【正文】 不斷完善。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我深刻地認(rèn)識到學(xué)好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實際的含義，并且檢驗了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。經(jīng)過自己不斷的搜索努力以及老師和校外指導(dǎo)老師羅五四的耐心指導(dǎo)和曹智同學(xué)的幫助下，本設(shè)計已經(jīng)基本完成。盡管這次設(shè)計做的不是很完美，但通過這次設(shè)計任務(wù)我覺得自己有很大提高，能把很多知識結(jié)合使用，體會到所學(xué)有用之處，相信在以后工作和學(xué)習(xí)中能做的更好。雖然最后得到解決，但這個排障的過程讓我收獲不少。解決了平時理論學(xué)習(xí)中很少遇到的實際問題，在履帶車設(shè)計中不僅要查找硬件問題，還要查找軟件問題。27結(jié)束語從開始與指導(dǎo)老師協(xié)商選定課題到整個課題思路的設(shè)計對于我來說是個巨大的項目，本設(shè)計持續(xù) 3 個月，從對智能車一竅不通到最后圓滿完成設(shè)計效果，感覺到自己有極大的提高。整個編程過程中得到老師和同學(xué)的極大幫助，讓我感受到“旁觀者清”的概念，很多時候自己一個思路做下去很難發(fā)現(xiàn)問題，但有多個思路看問題時就能發(fā)現(xiàn)許多不足，所以團隊合作也很重要。程序的編寫采用了 C 語言，使用 Keil 軟件進(jìn)行調(diào)試。通過查找一些制作智能車常出現(xiàn)的故障，發(fā)現(xiàn)電量不足時單片機會出現(xiàn)程序燒寫較慢，甚至無法擦除燒寫，斷續(xù)工作等故障。需要通過跟精準(zhǔn)的控制完全實現(xiàn)，在以后設(shè)計還有很大提升空間。小車很容易沖出跑道，這里利用履帶車原地轉(zhuǎn)彎的模式能解決這個問題，該功能是普通 4 輪車所難實現(xiàn)的。由電機驅(qū)動分別控制左右電機，解決轉(zhuǎn)彎時單片機控制小車左右不同轉(zhuǎn)向的問題。主要由三路控制，傳感器、單片機、電機驅(qū)動。而 80C51 為我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過的單片機，從而確定整個設(shè)計圍繞單片控制來做，為減少硬件設(shè)計帶來的問題，采用課程試驗單片機 STC12C5A08S2，該單片功能強大完全滿足本次設(shè)計需要。剖開來說也就是對電機的控制。但小車在直角彎時候，有時轉(zhuǎn)向不足，有待提高，現(xiàn)實精確控制，表 6 為實際小車運行情況。通過查找一些制作智能車常出現(xiàn)的故障，發(fā)現(xiàn)電量不足時單片機會出現(xiàn)程序燒寫較慢，甚至無法擦除燒寫，斷續(xù)工作等故障。25圖 履帶車 履帶車總體調(diào)試運行將所有部件全部組裝成功后，燒寫好程序放在預(yù)定軌道上行駛，反復(fù)幾次后發(fā)現(xiàn)小車循跡避障個模塊功能變?nèi)?，探測距離變短，導(dǎo)致偏離跑道，最后出現(xiàn)小車行駛斷斷續(xù)續(xù)。通過調(diào)節(jié)傳感器后方的變阻器的大小來調(diào)節(jié)紅外傳感器的探測距離，通過修改延時程序調(diào)整履帶車行駛狀態(tài)。 履帶車的安裝調(diào)試該 PCB 板四角有螺柱孔，用四根螺柱安裝在小車前方，與傳感器靠近，減少傳感器傳送距離。圖 單片機最小系統(tǒng)實驗板從 PCB 能很容易找出單片機的安裝位置和 I/O 口的引出位置，只需要安裝單片機和數(shù)碼管即可。 }} 第五章 制作與調(diào)試24 PCB 設(shè)計與制作本次履帶車設(shè)計主控電路由單片機最小系統(tǒng)構(gòu)成，所采用的單片機為 51 內(nèi)核單片機，電路板使用上在可以直接采用學(xué)校 51 單片機最小系統(tǒng)實驗板，該板由湖北汽車工業(yè)學(xué)院實驗室制作。}} } ww()。y++) {delay(100)。} for(y=0。y++) {delay(100)。 for(y=0。ff()。y50。k()。y50。/檢測障礙 while (m) {if(m==1) //進(jìn)入避障 { f++。 while(1) { xianshi(f)。f=0。22檢測障礙開始判斷是否有障礙檢測黑線避障直行判斷是否有黑線循跡YNNY圖 總體方案在主程序設(shè)計上我沒有安排左右避障的先后順序，在傳感器的安裝上采用的外張角放置，實際行駛中兩側(cè)幾乎不可能同時探測到障礙物，因此只需要獨立設(shè)置兩種方式的避障行駛方案即可，經(jīng)過實際行駛測試，小車運轉(zhuǎn)正常，沒有出現(xiàn)死循環(huán)狀態(tài)，實現(xiàn)了自動控制的目的 [15]。在設(shè)計中模仿自然規(guī)律，進(jìn)行多學(xué)科融合，這樣設(shè)計的東西在使用的時候才會更穩(wěn)定的實現(xiàn)設(shè)計目的。delay(5000)。P12=0。}void yy()//右轉(zhuǎn) {P10=0。P13=0。P11=0。21}} 以下是避障第二步程序，當(dāng)小車執(zhí)行完后退動作后，將執(zhí)行相應(yīng)的左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)，在以下程序中我們也能看到使用軟件延時 delay(5000),使小車轉(zhuǎn)向合適的角度，這里使用的是履帶車原地轉(zhuǎn)向，比如右側(cè)正轉(zhuǎn)左側(cè)反轉(zhuǎn)。n=0。P17=0。hh=1。P13=0。P11=1。xianshi(f)。n=1。delay(5000)。//后退delay(5000)。P12=1。//避障顯示P10=0。mm=1。完整程序如下：void k()//避障后退函數(shù){if(kk==0)//檢測右傳感器信號{P17=1?？梢愿淖兝ㄌ杻?nèi)的數(shù)值進(jìn)行調(diào)試，使小車倒退行駛我們需要的距離。delay(5000)。P12=1。在這里我使用了自己比較熟悉的軟件延時，使用軟件延時的優(yōu)點在于非常方便調(diào)試，避障整個程序設(shè)計過程中需要進(jìn)行多次試驗，編寫 delay（）延時函數(shù)，可以再程序任意地方進(jìn)行調(diào)用，如以下避障程序中：P10=0。所以各個步驟我們需要設(shè)定他們的執(zhí)行時間，比如避障時履帶車會倒退，那么我們需要設(shè)定它倒退的時間。在其他智能設(shè)計中，我們都要考慮各個環(huán)節(jié)先后循序，使其符合應(yīng)用場合，流程如圖 所示。單片機通過傳感器控制驅(qū)動電路運行方法如表 4 所示。而我采用的方案是在小車前方水平避障傳感器的安裝使其約有 10 度的夾角，左右都是向外擴張 10 度，此紅外傳感器的探測距離調(diào)試約為 15cm，那么斜側(cè) 10 度夾角后前方探測距離變?yōu)? 約為15cm 可以認(rèn)為保持不變，而 2 側(cè)多出了 3cm 的橫向安全距離，當(dāng)橫向距離小于 3cm時候小車也會執(zhí)行避障程序 [13]。 避障方案如圖 所示，經(jīng)過試驗測試，本設(shè)計使用的紅外傳感器的探測夾角較小，當(dāng)小車18與障礙物平行行駛，或者與障礙物的夾角過小時，小車將識別不到障礙，導(dǎo)致小車一側(cè)于障礙物解除碰撞。 }}以上程序我采用了簡單明了的 if 語句將我設(shè)計的路線循跡情況和對驅(qū)動電路的控制對應(yīng)起來，類似查詢表格方式。 P12=0。}elseP10=1。P13=1。P11=0。amp。amp。P17=0。P12=0。P16==1) //中尋黑前進(jìn) {P10=1。P15==0amp。} else if(P14==1amp。P13=1。P11=1。amp。amp。P17=0。P12=0。P16==0)左轉(zhuǎn) {P10=0。P15==1amp。} else if(P14==1amp。P13=0。P11=0。amp。amp。P17=0。P12=0。P16==1)//右轉(zhuǎn) {P10=1。P15==1amp。void ww()//循跡{if(P14==0amp。16第二級通常是在超出第一級的控制范圍的情況下發(fā)生作用，它也是最后一層保護，所以它必須要保證小車回到正確軌跡上來，流程如圖 所示。在經(jīng)過了方向調(diào)整后，如果中間傳感器探測黑線，左右沒有探測到黑線小車再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測黑線重復(fù)上述動作，履帶車控制如表 3 所示 [12]。 左避障 右避障左循跡 中循跡 右循跡單片機報警 顯示電機驅(qū)動左側(cè)前進(jìn) 左側(cè)后退 右側(cè)前進(jìn) 右側(cè)后退圖 總體系統(tǒng)15 循跡方案設(shè)計小車進(jìn)入循跡模式后，即開始不停地掃描與探測器連接的單片機 I/O 口，一旦檢測到某個 I/O 口有信號，即進(jìn)入判斷處理程序，先確定 3 個探測器中的哪一個探測到了黑線，如果左面?zhèn)鞲衅魈綔y到黑線，即小車左半部分壓到黑線，車身向右偏出，此時應(yīng)使小車向左轉(zhuǎn)；如果左面和中間傳感器同時探測到黑線，此種情況為向左急轉(zhuǎn)彎；如果是右面?zhèn)鞲衅魈綔y到了黑線，即車身右半部壓住黑線，小車向左偏出了軌跡，則應(yīng)使小車向右轉(zhuǎn)。本系統(tǒng)中我采用了 5 個傳感器，3 路循跡傳感器，2 路避障傳感器。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。對于本系統(tǒng)，行駛方案和軟件控制更為重要。14第四章 行駛方案設(shè)計在進(jìn)行微機控制系統(tǒng)設(shè)計時，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實際需要設(shè)計應(yīng)用程序。該底盤運動平穩(wěn)，從圖 中可以看出在直流電機和輪車軸之間加裝了減速齒輪，這樣不僅使電機的符合減輕，也符合我的設(shè)計需要。綜合這些因素在網(wǎng)上找到 PR5 小車底盤符合設(shè)計需要，模型如圖 所示。否則，在蜂鳴器兩端會產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動三極管 [11]。圖 蜂鳴器驅(qū)動電路在以上電路中我在蜂鳴器上并聯(lián)一個續(xù)流二極管。 蜂鳴器驅(qū)動模塊設(shè)計由于單片機輸出電流較小不能驅(qū)動蜂鳴器，這里借助 S9013 PNP 型三極管放大電路驅(qū)動蜂鳴器，三極管 Q 起開關(guān)作用，其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通，集電極和發(fā)射極導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)聲；而基極低電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。當(dāng)遇到障礙時傳感器會給出低電平。實物圖如 所示。表 2 循跡端口狀態(tài)對應(yīng)表P1_4 P1_5 P1_6左 中 右1 0 1 前進(jìn)0 1 1 左轉(zhuǎn)1 1 0 右轉(zhuǎn) 避障傳感器設(shè)計該傳感器檢測距離為 080CM，于淘寶購買。圖 循跡電路圖本次設(shè)計采用 3 路循跡模塊，依次排在小車前方，左中右 3 路接單片機 P1_4 到P1_6。圖 集成運放的管腳圖循跡電路圖如圖 所示，當(dāng) TCRT5000 感光導(dǎo)通的時候 R1 和 R2 接地，3 處的電11壓接近 0,R3 位滑動電阻，2 處的電壓設(shè)為 3V，3 處小于 2 處，LM342 的 OUT 端會輸出低電平，供單片機檢測。圖 LM324 內(nèi)部電路在黑線檢測電路中用來確定紅外接收信號電平的高低，以電平高低判定黑線有無。1．5V～177。內(nèi)部有四個運算放大器，有相位補償電路。而避障方面采用紅外傳感器，探測距離較遠(yuǎn)，能有效識別大多數(shù)顏色和黑色的差別提供穩(wěn)定信號，成本稍高點。10 循跡電路設(shè)計 傳感器是智能車的“眼睛” ，它能給我提供智能車的周圍的信息，在本次設(shè)計中采用兩種傳感器：循跡傳感器和避障傳感器。這里我分別在量電機極端接上續(xù)流二極管作為保護電路。續(xù)流二極管經(jīng)常和儲能元件一起使用，防止電壓電流突變，提供通路，續(xù)流二極管不是一個實質(zhì)的元件，而是在電路中起到續(xù)流作用。發(fā)光二級管可以指示電極正反轉(zhuǎn)動的情況，方便設(shè)計中觀察狀態(tài)變化，容易調(diào)試。表 1 L298N 輸入輸出關(guān)系ENA IN1 IN2 電機運行情況H H L 正轉(zhuǎn)H L H 反轉(zhuǎn)H IN2 IN1 快速停止L X X 停止9 驅(qū)動電路設(shè)計驅(qū)動電路如圖 所示 ，驅(qū)動電路 IN1 到 IN4 依次接單片機 P1_0 到 P1_3 端口，IN1 和 IN2 控制電機 1，IN3 和 IN4 控制電機 2。圖 L298N 外部引腳其響應(yīng)頻率高，一片 L298N 可以分別控制兩個直流電機。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，我選用了 L298N 如圖 所示。圖 H 橋式電路用單片機控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速。7 驅(qū)動模塊設(shè)計采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。圖 數(shù)碼管顯示電路從上面電路圖我們能看出數(shù)碼管 7 段碼輸入直接由單片機輸出，而 4 位碼的控制沒有直接由單片機直接驅(qū)動，而是由 4 個三極管作為開關(guān)控制選片，當(dāng)單片機 P20 到P23 輸出高電平時三極管導(dǎo)通，位碼管教接地導(dǎo)通，輸出低電平時三極管高阻態(tài)，相應(yīng)的數(shù)碼管也不會被點亮。 LED 顯示模塊設(shè)計本次設(shè)計顯示數(shù)據(jù)比較簡單主要體現(xiàn)數(shù)碼管的動態(tài)顯示方法，顯示模塊采用共陰極接法的數(shù)碼管顯示，段碼數(shù)據(jù)線接在單片機 P0 端口，4 個位選分別接在 P20P23 端口上。接上 J3 和 J5 跳帽能給驅(qū)動電路供電。接法如圖 所示。驅(qū)動模塊可直接用 的高容量電池直接供電，這種電池經(jīng)過測試實際電壓一般在 8V 左右，能個驅(qū)動模塊提供充足電量。電路圖如 所示。圖 單片機最小系統(tǒng) 復(fù)位電路 該模塊用于單片機的復(fù)位以及外部中斷時使用。 單片機最小系統(tǒng)主控電路只需要連接單片機最小系統(tǒng)即可，引出單片機的 I/O 口，采用 12MHZ 的外部晶振。穩(wěn)壓電源模塊 主控模塊 驅(qū)動模塊傳感器信號模塊LED 顯示模塊減速電機圖 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)4第三章 履帶車電路設(shè)計 主控電路設(shè)計主控電路主要包括兩部分：單片機最小系統(tǒng)和復(fù)位電路。在綜合考慮了傳感器、兩部電機的驅(qū)動等諸多因素后，我們決定采用一片單片機，充分利用 STC12C5A08S2 單片機的資源。根據(jù)這些分析,我選定了 STC12C5A08S2 單片機作為本設(shè)計的主控裝置，該款單片在實驗課程中多次使用，性能穩(wěn)定。因此，這種方案是一種較為理想的方案。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實現(xiàn)小車的自動控制，而在這一點上，單片機就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢——控制簡單、方便、快捷。為此，我們不采用該種方案，進(jìn)而提出了第二種設(shè)想。同時，CPLD 的處理速度非?？?，而小車的行進(jìn)速度不可能太高，那么對系統(tǒng)處理信息的要求也就不會太高，在這一點上，MCU 就已經(jīng)可以勝任了。CPLD 具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點，可利用 VHDL 語言進(jìn)行編寫開發(fā)。如：當(dāng)左側(cè)紅外傳感器檢測到障礙，向單片機發(fā)送低電平信號，單片機執(zhí)行避障程序 [2]。避障傳感器課用于履帶車的探測距離較遠(yuǎn)避障控制，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點，在