【正文】 過一個多月的畢業(yè)設(shè)計 ,從理論和實(shí)踐都證實(shí)了智能小車的研制與設(shè)計設(shè)計的可行性。 7 當(dāng)給小車燒寫循跡程序時 ，小車 能夠按照鋪好的黑色路線行走。小車行走時會通過, 的紅外接收探頭來進(jìn)行檢測。 下載調(diào)試 下載調(diào)試工具有 很多，本次設(shè)計用的下載器為 STC_ISP_V483，這類下載器兼容 AT， STC 系列的單片機(jī)下載程序。絕對地址目標(biāo)文件或模塊包括不可重定位的代碼和數(shù)據(jù)，所有的代碼和數(shù)據(jù)都被個在具體的存儲器單元中。 （二） Keil C51 集成工具和用途 mVision2 支持所有的 Keil80C51 的工具軟件，包括 C51 編譯器、宏匯編器、連接器 /定位器和目標(biāo)文件至 Hex 格式轉(zhuǎn)換器， mVision2 可以自動完成便宜、匯編、連接程序的操作。 KeilC 51 集成開發(fā)環(huán)境的主要環(huán)境的主要功能是以下幾點(diǎn)： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 （ 1） mVision2 for WindowsTM：是一個集成開發(fā)環(huán)境，它將項(xiàng)目管理，源代碼編輯和程序調(diào)試等組合在一個功能強(qiáng)大的 Z1環(huán)境中。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。這時應(yīng)有 k n m?? （ 47） 這是過渡過程所能達(dá)到的最低極限節(jié)拍數(shù)，它規(guī)定了“最少拍”的極限數(shù)。 其中， GP(S)為被控對象 H0（ S）為零階保持器， D(Z)即為待設(shè)計的最少拍控制器 。下面先從簡單情形開始介紹最少拍控制器的設(shè)計。如果小車偏離跑道，會給單片機(jī)一個低電平信號進(jìn)入電機(jī)模式選擇，例如：小車往左跑道偏出，傳感器開始掃描，當(dāng)紅外接受 探頭接受到紅外光線，給單片機(jī)底電平信號，這時經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部程序的處理設(shè)置合理的延時時間函數(shù)，同時電機(jī)左轉(zhuǎn)。根據(jù)發(fā)射端調(diào)制載波的不同應(yīng)選用相應(yīng)解調(diào)頻率的接收頭。這個頻率選低了，電路的抗干擾性能較好，接收靈敏度降低；反之亦然。超外差原理利用本地產(chǎn)生的振蕩波與輸入信號混頻，將輸入信號頻率變換為某個預(yù)定的頻率的電路。 圖 MAX232 芯片引腳 由于 Protues 仿真時不需進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，所以仿真時沒有用上 MAX232 芯片電路，但做實(shí)物時需進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，其硬件連線圖如圖 所示。電平范圍是電路能夠安全可靠識別信號的電壓范圍。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 9 電機(jī)驅(qū)動電路圖 序號 符號 功能 1 OA A 路輸出管 2 VCC 電源電壓 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 3 VCC 電源電壓 4 OB B 路輸出管 5 GND 地線 6 IA A 路輸入管教 7 IB B 路輸入管教 8 GND 地線 表 1 管腳定義表 圖 10 管腳波形圖 描述： L9110 是為控制和驅(qū)動電機(jī)設(shè)計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片 IC 之中，使外圍器件成本降低，整機(jī)可靠性提高。 電機(jī)驅(qū)動模塊 供電電路：運(yùn)動系統(tǒng)供電采用雙電源分別對電機(jī)和控制器供電。當(dāng)紅外接收探頭接收到信號后，再將 轉(zhuǎn)變成的電 信號送到單片機(jī)由單片機(jī)內(nèi)部的程序來控制小車的運(yùn)行。所以根據(jù)單片機(jī)電源減去二極管管壓降除以流過二極管電流，就可以得到所需要的電阻。 at 系列 單片機(jī)是 12 分頻，如用 12M 的晶振分頻后就是 12M/12=1M 一個指令周期就是 1/1M=1us。10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF177。 整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。 復(fù)位操作方式 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 AT89C52RC 有 40引腳雙列直插（ DIP）、 44引腳（ PLCC）、 44引腳（ TQFP）封裝形式。 時鐘頻率 024MHz 其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地 降低開發(fā)成本 。 AT89C52 有 40個引腳， 32個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口， 3 個 16位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， 2 個讀寫口線， 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 )。能有快速性，準(zhǔn)確性的反應(yīng)就可以，經(jīng)過綜合考慮后，采用最少拍控制。 方案二 PID 控制 PID 控制在比例控制的基礎(chǔ)上加入了積分和微分控制，可以抑制振蕩，加快收斂速度，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)膮?shù)可以 有效地解決方案一的不足。該芯片有兩個 TTL/CMOS 兼容電平的輸入，可直接與單片機(jī)接口，具有良好的抗干擾性；兩個輸出端能直接驅(qū)動電機(jī)的正反向運(yùn)動，它具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道能通過 750～ 800mA 的持續(xù)電流，峰值電流能力可達(dá) ～ ；同時它具有較低的輸出飽和壓降；內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負(fù)載 的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開關(guān)功率管的使用上安全可靠。該芯片采用 15 腳封裝。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防 止共態(tài)導(dǎo)通（ H 橋或推挽電路可能出現(xiàn)的一個問題，即兩個功率器件同時導(dǎo)通使電源短路）入手 3）對控制輸入端的影響。 在本次設(shè)計中， 由于光電傳感器下傳的就是光數(shù)字信號，與通信網(wǎng)絡(luò)容易接口，且傳輸過程中沒有測量誤差。 使用 CCD 傳感器，可以獲取大量的圖像信息，可以全面完整的掌握路徑信息，可以進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的預(yù)測和識別圖像復(fù)雜的路面而且抗干擾能力強(qiáng)。 由此可見選用 AT89C52RC單片機(jī)。 方案一：可以采用 ARM 為系統(tǒng)的控制器，優(yōu)點(diǎn)是該系統(tǒng)功能強(qiáng)大，片上外設(shè)集成度搞 密度高，提高了穩(wěn)定性，系統(tǒng)的處理速度也很高，適合作為大規(guī)模實(shí)時系統(tǒng)的控制核心。 很明顯，我們要設(shè)計的小車是要能沿黑線跑道正常行駛，并在此基礎(chǔ)上，盡量提高小車行駛速度。 (3)安全檢測受損評估 在工程建設(shè)領(lǐng)域，可對高速公路自動巡跡，進(jìn)行道路質(zhì)量檢測和破壞分析檢測 。主要包括 :巡航控制、車輛跟蹤系統(tǒng)、準(zhǔn)確泊車系統(tǒng)及精確機(jī)動系統(tǒng)。 (2)攝像機(jī)，用來獲得道路圖像信息 。移動機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)中的一個重要分支，出現(xiàn)于 20世紀(jì) 06年代。新一代的單片機(jī)的最主要的技術(shù)特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn) Microputer 完善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如 A/D﹑ PWM﹑ PCA(可編程計數(shù)器陣列 )﹑ WDT(監(jiān)視定時器 )﹑高速 I/O 口﹑計數(shù)器的捕獲 /比較邏輯等。 同時具有智能防撞功能。這個檢測系統(tǒng)采用了AT89C52RC 的 紅外接收發(fā)射探頭傳感器結(jié)合，利用紅外接收，發(fā)射探頭傳感器檢測道跑道軌跡，控制電動小汽車自動尋跡，以及自動停車。第三代單片機(jī)包括了 INTEL 公司發(fā)展 MCS51 系列的新一代產(chǎn)品，如 8ｘ C152﹑ 80C51FA/FB﹑ 80C51GA/GB﹑ 8ｘ C451﹑ 8ｘ C452,還包括了 PHILIPS﹑SIEMENS﹑ ADM﹑ FUJUTSU﹑ OKI﹑ HARRIAMETRE﹑ ATMEL 等公司以80C51 為核心推出的大量各具特色﹑與 80C51 兼容的單片機(jī)。世界上許多國家都在積極進(jìn)行智能車輛的研究和開發(fā)設(shè)計。智能車輛在原有車輛系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一些智能化技術(shù)設(shè)備 : (1)計算機(jī)處理系統(tǒng)，主要完成對來自攝像機(jī)所獲取的圖像的預(yù)處理、增強(qiáng)、分析、識別等工作 。 (2)輔助駕駛系統(tǒng)，利用智能感知系統(tǒng)的信息進(jìn)行決策規(guī)劃，給駕駛員提出駕駛建議或部分地代替駕駛員進(jìn)行車輛控制操作。民用方面，可以探測化學(xué)泄漏物質(zhì)，可以進(jìn)行地鐵滅火，以及在強(qiáng)烈地震發(fā)生后到廢墟中尋找被埋人員等。 ，同時可以用遙控來控制小車的運(yùn)行，當(dāng)用遙控控制小車功 能時，小車能夠顯示按鍵信息并有小車實(shí)現(xiàn)特定功能。 2 方案論證 單片機(jī)選擇論證 按照題目要求，控制器主要用于控制電機(jī)，通過相關(guān)傳感器對路面的軌跡信息進(jìn)行處理，并將處理信號傳輸給控制器，然后控制器做出相應(yīng)的處理，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的前進(jìn)和后退，保證在允許范圍類實(shí)現(xiàn)蹺蹺板的平衡。 單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大 ，功耗低、體積小、技術(shù)成熟，成本也比 ARM 低。 方案二：使用 CCD 傳感器來采集路面 信息。 但紅外傳感器的缺點(diǎn)是，它所獲取的信息是不完全的，只能對路面情況作簡單的黑白判別，檢測距離有限，而且容易受到諸多擾動的影響，抗干擾能力較差，背景光源，器件之間的差異，傳感器高度位置的差異等都將對其造成干擾。 2）效率，高的效率不僅意味著節(jié)省電源，也會減少驅(qū)動電路的 發(fā) 熱。 L298N 是 ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動芯片。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 23 電機(jī)驅(qū)動原理簡圖 方案三： L9110 驅(qū)動電路 ： L9110 是為控制和驅(qū)動電機(jī)設(shè)計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片 IC 之中，使外圍器件成本降低，整機(jī)可靠性提高。在實(shí)際應(yīng)用中，由于傳感器的個數(shù)與布局方式的限制，其控制量的輸出是一個離散值，不能對舵機(jī)進(jìn)行精確地控制，容易引起舵機(jī)左右搖擺，造成小車行駛過程中的振蕩，而且其收斂速度也有限。 在本次設(shè)計中小車只要求按照跑道行駛，跑道簡單。 AT89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。 AT89C52有 40個引腳， 32個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2個外中斷口， 3個 16位可編程定時計數(shù)器 ,2個全雙工串行通信口， 2 個讀寫口線， AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。 3個 16位可編程定時 /計數(shù)器中斷 低功耗空閑和掉電模式 下面是詳細(xì)介紹。若使用頻率為 6MHZ 的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過 4微秒才能完成復(fù)位操作。對外接電容 C C2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF177。如圖 6 所示。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的電源是 5V，流過放光二極管的電流小于 20MA，放光二極管的管壓降為 ~2V。所以說當(dāng) 下 方的紅外發(fā)射出來的光線遇到物體時，就會形成反射的光線，而這個經(jīng)反射的紅外光線剛好被紅外接收探頭接收到。例如，完成黑白線的尋跡功能，還有倒車停車的功能。電路圖示見圖 9，管腳定義見表 1。 串口通訊模塊 51 單片機(jī)有一個全雙工的串行通信口，使單片機(jī)和計算機(jī)之間可以方便地進(jìn)行通信。與此原理相同的芯片還有 MAX20 AD 公司的 ADDt101 以及 SIL 公司的IC1232 芯片。 接收電路從工作方式分，可以分成超外差接收方式和超再生接收方式。間歇振蕩的頻率是由電路的參數(shù)決定的。一體化紅外接收頭，如圖 5 所示： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 5 紅外接收頭 紅外接收頭的種類很多，引腳定義也不相同，一般都有三個引腳，包括供電腳，接地和信號輸出腳。根據(jù)小車的指示燈來判斷小車的運(yùn)行情況。最少拍控制系統(tǒng)的設(shè)計與被控對象的零極位置有很密切的關(guān)系。 典型計算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 13 所示。式中 n 和 m是由對象、保持器決定的，是不可變部分。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編 譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil for C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。尤其 C 編譯工具在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率性達(dá)到了較高的水平，而可以附加靈活的控制選項(xiàng)。 這個工具套件足為專業(yè)軟件開發(fā)人員設(shè)計的，但任何層次的編程人員都可以使用，并獲得 80C51 微控制器的部分應(yīng)用。 （ 3） BLSI 連接器 /定位器 BL51 連接器使用從庫中提取出來的目標(biāo)模塊和便宜器，匯編器生成的目標(biāo)模塊，創(chuàng)建一個絕對地址目標(biāo)模塊。 此外 Vision2 還只有極強(qiáng)的軟件環(huán)境，友好的操作界面和簡單快捷的操作方法，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（ 1）豐富的菜單欄；（ 2）可以快色選擇命令按鈕的工具欄；（ 3）一些源代碼文件窗口；（ 4）對話框窗口；（ 5）直觀明了的信息顯示窗口。由電機(jī)的湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)來完成小車的前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)。 6 當(dāng)給小車燒寫光敏電阻程序時通過刺激光敏電阻可以聽到小車滴滴的報警聲。論文介紹了該設(shè)計的總體思想和一些用到的基本的原理及系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計。各個功能部件同時存在，小車在運(yùn)行的過程中只有一個功能模塊發(fā)揮作用，其余功能處屏敝狀態(tài)；在各個功能之間可通過人工切換