【正文】 ，控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速和停止使智能小車(chē)可以循著黑線(xiàn)自動(dòng)循跡，碰到障礙物可以合理的避障，探測(cè)到金屬可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)，從而使智能小車(chē)實(shí)現(xiàn)合理行進(jìn)。 基于步進(jìn)電機(jī)的智能小車(chē)設(shè)計(jì) 2 智能小車(chē)可以理解為機(jī)器人的一種特例，它是一種能夠通過(guò)編程手段完成特定任務(wù)的小型化機(jī)器人。故在此選用永磁式步進(jìn)電機(jī)。 方案二：共陰極接法。 CHMOS 和 HMOS 工藝的結(jié)合。另一方面，單片機(jī)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(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。如果是使用 8052 或是 8032 的話(huà)， 又當(dāng)做定時(shí)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(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載，同時(shí)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(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)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(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 0 輸入 ； ： T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 1 輸入 ； 單片機(jī)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(cè)電路的信號(hào)端； 端口分配給兩路紅外線(xiàn)避障的檢測(cè)信號(hào)端； 端口為金屬探測(cè)器 的檢測(cè)信號(hào)端； 端口為按鍵控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)； 端口分配給四個(gè)按鍵的控制端； 時(shí)鐘及復(fù)位電路 （ 1） 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱(chēng)晶振）或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。單相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有單路電脈沖驅(qū)動(dòng)，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動(dòng)。 （ 8） 難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩 （ 9） 不宜用作高速轉(zhuǎn)動(dòng) （ 10） 在體積重量方面沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，能源利用率低。改變轉(zhuǎn)速，只要改變 ~ 輪流變低電平的時(shí)間即可達(dá)到要 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 求，這個(gè)時(shí)間不應(yīng)采用延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)闀?huì)影響到其他功能的實(shí)現(xiàn)。這種直流電機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流。所有器件有集電極開(kāi)路輸出和用于瞬變抑制的續(xù)流箝位二極管。 由于紅外線(xiàn)受到外界可見(jiàn)光的影響較大，因此用 38KHz 調(diào)制信號(hào)，紅 外發(fā)射二極管發(fā)射紅外線(xiàn)，在沒(méi)有遇到障礙物時(shí)會(huì)輸出一個(gè)高電平信號(hào)，送至單片機(jī)中 ，如 果遇到障礙物后，光線(xiàn)反射回來(lái)，接收的光電二極管就會(huì)導(dǎo)通，這時(shí)候就會(huì)輸出一個(gè)低電平，送至單片機(jī) 圖 紅外避障檢測(cè)電路 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(lèi)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(cè)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(cè)量 LM393 的輸出端 1 號(hào)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(lái)回移動(dòng)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(jìn)電機(jī)的智能小車(chē)設(shè)計(jì) 32 void SETP_MOTOR_FFW(uchar n) //步進(jìn)電機(jī) { uchar i,j。 } } } uchar Read_LCD_State() //讀 LCD 當(dāng)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 { Write_LCD_Command(0x38)。 } void Write_LCD_Data(uchar dat) //LCD 寫(xiě)數(shù)據(jù) { LCD_Busy_Wait()。j8。 x = 0。 //sbit SCLK = P1^1。 圖 步進(jìn)電機(jī)方向及速度控制流程圖 基于步進(jìn)電機(jī)的智能小車(chē)設(shè)計(jì) 26 金屬探測(cè)及控制設(shè)計(jì)流程圖 圖 所示流程圖，當(dāng)金屬探測(cè)器通上 + 的電源時(shí)，碰到金屬，則金屬探測(cè)器的指示燈會(huì)發(fā)亮報(bào)警了，同時(shí)輸送一個(gè)低電平給單片機(jī)模塊。 在本設(shè)計(jì)中所采用的是共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼顯示器， 如下圖 ： 圖 LED 數(shù)碼顯示器 基于步進(jìn)電機(jī)的智能小車(chē)設(shè)計(jì) 22 鍵盤(pán)控制 電路 鍵盤(pán)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。 圖 4. 1 光電循跡電路檢測(cè) 金屬探測(cè)傳感器模塊 如下 圖 所示電路中，我們選用型號(hào)： LJKD4N 金 屬探測(cè)傳感器，將其檢測(cè)面對(duì)準(zhǔn)運(yùn)行路面，當(dāng)小車(chē)距離金屬塊 20mm~30mm 時(shí)，輸出一個(gè)低電平信號(hào)，然后送至 單 片機(jī) ,查詢(xún)判斷后控制電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，使小車(chē)車(chē)速減慢，并可進(jìn)行聲光提示。 轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制 ， 轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制有兩種方法：改變磁場(chǎng)方向；改變電流方向（即改 變電源的正負(fù)極）。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分為下列幾種類(lèi)型： ① 他勵(lì)直流電機(jī) 勵(lì)磁繞組與電樞繞組無(wú)聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電的直流電機(jī)稱(chēng)為他勵(lì)直流電機(jī)，永磁直流電機(jī)也可看作他勵(lì)直流電機(jī)。將 COM 端標(biāo)識(shí)為 C，只要 AC、 AC、 BC、 B C，輪流加電就能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)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(kāi)關(guān)元件（如三極管） ，將 A、 A、 B、 B 輪流接地。 （ 5） 沒(méi)有轉(zhuǎn)向器等機(jī)械部分，不需要保養(yǎng)，故造價(jià)較低。需要注意的是，復(fù)位操作不影響片內(nèi) RAM 的內(nèi)容。其他三個(gè) 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(dāng)做 I/O 用時(shí)可以推動(dòng) 8 個(gè) LS 的 TTL 負(fù)載。 單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域，應(yīng)用一個(gè)較科學(xué)的分類(lèi)方法。因?yàn)閱纹瑱C(jī)芯片多數(shù)是采用 CMOS（金屬柵氧化物 ）半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。故選擇 ULN2803 八NPN 達(dá)林頓連接晶體管作為所需單片機(jī)。 方案三：選擇混合步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（ HB）。近年來(lái)機(jī)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(lèi)生活領(lǐng)域中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，將會(huì)給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)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(shí)際效果改進(jìn)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(yǔ)言和 C51 高級(jí)語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，是目前最流行的開(kāi)發(fā) 51 單片 機(jī)的軟件工具。 （ 4）課題目標(biāo)更著重在于對(duì)軟件的設(shè)計(jì)，好的程序不僅節(jié)省硬件資源，而且又不易出現(xiàn)錯(cuò)誤，要求各部份程序可靠地完成設(shè)計(jì)要求。 130513— 130528（第 1 12 周） 8 完善設(shè)計(jì)，并撰寫(xiě)論文。 在國(guó)外機(jī)器人的發(fā)展有如下趨勢(shì)。 這是 PM 和 VR 的復(fù)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(yáng)極接法。 CMOS 電路的特點(diǎn)是低功耗、高密度、低速度、低價(jià)格。根據(jù)目前發(fā)展情況，從不同角度單片機(jī)大致可以分為通用型 /專(zhuān)用型、總線(xiàn)型 /非總線(xiàn)型及工控型 /家電型。如果當(dāng) EA 引腳為低電平時(shí)（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）， P0 就以多工方式提供地址總線(xiàn)（ A0～ A7）及數(shù)據(jù)總線(xiàn)（ D0～ D7）。 復(fù)位電路的基本功能是系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)。 （ 6） 即使沒(méi)有傳感器，也能精確定位。表 列出了該電機(jī)的一些典型參數(shù)： 表 35BY 型永磁步進(jìn)電機(jī)參數(shù) 型號(hào) 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(dòng)慣量 35BY48S03 4 12 47 180 65 有了這些參數(shù)，不難設(shè)計(jì)出控制電路，因其工作電壓為 12V，最大電流為 ， 因 此用一塊開(kāi)路輸出達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器（ ULN2803）作為驅(qū)動(dòng)，通過(guò) ~ 來(lái)控制各線(xiàn)圈的接通與切斷。 ② 并勵(lì)直流電機(jī) 并勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組相并聯(lián) 。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 （ 1） 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的為了高效控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此需要將脈沖轉(zhuǎn)化為步進(jìn)角度，才能控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，我們?cè)谶@里采用 ULN2803 為步進(jìn)電 機(jī)提供脈沖信號(hào)。 基于步進(jìn)電機(jī)的智能小車(chē)設(shè)計(jì) 20 本模塊操作簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確且抗干擾性能越優(yōu)。鍵盤(pán)實(shí)質(zhì)是一組按鍵開(kāi)關(guān)的集合。 圖 金屬探測(cè)控制流程圖 紅外避障及控制設(shè)計(jì)流程圖 紅外避障檢測(cè)機(jī)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(cè)機(jī)控制子程序流程圖 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 6 系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試 （ 1）電源電路測(cè)試：設(shè)計(jì)并搭好電源電路，并用萬(wàn)用表進(jìn)行檢測(cè)電路連接情況，在確定電路沒(méi)問(wèn)題后，同電源端通上 的電源，按下開(kāi)關(guān)，觀(guān)察發(fā)光二極管是否發(fā)生變化。 一個(gè)電壓信號(hào)在機(jī)械觸點(diǎn)的斷開(kāi)、閉合過(guò)程中，都會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，一般為 5—10ms；兩次抖動(dòng)之間為穩(wěn)定的閉合狀態(tài)，時(shí)間由按鍵動(dòng)作所決定；第一次抖動(dòng)前和第二次抖動(dòng)后為斷開(kāi)狀態(tài)。 利用一管發(fā)射一管接收，接 收 管對(duì)外界紅外線(xiàn)的接收有無(wú)來(lái)判斷障礙物，這種方式干擾小，而且易于實(shí)現(xiàn)。廣泛用于計(jì)算機(jī)，工業(yè)和消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品中。 ③ 串勵(lì)直流電機(jī) 串勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)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(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度只要改變兩次接通之間的時(shí)間，而要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，只要改變各線(xiàn)圈接通的順序。但是，這種電機(jī)也有自身的缺 點(diǎn)。 基于步進(jìn)電機(jī)的智能小車(chē)設(shè)計(jì) 12 圖 復(fù)位電路 步進(jìn)電機(jī)概述 步進(jìn)電機(jī)是一種能夠?qū)㈦娒}沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線(xiàn)位移的機(jī)電元件，它實(shí)際上 是一種單相或多相同步電動(dòng)機(jī)。 P2 除了當(dāng)做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S51 擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器 基于步進(jìn)電機(jī)的智能小車(chē)設(shè)計(jì) 10 或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線(xiàn)的高字節(jié) A8～ A15，這個(gè)時(shí)候 P2 便不能當(dāng)做 I/O 來(lái)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(dòng) 4 個(gè) LS TTL 負(fù)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(lái)輸入數(shù)據(jù)。它的應(yīng)用遍及各個(gè)領(lǐng)域 ，單片機(jī)已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)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(shí)，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平時(shí)則不點(diǎn)亮。 由于永磁式步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能比較好，而且結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，價(jià)格適中，是電子業(yè)余愛(ài)好者中常用的步進(jìn)電機(jī)。國(guó)外研究機(jī)構(gòu)正試圖將機(jī)器人應(yīng)用于人 類(lèi)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域。 130610— 110616（第 15 周） 10 答辯并總結(jié)設(shè)計(jì)工作。 2．設(shè)計(jì)（論文）的基本要求和內(nèi)容 （ 1）用單片機(jī)芯片實(shí)現(xiàn)，要有完整的硬件設(shè)計(jì)電原理圖。設(shè)計(jì)編程時(shí)，可用 C 語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言或兩者結(jié)合的混合編程來(lái)實(shí)現(xiàn)算法。 130401— 130414（第 6 周） 5 完成硬件設(shè)計(jì) 、程序設(shè)計(jì)并調(diào)試。它集中了傳感器技術(shù)、信息處理、電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動(dòng)化控制工程以及人工智能等多學(xué)科的研究成果，代表機(jī)電一體化的最高成就，是目前科學(xué)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(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)步的角度一般是 。 ULN2803 的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn) 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(jī)可以工作在功耗精細(xì)管理狀態(tài)。 單片機(jī)是通過(guò)內(nèi)部總線(xiàn)把計(jì)算機(jī)的各主要部件接為一體，其內(nèi)部總線(xiàn)包括地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)。此外在燒錄 8751 程序代碼時(shí)，此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來(lái)使用 ； PSEN：此為 Program Store Enab