【正文】 不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷發(fā)展， Keil 軟件是目前最流行開(kāi)發(fā) MCS51 系列單片機(jī)的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠(chǎng)商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。 沈陽(yáng)理工大學(xué) 16 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)的流程 目前， 52 系列單片機(jī)使用的 編程 語(yǔ)言主要有匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言 這兩種。如果三極管Q1 和 Q2 同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過(guò)兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。 四 個(gè)三極管 就是 H 橋 的 四 條垂直線(xiàn) ，而電機(jī)就是 H 中的橫線(xiàn) 。 L298N 芯片 輸出電流可達(dá) A，可驅(qū)動(dòng)電感 負(fù)載。 直流電機(jī)由 定子和轉(zhuǎn)子 兩大部分組成。由于傳感器不在同一直線(xiàn)上，故小車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，左右兩邊后部的傳感器有較大的采樣空間，兩邊前端的傳感器則對(duì)采集的信號(hào)有更好的前瞻性， M 型中間底部的傳感器擇更好的確定小沈陽(yáng)理工大學(xué) 12 車(chē)的位置。 傳感器分布 傳感器通過(guò)信號(hào)采集，向單片機(jī)提供信息。另外， 循跡 傳感器的 放置 也 是 有講究的，有兩種方法，一種是兩個(gè)都是放置在 黑線(xiàn) 內(nèi)側(cè)緊貼 黑線(xiàn) 邊緣，第二種是都放置在 黑線(xiàn) 的外側(cè)，同樣緊貼 黑線(xiàn) 邊緣。 Signal 端為檢測(cè)信號(hào)輸出，當(dāng)遇到黑線(xiàn)，沈陽(yáng)理工大學(xué) 11 黑線(xiàn)吸收大量的紅外線(xiàn)，反射的紅外線(xiàn)很弱，光敏三極管不導(dǎo)通， Signal 輸出高電平 ；當(dāng)遇到 白線(xiàn) ，與黑線(xiàn)相反，反射的紅外線(xiàn)很強(qiáng)，使光敏三極管導(dǎo)通， Signal 輸出低電平。如遙控接收線(xiàn)路，傳感器輸入電路都會(huì)用到它整形。 從 XTAL1 接入，如圖 所示。 STC89C52 提供給為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)高靈活、超有效的解決方案。 單片機(jī)的功能特性描述 單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器 ,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片 ,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片 上。 STC89C52 單片機(jī)作為主控制器。直流電動(dòng)機(jī)的控制方法比 異步電 動(dòng) 機(jī)簡(jiǎn)單 ，只需給電機(jī)兩條控制線(xiàn) 加上 適當(dāng)?shù)碾妷?就能使 電機(jī) 旋轉(zhuǎn)， 在正常工作電壓范圍，電壓越高直流 電機(jī)轉(zhuǎn)速越高。信號(hào)采集部分 就 相當(dāng)于 智能 循跡 小車(chē)的眼睛， 由它 完成 黑線(xiàn) 識(shí)別 并 生產(chǎn)高 、低 平信號(hào) 傳送到控制單元， 然后單片機(jī)生成 指令來(lái)控制 驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)控制兩個(gè)直流電機(jī)的工作狀態(tài)，來(lái)完成自動(dòng) 循跡 。 (3)畫(huà)出程序流程圖， 使用 C 語(yǔ)言 進(jìn)行編程， 運(yùn)用 WAVE 6000 進(jìn)行 模擬調(diào)試。第 2 章 為 總體規(guī) 劃智能循跡小車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ，包含主系統(tǒng)流程圖。 智能循跡 小車(chē)研究中的關(guān)鍵技術(shù) 現(xiàn)在全世界越來(lái)越多的國(guó)家都在做著 研究 智 能化 、多樣化的 自動(dòng)汽車(chē)導(dǎo)航的工作。 1983年瑞典的 大斯得哥爾摩郵局 ， 1988 年日本東京的多摩郵局 ， 1990 年中國(guó)上海的 郵政相繼 開(kāi)始使用 AGV 小車(chē)來(lái)完成郵品的搬運(yùn)工作。中國(guó)的海爾集團(tuán)在2020 年把 9 臺(tái) AGV小車(chē)投產(chǎn)到了自己的倉(cāng)庫(kù)區(qū)，形成一個(gè)靈活的 AGV自動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)處理系統(tǒng)，輕松地完成了每天至少 33500 的儲(chǔ)存和裝卸貨物的任務(wù)。目前，這種 AGV類(lèi)型的應(yīng)用比較廣泛。 沈陽(yáng)理工大學(xué) 2 第三代 循跡小車(chē) 是智能的， 目前在研究和發(fā)展階段，以多種外部傳感器構(gòu)成感官系統(tǒng)，通過(guò)采集外部的 環(huán)境信息，精確地描述 外部環(huán)境 的變化 。 工業(yè)應(yīng)用中 采用充電蓄電池為主要的動(dòng)力來(lái)源， 可通過(guò)電腦程序來(lái)控制其選擇運(yùn)動(dòng)軌跡以及其它動(dòng)作，也可 把電磁軌道黏貼在地板上 來(lái)確定其行進(jìn)路線(xiàn)， 無(wú)人搬運(yùn)車(chē) 通過(guò)電磁軌道所帶來(lái)的訊息進(jìn)行移動(dòng)與動(dòng)作 ，無(wú)需駕駛員操作， 將貨物或物料自動(dòng)從起始點(diǎn)運(yùn)送到目的地 。 該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)，無(wú)人工廠(chǎng)，倉(cāng)庫(kù)，服務(wù)機(jī)器人等多種領(lǐng)域。 本設(shè)計(jì)采用 STC89C52 單片機(jī)作為小車(chē)的控制核心；采用 TCRT5000 紅外反射式開(kāi)關(guān)傳感器作為小車(chē)的 循跡 模塊來(lái)識(shí)別白色路面中央的黑色引導(dǎo)線(xiàn)，采集信號(hào)并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為能被單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)；采用驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 構(gòu)成雙 H 橋控制直流電機(jī)，其中 軟件系統(tǒng)采用 C 程序，本設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，可靠性高。 AGV的另一個(gè)特點(diǎn)是 高度自動(dòng)化和高 智能化 ， 可以根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)貨位要求 、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活改變 行駛路徑 ， 而且改變 運(yùn)行路徑的費(fèi)用與傳統(tǒng)的輸送帶和傳送線(xiàn)相比非常低廉。智能 循跡小車(chē) ，能獨(dú)立完成任務(wù)， 有其自身的知識(shí)基礎(chǔ)，多信息處理系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的工作環(huán)境 中 ，根據(jù)環(huán)境變化作出決策，有一定的適應(yīng)能力，自我學(xué)習(xí)能力和自我組織的能力?；谕瑯拥脑?，如果激光掃描儀被 紅外線(xiàn)發(fā)射器，或超聲波發(fā)射 取代 ，激光制導(dǎo)的 AGV小車(chē)可以轉(zhuǎn)變 為紅外引 導(dǎo)和超聲引導(dǎo) 的 AGV。 (2)制造業(yè) 在制造業(yè)的的生產(chǎn)線(xiàn)中 AGV小車(chē)大顯身手，快速，精確，靈活的完成材料的運(yùn)送任務(wù)。在荷蘭的鹿特丹港口， 50 輛被稱(chēng)為 “院子里的拖拉機(jī) ”的 AGV小車(chē)每天都在把集裝箱 從船邊運(yùn)送到幾百米以外的倉(cāng)庫(kù)中。自動(dòng)汽車(chē)導(dǎo)航是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，它不僅應(yīng)具有正常的運(yùn)動(dòng)功能的成分，而且還應(yīng)具有任務(wù)分析，路徑規(guī)劃，信息感知，自主決策等類(lèi)似人類(lèi)的智能行為。第3 章是系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，其中包含單片機(jī)電路的設(shè)計(jì)，光電傳感器模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 。 (4)將各元件焊接在 PCB 板上，并將程序 燒錄 到單片機(jī) 內(nèi) 。 JY043W型光電管和電壓比較器 LM393 為核心 部分 ， 再 加上必要的 外圍 電路。直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速 方法分為兩種：一種是 直接 調(diào)整電壓， 另一種 通過(guò)PWM 調(diào)速。 因?yàn)樾≤?chē)電機(jī)內(nèi)部裝有減速齒輪組 ， 所以 不需考慮調(diào)速功能，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 控驅(qū)動(dòng)模塊和直流電機(jī) 光電 循跡 傳感器 單片機(jī) 黑色 引導(dǎo)線(xiàn) 沈陽(yáng)理工大學(xué) 7 制 直流 電機(jī)， 而不使用步進(jìn)電機(jī)。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。 STC89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能 :8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié)RAM， 32 位 I/O 口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM， 兩 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。由于外部時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)二分頻觸發(fā)后作為外部時(shí)鐘電路輸入的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有要求 。 當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2 個(gè)機(jī)器周期 (24 個(gè)振蕩周期 )以上，則 CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。 這種探測(cè)方法，即利用紅外線(xiàn)在不同顏色的表面特征，具有不同的反射性能，汽車(chē)行駛過(guò)程中接收地面的紅外光。 本設(shè)計(jì) 采用第二種方法。因此傳感器合理的布局很重要，傳感器布局需要考慮小車(chē)行駛過(guò)程中信息檢測(cè)的準(zhǔn)確度和前瞻性，能使在相同數(shù)量的傳感器下，獲得更多的數(shù)據(jù)。整個(gè)布局有利于在彎道處提高小車(chē)速度。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱(chēng)為 定子 ，定子的主要作用是產(chǎn)生 磁場(chǎng) ，由機(jī)座、主 磁極 、換向極、端蓋、軸承和 電刷 裝置等組成。 L298N 是一個(gè)內(nèi)部有 兩個(gè) H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)芯片 ，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī) 、 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 。 如圖所示， H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包 含 四 個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。此時(shí)，電路中除了三極管外沒(méi)有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值 ，該電流僅受電源性能限制，可能 燒壞三極管。 最接近 機(jī)器 的 語(yǔ)言 是匯編語(yǔ)言 ， 其 常用來(lái)編制與系統(tǒng)硬件相關(guān)的程序，如訪(fǎng)問(wèn) I/O口、中斷處理程序等，它是 一種最快而又最有效的語(yǔ)言，在對(duì)于程 序的空間和時(shí)間要求很高的場(chǎng)合中 使用匯編語(yǔ)言是最佳的選擇 ， 然而匯編語(yǔ)言也有其自身的缺 點(diǎn) ，比如程序開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng) 、 浮點(diǎn)運(yùn)算處理復(fù)雜 、 程序移植性差等 不利因素 。 Keil 提供了包括 C 編譯器 、宏 匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè) 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 （ uVision）將這些部分組合在一起。 ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex文件，由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫(xiě)入程序存貯器如 EPROM 中。這樣就建立 好 了一個(gè)空的 51 工程（如圖 所示）。接著， Keil 會(huì)打出下面的提示： 0 Error(s), 0 Warning(s).建立工程的時(shí)候，默認(rèn)是不生成 HEX 文件的，得在 編譯做如下設(shè)置：在Project Workspace 里 Target 1 上右擊，選擇 “Options for Target ?Target 1”。實(shí)際中，因?yàn)楦鞣N原因?qū)е孪到y(tǒng)時(shí)鐘不正常而出現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行的情況時(shí)有，因此系統(tǒng)時(shí)鐘是否振是通電檢 查的首要環(huán)節(jié)。 第三步：點(diǎn)擊 File 欄的 Load Buffer 選項(xiàng)打開(kāi)已經(jīng)編譯好的 HEX 文件。 沈陽(yáng)理工大學(xué) 24 結(jié) 論 本課題研究的內(nèi)容主要是智能小車(chē)的循跡系統(tǒng)。 循跡 小車(chē)在完成設(shè)計(jì)預(yù)想的前提下，主要考慮了車(chē)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn) 單 化，降低了制作成本，使之更具有普及性。 所謂 “送人一魚(yú)，僅供一飯之需；而授之以漁，則終生受用無(wú)窮。 //電機(jī)控制端 sbit IN2=P1^3。 //用于中斷計(jì)數(shù) //延時(shí)函數(shù)，延時(shí) z秒 void delay(int z) { int x,y。 } void forward2() //電機(jī) 2 前進(jìn) 沈陽(yáng)理工大學(xué) 33 { IN3=0。 if(t2sd2) //電機(jī) 2 PWM 調(diào)速 PWM2=1。 } /*********************第三部分 主函數(shù) *********************/ void main() { int num=0。 //使小車(chē)沖上黑色軌道 delay(350)。 //1111 當(dāng)四個(gè) LED 都沒(méi)檢測(cè)到黑線(xiàn)時(shí)，小車(chē)后退 if(RP1==1amp。amp。RP2==1amp。amp。RP3==1amp。amp。RP4==1) turn(count1,150,count2,80)。 // 1110 當(dāng)?shù)谒膫€(gè) LED 檢測(cè)到黑線(xiàn)時(shí)，小車(chē)右轉(zhuǎn) if(RP1==1amp。amp。RP2==0amp。amp。 // 0000 當(dāng)四個(gè) LED再次檢測(cè)到黑線(xiàn)的次數(shù)小于 6次時(shí) //即到達(dá)黑線(xiàn)時(shí)小車(chē)前進(jìn)速度大于后退速度 } if(num=6) { PWM1=0。RP3==0amp。amp。RP2==1amp。amp。 // 0001 當(dāng)?shù)谝?、二、三個(gè) LED 檢測(cè)到黑線(xiàn)時(shí)，小車(chē)左大轉(zhuǎn) /*********************小車(chē)右轉(zhuǎn) *********************/ if(RP1==1amp。RP4==1) turn(count1,0,count2,100)。amp。RP3==1amp。amp。RP2==0amp。amp。 //中斷模式設(shè)置 EA=1。 } /**************電機(jī)的前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)控制 ***************/ void turn(int t1,int sd1,int t2,int sd2) { forward1()。 } void back1() //電機(jī) 1 后退 { IN1=1。x0。 sbit IN4=P1^5。 感謝家人，他們的支持和理解 ， 讓 我能夠安心 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，是我最 堅(jiān)強(qiáng) 的 后盾。 智能循跡小車(chē)屬于應(yīng)用開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，涉及了多種學(xué)科，由于本課題的試驗(yàn)性和不完善性。 取得了以下成果： (1)小車(chē)可以實(shí)現(xiàn)按照預(yù)定軌道在無(wú)外部環(huán)境影響或改變時(shí)，小 車(chē)將一直 沿著黑色標(biāo)記線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 。 通過(guò)軟件檢查出程序中出現(xiàn)了 許多 的問(wèn)題。 (2)復(fù)位電路的測(cè)試 復(fù)位不正常也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不能工作?，F(xiàn)在再點(diǎn)擊重新編譯， 就 會(huì)在工程所在文件夾里生成 HEX 文件 [9] [10]。 圖 建立空文本框界面 到現(xiàn)在為止，就可以開(kāi)始在里面輸入代碼了。 圖 Keil 軟件主界面 點(diǎn)擊 ProjectNew Project。 Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。有的時(shí)候 為了有效地完成任務(wù)，把所要完成的任務(wù)分割成若干個(gè)相互獨(dú)立但相互又 仍然有所 聯(lián)系的模塊，這些 模塊使得任務(wù)變得相對(duì)簡(jiǎn)單 ，對(duì)外的數(shù)據(jù)交換相對(duì)簡(jiǎn)單 、 容易編寫(xiě) 、 容易檢測(cè)，容易閱讀和維護(hù)。 圖 所示就是基于這種考慮的改進(jìn)電路，它在基本 H 橋電路的基礎(chǔ)上增加了 四個(gè) 二極管來(lái)保護(hù)電路 。 基于 不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況 可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向 ，電流可可以 從左至右 流過(guò)電機(jī)，也可以 從右至左流過(guò)電機(jī)。 L298N 有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作。 其中 L298N 是 ST 公司的產(chǎn)品，比較常見(jiàn)的是 1