【正文】 器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式，隨著它在人類生活領(lǐng)域中的應(yīng)用不斷擴大，將會給人們的生產(chǎn)生活帶來了巨大的影響。 130429— 130512（第 10 周） 7 系統(tǒng)總調(diào)，程序整合并根據(jù)實際效果改進電路 。 μV4采用 Windows風(fēng)格界面，集編輯、編譯、程序調(diào)試和仿真于一體，支持匯編語言和 C51 高級語言的程序設(shè)計，是目前最流行的開發(fā) 51 單片機的軟件工具。 （ 5）要求小車 自動的左右轉(zhuǎn)彎。 本智能小車系統(tǒng)最誘人的前景就是可用于未來的智能汽車上了，當(dāng)駕駛員因疏忽或打瞌睡時這樣的智能汽車的設(shè)計就能體現(xiàn)出它的作用。 本題目設(shè)計的是具有自動避障功能的智能小車，其設(shè)計思想與一些日常生活迫切需要的機器 人（如測距機器人，搜索機器人，管道探傷機器人）類似。 方案二：選擇 AT89S51 單片機 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位 單片機 ，片內(nèi)含 4k的可反復(fù)擦寫 1000次的 Flash 程序存儲器 ，器件采用 ATMEL 公司 的高密度、非易失性存儲技術(shù)制 基于步進電機的智能小車設(shè)計 4 造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng) 及 80C51 引腳 結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位 的 內(nèi)部 中央處理器 和 ISP Flash 存儲單元 ， AT89S51 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)陽極端輸入高電平時， 段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入低電平時則不點亮。 隨著半導(dǎo)體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機的集成度將更高、體積將更小、功能將列強。 單片機芯片 AT89S51 為 ATMEL 所生產(chǎn)的可電氣燒錄清洗的 8051 相容單芯片，其內(nèi)部程序代碼容量為 4KB。晶振頻率的典型值為 12MHz（我所選用），采用 6MHz 的情況也比較多。每輸入一個脈沖到脈沖分配器，電動機各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過一定的角度（稱為步距角）。 （ 2） 永磁式步進電動機（ PM） 轉(zhuǎn)子采用多磁極的圓筒形的永磁鐵，在其外側(cè)配置齒狀定子。 按要求，最低轉(zhuǎn)速為 20 轉(zhuǎn) /分，而上述步進電機的步距角為 ，即每 48 個脈沖為 1 周，即在最低轉(zhuǎn)速時，要求為 960 脈沖/分，相當(dāng)于 。若兩個磁通勢方向相反，則稱為差復(fù)勵。這樣就使得與 ULN2803 連接的步進電機只有一個引出端導(dǎo)通。 LED 數(shù)碼顯示器是 1 種由 LED 發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。并且，為了能直觀形象的表示按鍵閉合與否，還為每個按鍵相應(yīng)增加了發(fā)光二極管，按鍵斷開時，發(fā)光二極管滅，當(dāng)有鍵閉合時，相應(yīng)的發(fā)光二極管變亮。 軟件調(diào)試 當(dāng)保證硬件電路正常工作的前提下，對軟件開始進行調(diào)試。 sbit K3 = P3^2。i++) { for(j=0。EN=1。EN=0。 DelayMS(1)。 ting = 1。 DelayMS(1)。EN=0。 DelayMS(25)。x++)。 sbit RW = P2^1。 圖 紅外避障檢測機控制子程序流程圖 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 6 系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試 （ 1）電源電路測試：設(shè)計并搭好電源電路，并用萬用表進行檢測電路連接情況，在確定電路沒問題后，同電源端通上 的電源，按下開關(guān)，觀察發(fā)光二極管是否發(fā)生變化。 一個電壓信號在機械觸點的斷開、閉合過程中，都會產(chǎn)生抖動，一般為 5—10ms；兩次抖動之間為穩(wěn)定的閉合狀態(tài)，時間由按鍵動作所決定；第一次抖動前和第二次抖動后為斷開狀態(tài)。 利用一管發(fā)射一管接收，接 收 管對外界紅外線的接收有無來判斷障礙物，這種方式干擾小，而且易于實現(xiàn)。廣泛用于計算機，工業(yè)和消費類產(chǎn)品中。 ③ 串勵直流電機 串勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源。如果要改變電機的轉(zhuǎn)動速度只要改變兩次接通之間的時間，而要改變電機的轉(zhuǎn)動方向，只要改變各線圈接通的順序。但是，這種電機也有自身的缺 點。 基于步進電機的智能小車設(shè)計 12 圖 復(fù)位電路 步進電機概述 步進電機是一種能夠?qū)㈦娒}沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機電元件，它實際上 是一種單相或多相同步電動機。 P2 除了當(dāng)做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S51 擴充外接程序存儲器 基于步進電機的智能小車設(shè)計 10 或數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié) A8～ A15，這個時候 P2 便不能當(dāng)做 I/O 來使用了 ； PORT1（ ～ ）：端口 1 也是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4 個 LS TTL 負載，同樣地若將端口 1 的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。它的應(yīng)用遍及各個領(lǐng)域 ，單片機已成為計算機發(fā)展和應(yīng)用的一個重要方面。隨著技術(shù)和工藝水平的提高，又出現(xiàn)了 HMOS（高密度、高速度 MOS）和 CHMOS工藝。當(dāng)陰極端輸入低電平時，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入高電平時則不點亮。 由于永磁式步進電機的動態(tài)性能比較好，而且結(jié)構(gòu)相對比較簡單，價格適中，是電子業(yè)余愛好者中常用的步進電機。國外研究機構(gòu)正試圖將機器人應(yīng)用于人 類活動的各個領(lǐng)域。 130610— 110616（第 15 周） 10 答辯并總結(jié)設(shè)計工作。 2．設(shè)計（論文） 的基本要求和內(nèi)容 （ 1）用單片機芯片實現(xiàn)，要有完整的硬件設(shè)計電原理圖。 （ 2）建議使用 Keil C51μVision 4 集成開發(fā)環(huán)境進行軟件設(shè)計。 110617— 110623（第 16 周） 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） III 基于步進電機的智能小車 設(shè)計 摘 要 我 本次設(shè)計采用 ATMEL 公司中的 AT89S51 單片機為控制核心，在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過對外圍傳感器信號和控制按鍵的檢測，控制步進電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速和停止使智能小車可以循著黑線自動循跡，碰到障礙物可以合理的避障，探測到金屬可以發(fā)出報警信號，從而使智能小車實現(xiàn)合理行進。 基于步進電機的智能小車設(shè)計 2 智能小車可以理解為機器人的一種特例，它是一種能夠通過編程手段完成特定任務(wù)的小型化機器人。故在此選用永磁式步進電機。 方案二：共陰極接法。 CHMOS 和 HMOS 工藝的結(jié)合。另一方面，單片機應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。如果是使用 8052 或是 8032 的話， 又當(dāng)做定時器 2 的外部脈沖輸入腳，而 可以有 T2EX 功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位 ； PORT3（ ～ ）：端口 3 也具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動 4 個 TTL 負載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存 儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?； 其引腳分配如下： ： RXD，串行通信輸入 ； ： TXD，串行通信輸出 ； ： T0，計時計數(shù)器 0 輸入 ； ： T1，計時計數(shù)器 1 輸入 ； 單片機端口分配如下： 端口分配給 液晶顯示器的數(shù)據(jù)端； 端口分配給 步進電機驅(qū)動板的控制端； 端口分配給液晶顯示器的控制端； 端口分配給三路光電尋跡檢測電路的信號端； 端口分配給兩路紅外線避障的檢測信號端； 端口為金屬探測器 的檢測信號端； 端口為按鍵控制電機正反轉(zhuǎn)動； 端口分配給四個按鍵的控制端； 時鐘及復(fù)位電路 （ 1） 時鐘電路的設(shè)計 在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器（簡稱晶振）或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。單相步進電動機有單路電脈沖驅(qū)動，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動。 （ 8） 難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩 （ 9） 不宜用作高速轉(zhuǎn)動 （ 10） 在體積重量方面沒有優(yōu)勢，能源利用率低。改變轉(zhuǎn)速，只要改變 ~ 輪流變低電平的時間即可達到要 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 求，這個時間不應(yīng)采用延時來實現(xiàn)，因為會影響到其他功能的實現(xiàn)。這種直流電機的勵磁電流就是電樞電流。所有器件有集電極開路輸出和用于瞬變抑制的續(xù)流箝位二極管。 由于紅外線受到外界可見光的影響較大，因此用 38KHz 調(diào)制信號，紅 外發(fā)射二極管發(fā)射紅外線，在沒有遇到障礙物時會輸出一個高電平信號，送至單片機中 ，如 果遇到障礙物后，光線反射回來，接收的光電二極管就會導(dǎo)通，這時候就會輸出一個低電平，送至單片機 圖 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 LED 數(shù)碼顯示電路 發(fā)光二極管 LED 是一種通電后能發(fā)光的半導(dǎo)體器件，其導(dǎo)電性質(zhì)與普通二極管類似。 按鍵的閉合與否，反映在輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平。 （ 2）光電尋跡模塊測試：在以連接好的光電尋跡電路中，通電后，在反射式光電傳感器上面放一張白紙，用電壓表測量 LM393 的輸出端 1 號引腳是不是為高電平；在放一張貼有黑膠布的紙張或者是黑色的物品放在反射式光電傳感器的感應(yīng)部分，看電壓表的的電壓是否 為低電平；來回移動帶有黑膠布的紙張或黑色物品，看電壓表的電壓值是否高低電平的變化。 sbit EN = P2^2。 } } 基于步進電機的智能小車設(shè)計 32 void SETP_MOTOR_FFW(uchar n) //步進電機 { uchar i,j。 } } } uchar Read_LCD_State() //讀 LCD 當(dāng)前狀態(tài) { uchar state。P0=dat。 Write_LCD_Command(0x06)。 。 Write_LCD_Command(0x0c)。DelayMS(1)。RW=1。i5*n。 sbit K2 = P3^1。 （ 4）金屬探測電路測試：首先采用 LJKD4N 金屬探測傳感器，給它導(dǎo)入 的電源，并在接電源端和輸出端之間接個 歐姆電阻；再用萬用表測量尚未碰到金屬時輸出端是否為高電平；當(dāng)碰到金屬時，指示燈是否亮，這時候再用萬用表測量此時的輸 出端是否為低電平。在本設(shè)計中，高電平表示按鍵斷開，低電平表示按鍵閉合狀體。在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍。它的管腳連接圖如 下 圖 所示 : 步進電機驅(qū)動電路的工作過程是：首先從 P1 口輸出 00010001B，由于單片機與ULN2803 連接只用到了 —，所以 ULN2803 與單片機 連接的四個管腳中只有一個管腳處于導(dǎo)通狀態(tài)，其他管腳處于斷開狀態(tài)。若串勵繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵繞組產(chǎn)生的磁通勢方向相同稱為積復(fù)勵。下面首 先計算一下定時時間。 步進電機 的種類 目前常用的步進電機有三類： （ 1） 反應(yīng)式步進 電動機（ VR） 采用高導(dǎo)磁材料構(gòu)成齒狀轉(zhuǎn)子和定子，其結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角可以做的相當(dāng)小，但動態(tài)性能相對較差。 使用多相步進電動機時，單路電脈沖信號可先通過脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號，在經(jīng)功率放大后分別送入步進電動機各相繞組。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如圖 所示： 圖 時鐘電路 圖中，電容器 C C2 起穩(wěn) 定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在 530pF， 我選用 30pF。這種軟件代替硬件的 控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。因而，在單片機領(lǐng)域CMOS 正在逐漸取代 TTL 電路。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。 ARM7TDMI 處理器是 ARM 公司通用的 32 位微處理器家族的成員之一，是一種高性能、廉價、低功耗的 RISC 處理器，同時又具有非常豐富的片上資源，非常適合嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)。全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽每年都設(shè)有智能小車類的題目，由此可見國家對高校機器人研究工作的重視程度。 關(guān)鍵詞： AT89S51 單片機、智能小車、步進電機、自動 循跡 基于步進電機的智能小車設(shè)計 IV Based on the stepping motor of the intelligent car design ABSTRACT We this design USES the ATMEL pany AT89S51 as control core, the smallest system of basis, through peripheral sensor signal and the control buttons detection, the control of the stepper motor are turning, inversion, acceleration and stop make intelligent car can follow the black line automatic tracing, encounter obst