【正文】 ，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通，這時候就會輸出一個低電平，送至單片機 圖 紅外避障檢測電路 太原工業(yè)學院畢業(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)光的半導體器件，其導電性質(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 當前狀態(tài) { uchar state。P0=dat。 Write_LCD_Command(0x06)。 Display_LCD_String(0x00,0920221TanJiaJia)。 } void Init_LCD() //初始化 LCD 太原工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 { Write_LCD_Command(0x38)。 } void Write_LCD_Data(uchar dat) //LCD 寫數(shù)據(jù) { LCD_Busy_Wait()。j8。 x = 0。 //sbit SCLK = P1^1。 圖 步進電機方向及速度控制流程圖 基于步進電機的智能小車設(shè)計 26 金屬探測及控制設(shè)計流程圖 圖 所示流程圖，當金屬探測器通上 + 的電源時，碰到金屬，則金屬探測器的指示燈會發(fā)亮報警了，同時輸送一個低電平給單片機模塊。 在本設(shè)計中所采用的是共陽極 LED 數(shù)碼顯示器， 如下圖 ： 圖 LED 數(shù)碼顯示器 基于步進電機的智能小車設(shè)計 22 鍵盤控制 電路 鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預單片機的主要手段。 圖 4. 1 光電循跡電路檢測 金屬探測傳感器模塊 如下 圖 所示電路中，我們選用型號： LJKD4N 金 屬探測傳感器，將其檢測面對準運行路面，當小車距離金屬塊 20mm~30mm 時，輸出一個低電平信號，然后送至 單 片機 ,查詢判斷后控制電動機產(chǎn)生相應(yīng)動作，使小車車速減慢，并可進行聲光提示。 轉(zhuǎn)動方向控制 ， 轉(zhuǎn)動方向控制有兩種方法：改變磁場方向；改變電流方向（即改 變電源的正負極）。根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型： ① 他勵直流電機 勵磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機稱為他勵直流電機，永磁直流電機也可看作他勵直流電機。將 COM 端標識為 C，只要 AC、 AC、 BC、 B C，輪流加電就能驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)，加電的方式 可以有多種，如果將 COM 端接正電源，那么只要用開關(guān)元件（如三極管） ，將 A、 A、 B、 B 輪流接地。 （ 5） 沒有轉(zhuǎn)向器等機械部分，不需要保養(yǎng)，故造價較低。需要注意的是，復位操作不影響片內(nèi) RAM 的內(nèi)容。其他三個 I/O 端口（ P P P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路， P0 在當做 I/O 用時可以推動 8 個 LS 的 TTL 負載。 單片機作為計算機發(fā)展的一個重要領(lǐng)域，應(yīng)用一個較科學的分類方法。因為單片機芯片多數(shù)是采用 CMOS（金屬柵氧化物 ）半導體工藝生產(chǎn)。故選擇 ULN2803 八NPN 達林頓連接晶體管作為所需單片機。 方案三：選擇混合步進電動機（ HB）。近年來機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。 （ 4）課題目標更著重在于對軟件的設(shè)計，好的程序不僅節(jié)省硬件資源，而且又不易出現(xiàn)錯誤，要求各部份程序可靠地完成設(shè)計要求。 130513— 130528（第 1 12 周） 8 完善設(shè)計，并撰寫論文。 在國外機器人的發(fā)展有如下趨勢。 這是 PM 和 VR 的復合產(chǎn)品，其轉(zhuǎn)子采用齒狀的稀土永磁材料，定子則為齒狀的突起結(jié)構(gòu)。 數(shù)碼管顯示電路的 選擇 方案一 ：共陽極接法。 CMOS 電路的特點是低功耗、高密度、低速度、低價格。根據(jù)目前發(fā)展情況，從不同角度單片機大致可以分為通用型 /專用型、總線型 /非總線型及工控型 /家電型。如果當 EA 引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器）， P0 就以多工方式提供地址總線（ A0～ A7）及數(shù)據(jù)總線（ D0～ D7）。 復位電路的基本功能是系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。 （ 6） 即使沒有傳感器，也能精確定位。表 列出了該電機的一些典型參數(shù)： 表 35BY 型永磁步進電機參數(shù) 型號 步距角 相數(shù) 電壓 電流 電阻 最大靜轉(zhuǎn)距 定位轉(zhuǎn)距 轉(zhuǎn)動慣量 35BY48S03 4 12 47 180 65 有了這些參數(shù)，不難設(shè)計出控制電路，因其工作電壓為 12V，最大電流為 ， 因 此用一塊開路輸出達林頓驅(qū)動器（ ULN2803）作為驅(qū)動，通過 ~ 來控制各線圈的接通與切斷。 ② 并勵直流電機 并勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián) 。 步進電機驅(qū)動電路 （ 1） 本系統(tǒng)的設(shè)計目的為了高效控制步進電機的轉(zhuǎn)動，因此需要將脈沖轉(zhuǎn)化為步進角度，才能控制步進電機轉(zhuǎn)動，我們在這里采用 ULN2803 為步進電 機提供脈沖信號。 基于步進電機的智能小車設(shè)計 20 本模塊操作簡單，準確且抗干擾性能越優(yōu)。鍵盤實質(zhì)是一組按鍵開關(guān)的集合。 圖 金屬探測控制流程圖 紅外避障及控制設(shè)計流程圖 紅外避障檢測機控制子程序流程圖如圖 所示。 //sbit RST = P1^2。 while(ms) { for(x=0。j++) { if(K3 == 0)break。 RS=1。 DelayMS(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。當陰極端輸入低電平時，段發(fā)光二極管就導通點亮，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。設(shè)計編程時，可用 C 語言或匯編語言或兩者結(jié)合的混合編程來實現(xiàn)算法。 130401— 130414（第 6 周） 5 完成硬件設(shè)計 、程序設(shè)計并調(diào)試。它集中了傳感器技術(shù)、信息處理、電子工程、計算機工程、自動化控制工程以及人工智能等多學科的研究成果，代表機電一體化的最高成就，是目前科學技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。用轉(zhuǎn)子和定子之間的吸引和排斥力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動步的角度一般是 。 ULN2803 的設(shè)計與標準 TTL 系列兼容 。 CMOS 芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機可以工作在功耗精細管理狀態(tài)。 單片機是通過內(nèi)部總線把計算機的各主要部件接為一體，其內(nèi)部總線包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。此外在燒錄 8751 程序代碼時，此引腳會被當成程序規(guī)劃的特殊功能來使用 ； PSEN：此為 Program Store Enab