【正文】 過一個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì) ,從理論和實(shí)踐都證實(shí)了智能小車的研制與設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的可行性。 7 當(dāng)給小車燒寫循跡程序時(shí) ，小車 能夠按照鋪好的黑色路線行走。小車行走時(shí)會(huì)通過, 的紅外接收探頭來進(jìn)行檢測(cè)。 下載調(diào)試 下載調(diào)試工具有 很多，本次設(shè)計(jì)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(duì)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(gè)在具體的存儲(chǔ)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(dòng)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(jì)（論文） 32 （ 1） mVision2 for WindowsTM：是一個(gè)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(gè)功能強(qiáng)大的 Z1環(huán)境中。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。這時(shí)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(duì)象 H0（ S）為零階保持器， D(Z)即為待設(shè)計(jì)的最少拍控制器 。下面先從簡(jiǎn)單情形開始介紹最少拍控制器的設(shè)計(jì)。如果小車偏離跑道，會(huì)給單片機(jī)一個(gè)低電平信號(hào)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(hào)，這時(shí)經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部程序的處理設(shè)置合理的延時(shí)時(shí)間函數(shù)，同時(shí)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(gè)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(hào)混頻，將輸入信號(hào)頻率變換為某個(gè)預(yù)定的頻率的電路。 圖 MAX232 芯片引腳 由于 Protues 仿真時(shí)不需進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，所以仿真時(shí)沒有用上 MAX232 芯片電路，但做實(shí)物時(shí)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(shí)別信號(hào)的電壓范圍。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 9 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 序號(hào) 符號(hào) 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(jì)（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(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)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(dòng)模塊 供電電路：運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)供電采用雙電源分別對(duì)電機(jī)和控制器供電。當(dāng)紅外接收探頭接收到信號(hào)后，再將 轉(zhuǎn)變成的電 信號(hào)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(gè)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(gè)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(shí)鐘頻率 024MHz 其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地 降低開發(fā)成本 。 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 )。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(gè) 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(gè)輸出端能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反向運(yùn)動(dòng)，它具有較大的電流驅(qū)動(dòng)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(shí)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(dòng)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(gè)問題，即兩個(gè)功率器件同時(shí)導(dǎo)通使電源短路）入手 3）對(duì)控制輸入端的影響。 在本次設(shè)計(jì)中， 由于光電傳感器下傳的就是光數(shù)字信號(hào)，與通信網(wǎng)絡(luò)容易接口，且傳輸過程中沒有測(cè)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(cè)和識(shí)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(shí)系統(tǒng)的控制核心。 很明顯，我們要設(shè)計(jì)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(cè)受損評(píng)估 在工程建設(shè)領(lǐng)域，可對(duì)高速公路自動(dòng)巡跡，進(jìn)行道路質(zhì)量檢測(cè)和破壞分析檢測(cè) 。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(dòng)系統(tǒng)。 (2)攝像機(jī)，用來獲得道路圖像信息 。移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)中的一個(gè)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(jì)數(shù)器陣列 )﹑ WDT(監(jiān)視定時(shí)器 )﹑高速 I/O 口﹑計(jì)數(shù)器的捕獲 /比較邏輯等。 同時(shí)具有智能防撞功能。這個(gè)檢測(cè)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(cè)道跑道軌跡，控制電動(dòng)小汽車自動(dòng)尋跡，以及自動(dòng)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(guó)家都在積極進(jìn)行智能車輛的研究和開發(fā)設(shè)計(jì)。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(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，主要完成對(duì)來自攝像機(jī)所獲取的圖像的預(yù)處理、增強(qiáng)、分析、識(shí)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(cè)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(shí)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(shí)，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(duì)路面的軌跡信息進(jìn)行處理，并將處理信號(hào)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(duì)路面情況作簡(jiǎn)單的黑白判別，檢測(cè)距離有限，而且容易受到諸多擾動(dòng)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(duì)其造成干擾。 2）效率，高的效率不僅意味著節(jié)省電源，也會(huì)減少驅(qū)動(dòng)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(dòng)芯片。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 23 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理簡(jiǎn)圖 方案三： L9110 驅(qū)動(dòng)電路 ： L9110 是為控制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)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(gè)數(shù)與布局方式的限制，其控制量的輸出是一個(gè)離散值，不能對(duì)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(jì)中小車只要求按照跑道行駛，跑道簡(jiǎn)單。 AT89C52 是一個(gè)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(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǎng)合。 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，也可以在線編程。 3個(gè) 16位可編程定時(shí) /計(jì)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(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過 4微秒才能完成復(fù)位操作。對(duì)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(huì)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(shí)，就會(huì)形成反射的光線，而這個(gè)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(gè)全雙工的串行通信口，使單片機(jī)和計(jì)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(jì)（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(gè)引腳，包括供電腳，接地和信號(hào)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(jì)與被控對(duì)象的零極位置有很密切的關(guān)系。 典型計(jì)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(duì)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(huì)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(gè)工具套件足為專業(yè)軟件開發(fā)人員設(shè)計(jì)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(kù)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(gè)絕對(duì)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(jiǎn)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(duì)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(jì)（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(shí)通過刺激光敏電阻可以聽到小車滴滴的報(bào)警聲。論文介紹了該設(shè)計(jì)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(jì)。各個(gè)功能部件同時(shí)存在，小車在運(yùn)行的過程中只有一個(gè)功能模塊發(fā)揮作用，其余功能處屏敝狀態(tài)；在各個(gè)功能之間可通過人工切換