達(dá)幾米乃至 幾十米。它可以在與光軸 0到 25 的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后，還是從這根反射線返回。 發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管 (LED)、激 光二極管及紅外發(fā)射二極管。 4 個(gè)三極管組成 H 的 4 條垂直腿，而電機(jī)就是 H 中的橫杠 。該芯片采用 15 腳封裝 ，為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)，可直接的對電機(jī)進(jìn)行控制，無須隔離電路。 PWM 調(diào)速就是使加在直流電機(jī)兩端的電壓為方波形式，通過改變方波的占空比實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 文章主要結(jié)構(gòu) 文章主要包括下面幾個(gè)內(nèi)容： 綜述小車的研究與現(xiàn)狀，闡述文章的大致方向 對智能小車進(jìn)行方案總設(shè)計(jì)，主要包括車體的選擇、電驅(qū)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇、循跡模塊和壁障模塊傳感器的選擇控 制系統(tǒng)模塊和電源模塊的選擇 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 對小車進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)，給出電路圖 結(jié)合自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，對小車進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，使得小車能自動(dòng)的壁障和循跡 對小車進(jìn)行制作安裝與調(diào)試，對測試的結(jié)果進(jìn)行分析 2 方案選型設(shè)計(jì) 車體設(shè)計(jì) 直接購買的 3 輪車版，小車為 3 輪結(jié)構(gòu) 。 論文研究內(nèi)容與主要結(jié)構(gòu) 基于單片機(jī)控制的智能循跡避障小車 隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)不但集成程度越來越高，已可以在一塊芯片上同時(shí)集成 CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、并行和串行接口、看門狗、前置放大器、 A／ D 轉(zhuǎn)換器、 D／ A 轉(zhuǎn)換器等多種電路，而且體積越來越小，功耗越來越低，這就很容易將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)合，組成智能化測量控制系統(tǒng) [8]。當(dāng)然，在一些復(fù)雜的地理?xiàng)l件下，非視覺傳感器的探測范圍就不如視覺系統(tǒng)那么完整，目前對于一些高精度的導(dǎo)航還難以勝任，因而開發(fā) 新型傳感器或按照一定融合策略構(gòu)造傳感器陣列以彌補(bǔ)單個(gè)傳感器的缺陷，以及提出新的融合方法來完善探測的結(jié)果，都將是重要的研究方向 [3]。中國科學(xué)院自動(dòng)化所自行設(shè)計(jì)、制造的全方位移動(dòng)式機(jī)器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)。后來，美國宇航局又在研究另一種新型的火星探測器一火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（ MSL），是一種適用于所有地形的多用途機(jī)器人，乃執(zhí)行任務(wù)。所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié)合，現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng)境感知、規(guī)劃決策、自動(dòng)行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng) —— 它集中地運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、傳感、信息、通訊、導(dǎo)航、人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù) —— 是典型的高新技術(shù)綜合體 [3]。這一代單片機(jī)中，在總線方面最重要的進(jìn)展是為單片機(jī)配置了芯片間的串行總線，為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更加靈活的方式。 單片機(jī)在現(xiàn)今社會(huì)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，無論是生活，生產(chǎn)上， 單片機(jī)的身影無處不在。 在移動(dòng)機(jī)器人中，傳感器起著舉足輕重的作用。雖然由于 80 年代對機(jī)器人的智能行為期望過高，導(dǎo)致室外機(jī)器人的研究未達(dá)到預(yù)期的效果，但卻帶動(dòng)了相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，為探討人類研制智能機(jī)器人的途徑積累了經(jīng)驗(yàn)。 STC89C52 microcontroller 。所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。 本人簽名： 日期： 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評語 （①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；③研究 內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤ 工作態(tài)度 及工作量；⑥總體評價(jià)及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）： 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)評閱教師評閱書 評閱教師評語 （ ①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力；③工作量的大小；④ 取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評價(jià)及建議成績；⑦存在問題； ⑧ 是否同意答辯等 ）： 成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績 答 辯 情 況 提 出 問 題 回 答 問 題 正 確 基本 正確 有一般性錯(cuò)誤 有原則性錯(cuò)誤 沒有 回答 答辯委員會(huì)評語及建議成績： 答辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績： 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日 摘 要 智能小車是移動(dòng)式機(jī)器人的重要組成部分，本設(shè)計(jì)通過不斷檢測各個(gè)模塊的傳感器的輸入信號(hào) ，利 用紅外對管檢測黑線實(shí)現(xiàn)循跡 ,超聲波傳感器測距實(shí)現(xiàn)避障， 采用存儲(chǔ)空間較大的 AT89C52 作為主控制芯片，電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用 L298N 芯片，根據(jù)內(nèi)置的程序分別控制小車左右兩個(gè)直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，能較有效的控制其在碰上障礙物時(shí)能轉(zhuǎn)彎角度及循跡行駛。美國國防高級研究計(jì)劃局（ DARPA）專門立項(xiàng)，制定了地面天人作戰(zhàn)平臺(tái)的戰(zhàn)略計(jì)劃。智能小車，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動(dòng)行駛等功能于一體的綜合系統(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。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)一般有兩種方案：第一，勿需占用單片機(jī)資源，直接選擇有 PWM 功能的單片機(jī)，這樣可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速；第二，可以由軟件模擬 PWM 輸出調(diào)制，需要占用單片機(jī)資源，難以精確調(diào)速，但單片機(jī)型號(hào)的選擇余地較大 [5]。它是第三代單片機(jī)的代表。在此過程中，加深對理論知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)。丹蒂Ⅱ”，作為能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程探險(xiǎn)的高性能移動(dòng)機(jī)器人，于 1994 年在斯珀火山的火山口迸行了成功的表演。涉及到五個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)：基于地圖的全局路徑規(guī)劃技術(shù)研究；基于傳感器信息的局部路徑規(guī)劃技術(shù)研究；路徑規(guī)劃的仿真技術(shù)研究；傳感技術(shù)、信息融合技術(shù)研究；智能移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人更高的智能化，機(jī)器人在行走和探索的過程中，避障行為是必不可少的。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列。通過對電路的優(yōu)化組合，可以最大限度地利用 51 單片機(jī)的全部資源。而自己制作車版成本比較高，且比較粗糙，對于白色基板上的道路面行駛，車身重量以及平衡都要有精確的測量，而且也要控制好小車行駛的路線和轉(zhuǎn)彎的力矩及角度，這些都比較難良好地實(shí)現(xiàn)。能實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、向右、向左、加速五個(gè)功能，但是其采用的是編碼輸 入控制，而不是電平控制，這樣在程序中實(shí)現(xiàn)比較麻煩，而且該電機(jī)模塊價(jià)格比較高，所以放棄。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。 此外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。槽形開關(guān)的檢測距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。正常情況 下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。 后采用脈沖調(diào)制的反射式紅外發(fā)射接收器。利用超聲波的特性，可做成各種超聲波傳感器，結(jié)合不同的電路，可以制成超聲波儀器及裝置，在通訊、醫(yī)療及家電中獲得廣泛應(yīng)用 [7]。電氣方式包括壓 電式、磁致伸縮型和電動(dòng)型等。 超聲波 測距特點(diǎn) 超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。 和光學(xué)傳感器相比，超聲波傳感器不僅可以探測到障礙物的存在，而且能 夠得到障礙物距機(jī)器人的距離，便于機(jī)器人做出決策。 A、 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) ： 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。 控制系統(tǒng)模塊 考慮選用一片 CPLD（如 EPM7128LC8415）作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。特別是近 20 年時(shí)間里，計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得飛速的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在工農(nóng)業(yè)，科研，教育，國防和航空航天領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)是一個(gè)國家現(xiàn)代科技水平的重要標(biāo)志 [14]。到了 80 年代初，單片機(jī)已發(fā)展到了高性能階段，象 INTEL