【正文】 .................................... 29 附錄 1 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ............................................... 30 附錄 2 系統(tǒng)總圖 ................................................... 48 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 1 1 引 言 選題的背景 2021 年 1 月 3 日 和 1 月 24 日肩負著人類探測火星使命的“勇氣”號和“機遇”號在火星不同區(qū)域著陸，并于 2021 年 4 月 5 日 和 2021 年 4 月 26 日 相繼通過所有“考核標準”。 本 論文 設(shè)計的簡易智能 尋跡小 車，采用 AT89S52 單片機 作為小車的檢測和控制核心；采用 光電 反射 傳感器 RPR220 來檢測路 面上的黑線 ， 從而把 反饋 到的 信號送單片機， 使 單片機 按照預(yù)定的 工作模式 控制小車在各 區(qū) 域 按預(yù)定的速度行駛 ；采用 光電反射傳感器 GK102 加上碼盤 檢測小車行駛速度；采用 1602LCD 實時顯示小車行駛的速度，狀態(tài)， 小車停止行駛后顯示小車行駛時間 、 行駛距離 、 平均速度。 目前，城市交通的安全問題己引起各國政府有關(guān)部門的高度重視和全民的關(guān)注，專家、學(xué)者在分析城市交通事故的原因時，普遍認為事故原因主要包括：人員素質(zhì)、運輸車輛、道路環(huán)境和管理法規(guī)等四個方面，而車輛性能的提高即研發(fā)高性能的智能汽車是其中很重要的一個環(huán)節(jié)。本設(shè)計就是在這樣的背景下提出的。采用帶有專用新型傳感器的移動式機器人，連續(xù)監(jiān)視采礦狀態(tài)，以便及早發(fā)現(xiàn)事故突發(fā)的先兆，采取相應(yīng)的預(yù)防措施。如美國的“勇氣”號和“機遇”號的主要任務(wù)是在火星上探水，它們已分別在其著陸區(qū)域附近找到火星上過去曾有過水的證據(jù)。本設(shè)計采用 MCS51 系列中的 ATMEL89S52 單片機。在世界科學(xué)界和工業(yè)設(shè)計界中，眾多的研究機構(gòu)正在研發(fā)智能車輛，其中具有代表性的智能車輛包括：意大利MOBLAB 的研究 、 德意志聯(lián)邦大學(xué)的研究 、 美國俄亥俄州立大學(xué)的研究。 系統(tǒng)總體 方案 通過對系統(tǒng)的整體分析，可得出小車系統(tǒng)的整體原理框圖如 圖 21 所 示 。 經(jīng)過比較選擇方案三 ，這里使用集成芯片，避免了分立元件的不穩(wěn)定性 。光電傳感器尋跡方案的優(yōu)點是電路簡單、信號處理速度快。對12834LM3931K 6K 10K10K10K河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 8 輪子轉(zhuǎn)速進行測量，由于低速下輪子與地面接觸良好，設(shè)輪周長為 c，可以用霍爾開關(guān)輸出脈沖數(shù) n 乘以 c/m得出行駛距離。 測 速 原理： 將 碼盤 安裝在 齒輪 軸上，當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時， 碼盤 也隨之轉(zhuǎn)動，同時安裝在 碼盤一側(cè)的 光電開關(guān)檢測碼盤上的 透孔 的變換信號 。另外， AT89S52可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，可選擇節(jié)電模式。 在 flash 編程時， P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。對 P2 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于 內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ ILI ）。 ALE/PROG： 地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。 PSEN:外部程序存儲器選通信號（ PSEN）是外部程序存儲器選通信號。 ATMEL89S52 引腳圖 如圖 31所示。本設(shè)計 除了在電機電路中加上續(xù)流二極管，還 在 電機控制口與單片機接口連接中使用了光電隔離，防止了電機端的諧波干擾，提高了系統(tǒng)的可靠性；另外 使用時加接了散熱片，可以使小車長時間運行。其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管。 圖 35尋跡光電采集電路 圖 35 中 S1 為反射式光電采樣器， Sample1 端為單片機輸出的控制信號，LIGHT1 端為反射光強弱模擬信號輸出。 背景光的采集時間以及信號的采集時間如何確定，使用 雙 蹤示波器檢測Sample1控制信號和 LIGHT1 輸出信號，用 Sample1作為觸發(fā)信號，檢測 Sample1上 升沿后 LIGHT1 輸出的波形，應(yīng)該是一個典型的一階飛升曲線， Sample1保持時間至少應(yīng)使此曲線達到水平區(qū)域，這個時間也就是啟動 Sample1信號后的 MCU 讀取延時值。 電源加旁路濾波并不能解決這個問題 ， 標準PC 板的設(shè)計 對減小輸入 — 輸出寄生電容耦合是有助的 。 碼盤由自己制作，由于這里需要的精度不高，只需要做 一個透孔 在一個圓齒輪上 。 應(yīng)用液晶顯示器有以下優(yōu)點： 51047K5V33K33K33K814321LMV358M5Vout河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 20 1. 顯示質(zhì)量高：液晶顯示器每個像素收到信號后就一直保持色彩和亮度，恒定顯示效果，所以顯示質(zhì)量高，畫面不會閃爍 ； 2. 數(shù)字式接口：和單片機的接口更加簡單可靠 ； 3. 體積小、功耗低 。 車體詳解 車體的參數(shù)如下： （ 1） 成品尺寸： (cm) （ 2） 車體：雙電機兩輪驅(qū)動，外加萬向輪 （ 3） 供電： 5V 電路供電， 12V 電機供電 （ 4）工 作 電壓 :DC46V 小車的 整體圖 如圖 311所示 。在單片機控制系統(tǒng)中，如能正確的采用軟件抗干擾技術(shù)，與硬件干擾措施構(gòu)成雙道抗干擾防線，無疑為了將大大提高控制系統(tǒng)的可靠性。所謂數(shù)字濾波，就是通過一定的計算或判斷程序減少干擾在有 用信號中的比重。如果開關(guān)量信號超過 8 個，可按 8 個一組進行分組處理，也可定義多字節(jié)信息暫存區(qū)，按類似方法處理。只要有可能，其重復(fù)周期盡可能短些。 小車循跡運行正常， 前進、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車，一切正常，且迅速、靈敏。 首先，在畢業(yè)設(shè)計過程中，搜索資料的能力有了很大提高，以前 總是覺得做一個大的不熟悉的系統(tǒng)很難，沒有整體思路，好多東西都不會，不知道從何入手。 本次制作的智能小車是在我大三時就構(gòu)思準備做的，只是當(dāng)時準備考研，條件限制 ， 擱置至今 。 sbit LCD_RW = P2^7。TMOD define T0_COUNTER 0x04 // Timer0 工作在計數(shù)器模式 define T0_DISGATE 0x00 // Timer0 禁止 INT0引腳控制 。 uchar code SPEED1[30]={ }。,39。,39。,39。 uint data longth=0。//整體顯示，關(guān)光標，不閃爍 LCD_write(LCD_COMMAND,0x06)。 LCD_E=0。 str++。//注意順序 LCD_E=1。//XUNJI_采集信息標志 /******************************************/ /************ 初始化 lcd **************/ /******************************************/ void LCD_init(void)//初始化 lcd { LCD_write(LCD_COMMAND,0x38)。 uchar data minute=0。,39。//總路程顯示信息暫存 uchar data XIANTIME[6]={39。/*PWM 信息輸出 */ uchar data XIANSPEED[3]={39。/*左轉(zhuǎn) PWM 信息 */ uchar code MOTER_RRUN=3。//顯示字符串 void delay_n40us(uint n)。 最后，我要感謝父母和家人多年來在生活上無微不至的照顧和精神上的支持，我的每一個足跡都 離不開你們的默默付出，你們鼓勵的目光永遠是我前進的動力。 本文只是對智能機器人教低層的探索學(xué)習(xí)，以后還會有更多的 機會和挑戰(zhàn)，我會繼續(xù)努力學(xué)習(xí)，迎接挑戰(zhàn)。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)到了很多東西，將大學(xué)四年來所學(xué)的一些基本知識進行了系統(tǒng)化、條理化的學(xué)習(xí)。對顯示數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換計算優(yōu)化為查表形式，節(jié)省了執(zhí)行時間；將中斷服務(wù)程序進行了壓縮，因為中斷服務(wù)程序過長時會出現(xiàn)主程序執(zhí)行不正常的現(xiàn)象。慣性小的輸出設(shè)備（如通行口、顯示設(shè)備）耐受能力就小一些。 開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù) 干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短，利用這一點，我們在采集某一開關(guān)量信號時，可多 次重復(fù)采集，直到連續(xù)兩次或兩次以上結(jié)果完全一致方為有效。后者為隨機信號，它不是周期信號。 表 41 紅外傳感器真值表 A B C 小車運動狀態(tài) 0 1 0 直線 1 0 0 左轉(zhuǎn) 0 0 1 右 轉(zhuǎn) 1 1 1 停止 脈沖寬度調(diào)制的實現(xiàn) 其中各種轉(zhuǎn)向方式的 PWM 占空比分配如 表 42所示。 （ 4） 增強了小車的可擴展性 無論是下層的基板 ，還是 上 面的擴展板，都盡量多的留出可以焊接器件的焊 孔。 采用單片機總線模式輸出。具體電路如圖 38 所示。 LM393 是高增益 ， 寬頻帶器件 ， 像 大多數(shù)比較器一樣 ， 如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合 ， 則很容易產(chǎn)生振蕩 。 當(dāng) Sample1 為高電平時， Q1 導(dǎo)通，點亮紅外發(fā)射管，此時采樣器輸出的為（背景光 +反射光）信號，但是此時 Q2 截止，將第一級輸出與記憶電容隔開，記憶電容上仍保持著原來背景光的信號。 所以無法通過修正判斷閾值來消除之； 其二，放大器的信號范圍有限，有可能會飽和。 軌跡傳感器 電路 由反射式光電 采樣器、信號緩沖、背景光消除電路組成，將處理后紅外光反射強弱模擬信號 由比較器比較后 送入單片機，再由軟件來判斷是否在軌跡上。 圖 33電機驅(qū)動電路 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA/VPP313233343536373839VCC40U1ATMEL89S5230pFC?30pFC?12Y?XTALVCC10KR?S?SWPBVCCP00P01P02P03P04P05P06P07P17P27P2612345678910111213P2LCD1602 OUT12345P3MOTER OUTPWM LPWM R123456P4A/D INVCCMOTERL_CMOTER_ENMOTERR_C速度采集光電采集 1 路光電采集 2 路光電采集 3 路光電采集 4 路光電采集 5 路12P5Header 2SAMPLE PWM123456789P1WUXIAN INVCC離晶振遠點D5D0D1D2D3D4VT123456789101112131415161718P6POWERVCC10uFC?12345678910P7ISP1KR?DS?LED1VCCP15P16P17RSTEN A6EN B11IN15IN27IN310IN412OUT12OUT23OUT313OUT414ISEN A1ISEN B15VS4VSS9GND8U3L298N12P4Moter L12P5Moter RD11N5822D81N5822D71N5822D21N5822D31N5822D41N5822D61N5822D51N582212V100uFC3100uFC1100pFC4100pFC25VDS1LED1DS2LED1DS3LED11KR51KR31KR11KR21KR41KR65V5V123U2A74LS00564U2B74LS0012P1Power5V12P2Power12V5V12V剎車使能12345P3MOTER INPWM APWM BU1Optoisolator1U4Optoisolator1U5Optoisolator1