【文章內(nèi)容簡介】 度的彎角。再次，玩具電動車的電機(jī)多為玩具直流電機(jī)，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負(fù)載性能差，不易調(diào)速。而且這種電動車一般都價格不菲。因此我們放棄了此方案。 設(shè)計論證 方案二 購買電動車車架， 經(jīng)過反復(fù)考慮論證，我們制定了左右兩輪分別驅(qū)動 且 轉(zhuǎn)向的 方案。即左右輪分別用兩個轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直 流電機(jī)進(jìn)行 驅(qū)動，車體尾部裝一個萬向輪。這樣，當(dāng)兩個直流電機(jī)轉(zhuǎn)向相反同時轉(zhuǎn)速相同時就可以實(shí)現(xiàn)電動車的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實(shí)現(xiàn)小車坐標(biāo)不變的 90 度和 180 度的轉(zhuǎn)彎。 當(dāng)小車前進(jìn)時，左右兩驅(qū)動輪與后萬向輪形成了三點(diǎn)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進(jìn)時比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)后輪過低而使左右兩驅(qū)動輪驅(qū)動力不夠的情況。為了防止小車重心的偏移，后萬向輪起支撐作用。 綜上考慮，我們選擇了方案 2。 小車底盤如圖 2 所示： 桂林航天工業(yè)高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 車底底盤如圖（ 2）所示 控制器模塊 設(shè)計論 證方案 1： 采用可編程邏輯期間 CPLD 作為控制器。 CPLD 可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、 IO 資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模控制系統(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。且從使用及經(jīng)濟(jì)的角度考慮我們放棄了此方案。 設(shè)計論證 方案 2： 采用凌陽公司的 16 位單片機(jī)，它是 16 位控制器，具有體積小、驅(qū)動能力高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。處理速度高 ，尤其適用于語音處理和識別等領(lǐng)域。但是當(dāng)凌陽單片機(jī)應(yīng)用語音處理和辨識時，由于其占用的 CPU 資源較多而使得凌陽單片機(jī)同時處理其它任務(wù)的速度和能力降低。 本系統(tǒng)主要是進(jìn)行尋跡運(yùn)行的檢測以及電機(jī)的控制。如果單純的使用凌陽單片機(jī)，在語音播報的同時小車的控制容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性和編程的桂林航天工業(yè)高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 簡潔性考慮，我們放棄了單純使用凌陽單片機(jī)而考慮其它的方案。 設(shè)計論證 方案 3： 采用 Atmel 公司的 AT89S52 單片機(jī)作為主控制器。 AT89S52 是一個低功耗，高性能的 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 64k 空間的可反復(fù)擦些 100,000 次的 Flash 只讀存儲器，具有 64k 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個 IO 口， 2 個可編程定時計數(shù)器， 2個外部中段， 1 個串口中斷等 。且 AT 系列的單片機(jī)可以在線編程、調(diào)試，方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試。 從方便使用的角度考慮，我們選擇了方案 3。 電源模塊 由于本系統(tǒng)需要電池供電，我們考慮了如下集中方案為系統(tǒng)供電。 設(shè)計論證 方案 1： 采用 12V 蓄電池為 直流電機(jī) 供電 ，將 12V 電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。 蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。 但是 蓄電池的體積過于龐 大，在小型電動車上使用極為不方便 ，同時我們的車體設(shè)計時空間不夠 。因此我們 放棄 了此方案。 設(shè)計論證 方案 2:： 我們才采用兩組 4 節(jié) 電池來供電，別為單片機(jī)和各模塊供電和直流電機(jī)供電，這樣小車空間又足夠，方便使用分配空間，且能夠?yàn)閱纹瑱C(jī)和電機(jī)提供足夠的驅(qū)動電流。且工作流小，易于制作。 綜上考慮，我們選擇了方案 2。 尋跡傳感器模塊 設(shè)計論證 方案 1： 用光敏電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時，光線發(fā)射較弱 。因此光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。 但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。 桂林航天工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 設(shè)計論證 方案 2： 用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響， 因此我們放棄了這個方案。 設(shè)計論證 方案 3： 用 TCRT5000 型光電對管。 TCRT5000 是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管。 TRCT5000 采用 DIP4 封裝，其具有如下特點(diǎn)： 塑料透鏡可以提高靈敏度。 內(nèi)置可見光過濾器能減小離散光的影響。 體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。 當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時，三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光電對管調(diào)理電路簡單，工作性能穩(wěn)定。 因此我們選擇了方案 3。 電機(jī)模塊 本系統(tǒng)為智能 自動尋跡 電動車，對于電 動車來說，其驅(qū)動輪的驅(qū)動電機(jī)的選擇就顯得十分重要。由于本實(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)對路徑的準(zhǔn)確定位和精確測量，我們綜合考慮了一下兩種方案。 設(shè)計論證 方案 1： 采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)。由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的定位，可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方案。 設(shè)計論證 方案 2： 由于其內(nèi)部由高速電動機(jī)提供原始動力，帶動變速（減速）齒輪組，可以 產(chǎn)生較大扭力。 我們所選用的直流電機(jī)減速比為 1： 74，減速后電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 100r/min。我們的車輪直徑為 4cm，因此我們的小車的最大速度可以達(dá)到 V=2πrv=2***100/60=能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，因此我們選擇了此方案 2。 桂林航天工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 電機(jī)驅(qū)動模塊 設(shè)計論證 方案 1： 采用專用芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動芯片。 L298N 是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，它相應(yīng)頻率高，一片 L298N 可以分別控制兩個直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動，操作方便 ，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。 設(shè)計論證 方案 2： 對于直流電機(jī)用分立元件構(gòu)成驅(qū)動電路。由分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動電路，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。 因此我們選用了方案 1。 最終方案 經(jīng)過反復(fù)論證，我們最終確定了如下方案： （ 1） 車體用 現(xiàn)有的自動車車架 。 （ 2）采用 AT89S52 單片機(jī)作為主控制器。 （ 3） 用 4 節(jié) 電池經(jīng)穩(wěn)壓后 為直流電機(jī)供電 和 4 節(jié)為單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。 （ 4） 用 TC RT5000 型光電對管進(jìn)行尋跡。 ( 5 ) 用 E18D80N 紅外避 障傳感器來避障。 （ 6） L298N 作為直流電機(jī)的驅(qū)動芯片。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 3 所示 ： 圖 3 主控芯片 TA89S52 L298 主控芯片 TA89S52 驅(qū)動電機(jī) 尋跡傳感器 避障傳感器 桂林航天工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 第三章 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計 微控制器模塊的設(shè)計 采用 Atmel 公司的 AT89S52 單片機(jī)，不用燒寫器而只用串口或者并口就可以往單片機(jī)中下載程序。 我們在開發(fā)過程中 直接使用自己做的最小系統(tǒng)板，不用在另外的開發(fā)板上下載，方便程序的調(diào)試和整機(jī)的測試 ，由于本次設(shè)計要求中，小車需要完成的任務(wù)比較簡單，因此我們只在小車系統(tǒng)板的單片機(jī)系統(tǒng)中保留了晶振和復(fù)位電 路，取消了 JTAG 編程口等冗余電路。 單片機(jī) AT89S52 簡介 AT89S52 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的AT89S52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89S52 具有如下特點(diǎn)： 40 個引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 芯片示圖 3— 2 如下 圖 3— 2 AT89S52芯片示圖 桂林航天工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 AT89S52 單片機(jī)功能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 32 個雙向 I/O 口 2 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器 全雙工 UART 串行中斷口線 2 個外部中斷源 中斷喚醒省電模式 看門狗（ WDT）電路 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁編程 4k 可反復(fù)擦寫 (1000 次） ISP Flash ROM 時鐘頻率 033MHz 128x8bit 內(nèi)部 RAM 低功耗空閑和省電模式 3 級加密位 軟件設(shè)置空閑和省電功能 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 單片機(jī) AT89S52 引腳功能說明 （ 1） VCC：供電電壓。 （ 2） GND：接地。 （ 3） P0口： P0 口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時， P0輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 （ 4） P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時， P1口作為第八位地址接收。 （ 5） P2口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸桂林航天工業(yè)高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 15 頁 入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信 號和控制信號。 （ 6） P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為 AT89S52 的一些特殊功能口，如下所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 （ 7） RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 （ 8） ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時 ，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 （ 9） PSEN：外部程序存儲器