【正文】 參考文獻 41 圖 35 lm7805 樣品 用 lm78/lm79 系列三端穩(wěn)壓 IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。電源系統(tǒng)的電路圖如圖 34所示。作為智能車參考文獻 40 源，電源模塊為系統(tǒng)的控制器，執(zhí)行機構(gòu)，傳感器等各個模塊提供可靠的工作電壓。 表 33 單片機資源分配表 系統(tǒng)資源類型 用途 備注 看門狗 防止系統(tǒng)跑飛 定時器 0 定時喂狗 P1 端口 路面檢測 輸入 P3 端口 電機控制 輸出 單片機功能模塊介紹 單片機本電路的控制核心，它接收傳感器測得的信號，并控制電機的轉(zhuǎn)動與停止。 電機驅(qū)動和控制電路：通過 51 單片機，控制端口對直流電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來對電機進行控制?？紤]到小車是個不斷運動的實驗設(shè)備，采用干電池供電。當(dāng)有紅外遙控信號時，根據(jù)信號進入相應(yīng)的行駛狀態(tài)，在運動過程中由紅外光電傳感器檢測，通過單片機控制小車進行循跡，系統(tǒng)的自動循跡功能通過紅外線傳感器正前方檢測，由單片機控制實現(xiàn) 在小車行駛過程中，通過 接收 的信號脈沖控制直流電機，以提高系統(tǒng)的靜動態(tài)性能。 綜上所述，我們采用方案二。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。 參考文獻 36 圖 23 電機驅(qū)動原理簡圖 綜合 3種方案的優(yōu)缺點，鑒于本系統(tǒng)設(shè)計體積較小，自身重量較輕，對電機功率輸出要求不高，決定選擇方案 3。但是 LM298 芯片的硬件電路比較復(fù)雜。也用于變速范圍很寬的驅(qū)動裝置 。 運動單元方案論證 參考文獻 35 方案一： 采用直流電機，配合 LM293 驅(qū)動芯片組合。 考慮到性價比問題，本設(shè)計選擇 用 AT89S52 單片機做控制器。 系統(tǒng)方案論證 控制器方案論證 按照 題目要求，控制器主要用于控制電機， 通過相關(guān)傳感器 對 路面的軌跡信息 進行處理， 并將處理信號傳輸給控制器，然后控制器做出相應(yīng)的處理，實現(xiàn)電機的前進和后退，保證在允許范圍類實現(xiàn)蹺蹺板的平衡 。 第四章首先介紹了該系統(tǒng)程序調(diào)試過程中所用到的程序調(diào)試軟件及其調(diào)試環(huán)境。在此過程中，加深對控制理論的理解和認識。 AT89S51 可以說是單片機領(lǐng)域的主流產(chǎn)品 ，其應(yīng)用如此廣泛，所以有必要去學(xué)習(xí)和應(yīng)用該單片機，以滿足實際產(chǎn)品開發(fā)的需要， 也是適應(yīng)社會智能化、自動化的趨勢。2020 年 1 月，美國的 “ 勇氣號 ” 和 “ 機遇號 ” 火星探測車再度登陸火星。美國和前蘇聯(lián)是從20世紀 60 年代末期開始進行月球表面探測任務(wù)的。所以本設(shè)計與實際相結(jié)合，現(xiàn)實意義很強。本設(shè)計就是在這樣的背景下提出的，本題目是結(jié)合科研項目而確定的設(shè)計類課題。在此過程中，加深對控制理論的理解和認識?？梢詫崿F(xiàn)小車自動識別路線，選擇正確的行進路線，并檢測到障礙物自動躲避。 無線傳輸 的發(fā)展使得測量變得相對簡單而且使得處理數(shù)據(jù)的速 度變得很快甚至可以達到實時處理”。 (4)智能家居 在家庭中，可以用智能小車進行家具、遠程控制家中的家用電器，控制室溫等等。民用方面，可以探測化學(xué)泄漏物質(zhì)，可以進行地鐵滅火，以及在強烈地震發(fā)生后到廢墟中尋找被埋人員等。 這種智能小車的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下幾個方面 : (1)軍事偵察與環(huán)境探測 現(xiàn)代戰(zhàn)爭對軍事偵察提出了更高的要求，世界各國普遍重視對軍事偵察的建設(shè)，采取各種有效措施預(yù)防敵方的突然襲擊，并廣泛應(yīng)用先進科學(xué)技術(shù)，不斷研制多用途的偵察器材和探測設(shè)備，在車上裝備攝像機、安全激光測距儀、夜視裝置和衛(wèi)星全球定位儀等設(shè)備 ，通過光纜操縱，完成偵察和監(jiān)視敵情、情報收集、目標搜索和自主巡邏等任務(wù)，進一步擴大偵察的范圍，提高偵察的時效性和準確性。 (2)輔助駕駛系統(tǒng)，利用智能感知系統(tǒng)的信息進行決策規(guī)劃，給駕駛員提出駕駛建議或部分地代替駕駛員進行車輛控制操作。上一層技術(shù)是下一層技術(shù) 的基礎(chǔ)。智能車輛在原有車輛系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一些智能化技術(shù)設(shè)備 : (1)計算機處理系統(tǒng)，主要完成對來自攝像機所獲取的圖像的預(yù)處理、增強、分析、識別等工作 。 智能小車，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中地運用了計算機、傳感、信息、通信、導(dǎo)航及白動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。世界上許多國家都在積極進行智能車輛的研究和開發(fā)設(shè)計。 pulse()。 pulse()。 pulse()。 P1_5=0。 for(b=6。 case 0x8: case 0xc: case 0xe: case 0xd: {right()。} break。 P1_5=1。 TL0=16000%256。P1_4=0。P1_4=0。P1_4=1。P1_4=0。 TR0=0。 } void int0_init() { TMOD=0x01。 } void pulse() //脈沖驅(qū)動 { P1_0=1。 IT0=0。 } void port_init() //I/O口初始化 { P1=0x00。time)。 suit P1_5=P1^5。 suit P1_1=P1^1。 整個系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)較簡單，可靠性能高。液晶顯示速度正常。這也是本次設(shè)計的一個缺陷。結(jié)果表明，小車能很好的完成循跡，即使循跡軌道發(fā)生改變也不影響。不同的是第一次軌道上沒有設(shè)置障礙物，第二次放置了幾個紙箱作為障礙物。經(jīng)分析是由于軟件跑飛。只有當(dāng)更換新電池或小車剛剛啟動時才會很準確，經(jīng)過思考，這都是開關(guān)元件消耗電量很大的原因，一旦電池電量不足其工作將會萎靡不振，于是我們可充電的蓄電池給小車供電，選擇合適的蓄電池可以很好的滿足小車耗電量大的情況。但直插式電源對于運動的小車是個很大的束縛，極為不方便。比例控制是對現(xiàn)在誤差的一種校正，積分 控制是對過去誤差的校正，而微分控制是對將來可能的誤差的校正。無刷直流電機的速度控制方案如圖 43所示。 這個避障的程序不能保證對所有的障礙物布局情況都能順利的避障，但對大多數(shù)的情況確實能有效地 進行避障。 在實際行駛過程中，由于軌道設(shè)計了很 多銳角，鈍角，小車需要轉(zhuǎn)彎的角度較大，為防止轉(zhuǎn)彎過程中小車擺動角度過大而沖出軌道，導(dǎo)致小車無法返回，先讓小車后退，再執(zhí)行轉(zhuǎn)彎。此時小車應(yīng)左轉(zhuǎn)。 4 軟件設(shè)計 19 圖 42 循跡控制 根據(jù)傳感器的布局，可以將傳感器位置用數(shù)字標記，檢測到黑線用數(shù)字 ‘0’表示，沒有檢測到，也即檢測到白線用數(shù)字 ‘1’表示。小車的速度 v等于小車行駛路程 s除以小車行駛時間 t。我們在車輪的軸上安裝的碼盤與車輪同軸同步旋轉(zhuǎn)，就可以得到車輪 旋轉(zhuǎn)的脈沖信號。如果發(fā)射管和接收管之間的障礙物時有時無，則接收管的狀態(tài)就呈現(xiàn) 0和 1的交替，形成脈沖信號。他在現(xiàn)轉(zhuǎn)過程中可以輸出 A、 B 兩相脈沖，每旋轉(zhuǎn)一周輸出一脈沖，通過對 A、 B 兩相脈沖計數(shù)就可以確定光電碼盤旋轉(zhuǎn)的角度。 圖 311 光源檢測電路 圖 312 光敏管陣列 速度檢測電路 本設(shè)計使用光電碼盤作為測量元件。為了達到較好的檢測，這里選擇將光敏陣列排成一個放射狀。通過調(diào)節(jié) RP2 可以改變電路檢測的靈敏度。它的特點是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近開關(guān)用，它的性能較好。這里僅介紹小型超聲波傳感器，發(fā)送與接收略有差別，它適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為 2325KHZ 及 4045KHZ。 超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，并且在傳播過程中有衰減。直到小車避開障礙物，警報排除。為使小車能準3 硬件設(shè)計 14 確避障，設(shè)計在小車的車體前端左右兩側(cè)分別各裝一個超聲波傳感器。此套紅外光電傳感器固定在底盤前沿，貼近地面。從簡單。所以本設(shè)計選擇了 ST178 反射式紅外線光電傳感器作為紅外光的發(fā)射和接受器件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外接電路均較為簡單 . 本系統(tǒng)采用反射式紅外線光電傳感器 ST178 進行軌跡檢測（約 3cm 寬的黑線），反射式紅外光電傳感器 ST178 由一個高發(fā)射功率紅外發(fā)光管和一個高度靈敏光晶體管3 硬件設(shè)計 13 封裝在一個塑料外殼里組成，一般檢測距離可達 4~10cm,鑒于小 車底部聚地面的距離不超過五厘米，故用紅外光電傳感器足以滿足地面黑線的檢測。 市面上用于紅外探測法的器件較多，可以利用反射式傳感器外接簡單電路自制探頭，也可以使用結(jié)構(gòu)簡單、工作性能可靠的集成式紅外探測頭。由于黑紙和白色路面對光線的反射系數(shù)不同，可以根據(jù)接收的反射光的強弱來判斷道路 ——黑紙軌跡。左轉(zhuǎn)時前進時，左電機不轉(zhuǎn)而右電機正轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)前進時，則右電機不轉(zhuǎn)而左電機正轉(zhuǎn)。 3 硬件設(shè)計 12 圖 36 PWM 等效圖示意圖 使用 PWM 方式可以很容易的實現(xiàn)調(diào)速。采用 PWM 進行電機的調(diào)速控制，實際是保持加在電機電機電樞上的脈沖電壓頻率不變，調(diào)節(jié)其脈沖寬度。其外形、管腳分布如圖 35 所示 。電路如圖 34 所示。本設(shè)計中電機驅(qū)動采用 L298 集 成 H 橋芯片。地十八引腳和第十九引腳分別為 振蕩器反相放大器的 輸入端和 輸出端 。 不過 P0 口是 漏極開路的 8 位雙向 I/O 口 ，而其他 P 口都是 具有內(nèi)部上拉電阻的 8 作為輸出口要外部上拉電阻。8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 [16]。 AT89S52 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級 中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。 AT89S52 單片機介紹： AT89S52 是一種低功耗、 高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。通過對單片機 AT89S52寫入程序，可以方便的用軟件來控制整個過程 .控制部分如圖 32所示 。 整體原理電路圖如圖 31 所示。 小車速度的檢測也是靠的紅外線，只不過是器件的型號不同，速度檢測的傳感器用的是對射式，避障用的是直射式。液晶顯示電路簡單，使用方便，一個液晶顯示器就可以同時滿足此處同時顯示速度和距離的要求 ，且更加直觀明了。且能很好的滿足題目要求 。單片機要完成電機控制、循線控制、避障控制金屬檢測控制和光源檢測控制等工作。步進電機能進行精確的位置控制，但驅(qū)動電路麻煩，鑒于本設(shè)計中小車的位置控制不要求十分精確，直流電機即可滿足小車要求的精度。去而且其轉(zhuǎn)動不受電壓波動和負載變化的影響，也不受溫度、氣壓等環(huán)境因素的影響，僅與控制脈沖有關(guān) [8]。 方案二：使用步進電機。直流電機只要通上直流電源就可連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)電壓的大小就可以改變電機的速度。 電機驅(qū)動系統(tǒng) 直流電機和步進電機都可以用于小車驅(qū)動。即有光照時 LED 亮，無時則滅。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的 變化）。 表 22 障礙檢測系統(tǒng)方案對比 紅外檢測 超聲波檢測 檢測距離 4~10cm ~ 精確度 1cm 1cm 受外界環(huán)境干擾程度 易受外界環(huán)境干擾 不易受外界環(huán)境干擾 硬件電路 所需元器件少，尺寸小，安裝簡便 稍復(fù)雜，安裝簡便 成本 8元左右 6元左右 從上表可以看出，相對紅外檢測，超聲波檢測距離遠，不易受外界環(huán)境干擾，由于小車需要在行駛過程中檢測障礙物，顛簸，光照方面可能會對檢測產(chǎn)生影響。否則，如果范圍太大 ，則可能產(chǎn)生障礙物的判斷失誤；范圍過小又很容易造成車身撞上障礙物或雖繞過障礙物卻無法實現(xiàn)理想定向方案。 表 21 循跡檢測方案對比 紅外光電傳感器 CCD傳感器 受外界干擾程度 小 較小 實時性 好 差 對主控芯片要求 較低 較高 成本 較低 高 從上表中 可以很明顯的看出，紅外傳感器相對于 DDC 傳感器來說，在實時性和對主控芯片的要求方面都比 CCD 傳感器要好。根據(jù)小車功能的要求有兩種方案，一種是使用紅外光電傳感器，另一種是使用 CCD 傳感器。 傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計與論證 4 儲、顯示、記錄和控制等要求 [7]。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計與論證 3 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計與論證 總體方案設(shè)計 根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動車的基礎(chǔ)上，加裝反射式紅外光電傳感器、超聲波傳感器、速度檢測傳感器以及光敏二極管陣列，實現(xiàn)對電動車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片 機進行處理，然后由單片機根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動車的智能控制。電機驅(qū)動采用常用的 PWM 方式進行電機的降壓調(diào)速控制，小車的速度通過液晶屏來顯示。因此，智能化小車的研究不僅具有很大的現(xiàn)實意義，還具有極為廣闊的應(yīng)