【導(dǎo)讀】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書。專業(yè)年級(jí)**學(xué)號(hào)**學(xué)生姓名**. 自動(dòng)避障循跡小車。利用AT89C52芯片，L298N芯片制作自動(dòng)避障循跡小。本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容。外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。作態(tài)度及工作量；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績(jī)。智能小車是移動(dòng)式機(jī)器人的重要組成部分，本設(shè)計(jì)通過不斷檢測(cè)各個(gè)模。距實(shí)現(xiàn)避障，采用存儲(chǔ)空間較大的AT89C52作為主控制芯片，電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)。動(dòng)采用L298N芯片，根據(jù)內(nèi)置的程序分別控制小車左右兩個(gè)直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，

　　

【正文】 ，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了 SOC 化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、 IC 設(shè)計(jì)、 EDA 工具的發(fā)展，基于 SOC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng) [13]。 單片機(jī)的簡(jiǎn)單介紹 在眾多的單片機(jī)系列中， AT89C52 是一種 低功耗，高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 系列可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序儲(chǔ)存器在系統(tǒng)可編程，也適應(yīng)于常規(guī)編程。在單芯片上，擁有靈巧的8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超高效的解決方案。 AT89C52 有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ， 2 個(gè)全雙工串行通信口， 2個(gè)讀寫口線 ， AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程 ， 但不可以在線編程 (S系列的才支持在線編程 )。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 電源模塊 在本系統(tǒng)中，需要用到的電源有單片機(jī)的 5V， L298N 芯片的電源 5V 和電機(jī)的電源 7— 15V。所以需要對(duì)電源的提供必須正確和穩(wěn)定可靠。 方法 1：用 9V 的鋅電源給前、后輪電機(jī)供電，然后使用 7805 穩(wěn)壓管來把高電壓穩(wěn)成 5V 分別給單片機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片供電。這種接法比較簡(jiǎn)單，但小車的電路功耗過大會(huì)導(dǎo) 致后輪電機(jī)動(dòng)力不足。 方法 2：采用雙電源。為了確保單片機(jī)控制部分和后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)的部分的電壓不會(huì)互相影響，要把單片機(jī)的供電和驅(qū)動(dòng)電路分開來，即：用 6 節(jié)干電池 來驅(qū)動(dòng)電機(jī)芯片，然后用 7805 穩(wěn)壓管來穩(wěn)成 5V供給單片機(jī)，后輪電機(jī)的電源用 3V 供電，這樣有助于消除電機(jī)干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 基于以上分析，選擇方法 2。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 3 硬件設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì) 小車總體概述 智能小車采用前輪驅(qū)動(dòng)，前輪左右兩邊各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)制前面兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速起停從而達(dá) 到控制轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬象輪，起支撐的作用。將循跡光電對(duì)管分別裝在車體下的左右。當(dāng)車身下左邊的傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制左輪電機(jī)停止，車向左修正，當(dāng)車身下右邊傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制右輪電機(jī)停止，車向右修正。 避障的原理在車身前方裝有超聲波傳感器，當(dāng)其檢測(cè)到障礙物時(shí)，主控芯片給出信號(hào)報(bào)警并控制車子倒退、轉(zhuǎn)向，從而避開障礙物。 電路分為電源模塊、單片機(jī)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、循跡模塊、壁障模塊。 小車總體設(shè)計(jì)框圖 循跡模塊 避障模塊數(shù)碼顯示模塊 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊AT 89 C 52 控制模塊電源模塊 圖 3 總體設(shè)計(jì)框圖 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)采 用 H 橋式驅(qū)動(dòng)電路， L298N 內(nèi)部集成了 H 橋式驅(qū)動(dòng)電路，從而采用 L298N 電路來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。通過單片機(jī)給予 L298N 電路 PWM 信號(hào)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 來控制小車的速度，起停。 L298N 的管腳如圖 4 所示，驅(qū)動(dòng)原理電路圖如圖 5 所示。 I N15I N27E N A6O UT 12O UT 23E N B11O UT 313O UT 414I N310I N412S E N S A1S E N S B15G ND8VS4V C C9 U1L 2 9 8 圖 4 L298N 管腳圖 I N15I N27E N A6O UT 12O UT 23E N B11O UT 313O UT 414I N310I N412S E N S A1S E N S B15G ND8VS4V C C9 U1L29 8+ 88 . 8k R P M+ 88 . 8k R P MX T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 39P 38P 37P 36P 35P 34P 33P 32P 1P 2P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 10P 11P 12P 13P 14P 17P 3. 6 / W R16P 15P 28P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27U2A T 89C5 2 圖 5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 信號(hào)檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì) 將單片機(jī)用作測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中總要有被測(cè)信號(hào)輸入通道，拾取必要的輸入信息。作為測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)被測(cè)對(duì)象拾取必要的原始參量信號(hào)是系統(tǒng)的核心任務(wù)，對(duì)控制系統(tǒng)來說，對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的測(cè)試以及對(duì)控制條件的監(jiān)測(cè)也是不可 缺少的環(huán)節(jié)。因此，信號(hào)檢測(cè)模塊占有重要地位。 循跡模塊信號(hào)檢測(cè)電路 小車循跡原理 是小車 在畫有黑線的白紙 “ 路面 ” 上行駛，由于黑線和白紙對(duì)光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷 “道路 ”—— 黑線。在該模塊中 我采用 了簡(jiǎn)單、應(yīng)用也比較普遍的檢測(cè)方法 —— 紅外探測(cè)法。 紅外探測(cè)法，即利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的 接收管接收不到信號(hào) ，再通過 LM324 作比較器來采集高低電平，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢測(cè)（見圖 6）。 R115 065412U1O P T O C O U P LE R N P NR V 1P O T10 k321114U 2 : ALM 32 4D1D I O D E LE DR24. 7 K 圖 6 紅外傳感電路 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 壁障模塊和顯示信號(hào)檢測(cè)電路 避障和顯示模塊都是使用的 US100 超聲波模塊作為信號(hào)來源，它共有 2種工作原理，分為串口和電平觸發(fā)。 電平觸發(fā)測(cè)距工作原理： 在模塊上電前，首先去掉模式選擇跳線上的跳線帽，使模塊處于電平觸發(fā)模式。只需要在 Trin/TX 管腳輸入一個(gè) 10US 以上的高電平，系統(tǒng)便可發(fā)出 8 個(gè) 40KHZ 的超聲波脈沖，然后檢測(cè)回波信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到回波信號(hào)后，模 塊還要進(jìn)行溫度值的測(cè)量，然后根據(jù)當(dāng)前溫度值對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行校正，將校正后的結(jié)果通過 Echo/RX 輸出。 在此模式下，模塊將測(cè)距值轉(zhuǎn)化為 340M/S 時(shí)的時(shí)間值的 2 倍，通過 Echo端輸出一高電平，可根據(jù)此高電平的持續(xù)時(shí)間來計(jì)算距離值。即距離值為：（高電平時(shí)間 *340M/S)/2。 串口觸發(fā)測(cè)距工作原理 在模塊上電前，首先插上模式選擇跳線上的跳線帽，使模塊處于串口觸發(fā)模式。只需要在 Trin/TX 管腳輸入 OX55（波特率 9600），系統(tǒng)便可發(fā)出 8個(gè) 40KHZ 的超聲波脈沖，然后檢測(cè)回波信號(hào)。當(dāng)檢 測(cè)到回波信號(hào)后，模塊還要進(jìn)行溫度值的測(cè)量，然后根據(jù)當(dāng)前溫度值對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行校正，將校正后的結(jié)果通過 Echo/RX 輸出。 輸出的距離值共兩個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)是距離的高八位（ HData），第二個(gè)字節(jié)為距離的低八位（ LData），單位為毫米。即距離為（ HData*256+LData）mm。 超聲波電路如圖（圖 7，圖 8，圖 9）。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 Q190 1 2L S 1S P E A K E RR12K 圖 7 1 2U 1 : A74 A LS 0 43 4U 1 : B74 A LS 0 45 6U 1 : C74 A LS 0 413 12U 1 : D74 A LS 0 411 10U 1 : E74 A LS 0 4L S 1S P E A K E RR11kR21k 圖 8 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 L S 4S P E A K E R C1100 n1 2 3 4 5 6 7 8J1C O N N S I L8C2100 nC3100 nC4100 nC5100 nR110 kR210 kR310 k接單片機(jī) 圖 9 顯示模塊電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用四位一體動(dòng)態(tài)共陰極數(shù)碼管作為顯示器，在小車行駛時(shí)顯示小車行駛時(shí)間和行駛距離。 本設(shè)計(jì)中采用芯 片 74HC245 作為顯示驅(qū)動(dòng)器， 245 是方向可控的八 路 緩沖器，主要用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線的雙向異步通信 。 為了保護(hù)脆弱的主控芯片，通常在主控芯片的并行接口與外部受控設(shè)備的并行接口間添加緩沖器。當(dāng)主控芯片與受控設(shè)備之間需要實(shí)現(xiàn)雙向異步通信時(shí)，自然就得選用雙向的八路緩沖器了， 245 就是面向這種需求的 ，它的管腳如圖 10 所示，使用單片機(jī)控制，且用專用驅(qū)動(dòng)芯片控制可以減少對(duì) CPU 的利用時(shí)間，單片機(jī)將有更多的時(shí)間去完成其他功能。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 A02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19A B / B A1U17 4 HC2 4 5 圖 10 74HC245 管腳 該芯片共有 20 個(gè)管腳，管腳 B0、 B B B B B B B7 分別接 1000 歐電阻后與四位一體動(dòng)態(tài)共陰極的 a﹑ b﹑ c﹑ d﹑ e﹑ f﹑ g﹑ dp 相連，分別控制各段碼和小數(shù)點(diǎn)。 管腳 A0 到 A7 接單片機(jī)并行口，通過對(duì)單片機(jī)對(duì)芯片進(jìn)行控制。管腳 AB/BA接電源 VCC，管腳 CE 接地。 該芯片所驅(qū)動(dòng)的顯示電路如圖 11 所示 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 A02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19AB/BA1U17 4 H C 2 4 52 3 4 5 6 7 8 91R P 1R E S P A C K 8X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29R S T9P 0 . 0 / A D 039P 0 . 1 / A D 138P 0 . 2 / A D 237P 0 . 3 / A D 336P 0 . 4 / A D 435P 0 . 5 / A D 534P 0 . 6 / A D 633P 0 . 7 / A D 732P 1 . 0 / T 21P 1 . 1 / T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 . 0 / R X D10P 3 . 1 / T X D11P 3 . 2 / I N T 012P 3 . 3 / I N T 113P 3 . 4 / T 014P 3 . 7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 . 5 / T 115P 2 . 7 / A 1 528P 2 . 0 / A 821P 2 . 1 / A 922P 2 . 2 / A 1 02