【文章內(nèi)容簡介】 低 方案： 通過綜合考慮，我最終選擇紅外 模塊安裝在小車車尾實現(xiàn)小車倒車壁障，在小車的兩側(cè)安裝光電檢測器來實現(xiàn)前行 壁障。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計論文 第 9 頁 共 47 頁 第二章 智能車 機(jī) 結(jié)構(gòu)分析 在本次設(shè)計中，小車使用 四 輪驅(qū)動 。 四 輪驅(qū)動式的結(jié)構(gòu)中 因為后輪的轉(zhuǎn)動力矩的增大 ， 所以在橫向上的輪胎阻力要大于 2 輪驅(qū)動式的 ，因此 四 輪驅(qū)動式的車子不易發(fā)生方向偏移。 而且 四 輪驅(qū)動的車子動力更大，爬坡能力更強(qiáng)。但 存在一些不足 ， 如： 四輪驅(qū)動式的車子更加耗電，而且車體比一般的 2 輪驅(qū)動式的車體 重 。 從整體的性能 來看四輪驅(qū)動式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是很明顯的。 底板設(shè)計 圖 智能車底板圖 底板是用來支撐車體的主要部件。同時也是用來固定 車子零部件 的，底板上主要有紅外傳感器安裝槽、超聲波傳感器安裝孔、電機(jī)定位槽和走線孔，其余的槽孔是用來留在日后擴(kuò)展用的。每個 器件的安裝位置如圖 所示。 底板采用的是 亞克力板材 。安裝方便，結(jié)構(gòu)可靠 穩(wěn)定 。 圖 底盤共振頻率分析 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計論文 第 10 頁 共 47 頁 如圖是電機(jī)底板的共振頻率分析圖，我是以底板邊緣的四個安裝孔為固定點，由于智能車的整車車體重 500g,所以在底盤 的中心處加 5N 的力，經(jīng)過電腦的自動網(wǎng)格劃分， 通過軟件的 共振頻率計算后得到圖示的應(yīng)力分布圖。從圖中可以看出，底板的中間部分是應(yīng)力最集中的一塊，也是最危險的一塊，如果車體的振動頻 率過快，底板很可能會從中間層開始斷裂，所以要對底板經(jīng)行優(yōu)化設(shè)計， 減小底板的長度或者加大底板的厚度。 電機(jī) 與底板的連接 支架設(shè)計 圖 電機(jī)支架圖 電機(jī)支架主要是用來將電機(jī)固定在底板上的，每個電機(jī)用兩塊支架板綁定固定，圖示電機(jī)支架的工程圖中， Ф 4 為支架的定位孔。 它通過 慒孔和 Ф 4 圓孔來綁定電機(jī)，靠左右兩側(cè)的肩臺與底板卡在一起。支架的材料也是亞克力板（ PMMA） 。 表 機(jī)械零部件表格 零件 數(shù)量 電機(jī)支架 2 片 螺絲螺母（ M3） 若干 M3 螺柱 若干 碼盤 4 片 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計論文 第 11 頁 共 47 頁 整體裝配圖 圖 整車裝配圖 圖 整車 材料明細(xì)圖 整體車體 由 車盤，輪子，電機(jī)，電機(jī)支架，測速碼盤， 托板組成。 在以往的智能小車設(shè)計 中，大都會采用三輪式結(jié)構(gòu)，前輪一般采用萬向輪牽引，左右分別為驅(qū)動輪。雖然三輪式的結(jié)構(gòu)簡單易于操作，但是在小車行駛過程中的穩(wěn)定性不足，且由于萬向輪的徑向阻力非常小，所以很容易偏向。因此在這次的設(shè)計中我采用了四 輪驅(qū)動，雖然四輪驅(qū)動式結(jié)構(gòu)相對于三輪式的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，但其穩(wěn)定性得到明顯加強(qiáng)，并且因為 4 個輪子都為驅(qū)動輪，其偏差更為離散，不一定是同側(cè)的偏差方向一致，所以在小車前進(jìn)過程中很難偏向。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計論文 第 12 頁 共 47 頁 第四章 控制系統(tǒng) 電路 設(shè)計 一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如 ROM﹑ RAM﹑ I/O 口﹑定時 /記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等能 不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備， 在本設(shè)計中包括電機(jī)驅(qū)動模塊 ﹑ 紅外 傳感器 模塊 、 藍(lán)牙模塊 ﹑ 顯示模塊 等， 還 要設(shè)計合適的接口電路。 MCU 的選型 本設(shè)計中使用的是 STC12C5A60S2 單片機(jī)。 STC12C5A60S2 單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲 器、并行 I/O 口、串行口、定時器 /計數(shù)器、 PWM 發(fā)生器、內(nèi)置看門狗、內(nèi)置 8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換 、 獨特波特率發(fā)生器 、 中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器 等 。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。 圖 STC12C5A60S2 引腳圖 E:\ 單片機(jī) \ STC12C5A6 0S2en glish. pdfP1. 5/MOSI1P1. 6/MISO2P1. 7/SCLK3P4. 7/RST4P3. 0/RXD5P4. 3/SCLK6P3. 1/TXD7P3. 2/INTO8P3. 3/INT19P3. 4/T010P3. 5/T111P3.6/WR12P3.7/RD13XTAL214XTAL115GND16P4.0/SS17P2.018P2.119P2.220P2.321P2.422P2. 523P2. 624P2. 725P4. 4/NA26P4. 5/ALE27P4. 1/MOSI28P4. 6/RST229P0. 730P0. 631P0. 532P0. 433P0.334P0.235P0.136P0.037VCC38P4.2/CCPO39P1.0/ADC040P1.1/ADC141P1.2/ADC242P1.3/ADC343P1.4/ADC444STC12C5A6 0S2U4STC12C5A6 0S2 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計論文 第 13 頁 共 47 頁 表 STC12C5A60S2 硬件結(jié)構(gòu)表 類型 參數(shù) STC12C5A60S2 STC89C51 RC 工作電壓（ V） Flash 程序存儲器字節(jié) 60k 4k RAM 字節(jié) 1280 512 定時器 T0、 T1 有 有 PCA 定時器 2 無 UART 1 1 獨立波特率發(fā)生器 有 無 DPTR 2 無 EPPROM 有 有 PCA（ 16 位） PWM（ 8位） 2 路 無 A/D8 路 25 萬次每秒 10 位 無 I/O 44 40 看門狗 有 有 內(nèi)置復(fù)位 有 無 外部可調(diào)門檻電壓 有 無 外部中斷 4 路 4 路 由上 表 可見， STC12C5A60S2 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強(qiáng)等特點。特別值得一提的是該單片機(jī) CPU 中的位處理器，它實際上是 一個完整的 1 位微計 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計論文 第 14 頁 共 47 頁 算機(jī)，這個一位微計算機(jī)有自己的 CPU、位寄存器、 I/O 口和指令集 ，計算速度比普通的 8051 快 8 ~12 倍 。 電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計 EN11IN12OUT13GND4GND5OUT26IN27VCC28EN29IN310OUT311GND12GND13OUT414IN415VCC5v16U3L293D1KR31 2J31 2J21 2J51 2J4VCC1KR1L293D_IN1GNDL293D_EN1L293D_EN2L293D_IN2VCC_MotorL293D_IN4L293D_IN3 圖 電 機(jī)驅(qū)動電路圖 本設(shè)計采用 L293D 芯片， L293 是 ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、小電流電機(jī)驅(qū)動芯片。該芯片采用 16腳封裝，內(nèi)部是由雙極性管組成的 H橋電路。其輸出電流為 100mA，最高電流 2A，最高工作電壓 36V，可以驅(qū)動感性負(fù)載，可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，且很容易被單片機(jī)控制。用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電 路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高； H 橋電路保證了可以簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很高，是一種廣泛采用的調(diào)速技術(shù)。 圖 L293D內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計論文 第 15 頁 共 47 頁 圖 示 為 L293d 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖， L293d 內(nèi)置了 與門、非門、 三級管 組成的兩組電路 ，因為其排列形狀像‘ H’子母，所以稱其為 H 橋路 。 通過控制三極管的通斷就可以是電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來，而通過控制不同三極管的導(dǎo)通，電流的流向就會發(fā)生改變，電機(jī)的轉(zhuǎn)向也就會發(fā)生變化。在圖 中，使 ENA 與 ENB 兩個使能端始終為 1，通過控制 IN1 ~IN4輸入端的狀態(tài)來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 表 L293D 真值表 IN1 IN2 IN3 IN4 右電機(jī) 左電機(jī) 1 0 1 0 正 正 1 0 0 1 正 反 0 1 1 0 反 正 0 1 0 1 反 反 0 0 0 0 當(dāng) IN IN IN3 和 IN4 分別為 1010 時， T T T5 和 T8 導(dǎo)通，左電機(jī)和右電機(jī)正轉(zhuǎn)； 示例程序 1： void Forward(unsigned char Speed_Right,unsigned char Speed_Left)//前進(jìn) { L293D_IN1=1。 L293D_IN2=0。 L293D_IN3=1。 L293D_IN4=0。 PWM_Set(255Speed_Right,255Speed_Left)。 } 脈寬調(diào)制器本身是一個由運算放大器和幾個輸入信號組成的電壓比較器。 運算放大器工作在開換狀態(tài)，稍微有一點輸入信號就可使其輸出電壓達(dá)到飽和值，當(dāng)輸入電壓極性改變時，輸出電壓就在正、負(fù)飽和值之間變化，這樣就完成了把連續(xù)電壓變成脈沖電壓的轉(zhuǎn)換作用。加在運算放大器反相輸入端上的有三個輸入信號。一個輸入信號是鋸齒波調(diào)制信號，另一個是控制電壓，其極性大小可隨時改變，與鋸齒波調(diào)制信號相減，從 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計論文 第 16 頁 共 47 頁 而在運算放大器的輸出端得到周期不變、脈寬可變的調(diào)制輸出電壓。只要改變控制電壓的極性 ,也就改變了 PWM 變換器輸出平均電壓的極性 ,因而改變了電動機(jī)的轉(zhuǎn)向 .改變控制電壓的大小 ,則調(diào)節(jié)了輸出脈沖電壓的寬度 ,從 而調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 .只要鋸齒波的線性度足夠好 ,輸出脈沖的寬度是和控制電壓的大小成正比的 。 示例程序 2 為脈寬調(diào)制函數(shù)，其中 PWM_Set 為 PWM 調(diào)速函數(shù)，本設(shè)計采用的是軟件調(diào)速 ， Speed_Right、 Speed_Left 為用戶給定的初值速度，速度值范圍： 0 ~255,數(shù)值越大，速度越快 。 在通常的程序中多是采用定時器為波特率發(fā)生器。 而 本次設(shè)計中采用的是 MCU 自帶的 PWM 脈沖發(fā)生器， stc12c5a60s2 有內(nèi)置的一個計數(shù)器和比較寄存器CCAPnL 和 CL， CCAPnL 用來存放一個 0255 之間的一個數(shù)據(jù) ， CL 是 一個計數(shù)器，當(dāng) CL的值小于 CCAPnL 時， PWM引腳輸出低電平脈沖，當(dāng) CL 的值大于 CCAPnL 時， PWM 引腳輸出高電平脈沖 示例程序 2： void PWM_Set(unsigned char PWM0_DATA,unsigned char PWM1_DATA) { CCAP0L=PWM0_DATA。//裝入比較初值 CCAP0H=PWM0_DATA。 CCAP1L=PWM1_DATA。 //裝入比較初值 CCAP1H=PWM1_DATA。 } 顯示電路設(shè)計 本 設(shè)計中 采用 LCD1602 字符型液晶屏為 下位機(jī) 顯示設(shè)備，在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般輸出方式有：發(fā)光管、 LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。液晶顯示器顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器每一個點在收到信號就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，因此，液晶顯示器的畫面質(zhì)量高不會閃爍。由于液晶顯示器都是數(shù)字式的，所以和單片機(jī)的接口更加簡單可靠，操作方便。液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，因此，液