agv小車自動(dòng)定位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)--畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-09-02 06:08 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 種方案可供選擇：方案1:采用激光傳感器探測(cè)障礙物，該傳感器能夠很精確的探測(cè)出障礙物所在的存在，被廣泛用于各種高端產(chǎn)品中，但該傳感器價(jià)格昂貴，處理復(fù)雜，已超出能力范圍且不符合此次設(shè)計(jì)的要求。方案2:采用超聲波傳感器探測(cè)障礙物，超聲波傳感器安裝在小車前端，在規(guī)定的探測(cè)距離內(nèi)，當(dāng)探測(cè)到障礙物時(shí)，超聲波傳感器給出脈沖信號(hào)至單片機(jī)，單片機(jī)檢測(cè)到該信號(hào)后，調(diào)整小車的方向，以控制小車準(zhǔn)確的繞開(kāi)障礙物而且避免了因小車自然轉(zhuǎn)彎而導(dǎo)致的盲目方向控制，這樣不但能精確的完成控制，而且能避免電路的復(fù)雜程度。同時(shí)，超聲波傳感器還具有其他的一些優(yōu)點(diǎn)：超聲波傳感器具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好，能夠成射線定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體和固體的穿透性很大，尤其是在光線不透明的固體中，他可穿透幾十米的深度，超聲波碰到雜質(zhì)或者分界面時(shí)會(huì)產(chǎn)生顯著的反射，形成回波。碰到活動(dòng)物體時(shí)能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。應(yīng)此超聲波傳感器被廣泛運(yùn)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。對(duì)于此次智能小車避障模塊而言，超聲波傳感器以能符合設(shè)計(jì)要求并且價(jià)格便宜、控制精確、智能化程度高。應(yīng)此將采用方案2的設(shè)計(jì)。 第2章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)電路、測(cè)速電路、避障電路以及顯示電路等幾部分。單片機(jī)系統(tǒng)又包含有兩部分內(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(shí)/記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等，當(dāng)單片機(jī)自身不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計(jì)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，設(shè)計(jì)出合適的外圍電路。此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：AT89C52單片機(jī)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)DYPME007超聲波模塊超聲波模塊測(cè)速模塊避障模塊圖21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖167。 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是指在一塊芯片上集成了中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、程序存儲(chǔ)器ROM或EPROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制器以及串行和并行I/O接口等部件，構(gòu)成了一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。本系統(tǒng)中采用STC89C52作為中央處理器，其主要的任務(wù)是是在小車行走過(guò)程中不斷的讀取傳感器采集到的數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，來(lái)控制小車的行走，同時(shí)也將需要顯示的數(shù)據(jù)送到顯示模塊中。其基本結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：圖22 STC89C52單片機(jī)引腳圖STC89C52主要功能特性：? 兼容MCS—51指令系統(tǒng) ? 4k可反復(fù)擦寫Flash ROM? 32個(gè)雙向I/O口? 可編程UARL通道? 兩個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器? 全靜態(tài)操作024MHz? 1個(gè)串行中斷? 128x8bit內(nèi)部RAM? 兩個(gè)外部中斷源? 共6個(gè)中斷源? 可直接驅(qū)動(dòng)LED? 3級(jí)加密位? 低功耗空閑和掉電模式? 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能5l系列單片機(jī)為許多控制系統(tǒng)提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用他的片內(nèi)資源，即可在較少外圍電路的情況下構(gòu)成功能完善的各類系統(tǒng)。167。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)定時(shí)控制邏輯（時(shí)鐘電路、復(fù)位電路)是單片機(jī)中的重要組成部分，由它定時(shí)產(chǎn)生的一系列的微操作，用來(lái)控制單片機(jī)各部分的運(yùn)行。167。 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)STC89C52中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器振蕩電路。外接石英晶體（陶瓷諧振器）及電容CC2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦電容使用30Pf177。10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF177。10pF。本設(shè)計(jì)使用的電容是22pF,。若采用外部時(shí)鐘。外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部振蕩器方式，如圖23所示：C422pFC5Cap22pFCap12Y1XTALX1X2STC89C52圖23 STC89C52振蕩電路圖167。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單復(fù)位電路的好處在于不受工作電壓范圍的限制，而專用復(fù)位集成電路，必須注意復(fù)位電壓和工作電壓是否匹配。這類專用的復(fù)位集成芯片除集成復(fù)位電路外，還有些集成看門狗、EEPROM存儲(chǔ)器等其他功能模塊。復(fù)位電路可采用簡(jiǎn)單的電阻、電容及按鍵開(kāi)關(guān)構(gòu)成上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，也可選擇專用的復(fù)位集成芯片。復(fù)位電路連接示意圖如圖所示：C422uS2SWPBGNDR710KR610KSTC89C52RESET圖24 單片機(jī)復(fù)位電路167。 超聲波傳感器定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)167。 超聲波模塊工作原理本次系統(tǒng)采用的DYPME007超聲波模塊使用PIC12C508執(zhí)行控制功能，并且有標(biāo)準(zhǔn)的40kHz的壓電式轉(zhuǎn)換器，可提供2cm400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器，接收器與控制電路。模塊上共有5個(gè)外接引腳，分別是：VCC、Trig（控制端）、Echo（接收端）、Out（空腳）、GND。 模塊工作原理1．采用IO觸發(fā)測(cè)距，給Trig（控制端）至少10us的高電平信號(hào)；2．模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回3．有信號(hào)返回，通過(guò)IO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間167。 超聲波測(cè)距原理 超聲波測(cè)距技術(shù)是一種有源非接觸性測(cè)距技術(shù)，由于超聲波傳感器具有成本低廉，采集信息速率快，質(zhì)量輕、體積小、易于裝卸等優(yōu)點(diǎn)，并且超聲波傳感器不需要通過(guò)大量的計(jì)算而獲得距離數(shù)據(jù)，因此其測(cè)距速度快，實(shí)時(shí)性好，同時(shí)超聲波傳感器不易受到環(huán)境光照及障礙物陰影、表面粗糙度、裂縫等外界環(huán)境條件的影響。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，超聲波傳感器在智能小車應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)。超聲波測(cè)距原理：采用超聲波原理進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)出超聲脈沖從發(fā)射到接收這一過(guò)程所需的時(shí)間t，再根據(jù)媒介中的聲速c，就可以求得從探頭到物體表面之間的距離L，計(jì)算公式如下。 L=c*t/2 （ 21）由于此次設(shè)計(jì)的精度要求相比實(shí)際應(yīng)用要寬松很多，對(duì)影響超聲波測(cè)距精度的幾個(gè)因素如：環(huán)境溫度、波束對(duì)探測(cè)目標(biāo)的入射角等因素均可不予考慮。超聲波模塊的電氣原理圖如下所示：圖25超聲波模塊原理圖167。 超聲波傳感器定位原理設(shè)計(jì)小車的定位是指確定其在環(huán)境坐標(biāo)系下（一般指二維）下的全
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