【正文】 收端接收不到反射光線，傳感器輸出低電平信號后送 80C51 單片機(jī)處理，判斷執(zhí)行哪一種預(yù)先編制的程序來控制玩具車的行駛狀態(tài) 。具體位置分布如圖 38 所示。方便。 3 硬件設(shè)計 13 圖 37 ST168 檢測電路 正確選擇檢測方法和傳感器是決定循跡效果的重要因素，而正確的器件安裝方法也是影響循跡電路好壞的一個重要因素。且安裝電路簡單。簡便易用，性能可靠。 ST 系列集成紅外探測頭價格便宜。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外線遇到白色地面時發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑紙則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到信號。本設(shè)計采用簡單易用，應(yīng)用也較為普遍的紅外探測法。 循跡檢測電路 該智能小車在鋪有約兩厘米寬黑紙的路面行駛，路面可以近似看為白色。進(jìn)入減速區(qū)時 ,由單片機(jī)控制進(jìn)行 PWM 變頻調(diào)速 ,通過軟件改變脈沖調(diào)寬波形 的占空比 ,實現(xiàn)調(diào)速。 前進(jìn)時，驅(qū)動兩個直流電機(jī)都正轉(zhuǎn) ,后退時，則兩電機(jī)都反轉(zhuǎn)。 PWM 信號由單片機(jī)軟件產(chǎn)生，使用非常方便。這個電壓可以由脈沖的寬度調(diào)節(jié)。電機(jī)是一個慣性環(huán)節(jié)，它的電樞電流餓轉(zhuǎn)速均不能突變，很高的頻率的 PWM 加在電機(jī)上，效果相當(dāng)于施加一個恒定電壓的直流電。 PWM 的理論基礎(chǔ)是：沖量相等而形狀不同的的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果基本相同。 圖 35 L298 管腳分布圖 PWM 調(diào)速原理 脈沖寬度調(diào)制（ Pulse Width Modulation），簡稱 PWM。 3 硬件設(shè)計 11 圖 34 電機(jī)驅(qū)動電路 L298 集成 H 橋芯片。能根據(jù)輸入電壓的大小輸出不同的電壓和功率，解決了負(fù)載能力不夠這個問題。 另外， L298 的驅(qū)動功率較大，在 6~46V 的電壓下，可以提供 2A 的額定電流，并且具有過熱自動關(guān)斷和電流反饋檢測功能，安全可靠；為了保證 L298 正常工作，我們另外安裝了續(xù)流二極管。 L298 中有兩套 H 橋電路，剛好可以控制兩個電機(jī)。直流電機(jī)常用的 PWM，及脈寬調(diào)制方式驅(qū)動。 電機(jī)驅(qū)動電路 驅(qū)動電路 小車使用的是直流電機(jī)。 學(xué)士學(xué)位論文 10 表 31 P1口引腳第二功能 引腳號 第二功能 T2 定時器 /計數(shù)器 T2的外部計數(shù)輸入，時鐘輸出 T2EX 定時器 /計數(shù)器 T2的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制 MOSI 在系統(tǒng)編程用 MISO 在系統(tǒng)編程用 SCK 在系統(tǒng)編程用 表 32 P3口引腳第二功能 引腳號 第二功能 RXD 串行輸入 TXD 串行輸出 INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 0) T0（定時器 0 外部輸入） T1（定時器 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)存儲器寫選通 ) 另外還有第九引腳 RST 為復(fù)位引腳。 且P1 口部分引腳和 P3 口具有第二功能。 4 個 P 口 在一般情況下都是 是一個 8 位雙向 I/O 口。其引腳排列如圖 33 所示 。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。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。其他 P 口用外接控制小車的各種控制開關(guān)， P0口外接 10K 的上拉電阻，可用于外接 LCD1602。 圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng) AT89S52 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括了一路復(fù)位開關(guān)，用于小車復(fù)位。單片機(jī)控制模塊使用的是 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89S52，使用該芯片很容易實現(xiàn)對其他模塊的控制。 圖 31 整體原理電路圖 學(xué)士學(xué)位論文 8 單片機(jī)控制電路 單片機(jī)是控制單元的核心。 考慮到電機(jī)控制要使用 PWM 波形，而 AT89S52 單片機(jī)本身不能產(chǎn)生 PWM，需要外加電路或使用軟件的方式實現(xiàn)，為減少硬件電路，這里選用軟件產(chǎn)生 PWM 方式。把碼盤裝在電機(jī)的軸上，碼盤隨電機(jī)一起轉(zhuǎn)動，這里使用的是改進(jìn)過的的碼盤，把圓形硬紙片切制成直徑為 25mm 的圓，再把圓周用鋸條均勻切 12 條縫，縫的寬度約為 1mm。 避障的原理和循跡一樣，在車頭裝了一個傳感器，傳感器檢測到障礙物時，小車減速，車體做出相應(yīng)的反應(yīng)。3 硬件設(shè)計 7 3 硬件設(shè)計 總體設(shè)計方案 智能小車采用后輪驅(qū)動，后輪左右兩邊各用一個電機(jī)驅(qū)動，調(diào)制兩個后面兩個輪子的轉(zhuǎn)速從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的，前輪是萬象輪，起支撐的作用。故不予考慮。 顯示模塊 由于小車要顯示速度和行駛距離，內(nèi)容較多。我們可以通過軟件編程產(chǎn)生 PWM，既能充分利用可用資源，又不浪費。本 設(shè)計中小車的主控采用我們最為熟悉的AT89S52 單片機(jī)。控制的方法有很多，大部分都采用單片機(jī)控制。且直流電機(jī)易于控制，驅(qū)動電路十分簡單。 學(xué)士學(xué)位論文 6 表 24 電機(jī)控制方式對比 直流電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 調(diào)速性能 較好 較差 位置控制精度 較差 好 驅(qū)動 簡單 復(fù)雜 穩(wěn)定性 較好 好，僅與控制脈沖有關(guān) 由上表可以看出步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)都有各自的優(yōu)點。但步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動相對較復(fù)雜，要由控制器和功率放大器組成。與直流電機(jī)不同，要使步進(jìn)電機(jī)連續(xù)的轉(zhuǎn)動，需要連續(xù)不斷的輸入點脈沖信號，轉(zhuǎn)速的大小由外加的脈沖頻率決定。步進(jìn)電機(jī)具有良好的控制性能。此方法性能較好，電路和 控制都比較簡單。直流電機(jī)的驅(qū)動電路實際上就是一個功率放大器。直流電機(jī)具有良好的調(diào)速性能，控制起來也比較簡單。故有兩種方案。 表 23 速度檢測系統(tǒng)方案對比 霍爾傳感器 關(guān)電碼盤 抗干擾性 較強(qiáng) 強(qiáng) 實時性 較好 好 易用性 需和磁鋼配對使用，較麻煩 較簡單 由上表可以看出光電碼盤在各方面都具有一定的優(yōu)勢，因此本設(shè)計采用關(guān)電碼盤測速。 速度檢測系統(tǒng) 在電機(jī)測 速中，考慮了兩種方案：一種是使用光電碼盤，即透射式光電傳感器（凹槽型，類似老式鼠標(biāo)），另一種是霍爾傳感器（適合較高速度）。我們可以再外接一個 LED 作為檢測指示燈，則可以明顯觀察到這個變化。 這里我們就可以利用光敏二極管對光源變換的敏感反映，檢測外部光源。 光敏電阻器（ photovaristor）又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。所以需要選擇穩(wěn)定性較好的，故本設(shè)計選擇超聲波檢測。常用的有紅外檢測和超聲波檢測，兩種方案的區(qū)別見表 22。 障礙物檢測可以有多種方法：紅外光檢測、超聲波檢測、甚至機(jī)械接觸。又考慮到在測障過程中小車車速及避障反應(yīng)堆小車速度的限制，小車應(yīng)在距障礙物 10CM 的范圍內(nèi)做出反應(yīng)，這樣才能在順利繞過障礙物的同時還為下一步駛?cè)胲噹鞂ふ业阶罴训奈恢煤头较??；谶@些優(yōu)勢以及處于成本的考慮，本設(shè)計采用小車底部，距地面高度合適，可以達(dá)到很好的檢測效果。具體區(qū)別見表 21。這兩種方案都可以達(dá)到小車循跡要求，目前使用最為普遍的循跡檢測方法是紅外探測法。 循跡檢測系統(tǒng) 循跡檢測常用到傳感器。它是實現(xiàn)自動檢測 和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 圖 21 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 方案選擇論證 檢測系統(tǒng)主要運用傳感器作為外部敏感元件，進(jìn)行外部信號的檢測。 本方案能實現(xiàn)對電動車的運動狀態(tài)進(jìn)行實時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。實驗測試結(jié)果滿足要求。軟件中主要用到工業(yè)中常用的 PID 控制算法。整個系統(tǒng)具有自動尋跡、尋光和速度測試功能。 研究內(nèi)容 本設(shè)計的智能電動小車具有自動尋跡、尋光、避障、速度檢測功能，可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車。與此同時，智能小車可以應(yīng)用于考古、機(jī)器人、醫(yī)療器械等許多方面，尤其在足球機(jī)器人研究方面具有很好的發(fā)展前景。這種智能小車能夠自動搜尋前進(jìn)路線，還能爬坡；感知前方的障礙物，并自動尋找前進(jìn)方向，避開障礙物；加入相關(guān)聲光訊號后，更能體現(xiàn)出智能化和人性化的一面。 智能小車正是模仿機(jī)器人的一種嘗試。我們知道，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展是一個國家高科技水平和工業(yè)自動化程度的重要標(biāo)志和體現(xiàn)。因此，可遙控的智能化小車的研究是非常有意義的，具有很大潛在市場價值的。各種智能小車在智能化玩具中占了很大的比例。 Track finding and obstacle avoidance。 Sensor。s attention has been widely applied to design a variety of toys and other products,which greatly enriched people39。隨著我國高科技水平的不斷提高和工業(yè)自動化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，智能小車被廣泛應(yīng)用于各種玩具和其他產(chǎn)品的設(shè)計中，極大地豐富了人們的生活 。電機(jī)驅(qū)動采用常用的 PWM 方式進(jìn)行電機(jī)的調(diào)速控制，小車的速度通過液晶屏來顯示。 利用反射式光電傳感器檢測黑線實現(xiàn)小車循跡，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小汽車的 自動避障，整個系統(tǒng)具有自動尋跡、尋光和速度測試功能。 本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 論文題目 基于 AT89S52 單片機(jī) 的多功能智能小車設(shè)計論文 2020 年 4 年 28 月 。 學(xué)位論文作者簽名： 日 期 ： ） 摘 要 I 摘 要 本 文介紹了一種 利用 AT89S52 單片機(jī)為控制核心，結(jié)合多種傳感器以及 PID 算法實現(xiàn)循跡避障功能 的智能小車。其中，控制部分采用 AT89S52， AT89S52 是一款 8 位單片機(jī)，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。整個系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)較簡單，可靠性能高，能滿足各種設(shè)計的要求。 關(guān)鍵詞 :單片機(jī) ； 傳感器 ； PWM 調(diào)速 ； 循跡避障； pid 控制算法學(xué)士學(xué)位論文 II Abstrac