【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。P13=1。P17=0。}elseP10=1。P11=0。 P12=0。 P13=1。 }}以上程序我采用了簡(jiǎn)單明了的 if 語(yǔ)句將我設(shè)計(jì)的路線循跡情況和對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的控制對(duì)應(yīng)起來(lái)，類似查詢表格方式。這樣設(shè)計(jì)程序使用 else if 語(yǔ)句我可以很容易添加運(yùn)行狀態(tài)，使程序調(diào)試相對(duì)容易，減小工作量。 避障方案如圖 所示，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，本設(shè)計(jì)使用的紅外傳感器的探測(cè)夾角較小，當(dāng)小車18與障礙物平行行駛，或者與障礙物的夾角過(guò)小時(shí)，小車將識(shí)別不到障礙，導(dǎo)致小車一側(cè)于障礙物解除碰撞。 圖 傳感器角度示意圖解決這個(gè)問(wèn)題可以再小車左右 2 個(gè)方向增加 2 個(gè)傳感器探測(cè)，但這樣對(duì)傳感器的資源浪費(fèi)較大，加大了電源的負(fù)荷，程序相對(duì)復(fù)雜。而我采用的方案是在小車前方水平避障傳感器的安裝使其約有 10 度的夾角，左右都是向外擴(kuò)張 10 度，此紅外傳感器的探測(cè)距離調(diào)試約為 15cm，那么斜側(cè) 10 度夾角后前方探測(cè)距離變?yōu)? 約為15cm 可以認(rèn)為保持不變，而 2 側(cè)多出了 3cm 的橫向安全距離，當(dāng)橫向距離小于 3cm時(shí)候小車也會(huì)執(zhí)行避障程序 [13]。軟件設(shè)計(jì)上，避障動(dòng)作是先檢測(cè)到障礙執(zhí)行避障程序，小車先后退一小段距離，在這期間蜂鳴器報(bào)警，然后如果是右傳感器探測(cè)到障礙，小車將向左轉(zhuǎn)向，反之向右轉(zhuǎn)向，之后再檢測(cè)障礙，如果有障礙繼續(xù)循環(huán)動(dòng)作，沒(méi)有障礙時(shí)小車將檢測(cè)循跡“黑線”檢查道路，如果無(wú)道路小車會(huì)向前直行。單片機(jī)通過(guò)傳感器控制驅(qū)動(dòng)電路運(yùn)行方法如表 4 所示。表 4 避障狀態(tài)對(duì)應(yīng)表左傳感器 右傳感器 執(zhí)行 第一步 0 1 1 =1 =0第二步 1 0 1 0第一步 0 1 1 =0 =1第二步 0 1 0 1 避障流程圖在整體程序中，小車避障的優(yōu)先級(jí)最高，無(wú)論履帶車當(dāng)前是什么行駛狀態(tài)，檢測(cè)19到障礙時(shí)，就跳入避障環(huán)節(jié)，避障完成后才執(zhí)行其他循跡，前進(jìn)動(dòng)作。在其他智能設(shè)計(jì)中，我們都要考慮各個(gè)環(huán)節(jié)先后循序，使其符合應(yīng)用場(chǎng)合，流程如圖 所示。檢測(cè)障礙判斷是否有障礙左避障信號(hào)右避障信號(hào)執(zhí)行右轉(zhuǎn)避障程序執(zhí)行左轉(zhuǎn)避障程序前進(jìn)開始Y YN圖 避障流程 避障程序設(shè)計(jì) 整個(gè)電路中我采用 12MHZ 的外部晶振電路，在流程圖中能簡(jiǎn)明的看出各個(gè)狀態(tài)執(zhí)行20步驟，如果按照這個(gè)步驟以 12MHZ 的頻率執(zhí)行，程序檢測(cè)不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，但實(shí)際我們?nèi)搜蹖⒖床蝗魏蝿?dòng)作，速度太快。所以各個(gè)步驟我們需要設(shè)定他們的執(zhí)行時(shí)間，比如避障時(shí)履帶車會(huì)倒退，那么我們需要設(shè)定它倒退的時(shí)間。在這里我們可以使用定時(shí)器也可以使用軟件延時(shí) [14]。在這里我使用了自己比較熟悉的軟件延時(shí)，使用軟件延時(shí)的優(yōu)點(diǎn)在于非常方便調(diào)試，避障整個(gè)程序設(shè)計(jì)過(guò)程中需要進(jìn)行多次試驗(yàn)，編寫 delay（）延時(shí)函數(shù)，可以再程序任意地方進(jìn)行調(diào)用，如以下避障程序中：P10=0。P11=1。P12=1。P13=0。delay(5000)。這是小車倒退執(zhí)行語(yǔ)句，P10——P13=0110,這個(gè)倒退狀態(tài)需要執(zhí)行 delay(5000)這么長(zhǎng)時(shí)間?？梢愿淖兝ㄌ?hào)內(nèi)的數(shù)值進(jìn)行調(diào)試，使小車倒退行駛我們需要的距離。該程序優(yōu)點(diǎn)在于方便調(diào)試也比較簡(jiǎn)單，適合和我一樣初次設(shè)計(jì)只能車的同學(xué)。完整程序如下：void k()//避障后退函數(shù){if(kk==0)//檢測(cè)右傳感器信號(hào){P17=1。 m=1。mm=1。xianshi(f)。//避障顯示P10=0。P11=1。P12=1。P13=0。//后退delay(5000)。kk=1。delay(5000)。P17=0} else if(hh==0){P17=1。n=1。mm=1。xianshi(f)。P10=0。P11=1。P12=1。P13=0。delay(5000)。hh=1。delay(5000)。P17=0。}else { m=0。n=0。mm=0。21}} 以下是避障第二步程序，當(dāng)小車執(zhí)行完后退動(dòng)作后，將執(zhí)行相應(yīng)的左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)，在以下程序中我們也能看到使用軟件延時(shí) delay(5000),使小車轉(zhuǎn)向合適的角度，這里使用的是履帶車原地轉(zhuǎn)向，比如右側(cè)正轉(zhuǎn)左側(cè)反轉(zhuǎn)。void ff()//左轉(zhuǎn){ P10=1。P11=0。P12=1。P13=0。delay(5000)。}void yy()//右轉(zhuǎn) {P10=0。P11=1。P12=0。P13=1。delay(5000)。 }避障一直是全世界研究智能的重要課題，這里的避障方式先后退再轉(zhuǎn)向的方式，這樣避免了直接轉(zhuǎn)向碰撞障礙物的情況，這種方式好比先把自己置于安全的地方，然后去觀察情況，執(zhí)行動(dòng)作。在設(shè)計(jì)中模仿自然規(guī)律，進(jìn)行多學(xué)科融合，這樣設(shè)計(jì)的東西在使用的時(shí)候才會(huì)更穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的。 總體方案總體流程如圖 所示。22檢測(cè)障礙開始判斷是否有障礙檢測(cè)黑線避障直行判斷是否有黑線循跡YNNY圖 總體方案在主程序設(shè)計(jì)上我沒(méi)有安排左右避障的先后順序，在傳感器的安裝上采用的外張角放置，實(shí)際行駛中兩側(cè)幾乎不可能同時(shí)探測(cè)到障礙物，因此只需要獨(dú)立設(shè)置兩種方式的避障行駛方案即可，經(jīng)過(guò)實(shí)際行駛測(cè)試，小車運(yùn)轉(zhuǎn)正常，沒(méi)有出現(xiàn)死循環(huán)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制的目的 [15]。void main()23{ uint y。f=0。P17=0。 while(1) { xianshi(f)。k()。/檢測(cè)障礙 while (m) {if(m==1) //進(jìn)入避障 { f++。 for(y=0。y50。y++) {delay(100)。k()。}for(y=0。y50。y++) {delay(100)。ff()。}} } while (n) {if(n==1) //進(jìn)入避障 { f++。 for(y=0。y50。y++) {delay(100)。k()。} for(y=0。y50。y++) {delay(100)。yy()。}} } ww()。//進(jìn)入循跡 delay(5000)。 }} 第五章 制作與調(diào)試24 PCB 設(shè)計(jì)與制作本次履帶車設(shè)計(jì)主控電路由單片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)成，所采用的單片機(jī)為 51 內(nèi)核單片機(jī)，電路板使用上在可以直接采用學(xué)校 51 單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)板，該板由湖北汽車工業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室制作。PCB 板如圖 所示。圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)板從 PCB 能很容易找出單片機(jī)的安裝位置和 I/O 口的引出位置，只需要安裝單片機(jī)和數(shù)碼管即可。最小系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這樣避免單獨(dú)制作 PCB 板，極大節(jié)約設(shè)計(jì)成本。 履帶車的安裝調(diào)試該 PCB 板四角有螺柱孔，用四根螺柱安裝在小車前方，與傳感器靠近，減少傳感器傳送距離。而驅(qū)動(dòng)電路置于小車尾部，電機(jī)上方。通過(guò)調(diào)節(jié)傳感器后方的變阻器的大小來(lái)調(diào)節(jié)紅外傳感器的探測(cè)距離，通過(guò)修改延時(shí)程序調(diào)整履帶車行駛狀態(tài)。最終履帶車制作成功，其實(shí)物如圖 所示。25圖 履帶車 履帶車總體調(diào)試運(yùn)行將所有部件全部組裝成功后，燒寫好程序放在預(yù)定軌道上行駛，反復(fù)幾次后發(fā)現(xiàn)小車循跡避障個(gè)模塊功能變?nèi)?，探測(cè)距離變短，導(dǎo)致偏離跑道，最后出現(xiàn)小車行駛斷斷續(xù)續(xù)。剛開始以為程序問(wèn)題。通過(guò)查找一些制作智能車常出現(xiàn)的故障，發(fā)現(xiàn)電量不足時(shí)單片機(jī)會(huì)出現(xiàn)程序燒寫較慢，甚至無(wú)法擦除燒寫，斷續(xù)工作等故障。之后采用 鋰電池代替 6 節(jié) 9V 干電池，這些故障都得到排除。但小車在直角彎時(shí)候，有時(shí)轉(zhuǎn)向不足，有待提高，現(xiàn)實(shí)精確控制，表 6 為實(shí)際小車運(yùn)行情況。表 6 小車運(yùn)行情況履帶車運(yùn)行次數(shù) 成功循跡次數(shù) 成功避障次數(shù)1 1 12 1 23 3 34 3 45 4 526第六章 結(jié)論設(shè)計(jì)中所用到的外設(shè)有 5 個(gè)紅外傳感器，兩個(gè)直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)履帶車的功率控制。剖開來(lái)說(shuō)也就是對(duì)電機(jī)的控制。從網(wǎng)上查找智能車制作經(jīng)驗(yàn)，基本都由單片機(jī)為內(nèi)核實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的控制。而 80C51 為我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的單片機(jī)，從而確定整個(gè)設(shè)計(jì)圍繞單片控制來(lái)做，為減少硬件設(shè)計(jì)帶來(lái)的問(wèn)題，采用課程試驗(yàn)單片機(jī) STC12C5A08S2，該單片功能強(qiáng)大完全滿足本次設(shè)計(jì)需要。 整個(gè)設(shè)計(jì)初期有老師知道，由于初次制作智能車，我大量搜集了相關(guān)制作經(jīng)驗(yàn)，并了解履帶車獨(dú)有的行駛模式，與老師答疑確定控制方案。主要由三路控制，傳感器、單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)。硬件上在電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中加裝了減速齒輪，行駛速度約為20cm/s。由電機(jī)驅(qū)動(dòng)分別控制左右電機(jī)，解決轉(zhuǎn)彎時(shí)單片機(jī)控制小車左右不同轉(zhuǎn)向的問(wèn)題。 在轉(zhuǎn)彎設(shè)計(jì)中，最大的難題是直角彎。小車很容易沖出跑道，這里利用履帶車原地轉(zhuǎn)彎的模式能解決這個(gè)問(wèn)題，該功能是普通 4 輪車所難實(shí)現(xiàn)的。但實(shí)際測(cè)試中也會(huì)出行速度問(wèn)題原地轉(zhuǎn)向過(guò)慢沖出跑道問(wèn)題。需要通過(guò)跟精準(zhǔn)的控制完全實(shí)現(xiàn)，在以后設(shè)計(jì)還有很大提升空間。 電源選擇方面，開始使用了和履帶車底盤配套的 6 節(jié)干電池盒 9V 電源，但實(shí)際調(diào)試中只有十幾分鐘就出現(xiàn)單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路工作不穩(wěn)定，出現(xiàn)斷續(xù)行駛的情況，剛開始以為程序問(wèn)題。通過(guò)查找一些制作智能車常出現(xiàn)的故障，發(fā)現(xiàn)電量不足時(shí)單片機(jī)會(huì)出現(xiàn)程序燒寫較慢，甚至無(wú)法擦除燒寫，斷續(xù)工作等故障。將電源換為高容量的鋰電池，整個(gè)小車比以前動(dòng)力強(qiáng)勁，不在出現(xiàn)行駛“發(fā)虛”的情況。程序的編寫采用了 C 語(yǔ)言，使用 Keil 軟件進(jìn)行調(diào)試。該軟件同時(shí)也支持匯編語(yǔ)言，但匯編相對(duì)邏輯更嚴(yán)密。整個(gè)編程過(guò)程中得到老師和同學(xué)的極大幫助，讓我感受到“旁觀者清”的概念，很多時(shí)候自己一個(gè)思路做下去很難發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，但有多個(gè)思路看問(wèn)題時(shí)就能發(fā)現(xiàn)許多不足，所以團(tuán)隊(duì)合作也很重要。最后整個(gè)設(shè)計(jì)圓滿結(jié)束，實(shí)現(xiàn)對(duì)履帶車的功率控制。27結(jié)束語(yǔ)從開始與指導(dǎo)老師協(xié)商選定課題到整個(gè)課題思路的設(shè)計(jì)對(duì)于我來(lái)說(shuō)是個(gè)巨大的項(xiàng)目，本設(shè)計(jì)持續(xù) 3 個(gè)月，從對(duì)智能車一竅不通到最后圓滿完成設(shè)計(jì)效果，感覺(jué)到自己有極大的提高。此次設(shè)計(jì)主要應(yīng)用到 C 語(yǔ)言編程，數(shù)字電路，模擬電路等知識(shí)，用到Keil 和 protel99se 兩個(gè)軟件，設(shè)計(jì)中很好的將這些知識(shí)統(tǒng)一聯(lián)系起來(lái)，融會(huì)貫通。解決了平時(shí)理論學(xué)習(xí)中很少遇到的實(shí)際問(wèn)題，在履帶車設(shè)計(jì)中不僅要查找硬件問(wèn)題，還要查找軟件問(wèn)題。例如電源問(wèn)題。雖然最后得到解決，但這個(gè)排障的過(guò)程讓我收獲不少。本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)履帶車功率控制的目的實(shí)現(xiàn)了循跡、避障的控制，能自主糾正行駛方向，當(dāng)遇到障礙能報(bào)警，并記錄障礙，發(fā)出報(bào)警聲。盡管這次設(shè)計(jì)做的不是很完美，但通過(guò)這次設(shè)計(jì)任務(wù)我覺(jué)得自己有很大提高，能把很多知識(shí)結(jié)合使用，體會(huì)到所學(xué)有用之處，相信在以后工作和學(xué)習(xí)中能做的更好。 28致謝歷時(shí)三個(gè)月的畢業(yè)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老師和校外指導(dǎo)老師羅五四的耐心指導(dǎo)和曹智同學(xué)的幫助下，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成。在這段時(shí)間里，老 師 給 予 了 悉 心 的 指 導(dǎo) ， 最 重 要 的 是 給 了 我 解 決 問(wèn) 題 的 思 路 和 方 法 ， 并 且 在 設(shè)計(jì) 環(huán) 境 和 器 材 方 面 給 予 了 大 力 的 幫 助 和 支 持 ，他的指導(dǎo)使我受益非淺，同時(shí)也得到曹智同學(xué)的大力幫助。通過(guò)這次畢業(yè)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)四年的學(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。這三個(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)。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。在 此 ， 我 對(duì) 老 師 表 示 最真 摯 的 感 謝 ！ 同 時(shí) 感 謝 所 有 幫 助 過(guò) 我 的 同 學(xué) ！29參考文獻(xiàn)[1] 李廣弟,單片機(jī)基礎(chǔ) [M],北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2022:5654.第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 履帶車控制設(shè)計(jì)這里用循跡傳感器和避障傳感器實(shí)現(xiàn)履帶小車的控制。這兩種傳感器是制作智能車普遍采用的傳感器，性能較穩(wěn)定。紅外傳感器比光電傳感器的探測(cè)距離要大很多。循跡傳感器可用于履帶車的探測(cè)距離較近循跡控制，循跡是指小車在白色地板上循黑線行走，由于黑線和白色地板對(duì)光線的反射系數(shù)不同，可以根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來(lái)判斷“道路” ，沒(méi)接收到反射光傳感器輸出低電平，反之輸出高電平，經(jīng)過(guò)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理，執(zhí)行相應(yīng)的行駛狀態(tài)。避障傳感器課用于履帶車的探測(cè)距離較遠(yuǎn)避障控制，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(diǎn)，在小車行駛過(guò)程中不斷地向前方發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；反之小車上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來(lái)的紅外光為依據(jù)來(lái)確定小車是否執(zhí)行避障。如：當(dāng)左側(cè)紅外傳感器檢測(cè)到障礙，向單片機(jī)發(fā)送低電平信號(hào)，單片機(jī)執(zhí)行避障程序。 控制核心方案設(shè)計(jì) 方案一：選用一片 CPLD（如 EPM7128LC8415）作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。CPLD 具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用 VHDL 語(yǔ)言進(jìn)30行編寫開發(fā)。但 CPLD 在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢(shì)。同時(shí)，CPLD 的處理速度非?？?，而小車的行進(jìn)速度不可能太高，那么對(duì)系統(tǒng)處理信息的要求也就不會(huì)太高，在這一點(diǎn)上，MCU 就已經(jīng)可以勝任了。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。為此，我們不采用該種方案，進(jìn)而提出了第二種設(shè)