【導(dǎo)讀】中國礦業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書。專業(yè)年級**學號**學生姓名**. 自動避障循跡小車。利用AT89C52芯片，L298N芯片制作自動避障循跡小。本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究所取得的成。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的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標明。本畢業(yè)設(shè)計的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。作態(tài)度及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：。中國礦業(yè)大學徐海學院畢業(yè)設(shè)計答辯及綜合成績。智能小車是移動式機器人的重要組成部分，本設(shè)計通過不斷檢測各個模。距實現(xiàn)避障，采用存儲空間較大的AT89C52作為主控制芯片，電動車電機驅(qū)。動采用L298N芯片，根據(jù)內(nèi)置的程序分別控制小車左右兩個直流電機運轉(zhuǎn)，

　　

【正文】 的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計會有較大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng) [13]。 單片機的簡單介紹 在眾多的單片機系列中， 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 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(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 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口， 3 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ， 2 個全雙工串行通信口， 2個讀寫口線 ， AT89C52 可以按照常規(guī)方法進行編程 ， 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 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 17 電源模塊 在本系統(tǒng)中，需要用到的電源有單片機的 5V， L298N 芯片的電源 5V 和電機的電源 7— 15V。所以需要對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 分別給單片機和電機驅(qū)動芯片供電。這種接法比較簡單，但小車的電路功耗過大會導(dǎo) 致后輪電機動力不足。 方法 2：采用雙電源。為了確保單片機控制部分和后輪電機驅(qū)動的部分的電壓不會互相影響，要把單片機的供電和驅(qū)動電路分開來，即：用 6 節(jié)干電池 來驅(qū)動電機芯片，然后用 7805 穩(wěn)壓管來穩(wěn)成 5V 供給單片機，后輪電機的電源用 3V 供電，這樣有助于消除電機干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 基于以上分析，選擇方法 2。 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 18 3 硬件設(shè)計 總體設(shè)計 小車總體概述 智能小車采用前輪驅(qū)動，前輪左右兩邊各用一個電機驅(qū)動，調(diào)制前面兩個輪子的轉(zhuǎn)速起停從而達 到控制轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬象輪，起支撐的作用。將循跡光電對管分別裝在車體下的左右。當車身下左邊的傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制左輪電機停止，車向左修正，當車身下右邊傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制右輪電機停止，車向右修正。 避障的原理在車身前方裝有超聲波傳感器，當其檢測到障礙物時，主控芯片給出信號報警并控制車子倒退、轉(zhuǎn)向，從而避開障礙物。 電路分為電源模塊、單片機模塊、電機驅(qū)動模塊、循跡模塊、壁障模塊。 小車總體設(shè)計框圖 循跡模塊 避障模塊數(shù)碼顯示模塊 電機驅(qū)動模塊AT 89 C 52 控制模塊電源模塊 圖 3 總體設(shè)計框圖 驅(qū)動電路設(shè)計 電機驅(qū)動采 用 H 橋式驅(qū)動電路， L298N 內(nèi)部集成了 H 橋式驅(qū)動電路，從而采用 L298N 電路來驅(qū)動電機。通過單片機給予 L298N 電路 PWM 信號中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 19 來控制小車的速度，起停。 L298N 的管腳如圖 4 所示，驅(qū)動原理電路圖如圖 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 電機驅(qū)動電路 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 20 信號檢測模塊電路設(shè)計 將單片機用作測控系統(tǒng)時，系統(tǒng)中總要有被測信號輸入通道，拾取必要的輸入信息。作為測試系統(tǒng)，對被測對象拾取必要的原始參量信號是系統(tǒng)的核心任務(wù)，對控制系統(tǒng)來說，對被控對象狀態(tài)的測試以及對控制條件的監(jiān)測也是不可 缺少的環(huán)節(jié)。因此，信號檢測模塊占有重要地位。 循跡模塊信號檢測電路 小車循跡原理 是小車 在畫有黑線的白紙 “ 路面 ” 上行駛，由于黑線和白紙對光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強弱來判斷 “道路 ”—— 黑線。在該模塊中 我采用 了簡單、應(yīng)用也比較普遍的檢測方法 —— 紅外探測法。 紅外探測法，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。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色地面時發(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 ，再通過 LM324 作比較器來采集高低電平，從而實現(xiàn)信號的檢測（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 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 21 壁障模塊和顯示信號檢測電路 避障和顯示模塊都是使用的 US100 超聲波模塊作為信號來源，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 10US 以上的高電平，系統(tǒng)便可發(fā)出 8 個 40KHZ 的超聲波脈沖，然后檢測回波信號。當檢測到回波信號后，模 塊還要進行溫度值的測量，然后根據(jù)當前溫度值對測距結(jié)果進行校正，將校正后的結(jié)果通過 Echo/RX 輸出。 在此模式下，模塊將測距值轉(zhuǎn)化為 340M/S 時的時間值的 2 倍，通過 Echo端輸出一高電平，可根據(jù)此高電平的持續(xù)時間來計算距離值。即距離值為：（高電平時間 *340M/S)/2。 串口觸發(fā)測距工作原理 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 40KHZ 的超聲波脈沖，然后檢測回波信號。當檢 測到回波信號后，模塊還要進行溫度值的測量，然后根據(jù)當前溫度值對測距結(jié)果進行校正，將校正后的結(jié)果通過 Echo/RX 輸出。 輸出的距離值共兩個字節(jié)，第一個字節(jié)是距離的高八位（ HData），第二個字節(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）。 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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 圖 9 顯示模塊電路設(shè)計 本設(shè)計采用四位一體動態(tài)共陰極數(shù)碼管作為顯示器，在小車行駛時顯示小車行駛時間和行駛距離。 本設(shè)計中采用芯 片 74HC245 作為顯示驅(qū)動器， 245 是方向可控的八 路 緩沖器，主要用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)總線的雙向異步通信 。 為了保護脆弱的主控芯片，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。當主控芯片與受控設(shè)備之間需要實現(xiàn)雙向異步通信時，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，使用單片機控制，且用專用驅(qū)動芯片控制可以減少對 CPU 的利用時間，單片機將有更多的時間去完成其他功能。 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 24 A02B018A13B117A24B216A35B315A46B414A57B513A68B612A79B711CE19A B / B A1U17 4 HC2 4 5 圖 10 74HC245 管腳 該芯片共有 20 個管腳，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。 管腳 A0 到 A7 接單片機并行口，通過對單片機對芯片進行控制。管腳 AB/BA接電源 VCC，管腳 CE 接地。 該芯片所驅(qū)動的顯示電路如圖 11 所示 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 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 023P 2 . 3 / A 1 124P 2 . 4 / A 1 225P 2 . 5 / A 1 326P 2 . 6 / A 1 4