【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ； ； ； ； ；圖27 舵機(jī)控制原理圖其控制原理如圖27所示，由此可見(jiàn)，舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍不能超過(guò)180度，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的驅(qū)動(dòng)當(dāng)中。比方說(shuō)機(jī)器人的關(guān)節(jié)、飛機(jī)的舵面等。正是因?yàn)槎鏅C(jī)的控制信號(hào)是一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)，所以很方便和數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行接口。只要能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的控制信號(hào)的數(shù)字設(shè)備都可以用來(lái)控制舵機(jī)，比方PLC、單片機(jī)等。本系統(tǒng)利用單片機(jī)產(chǎn)生舵機(jī)的控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制。第三章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。對(duì)于本系統(tǒng)，軟件更為重要。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制兩個(gè)基本類型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過(guò)程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計(jì)算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常把整個(gè)過(guò)程分成若干個(gè)部分，每一部分叫做一個(gè)模塊。所謂“模塊”，實(shí)質(zhì)上就是所完成一定功能，相對(duì)獨(dú)立的程序段，這種程序設(shè)計(jì)方法叫模塊程序設(shè)計(jì)法。模塊程序設(shè)計(jì)法的主要優(yōu)點(diǎn)是： 單個(gè)模塊比起一個(gè)完整的程序易編寫(xiě)及調(diào)試； 模塊可以共存，一個(gè)模塊可以被多個(gè)任務(wù)在不同條件下調(diào)用； 模塊程序允許設(shè)計(jì)者分割任務(wù)和利用已有程序，為設(shè)計(jì)者提供方便。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序﹑定時(shí)子程序、避障子程序﹑中斷子程序﹑顯示子程序﹑調(diào)速子程序﹑算法子程序構(gòu)成。 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法是各個(gè)獨(dú)立模塊程序分布設(shè)計(jì)，然后所有程序連接組成系統(tǒng)程序，程序調(diào)試方法采用自上而下的調(diào)試方法，即對(duì)單獨(dú)調(diào)試好每一個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)用，然后連接成一個(gè)完整的系統(tǒng)調(diào)試。本系統(tǒng)可分為以下幾個(gè)模塊：(1) 小車避障程序；(2) 小車巡線程序；(3) 舵機(jī)控制程序；(4) 電機(jī)控制程序；(5) 速度檢測(cè)程序；(6) PWM調(diào)速程序； （小車系統(tǒng)模塊示意圖見(jiàn)附錄一，小車程序清單見(jiàn)附錄三） 軟件抗干擾技術(shù)提高玩具車智能控制的可靠性，僅靠硬件抗干擾是不夠的，需要進(jìn)一步借助于軟件抗干擾技術(shù)來(lái)克服某些干擾。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，如能正確的采用軟件抗干擾技術(shù)，與硬件干擾措施構(gòu)成雙道抗干擾防線，無(wú)疑為了將大大提高控制系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)常采用的軟件抗干擾技術(shù)是數(shù)字濾波技術(shù)、開(kāi)關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)、指令冗余技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)等。 數(shù)字濾波技術(shù)一般單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的模擬輸入信號(hào)中，均含有種種噪音和干擾，它們來(lái)自被測(cè)量本身、傳感器、外界干擾等。為了進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和控制，必須消除被測(cè)信號(hào)中的噪音和干擾。對(duì)于這類信號(hào)，采用積分時(shí)間等于20ms的整數(shù)倍的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，可有效的消除其影響。后者為隨機(jī)信號(hào)，它不是周期信號(hào)。對(duì)于隨機(jī)干擾，我們可以用數(shù)字濾波方法予以削弱或?yàn)V除。所謂數(shù)字濾波，就是通過(guò)一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾在有用信號(hào)中的比重。故實(shí)質(zhì)上它是一種程序?yàn)V波。數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，它與模擬濾波器相比 ，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好。（2）數(shù)字濾波可以根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便，功能強(qiáng)的特點(diǎn)。（3）數(shù)字濾波可以對(duì)頻率很低的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷。（4）由于數(shù)字濾波器具有以上優(yōu)點(diǎn)，所以數(shù)字濾波在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 開(kāi)關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)干擾信號(hào)多呈毛刺狀，作用時(shí)間短，利用這一點(diǎn)，我們?cè)诓杉骋婚_(kāi)關(guān)量信號(hào)時(shí)，可多次重復(fù)采集，直到連續(xù)兩次或兩次以上結(jié)果完全一致方為有效。若多次采樣后，信號(hào)總是變化不定，可停止采集，給出報(bào)警信號(hào)，由于開(kāi)關(guān)量信號(hào)主要是來(lái)自各類開(kāi)關(guān)型狀態(tài)傳感器，如限位開(kāi)關(guān)、操作按鈕、電氣觸點(diǎn)等，對(duì)這些信號(hào)的采集不能用多次平均的方法，必須絕對(duì)一致才行。如果開(kāi)關(guān)量信號(hào)超過(guò)8個(gè)，可按8個(gè)一組進(jìn)行分組處理，也可定義多字節(jié)信息暫存區(qū)，按類似方法處理。在滿足實(shí)時(shí)性要求的前提下，如果在各次采集數(shù)字信號(hào)之間接入一段延時(shí)，效果會(huì)好一些，就能對(duì)抗較寬的干擾。輸出設(shè)備是電位控制型還是同步鎖存型，對(duì)干擾的敏感性相對(duì)較大。前者有良好的抗‘毛刺’干擾能力，后者不耐干擾，當(dāng)鎖存線上出現(xiàn)干擾時(shí)，它就會(huì)盲目鎖存當(dāng)前的數(shù)據(jù)，也不管此時(shí)數(shù)據(jù)是否有效。輸出設(shè)備和慣性（響應(yīng)速度）與干擾的耐受能力也有很大關(guān)系。慣性大的輸出設(shè)備（如各類電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)）對(duì)‘毛刺’干擾有一定的耐受能力。慣性小的輸出設(shè)備（如通行口、顯示設(shè)備）耐受能力就小一些。在軟件上，最為有效的方法就是重復(fù)輸出同一個(gè)數(shù)據(jù)。只要有可能，其重復(fù)周期盡可能短些。外設(shè)設(shè)備接受到一個(gè)被干擾的錯(cuò)誤信息后，還來(lái)不及作出有效的反應(yīng)，一個(gè)正確的信息又來(lái)了，就可及時(shí)防止錯(cuò)誤動(dòng)作的產(chǎn)生。另外，各類數(shù)據(jù)鎖存器盡可能和CPU安裝在同一電路板上，使傳輸線上傳送的都是鎖存好的電位控制信號(hào)，對(duì)于重要的輸出設(shè)備，最好建立檢測(cè)通道，CPU可以檢測(cè)通道來(lái)確定輸出結(jié)果的正確性。 指令冗余技術(shù)當(dāng)CPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來(lái)執(zhí)行，引起程序混亂。當(dāng)程序彈飛到某一字節(jié)指令上時(shí)，便自動(dòng)納入正軌。當(dāng)彈飛到某一雙字節(jié)指令上時(shí)，有可能落到其操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯(cuò)。當(dāng)程序彈飛到三字節(jié)指令上時(shí)，因它有兩個(gè)操作數(shù)，繼續(xù)出錯(cuò)的機(jī)會(huì)就更大。因此，我們應(yīng)多采用單字節(jié)指令（NOP)或?qū)巫止?jié)指令重復(fù)書(shū)寫(xiě)，這便是指令冗余。指令冗余無(wú)疑會(huì)降低系統(tǒng)的效率，但在絕大多數(shù)情況下，CPU還不至于忙到不能多執(zhí)行幾條指令的程度，故這種方法還是被廣泛采用。在一些對(duì)程序流向起決定作用的指令之前插入兩條NOP指令，以保證彈飛的程序迅速納入正確軌道。在某些對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)重要的指令前也可插入兩條NOP指令，以保證正確執(zhí)行。指令冗余技術(shù)可以減少程序彈飛的次數(shù)，使其很快進(jìn)入程序軌道，但這并不能保證在失控期間不干壞事，更不能保證程序納入正常軌道后就太平無(wú)事了，解決這個(gè)問(wèn)題必須采用軟件容錯(cuò)技術(shù)。 軟件陷阱技術(shù)指令冗余使彈飛的程序安定下來(lái)是有條件的。首先，彈飛的程序必須落到程序區(qū)；其次，必須執(zhí)行到冗余指令。所謂軟件陷阱，就是一套引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將捕獲的程序引向一個(gè)指定的地址，在那里有一段專門對(duì)程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序。如果我們把這段程序的入口標(biāo)號(hào)記為 ERR 的話，軟件陷阱即為一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，為了加強(qiáng)其捕捉效果，一般還在它前面加兩條 NOP 指令，因此真正的軟件陷阱由3條指令構(gòu)成：NOPNOPERR軟件陷阱安排在以下四種地方： (1)未使用的中斷向量區(qū)。 (2)未使用的大片ROM空間 (3)表格 (4)程序區(qū)由于軟件陷阱都安排在正常程序執(zhí)行不到的地方，故不影響程序執(zhí)行效率，在當(dāng)前EPROM容量不成問(wèn)題的條件下，還是多多益善。第四章 系統(tǒng)測(cè)試與調(diào)整 電路硬件測(cè)試測(cè)試方法與儀器： 測(cè)試儀器測(cè)試儀器包括秒表、數(shù)字萬(wàn)用表、信號(hào)發(fā)生器、示波器、仿真軟件、直流穩(wěn)壓電源等。測(cè)試方法①數(shù)字萬(wàn)用表主要用來(lái)測(cè)試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止/導(dǎo)通狀態(tài)等參數(shù)；②信號(hào)發(fā)生器與示波器用于測(cè)試各光電傳感器信號(hào)的接收與傳輸；③直流穩(wěn)壓電源在測(cè)試期間為各待測(cè)系統(tǒng)供電；④秒表用于產(chǎn)品測(cè)試，按照任務(wù)書(shū)的基本要求對(duì)制成的電動(dòng)車進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試；⑤軟件仿真測(cè)試各模塊程序。測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果分析：⑴ 計(jì)時(shí)精度分析 計(jì)時(shí)系統(tǒng)采用了新型顯示芯片。理論上的誤差不到1秒/年。⑵ 測(cè)距精度分析 測(cè)速系統(tǒng)采用了電機(jī)軸光電碼盤檢測(cè)技術(shù)。電機(jī)軸與車輪軸之間采用了齒輪箱二級(jí)減速，變比1/16。車輪周長(zhǎng)135mm,光電碼盤與電機(jī)軸安裝在一起，電機(jī)軸每一轉(zhuǎn)產(chǎn)生2個(gè)脈沖，車輪每轉(zhuǎn)產(chǎn)生32個(gè)脈沖，理論測(cè)量精度可達(dá)135mm/32=⑶ 定位精度分析 本設(shè)計(jì)采用實(shí)際測(cè)量與軟件補(bǔ)償技術(shù)，理論上可使定位精度提高到誤差10mm。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能測(cè)試系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)在障礙物行進(jìn)，黑線巡線前進(jìn)，行進(jìn)速度顯示，調(diào)速系統(tǒng)。其中，對(duì)各部分進(jìn)行獨(dú)立測(cè)試，對(duì)其他功能放在整車測(cè)試中進(jìn)行。 整車測(cè)試整車測(cè)試過(guò)程中，不斷進(jìn)行調(diào)試和改裝。尤其在建筑物行進(jìn)過(guò)程和尋線過(guò)程中，不斷修改參數(shù)，保證小車平穩(wěn)前行。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果滿足要求。總 結(jié)本文提出了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的智能小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，采用了直流減速電機(jī)作為執(zhí)行元件，ST系列紅外傳感器作為檢測(cè)元件，PIC16F877A單片機(jī)作為主控芯片，完成了智能機(jī)器人硬件制作及軟件設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)巡路避障功能，在無(wú)軌自動(dòng)物料小車及工業(yè)智能機(jī)器人領(lǐng)域也具有一定的實(shí)用價(jià)值。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，力求電路簡(jiǎn)單，外形美觀，軟件方面，力求穩(wěn)定卡可靠。最終順利完成了題目中所有的基本要求并發(fā)揮了題外部分，系統(tǒng)更加智能化，人性化。 致 謝歷時(shí)兩個(gè)月的科技創(chuàng)新設(shè)計(jì)已經(jīng)告一段落。經(jīng)過(guò)自己不斷的搜索努力以及夏老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成。在這段時(shí)間里，夏老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩，他的指導(dǎo)使我受益非淺。同時(shí)本系實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放也為我的設(shè)計(jì)提供了實(shí)習(xí)場(chǎng)地。通過(guò)這次科技創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這兩個(gè)月的設(shè)計(jì)是對(duì)過(guò)去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過(guò)程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。由于自身水平有限，設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。參考文獻(xiàn)[1] 閻石． 數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)． 高等教育出版社， 2007[2] 童詩(shī)白，華成英． 模擬電路技術(shù)基礎(chǔ)． 高等教育出版社， 2006[3] 劉啟中，李榮正，王力生等． PIC單片機(jī)原理及應(yīng)用． 北京航空航天大學(xué)出版社， 2003附錄一（系統(tǒng)模塊示意圖）附錄二（主要元器件清單）器件名稱器件數(shù)量PIC16F877A單片機(jī)2片電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N1片紅外線傳感器ST16822個(gè)舵機(jī)1個(gè)LED數(shù)碼管2個(gè)直流電機(jī)1個(gè)LED燈5個(gè)12V可充電電池組1個(gè)LM78051個(gè)光電耦合器TLP52122片電阻，電容，變阻器，三極管若干附錄三（單片機(jī)程序清單）第一片單片機(jī)程序清單LIST P=16F877AINCLUDE __CONFIG 3F32HTEMP_W EQU 20H 。W工作暫存TEMPB_F EQU 21H 。巡線前排傳感器數(shù)據(jù)TEMPB_B EQU 22H 。巡線后排傳感器數(shù)據(jù)TEMP_MOTO EQU 23H 。小車前進(jìn)/后退標(biāo)識(shí)TEMP_SSP EQU 24H 。串口通信數(shù)據(jù)暫存TEMP_T0CT EQU 25H 。FLASH動(dòng)態(tài)閃爍CT_KEYA EQU 26H 。避障模式速度數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)CT_KEYB EQU 27H 。巡線模式速度數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)CT_LED EQU 28H 。TMR0計(jì)數(shù)位拓展（LED數(shù)據(jù)）CT_MAINB EQU 2AH 。巡線模式單排信號(hào)個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)DATA_SPDA EQU 2BH 。避障模式速度數(shù)據(jù)DATA_SPDB EQU 2CH 。巡線模式速度數(shù)據(jù)DATA_F2 EQU 2DH 。前進(jìn)運(yùn)行2個(gè)前探物傳感器數(shù)據(jù)DATA_F3 EQU 2EH 。前進(jìn)運(yùn)行3個(gè)前防撞傳感器數(shù)據(jù)DATA_B3 EQU 2FH 。后退運(yùn)行3個(gè)后防撞傳感器數(shù)據(jù)CTER_TMR1 EQU 30H 。TMR1位拓展MAINADATA EQU 31H 。避障模式主數(shù)據(jù)MAINBDATA EQU 32H 。巡線模式主數(shù)據(jù)ADDTMR0 EQU 33H 。隨機(jī)數(shù)據(jù)ABLECHANG EQU 34H 。自動(dòng)切換數(shù)據(jù)TEMP_STAT EQU 35H 。START暫存DELAY1 EQU 36H 。軟件延時(shí)寄存器1DELAY2 EQU 37H 。軟件延時(shí)寄存器2 ORG 0000H NOP 。*******************************************************************。程序初始化。*******************************************************************。*********************************************** I/O口方向設(shè)置startSTART BSF STATUS,RP0 MOVLW B39。0000011139。 MOVWF ADCON1 MOVLW