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正文內(nèi)容

基于51單片機的智能小車畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2025-04-03 08:25 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 會連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機沒有按鍵按下時, PT2262 不接通電源,其 17 腳為低電平,所以 315MHz 的高頻發(fā)射電路不工作,當(dāng)有按鍵按下時, PT2262 得電工作,其第 17 腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號,當(dāng) 17 腳為高電平期間 315MHz 的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號,當(dāng) 17 腳為低平期間 315MHz 的高頻發(fā)射電路停止振蕩,所以高頻發(fā)射電路完全收控于 PT2262 的 17 腳輸出的數(shù)字信號,從而對高頻電路完成幅度鍵控( ASK 調(diào)制)相當(dāng)于調(diào)制度為 100% 的調(diào)幅。如圖36 PT2262引腳圖: 圖 36 PT2262引腳圖 11 PT2272解碼芯片有不同的后綴,表示不同的功能,有 L4/M4/L6/M6之分,其中 L表示鎖存輸出,數(shù)據(jù)只要成功接收就能一直保持對應(yīng)的電平狀態(tài),直到下次遙控數(shù)據(jù)發(fā)生變化時改變。 M表示非鎖存輸出,數(shù)據(jù)腳輸出的電平是瞬時的而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對應(yīng),可以用于類似點動的控制。后綴的 6和 4表示有幾路并行的控制通道,當(dāng)采用 4路并行數(shù)據(jù)時( PT2272M4),對應(yīng)的地址編碼應(yīng)該是 8位,如果采用 6路的并行數(shù)據(jù)時 (PT2272M6),對應(yīng)的 地址編碼應(yīng)該是 6位。如圖 37 PT2272引腳圖: 圖 37 PT2272解碼電路引腳圖 編碼電路 PT2262和解碼 PT2272的第 1~ 8 腳為地址設(shè)定腳,有三種狀態(tài)可供選擇:懸空、接正電源、接地三種狀態(tài),只有發(fā)射端 PT2262和接收端 PT2272的地址編碼完全相同,才能配對使用。同一個系統(tǒng)地址碼必須一致,不同的系統(tǒng)可以依靠不同的地址碼加以區(qū)分。 紅外對管尋跡模塊 尋 跡是指小車在白色地板上循黑線行走, 本系統(tǒng) 采取的方法是紅外探測法,即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點, 在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光,當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時發(fā)生漫反射,反射光被裝在小車上的接收管接收;如果遇到黑線則紅外光被吸收,小車上的接收管接收不到紅外光 [7]。 由此過程來改變接收管的輸出電壓, 單片機 以電壓的變化 為依據(jù)來 執(zhí)行小車電機 確定行走路線。 模塊系統(tǒng)分析 圖 38為 紅外線尋跡安裝圖 , 圖 39為 尋跡 模塊 實現(xiàn)原理圖 ,分析如下: 12 圖 38 紅外線尋跡安裝圖 圖 39尋跡 模塊 原理圖 如圖 39是整個紅外線尋跡過程實現(xiàn)的原理圖。四針接口處 P3, P4的 1, 2腳是跟紅外線發(fā)射管 連接, 3, 4則是跟接收管相連,放置插針是為了更容易實現(xiàn)紅外線管的放置。由于紅外線接收光的變化可以讓接收管上的電壓發(fā)生變化,相當(dāng)于可變電阻,這種特性為設(shè)計提供基本的保障。比較芯片 LM358( LM393)可以根據(jù)接收管的電壓和參考電壓進行比較后輸出相應(yīng)電平。此圖的比較接法為正接法,就是當(dāng)紅外線管遇到黑線時,反射減少,“ +”斷輸入電壓增加,使的輸出端輸出電壓為高,經(jīng)上拉電阻 R12( R20)上拉后達到單片機有效接收電平。 小車進入 尋 跡模式后,即 單片機 開始不停地掃描與探測器連接的單片機 I/O口,一旦檢測到某個 I/O口有 信號,即進入判斷處理程序 ,先確定 2個探測器中的哪一個探測到了黑線,如果左面?zhèn)鞲衅?(紅燈亮) 探測到黑線,即小車左半部分壓到黑線, 13 車身向右偏出,此時應(yīng)使小車向左轉(zhuǎn);如果右面?zhèn)鞲衅?(黃燈亮) 探測到了黑線,即車身右半部壓住黑線,小車向左偏出了軌跡,則應(yīng)使小車向右轉(zhuǎn)。在經(jīng)過了方向調(diào)整后,小車再繼續(xù)向前行走,并繼續(xù)探測黑線重復(fù)上述動作 ,實現(xiàn)方向控制,按照黑線行駛。 其中, R11和 R19為限流電阻,防止紅外線發(fā)生管因電流過大而燒壞;由 R14和一個可變電阻組成的電路為參考電壓電路,由于檢測小車行駛的過程會因環(huán)境或則黑線材 料的改變使輸出電壓成一個變化值,所以通過可變電阻來改變參考電壓,使能正常運行;同時 R12和 R20為上 拉 電阻,讓輸入單片機的電壓達到 高電平 ;發(fā)光二極管則是能更直觀的判斷出哪對傳感器在起作用。 LM393 芯片介紹 雙電壓比較器電路 — LM393,如圖 310 LM393原理結(jié)構(gòu)圖和表 31 引腳功能表。 圖 310 LM393原理結(jié)構(gòu)圖 表 31 引腳功能表 引出端序號 功能 符號 引出端序號 功能 符號 1 輸出端 1 OUT1 5 正向輸入端 2 1N+(2) 2 反向輸入端 1 1N(1) 6 反向輸入端 2 1N(2) 3 正向輸入端 1 1N+(1) 7 輸出端 2 OUT2 14 續(xù)表 31 4 地 GND 8 電源 VCC 紅外避障模塊 紅外 避障模塊主要實現(xiàn)小車 的避障處理,當(dāng)小車檢測到前面有障礙物時,由單片機發(fā)出指令實現(xiàn)小車停止功能 。其實現(xiàn)原理與紅外線對管尋跡模塊基本一致,只是為了實現(xiàn)更好的避障效果(主要是距離問題),所以采用了自制紅外接發(fā)電路。 紅外避障電路介紹 本模塊主要有兩部分組成, 38KHZ的紅外發(fā)射模塊和接收比較模塊,采用38KHZ頻率段是能有效 的排除可見光的干擾,實現(xiàn)避障有效距離 50CM左右,更好的完成對電機的控制。如圖 311 紅外線避障電路原理圖。通過 555芯片組成多諧振蕩器,根據(jù)式( 31)可設(shè)計出 38KHZ方波信號 1 / 1. 43 /lhF T T? ? ? 12(R +2 R )C ( 31) 圖 311 紅外線避障電路原理圖 接通電源后,電容 C被充電當(dāng) 2腳 CV 上升到 2Vcc /3,使 3腳 oV 為低電平,同時內(nèi)部三極管 T導(dǎo)通,此時電容 C通過 2R 和 T放電, CV 下降,當(dāng) CV 下降到 Vcc /3時,oV 翻轉(zhuǎn)為高電平。當(dāng)放電結(jié)束時, T截止, Vcc 通過 1R 、 2R 向電容 C充電,上升 15 到 Vcc /3時,電路又翻轉(zhuǎn)為低電平,如此周而復(fù)始,于是,在電路的輸出端就得到一個周期性的矩形波,由 3腳輸出,再通過三極管 9013驅(qū)動后由發(fā)射管發(fā)出并由接收模塊接收實現(xiàn)單片機控制 [8]。 555 芯片 工作原理 NE555是一個能產(chǎn)生精確定時脈沖的高穩(wěn)度控制器,其輸出驅(qū)動電流可達200MV。在多諧振蕩器工作方式時,其輸出的脈沖占空比由兩個外接電阻和一個外接電容確定;在 單穩(wěn)態(tài)工作方式時,其延時時間由一個外接電阻和一個外接電容確定,可延時數(shù)微秒到數(shù)小時。工作電壓范圍: CCV??16V。如圖 312 555內(nèi)部框架圖。 圖 312 555內(nèi)部框架圖 其中圖中 2腳的功能為觸發(fā), 5腳功能為控制電壓, 6腳功能為閥值, 7腳功能為放電端。 電機驅(qū)動模塊 小車電機為直流減速電機,帶有齒輪組,考慮不需調(diào)速功能,所以采用電機驅(qū)動芯片 L293D。 L293D 是著名的 SGS 公司的產(chǎn)品。為單塊集成電路,高電壓,高電流,四通道驅(qū)動,設(shè) 計用來接收 DTL 或者 TTL 邏輯電平,驅(qū)動感性負載 (比如繼電器,直流和步進馬達 ),和開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含 4通道邏輯驅(qū)動電路。 L293D 可直接的對電機進行控制,無須隔離電路。通過單片機的 I/O輸入改 16 變芯片控制端的電平,即可以對電機進行正反轉(zhuǎn),停止的操作,非常方便,用程序輸入對應(yīng)的碼值,能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)的動作,有效控制電機運動,如圖 313 電機驅(qū)動原理圖。 J16 和 J17 控制左邊電機, J18和 J19 控制右邊電機。取左邊電機為例,當(dāng) J16 輸入數(shù)字電平“ 1”, J17輸入數(shù)字電平“ 0”時實現(xiàn)正轉(zhuǎn);當(dāng) J16輸入數(shù)字電平 “ 0”, J17 輸入數(shù)字電平“ 1”時實現(xiàn)反轉(zhuǎn);當(dāng) J16 輸入數(shù)字電平“ 0( 1)”, J17 輸入數(shù)字電平“ 0( 1)”時實現(xiàn)停止;最后結(jié)合左右電機通過單片機共同實現(xiàn)小車的前后左右四個方向行駛 [9]。 圖 313 電機驅(qū)動原理圖 語音控制模塊 本模塊為小車的附加功能模塊,主要采用柱極式話筒接收聲波信號,通過三極管放大電路放大信號,使信號經(jīng)過電容和整流的二極管得到一個電壓峰值為一伏的脈沖信號,并經(jīng)過 74HC04 取反后供單片機控制,實現(xiàn)語音控制 [10]。如圖 314 語音控制模塊原理圖。 圖 314 語音控制模塊原理圖 17 其中圖中 P15 為連接柱極式話筒的接口, P16 為電源接口, R23 的作用是調(diào)節(jié)話筒的靈敏度, C7 則是用來濾除波形中的直流部分。中間電路為典型的三極管共 e極放大電路,其放大倍數(shù)可以根據(jù) R24 和 R25 來確定。但由于 9013 管的自身特性,使的其最大的放大電壓為 1伏,經(jīng)過電容的整形形成直流電壓輸入二極管。當(dāng)話筒沒有接受到一定強度的聲波時,由于二極管的管壓降,使電壓不能經(jīng)過其到非門芯片而讓芯片輸出電平為數(shù)字“ 1”,但當(dāng)話筒接收到的聲波信號經(jīng)放大后超過二極管的管壓降,非門的輸入端上有一個正電壓,而使 輸出端為低電平“ 0”,實現(xiàn)跳變觸發(fā)的產(chǎn)生,進而讓單片機的中斷口進行判斷,作出響應(yīng),實現(xiàn)語音控制。 18 4 軟件設(shè)計 軟件 設(shè)計 是實現(xiàn)小車智能運轉(zhuǎn) 的關(guān)鍵所在 ,相當(dāng)于人類大腦思維活動, 通過軟件設(shè)計可 將各個變化信號數(shù)據(jù)有效的結(jié)合處理,產(chǎn)生相應(yīng)的動作反應(yīng)。 在小車運行的控制過程中,我們采用模糊控制算法實現(xiàn)對小車樣本訓(xùn)練。 模糊控制算法 模糊理論的發(fā)展 20 世紀 60 年代,美國加利福尼亞大學(xué)著名教授扎德發(fā)表了一篇關(guān)于模糊集合的論文,由此提出了模糊理論。四十多年來, 在模糊理論算法、模糊推理、工業(yè)控制應(yīng)用,以及穩(wěn)定性理論研究方面,都有不少研究論文發(fā)表。 80 年代后,自動控制系統(tǒng)隨著被控對象的復(fù)雜化,它不僅表現(xiàn)在控制系統(tǒng)具有多輸入、多輸出的強偶合性、參數(shù)時變性和嚴重的非線性等特性,更突出的是從系統(tǒng)對象所能獲取的知識信息量相對的減少,以及與此相反的對控制性能的要求卻日益高度化。 如今,對模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、模糊推理算法,以及模糊控制穩(wěn)定性等問題的研究成果已進入實用化時期,其成果應(yīng)用主要集中于工業(yè)窯爐方面,如退火爐,電弧冶煉爐,水泥爐及造紙機的控制等。 目前,模糊控制技術(shù)有了 更大的發(fā)展,過去將大型機械設(shè)備和生產(chǎn)過程作為控制對象,而現(xiàn)在模糊控制技術(shù)已經(jīng)開始大量應(yīng)用在家用電器、交通工具等方面。 模糊控制算法 原理 模糊控制的關(guān)鍵和核心是模糊控制規(guī)則,即用人的自然語言對操作者的手動控制策略加以描述,得到一些不精確的、定性的、判定的規(guī)則,這些規(guī)則就是模糊控制技術(shù)中的模糊控制規(guī)則。這些模糊控制規(guī)則的來源是根據(jù)操作者對被控制對象的動態(tài)性的認識、表達和對被控對象的控制經(jīng)驗,從這些抽出輸入和輸出關(guān)系,加以描述,實質(zhì)上就是被控對象的數(shù)學(xué)模型。在實際應(yīng)用中,特別是人工操作控制,并不需要建 立被控對象的數(shù)學(xué)模型。為了模擬人工控制過程,對人工控制操縱的經(jīng)驗和策略進行歸納、總結(jié),建立一系列的模糊控制規(guī)則,將這些規(guī)則 19 進行一定的處理便產(chǎn)生相應(yīng)的模糊控制算法,利用計算機來實現(xiàn)這些模糊語句,此時就構(gòu)成了一個模糊控制器,而其中的模糊控制算法則描述了控制器的行為特征。 對于模糊控制規(guī)則的建立方法很多,主要有:以專家知識、經(jīng)驗為依據(jù)建立模糊控制規(guī)則;以熟練操作者的手動操作策略、經(jīng)驗和測試數(shù)據(jù)來建立模糊控制規(guī)則,根據(jù)被控對象的模糊模型建立模糊控制規(guī)則以及根據(jù)學(xué)習(xí)算法建立模糊控制規(guī)則等。 模糊控制的控制過程,如果由 人來實現(xiàn),都是按照這樣的一個順序進行的:感覺器官的觀測(獲取信息) 人腦的思維、判斷(存儲和處理信息) 手動的調(diào)整(信息的實施)。 智能小車中的模糊控制算法 本設(shè)計的模糊控制規(guī)則的建立方法是:智能小車通過經(jīng)驗和測試數(shù)據(jù)來建立模糊控制規(guī)則。其主要控制過程為: 尋跡與避障的 紅外發(fā)射裝置發(fā)送信息, 由 收裝置接收,接收裝置相當(dāng)于人的感覺器官獲取信息傳給單片機,單片機相當(dāng)于人的大腦,可以存儲和處理信息,通過訓(xùn)練樣本庫,測試出小車 尋跡 最佳 偏轉(zhuǎn) 角度,最佳避障距離等,包括其他的遙控信號、語音信號等, 從而命令智能小車執(zhí)行相應(yīng)的操作, 完成智能行駛 。 軟件設(shè)計框圖 本系統(tǒng)中通過遙控啟動后,小車一直處于自動尋跡和尋找障礙信號的狀態(tài)中,當(dāng)避障信號和遙控信號任一信號給單片機收集到后都轉(zhuǎn)入相應(yīng)的狀態(tài)停止和遙控方向行駛。另外中斷控制程序語音控制則是實現(xiàn)當(dāng)外部有
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