【導(dǎo)讀】的模式在特定的環(huán)境里自動的運(yùn)作，無需人為管理，便可以完成預(yù)期目標(biāo)。設(shè)計采用對比選擇，模塊獨(dú)立，綜合處理的研究方法。情況對比方案優(yōu)劣選出最優(yōu)方案進(jìn)行設(shè)計。從最小系統(tǒng)到無線遙控，紅外循跡和。避障，都嚴(yán)格按照科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度完成。通過調(diào)試檢測各模塊，得到正確的信號輸。出，實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的功能。最后將各個調(diào)試成功的模塊結(jié)合到小車的車體上，結(jié)合。最終設(shè)計與制作，能使小車在一定的環(huán)境中智能化運(yùn)轉(zhuǎn)。重視該題目的研究?？梢娖溲芯恳饬x很大。指導(dǎo)教師已經(jīng)有充分的準(zhǔn)備。障功能，可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車。高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。80C51是一款八位單片機(jī)，它的易用性和多功能性受到了廣大。它是第三代單片機(jī)的代表。﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452,還包括了Philips﹑Siemens. ﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑ATMEL等公司以80C51為核心推出的大。量各具特色﹑與80C51兼容的單片機(jī)。新一代的單片機(jī)的最主要的技術(shù)特點(diǎn)是向。Philips公司還為這一代單片機(jī)80C51系列8ｘC592單片機(jī)引入了具有

　　

【正文】 一開關(guān)量信號時，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，信號總是變化不定，可停止采集，給出報警信號，由于開關(guān)量信號主要是來自各類開 33 關(guān)型狀態(tài)傳感器，如限位開關(guān)、操作按鈕、電氣觸點(diǎn)等，對這些信號的采集不能用多次平均的方法，必須絕對一致才行。如果開關(guān)量信號超過 8 個，可按 8 個一組進(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)時性要求的前提下，如果在各次采集數(shù)字信號之間接入一段延時，效果會好一些，就能對抗較寬的干擾。 輸出設(shè)備是電位控制型還是同步鎖存型，對干擾的敏感性相對較大。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，它就會盲目鎖存當(dāng)前的數(shù)據(jù)，也不管此時數(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‘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)備接受到一個被干擾的錯誤信息后，還來不及作出有效的反應(yīng)，一個正確的信息又來了，就可及時防止錯誤動作的產(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，對于重要的輸出設(shè)備，最好建立檢測通道， CPU 可以檢測通道來確定輸出結(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，便自動納入正軌。當(dāng)彈飛到某一雙字節(jié)指令上時，有可能落到其操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯。當(dāng)程序彈飛到三字節(jié)指令上時，因它有兩個操作數(shù)，繼續(xù)出錯的機(jī)會就更大。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)書寫，這便是指令冗余。指令冗余無疑會降低系統(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事了，解決這個問題必須采用軟件容錯技術(shù)。 4﹑軟件陷阱技術(shù)： 指令冗余使彈飛的程序安定下來是有條件的。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指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯進(jìn)行處 理的程序。如果我們把這段程序的入口標(biāo)號記為 ERR 的話，軟件陷阱即為一條無條件轉(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： NOP NOP ERR 34 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 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 容量不成問題的條件下，還是多多益善。 五 “看門狗”技術(shù) PC 受到干擾而失控，引起程序亂飛，也可能使程序陷入“死循環(huán)” [6]。指令技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)不能使失控的程序擺脫“死循環(huán)”的困境，這時系統(tǒng)完全癱瘓。如果操作者在場，就可以按下人工復(fù)位安鈕，強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位。但操作者不能一直監(jiān)視著系統(tǒng)，也往往是在引起不良后果之后才進(jìn)行人工復(fù)位。為使程序脫離“死循環(huán)”，通常采用“看門狗技術(shù)”。“看門狗”技術(shù)就是不斷監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行時間，若發(fā)現(xiàn)時間超過已知的循環(huán)設(shè)定時間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入了“ 死循環(huán)”，然后強(qiáng)迫程序返回到 0000H入口，在 0000H處安排一段出錯處理程序，使系統(tǒng)運(yùn)行納入正規(guī)。 “ 看門狗”技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)，可由軟件實(shí)現(xiàn)，也可由兩者結(jié)合實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用硬件 “ 看門狗”電路。 實(shí)現(xiàn)硬件 “ 看門狗”電路方案較多，目前采用較多的方案有以下幾種： 采用微處理器監(jiān)控器； 采用單穩(wěn)態(tài)電路來實(shí)現(xiàn) “ 看門狗”，單穩(wěn)定電路可采用 74LS123。 采用內(nèi)帶震蕩器的記數(shù)芯片。 本設(shè)計采用第三種方案實(shí)現(xiàn) “ 看門狗”電路，下面就對該方案作以介紹。 (1)基本原理 CD4060 是帶震蕩器的 14 位計數(shù)器，由該芯片構(gòu)成的看門狗電路如圖 看門狗電路圖所示。 4060 記數(shù)頻率由 RT和 CT決定。設(shè)實(shí)際的程序所需工作周期為 T，分頻器記滿時間為 T’ ,當(dāng) T’ T 且系統(tǒng)正常工作時，程序每隔 T 對 4060 進(jìn)行掃描一次，分頻且永無記滿輸出信號。如系統(tǒng)工作不正常（如程序跑飛、死循環(huán)等），程序?qū)?4060 發(fā)不出掃描信號，分頻器記滿輸出一脈沖號使 CPU 復(fù)位。 (2)參數(shù)選擇 35 4060 的振蕩頻率 f由 RT 、 CT決定。 Rs用于改善振蕩器的穩(wěn)定性， Rs 要大于 RT。一般取 Rs=10RT，且 RT1kΩ ,CT≥ 100pF。如果 Rs=450Ω， RT=45Ω， CT=1uF,則 f=10HZ。4060 的振蕩頻率和 Qi(i=6,7,8,9,10,12,13,14)的選擇要根據(jù)情況確定。 (3)幾個原則 看門狗電路必須由硬件邏輯組成，不宜由可編程計數(shù)器充當(dāng)，因為 CPU 失控后，可能會修改可編程器件參數(shù)，使看門狗失效。 4060 的 RST 線上阻容組成的微分電路很重要，因為掃描輸入信號是 CPU 產(chǎn)生的正脈沖，若此信號變“ 1”后，由于干擾，程序亂飛，微分電路只能讓上跳沿通過，不會封死 4060，看門狗仍能計數(shù)起作用。若沒有微 分電路，掃描輸入信號上的“ 1”狀態(tài)封死 4060，使之不能記數(shù)，看門狗不起作用 圖 看門狗電路圖 CPU 必須在正確完成所有工作后才能發(fā)掃描輸入信號，且程序中發(fā)掃描信號的地方不能太多。否則，正好在哪里有死循環(huán)，看門狗就不產(chǎn)生記滿輸出信號，不能重新啟動 CPU。 4060的記滿輸出信號不但要接到 MCS51的 RST腳，而且還應(yīng)接到其它芯片的 RST腳，因為程序亂飛后，其它具有 RST 腳的芯片也混亂了，必須全部復(fù)位。 六 可編程邏輯器件 可編程邏輯器件 GAL16V8是 LATTICE公司研制的一種電可擦除的可重復(fù)編程 的低密度PLD 器件。它采用更為靈活的可編 I/O 結(jié)構(gòu)，并采用了先進(jìn)的 EECOMS 工藝，數(shù)秒內(nèi)即可完成芯片的擦除和編程過程，并可反復(fù)改寫，是產(chǎn)品開發(fā)研制的理想器件之一。 GAL16V8 技術(shù)特性 （ 1）電可擦除工藝 36 可重編程單元 100％成品率 可重配置邏輯 （ 2）高性能 E2CMOS 工藝 低功耗： 45mA 最大運(yùn)行功耗， 35mA 最大維持功耗 高速度： 15～ 25us 最快存取速度 （ 3） 8個輸出邏輯單元 對于復(fù)雜邏輯設(shè)計具有最大靈活性 GAL16V8 可仿真 20 條引腳的 PAL 器件，具有功能 / 熔絲 圖 /參數(shù)的完全兼容性 （ 4）預(yù)置、加電復(fù)位全部寄存器 （ 5）具有保密單元、電子標(biāo)簽 （ 6）數(shù)據(jù)保持超過 20 年。 80C51 按鍵電路直接由 80C51 接口電路查詢。消抖 (延時 20ms)由軟件延時完成。 七 無線遙控系統(tǒng) 無線遙控模塊子程序設(shè)計 無線遙控模塊模式判斷子程序 無線遙控模塊模式判斷子程序流程圖如圖 44所示。此子程序使用超再生簡易無線電遙控器接收發(fā)器，通過單片機(jī)讀取接收器解碼后的信息，通過無線信息控制小車的“動作”。超再生簡易無線電遙控器發(fā)射器有四個按鈕： A， B， C， D 經(jīng)過接收器解碼 后分別通過四個端口輸出（按鈕按下時對應(yīng)端口輸出高電平），各端口硬件上分別與 ， ， 連接，讀取數(shù)據(jù)時將四個 P 口的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù) a 中。通過 a 的值來判斷小車下部所要運(yùn)行的模式。當(dāng) a=0001 時，小車停止一切動作；當(dāng) a=1000 時，小車進(jìn)入無線遙控方向模式；當(dāng) a=0100 時，小車進(jìn)入循跡模式；當(dāng) a=0010 時，小車進(jìn)入避障模式。當(dāng) a 為其他值時，小車保持當(dāng)前模式。 無線遙控模塊方向控制模式子程序 本子程序中無線遙控模塊方向控制模式子程序流程圖如圖 45 所示，當(dāng)進(jìn)入此子程序后，再 次通過讀取外部超再生簡易無線接收器的信息判斷小車的移動方向，當(dāng)a=1001 時，即發(fā)射器的 A， D 鍵同時按下時，小車退出該模式。 當(dāng) a!=1001 時，該子程序進(jìn)行一下操作：將 a與 1000 與相后賦予 b，若 b=1000，發(fā) 37 出小車前進(jìn)信號，否則跳過該指令，直接進(jìn)入下一指令；將 a與 0001 相與后賦予 b，若 b=0001，發(fā)出小車后退信號，否則跳過該指令，直接進(jìn)入下一指令；將 a與 0001相與后賦予 b，若 b=0001，發(fā)出小車后退信號，否則跳過該指令，直接進(jìn)入下一指令；將 a與 0100 相與后賦予 b，若 b=0100，發(fā)出小車右轉(zhuǎn) 信號，否則跳過該指令，直接進(jìn)入下一指令；將 a 與 0010 相與后賦予 b，若 b=0010，發(fā)出小車左轉(zhuǎn)信號，否則跳過該指令，直接進(jìn)入下一指令。此步驟中，四個方向的移動具有疊加效果（“前進(jìn)指令”加“后退指令”除外）。 主控制模塊主程序設(shè)計 主控制模塊主程序流程圖如圖 46，主要用于小車的總體控制，組合各個子程序模塊，實(shí)現(xiàn)小車的功能整合。在初始化各個變量后，讀取無線模塊信號，進(jìn)入模式判斷子程序，判斷所要進(jìn)入的模式。主要模式有：循跡模式，避障模式，無線控制方向模式，停止“動作”模式。再進(jìn)入各個模式之后，單片機(jī) 將對各個模式所發(fā)出的電機(jī)控制指令進(jìn)行操作，通過電機(jī)控制模塊子 程序控制電機(jī)的“行動”，從而控制小車的“行動”。 38 第五章 測試數(shù)據(jù)、測試結(jié)果分析及結(jié)論 測試方法與儀器： 測試儀器 測試儀器包括秒表、數(shù)字萬用表、信號發(fā)生器、示波器、 MCS51 仿真機(jī)、直流穩(wěn)壓電源等。 測試方法 數(shù)字萬用表主要用來測試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止 /導(dǎo)通狀態(tài)等參數(shù)； 信號發(fā)生器與示波器用于測試各光電傳感器信號的接收與傳輸； MCS51 仿真機(jī)用于測試軟件； 直流穩(wěn)壓電源在 測試期間為各待測系統(tǒng)供電； 秒表用于產(chǎn)品測試，按照任務(wù)書的基本要求對制成的電動車進(jìn)行產(chǎn)品測試。 測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析： ⑴ 計時精度分析 計時系統(tǒng)采用了新型顯示芯片。理論上的誤差不到 1秒 /年。 ⑵ 測距精度分析 測速系統(tǒng)采用了電機(jī)軸光電碼盤檢測技術(shù)。電機(jī)軸與車輪軸之間采用了齒輪箱二級減速，變比 1/16。車輪周長 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 個脈沖，車輪每轉(zhuǎn)產(chǎn)生 32 個脈沖 ，理論測量精度可達(dá)135mm/32= ⑶ 定位精度分析 本設(shè)計采用實(shí)際測量與軟件補(bǔ)償技術(shù)，理論上可使定位精度提高到誤差 10mm。 最小系統(tǒng)電路 本系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機(jī)作為中央處理器。其主要任務(wù)是在小車行走過程中不斷讀取傳感器采集到的數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，來控制小車行走。 AT89S51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AT89S51 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 [7]。其應(yīng)用范圍廣，性能良好，可用于解決復(fù)雜的控制問題。利用 AT89S51 的 I/O 端口對傳感器信號進(jìn)行實(shí)時判斷監(jiān)控來控制步進(jìn)電機(jī)做出相應(yīng)的反映 [7]。 電機(jī)驅(qū)動電路； 39 直流電機(jī)驅(qū)動電路使用 H型全橋式驅(qū)動電路；圖 32電機(jī)驅(qū)動電路圖 ；該驅(qū)動電路可以驅(qū)動兩路直流電機(jī)，使能端 ENA、 E；表 電機(jī)驅(qū)動控制方式及直流電機(jī)狀態(tài)；若要對直流電機(jī)進(jìn)行 PWM 調(diào)速，需設(shè)置 IN1 和 IN； 調(diào)速原理；直流電機(jī)可以通過改變電機(jī)電樞電壓接通時間與通電周； Uav 33PWM 控制波形圖電壓平均值描述為：； ??t1t 電機(jī)驅(qū)動電路 直流電機(jī)驅(qū)動電路使用 H型全橋式驅(qū)動電路。這種驅(qū)動電路可以很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動。在本設(shè)計中電機(jī)驅(qū)動電路由集成驅(qū)動芯片 L298 構(gòu)成，并結(jié)合 PWM 波進(jìn)行調(diào)速。它的 基本原理圖如圖 32所示： 該驅(qū)動電路可以驅(qū)動兩路直流電機(jī)，使能端 ENA、 ENB 為高電平時有效，控制方式及直流電機(jī)狀態(tài) 電機(jī)驅(qū)動控制方式及直流電機(jī)狀態(tài) 若要對直流電機(jī)進(jìn)行 PWM 調(diào)速，需設(shè)置 IN1 和 IN2，確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，然