【正文】 程中，他給予我很大的幫助。這些都將使我的一生受益匪淺！老師的諄諄教誨將令我終身難忘。在課題的研究和論文的寫(xiě)作過(guò)程中，朱老師給了我很多耐心的指導(dǎo)和啟發(fā)。致 謝轉(zhuǎn)眼間，四年的本科學(xué)習(xí)很快就過(guò)去了，在論文即將完成之際，我衷心的感謝所有指導(dǎo)、關(guān)心和幫助我的老師、同學(xué)和朋友。另外，我們的車(chē)體底盤(pán)經(jīng)過(guò)充分的論證和設(shè)計(jì)，兼顧了美觀、廉價(jià)、穩(wěn)固、可靠等各方面的因素，具有較高的穩(wěn)定性和推廣意義。我的尋跡小車(chē)在完成設(shè)計(jì)要求的前提下，充分考慮到了外觀、成本等問(wèn)題，在性能和價(jià)格之間作了比較好的平衡。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，結(jié)果表明在一定的弧度范圍內(nèi)，小車(chē)能夠沿著黑線(xiàn)軌跡行進(jìn)，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。在這過(guò)程中會(huì)遇到 90 度的急彎道和圓弧形的彎道，主要測(cè)試小車(chē)直行的順暢度和轉(zhuǎn)彎時(shí)的靈活度以及精準(zhǔn)度。圖 穩(wěn)壓電源電路圖4 系統(tǒng)功能測(cè)試 測(cè)試儀器及設(shè)備表 測(cè)試儀器設(shè)備清單儀器名稱(chēng) 型號(hào) 用途 數(shù)量PC 機(jī) 華碩 調(diào)試及下載程序 1數(shù)字萬(wàn)用表 MASTECH my－65 測(cè)量各電路工作情況 1白紙（粘黑線(xiàn)） 1m*1m 循跡場(chǎng)地用 1 功能測(cè)試小車(chē)從 A 點(diǎn)啟動(dòng)，繞著路徑行走，循跡路線(xiàn)如圖 所示。圖 蜂鳴器電路圖 穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)為了給整個(gè)控制系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓，在此選擇了 7805 穩(wěn)壓管作為該電路的核心芯片。圖 (b) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 L298N 蜂鳴器電路設(shè)計(jì)在小車(chē)越界探測(cè)到黑線(xiàn)時(shí)報(bào)警，蜂鳴器不需要復(fù)雜電路構(gòu)造，直接驅(qū)動(dòng)就可以，但是為保作用高效加一個(gè)三極管（NPN9013） 。另外，L298N 的驅(qū)動(dòng)功率較大，能夠根據(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(gè)問(wèn)題。根據(jù)驅(qū)動(dòng)功率大小以及連接電路的簡(jiǎn)化要求選擇 L298N，其外形、管腳分布如圖 (a)所示。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，最終確定合適的脈寬和占空比，基本能保證小車(chē)在所需要的速度范圍內(nèi)平穩(wěn)前行。 車(chē)速的控制車(chē)速調(diào)節(jié)的方法有兩種：一是用步進(jìn)電機(jī)代替小車(chē)上原有的直流電機(jī)；二是在原有直流電機(jī)的基礎(chǔ)上，采用 PWM 調(diào)速法進(jìn)行調(diào)速。由于 51 單片機(jī)具有價(jià)格低廉是使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，這里選擇了 ATMEL 公司的 AT89S51 作為控制核心部件，其程序控制方框圖如圖 所示。 軟件控制單元 單片機(jī)選型及程序流程此部分是整個(gè)小車(chē)運(yùn)行的核心部件，起著控制小車(chē)所有運(yùn)行狀態(tài)的作用。小車(chē)前進(jìn)時(shí)，始終保持(如圖 3 中所示的行走軌跡黑線(xiàn))在 X1 和 Y1 這兩個(gè)第一級(jí)傳感器之間，當(dāng)小車(chē)偏離黑線(xiàn)時(shí)，第一級(jí)傳感器就能檢測(cè)到黑線(xiàn)，把檢測(cè)的信號(hào)送給小車(chē)的處理、控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)對(duì)小車(chē)軌跡予以糾正。圖 紅外探頭的分布圖圖中循跡傳感器全部在一條直線(xiàn)上。 傳感器的安裝正確選擇檢測(cè)方法和傳感器件是決定循跡效果的重要因素，而且正確的器件安裝方法也是循跡電路好壞的一個(gè)重要因素。R1 限制發(fā)射二極管的電流，發(fā)射管的電流和發(fā)射功率成正比，但受其極限輸入正向電流 50mA 的影響，用 R1=200 歐的電阻作為限流電阻,Vcc=5V 作為電源電壓，測(cè)試發(fā)現(xiàn)發(fā)射功率完全能滿(mǎn)足檢測(cè)需要；可變電阻 R2 可限制接收電路的電流，一方面保護(hù)接收紅外管；另一方面可調(diào)節(jié)檢測(cè)電路的靈敏度。ST198 的檢測(cè)距離很小，一般為 8~15 毫米，因?yàn)?8 毫米以下是它的檢測(cè)盲區(qū)，而大于 15 毫米則很容易受干擾。ST 系列集成紅外探頭價(jià)格便宜、體積小、使用方便、性能可靠、用途廣泛，所以該系統(tǒng)中最終選擇了 ST198 反射傳感器作為紅外光的發(fā)射和接收器件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外接電路均較為簡(jiǎn)單，如圖 所示。在小車(chē)行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車(chē)上的接收管接收；如果遇到黑線(xiàn)則紅外光被吸收，則小車(chē)上的接收管接收不到信號(hào)。筆者在該模塊中利用了簡(jiǎn)單、應(yīng)用也比較普遍的檢測(cè)方法——紅外探測(cè)法。系統(tǒng)方案方框圖如圖 所示。施密特觸發(fā)器具有與滯回比較器相類(lèi)似的滯回特性，但施密特觸發(fā)器的抗干擾能力比滯回比較器更強(qiáng)3 智能尋跡小車(chē)模塊設(shè)計(jì) 總體方案整個(gè)電路系統(tǒng)分為檢測(cè)、控制、驅(qū)動(dòng)三個(gè)模塊。綜合考慮系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，最后我們決定采用數(shù)字器件——施密特觸發(fā)器。但是，滯回比較器畢竟是模擬器件，溫度的漂移是它無(wú)法消除的。滯回比較器有兩個(gè)數(shù)值不同的閾值，當(dāng)輸入信號(hào)因受干擾或其他原因發(fā)生變化時(shí)，只要變化量不超過(guò)兩個(gè)閾值之差，滯回比較器的輸出電壓就不會(huì)來(lái)回變化。這種情況，通常是不允許的。簡(jiǎn)單電壓比較器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且靈敏度高，但它的抗干擾能力差，也就是說(shuō)如果輸入信號(hào)因受干擾在閾值附近變化，則比較器輸出就會(huì)反復(fù)的從一個(gè)電平跳到另一個(gè)電平。具體措施多為在集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端并聯(lián)二極管。(2) 選用集成電壓比較器。響應(yīng)時(shí)間越短，響應(yīng)速度越快。但實(shí)際集成運(yùn)放的最大轉(zhuǎn)換速率總是有限的，因此比較器輸出電壓的跳變不可能是理想的階躍信號(hào)。由于比較器的上述特點(diǎn)，在分析時(shí)既不能象對(duì)待放大電路那樣去計(jì)算放大倍數(shù)，也不能象分析運(yùn)算電路那樣去求解輸出與輸入的函數(shù)關(guān)系，而應(yīng)當(dāng)著重抓住比較器的輸出從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電平的臨界條件所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值（閾值）來(lái)分析輸入量與輸出量之間的關(guān)系。比較器的輸出通常只有高電平和低電平兩種穩(wěn)定狀態(tài)，因此它相當(dāng)與一個(gè)受輸入信號(hào)控制的開(kāi)關(guān)，當(dāng)輸入電壓經(jīng)過(guò)閾值時(shí)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使輸出從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電平。由于比較器中運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)或正反饋狀態(tài)，它的兩個(gè)輸入端之間的電位差與開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)的乘積通常超過(guò)最大輸出電壓，使其內(nèi)部某些管子進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)，因此在絕大多數(shù)情況下輸出與輸入不成線(xiàn)性關(guān)系，即在放大、運(yùn)算等電路中常用的計(jì)算方法對(duì)于比較器不再適用。因此比較器的性能分析方法與放大、運(yùn)算電路是不同的。比較器的特點(diǎn)：(1) 工作在開(kāi)環(huán)或正反饋狀態(tài)。比較器有各種不同的類(lèi)型。電壓比較器的功能是比較兩個(gè)電壓的大小，例如將一個(gè)信號(hào)電壓 Ui 和一個(gè)參考電壓 Ur 進(jìn)行比較，在 UiUr 和 UiUr 兩種不同情況下，電壓比較器輸出兩個(gè)不同的電平，即高電平和低電平。但在實(shí)際操作中，往往滿(mǎn)足了高共模抑制比的要求，卻使運(yùn)算放大器輸出飽和；為獲得單片機(jī)能識(shí)別的 TTL 電平卻又無(wú)法抑制共模干擾。例如，在測(cè)量本設(shè)計(jì)中的光電檢測(cè)信號(hào)時(shí)需要把檢測(cè)過(guò)來(lái)的電平信號(hào)放大并濾除干擾，而且要求對(duì)共模干擾信號(hào)具有相當(dāng)強(qiáng)的抑制能力。方案二：采用差動(dòng)放大電路。但是也存在著許多不足。圖 電動(dòng)車(chē)的方向檢測(cè)電路(a)圖 電動(dòng)車(chē)的方向檢測(cè)電路(b)檢測(cè)放大器方案：方案一：使用普通單級(jí)比例放大電路。前行與倒車(chē)控制電路的核心是橋式電路和繼電器。前進(jìn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪直流電機(jī)正轉(zhuǎn),進(jìn)入減速區(qū)時(shí),由單片機(jī)控制進(jìn)行 PWM 變頻調(diào)速,通過(guò)軟件改變脈沖調(diào)寬波形的占空比 ,實(shí)現(xiàn)調(diào)速。正常行駛時(shí)，發(fā)射管發(fā)射紅外光照射地面，光線(xiàn)經(jīng)白紙反射后被接收管接收，輸出高電平信號(hào)；電動(dòng)車(chē)經(jīng)過(guò)黑線(xiàn)時(shí)，發(fā)射端發(fā)射的光線(xiàn)被黑線(xiàn)吸收，接收端接收不到反射光線(xiàn)，傳感器輸出低電平信號(hào)后送80C51 單片機(jī)處理，判斷執(zhí)行。紅外發(fā)光二極管發(fā)射一定強(qiáng)度的紅外線(xiàn)照射物體，紅外光敏三極管在接收到反射回來(lái)的紅外線(xiàn)后導(dǎo)通，發(fā)出一個(gè)電平跳變信號(hào)。行車(chē)方向檢測(cè)電路（見(jiàn)圖 電動(dòng)車(chē)的方向檢測(cè)電路(b)）采用反射接收原理配置了一對(duì)紅外線(xiàn)發(fā)射、接收傳感器。本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)兩個(gè)光電三極管，分別放置在電動(dòng)車(chē)車(chē)頭的左、右兩個(gè)方向，用來(lái)控制電動(dòng)車(chē)的行走方向，當(dāng)左側(cè)光電管受到光照時(shí)，單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向左轉(zhuǎn)；當(dāng)右側(cè)光電管受到光照時(shí)，單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向右轉(zhuǎn)；當(dāng)左、右兩側(cè)光電管都受到光照時(shí)，單片機(jī)控制直行。利用超聲波傳感器檢測(cè)障礙。 檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)光電檢測(cè)，即利用各種傳感器對(duì)電動(dòng)車(chē)的避障、位置、行車(chē)狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量?？赡?PWM 變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有 H 型、T 型等類(lèi)型。脈寬調(diào)速也可通過(guò)單片機(jī)控制繼電器的閉合來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是驅(qū)動(dòng)能力有限。根據(jù)以上綜合比較，以及本設(shè)計(jì)中受控電機(jī)的容量和直流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，本設(shè)計(jì)采用了 H 型單極型可逆 PWM 變換器進(jìn)行調(diào)速。2）同樣由于開(kāi)關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。與 VM 系統(tǒng)相比，PWM 調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：1）由于 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá)1：10000 左右。脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation） ，簡(jiǎn)稱(chēng) PWM。采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類(lèi)型，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。且技術(shù)落后，因此擱置不用。改變勵(lì)磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以 GM 系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的。方案三：脈寬調(diào)速系統(tǒng)。方案二：靜止可控整流器。這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿(mǎn)足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。（2）小車(chē)按指定路線(xiàn)運(yùn)行，自動(dòng)區(qū)分直線(xiàn)軌道和彎路軌道，在指定彎路處拐彎，實(shí)現(xiàn)靈活前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、倒退等功能，在軌道上劃出設(shè)定的地圖。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過(guò) 3cm。紅外探測(cè)法，即利用紅外線(xiàn)在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車(chē)行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車(chē)上的接收管接收；如果遇到黑線(xiàn)則紅外光被吸收，小車(chē)上的接收管接收不到紅外光。所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié)合，現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng)。該設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義，可以應(yīng)用于考古、機(jī)器人、醫(yī)療器械等許多方面。Philips 公司還為這一代單片機(jī)80C51 系列 8ｘC592 單片機(jī)引入了具有較強(qiáng)功能的設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線(xiàn)CAN(Controller Area Network BUS).新一代單片機(jī)為外部提供了相當(dāng)完善的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展與配置打下了良好的基礎(chǔ)。新一代的單片機(jī)的最主要的技術(shù)特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn) Microputer 完善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如 A/D﹑PWM﹑PCA(可編程計(jì)數(shù)器陣列)﹑WDT( 監(jiān)視定時(shí)器)﹑高速 I/O 口﹑計(jì)數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。它是第三代單片機(jī)的代表。以 80C51 為控制核心，利用超聲波傳感器檢測(cè)道路上的障礙，控制電動(dòng)小汽車(chē)的自動(dòng)避障，快慢速行駛，以及自動(dòng)停車(chē)，并可以自動(dòng)記錄時(shí)間、里程和速度，自動(dòng)尋跡和尋光功能。這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿(mǎn)足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。設(shè)計(jì)的智能電動(dòng)小車(chē)應(yīng)該能夠?qū)崟r(shí)顯示時(shí)間、速度、里程，具有自動(dòng)尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車(chē)。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，指導(dǎo)教師已經(jīng)有充分的準(zhǔn)備。全國(guó)電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車(chē)這方面的題目，全國(guó)各高校也都很重視該題目的研究。PWM speed adjusting。(3) The adoption of the new display chip.Key words:80C51 single chip puter。關(guān)鍵詞 ：80C51 單片機(jī)；光電檢測(cè)器；PWM 調(diào)速；電動(dòng)小車(chē)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法及測(cè)試結(jié)果分析。本系統(tǒng)以設(shè)計(jì)題目的要求為目的，采用 80C51 單片機(jī)為控制核心，利用超聲波傳感器檢測(cè)道路上的障礙，控制電動(dòng)小汽車(chē)的自動(dòng)避障，快慢速行駛，以及自動(dòng)停車(chē)，并可以自動(dòng)記錄時(shí)間、里程和速度，自動(dòng)尋跡和尋光功能。摘 要80C51 單片機(jī)是一款八位單片機(jī)，他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評(píng)。這里介紹的是如何用 80C51 單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類(lèi)課題。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能高。采用的技術(shù)主要有：（1）通過(guò)編程來(lái)控制小車(chē)的速度；（2）傳感器的有效應(yīng)用；（3）新型