【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作過程中，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，我們的車體底盤經(jīng)過充分的論證和設(shè)計(jì)，兼顧了美觀、廉價、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、成本等問題，在性能和價格之間作了比較好的平衡。經(jīng)過多次測試，結(jié)果表明在一定的弧度范圍內(nèi)，小車能夠沿著黑線軌跡行進(jìn)，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。在這過程中會遇到 90 度的急彎道和圓弧形的彎道，主要測試小車直行的順暢度和轉(zhuǎn)彎時的靈活度以及精準(zhǔn)度。圖 穩(wěn)壓電源電路圖4 系統(tǒng)功能測試 測試儀器及設(shè)備表 測試儀器設(shè)備清單儀器名稱 型號 用途 數(shù)量PC 機(jī) 華碩 調(diào)試及下載程序 1數(shù)字萬用表 MASTECH my－65 測量各電路工作情況 1白紙（粘黑線） 1m*1m 循跡場地用 1 功能測試小車從 A 點(diǎn)啟動，繞著路徑行走，循跡路線如圖 所示。圖 蜂鳴器電路圖 穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)為了給整個控制系統(tǒng)提供一個穩(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)動電路圖 L298N 蜂鳴器電路設(shè)計(jì)在小車越界探測到黑線時報(bào)警，蜂鳴器不需要復(fù)雜電路構(gòu)造，直接驅(qū)動就可以，但是為保作用高效加一個三極管（NPN9013） 。另外，L298N 的驅(qū)動功率較大，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)載能力不夠這個問題。根據(jù)驅(qū)動功率大小以及連接電路的簡化要求選擇 L298N，其外形、管腳分布如圖 (a)所示。經(jīng)過多次試驗(yàn)，最終確定合適的脈寬和占空比，基本能保證小車在所需要的速度范圍內(nèi)平穩(wěn)前行。 車速的控制車速調(diào)節(jié)的方法有兩種：一是用步進(jìn)電機(jī)代替小車上原有的直流電機(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)具有價格低廉是使用簡單的特點(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小車運(yùn)行的核心部件，起著控制小車所有運(yùn)行狀態(tài)的作用。小車前進(jìn)時，始終保持(如圖 3 中所示的行走軌跡黑線)在 X1 和 Y1 這兩個第一級傳感器之間，當(dāng)小車偏離黑線時，第一級傳感器就能檢測到黑線，把檢測的信號送給小車的處理、控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)發(fā)出信號對小車軌跡予以糾正。圖 紅外探頭的分布圖圖中循跡傳感器全部在一條直線上。 傳感器的安裝正確選擇檢測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，測試發(fā)現(xiàn)發(fā)射功率完全能滿足檢測需要；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)檢測電路的靈敏度。ST198 的檢測距離很小，一般為 8~15 毫米，因?yàn)?8 毫米以下是它的檢測盲區(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單，如圖 所示。在小車行駛過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。筆者在該模塊中利用了簡單、應(yīng)用也比較普遍的檢測方法——紅外探測法。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 智能尋跡小車模塊設(shè)計(jì) 總體方案整個電路系統(tǒng)分為檢測、控制、驅(qū)動三個模塊。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，溫度的漂移是它無法消除的。滯回比較器有兩個數(shù)值不同的閾值，當(dāng)輸入信號因受干擾或其他原因發(fā)生變化時，只要變化量不超過兩個閾值之差，滯回比較器的輸出電壓就不會來回變化。這種情況，通常是不允許的。簡單電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，而且靈敏度高，但它的抗干擾能力差，也就是說如果輸入信號因受干擾在閾值附近變化，則比較器輸出就會反復(fù)的從一個電平跳到另一個電平。具體措施多為在集成運(yùn)放的兩個輸入端并聯(lián)二極管。(2) 選用集成電壓比較器。響應(yīng)時間越短，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。由于比較器的上述特點(diǎn)，在分析時既不能象對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電平跳變到另一個電平的臨界條件所對應(yīng)的輸入電壓值（閾值）來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)與一個受輸入信號控制的開關(guān)，當(dāng)輸入電壓經(jīng)過閾值時開關(guān)動作，使輸出從一個電平跳變到另一個電平。由于比較器中運(yùn)放處于開環(huán)或正反饋狀態(tài)，它的兩個輸入端之間的電位差與開環(huán)電壓放大倍數(shù)的乘積通常超過最大輸出電壓，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性關(guān)系，即在放大、運(yùn)算等電路中常用的計(jì)算方法對于比較器不再適用。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) 工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。比較器有各種不同的類型。電壓比較器的功能是比較兩個電壓的大小，例如將一個信號電壓 Ui 和一個參考電壓 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不同的電平，即高電平和低電平。但在實(shí)際操作中，往往滿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)能識別的 TTL 電平卻又無法抑制共模干擾。例如，在測量本設(shè)計(jì)中的光電檢測信號時需要把檢測過來的電平信號放大并濾除干擾，而且要求對共模干擾信號具有相當(dāng)強(qiáng)的抑制能力。方案二：采用差動放大電路。但是也存在著許多不足。圖 電動車的方向檢測電路(a)圖 電動車的方向檢測電路(b)檢測放大器方案：方案一：使用普通單級比例放大電路。前行與倒車控制電路的核心是橋式電路和繼電器。前進(jìn)時，驅(qū)動輪直流電機(jī)正轉(zhuǎn),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(shí)現(xiàn)調(diào)速。正常行駛時，發(fā)射管發(fā)射紅外光照射地面，光線經(jīng)白紙反射后被接收管接收，輸出高電平信號；電動車經(jīng)過黑線時，發(fā)射端發(fā)射的光線被黑線吸收，接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。紅外發(fā)光二極管發(fā)射一定強(qiáng)度的紅外線照射物體，紅外光敏三極管在接收到反射回來的紅外線后導(dǎo)通，發(fā)出一個電平跳變信號。行車方向檢測電路（見圖 電動車的方向檢測電路(b)）采用反射接收原理配置了一對紅外線發(fā)射、接收傳感器。本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)兩個光電三極管，分別放置在電動車車頭的左、右兩個方向，用來控制電動車的行走方向，當(dāng)左側(cè)光電管受到光照時，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，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，單片機(jī)控制直行。利用超聲波傳感器檢測障礙。 檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)光電檢測，即利用各種傳感器對電動車的避障、位置、行車狀態(tài)進(jìn)行測量?？赡?PWM 變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有 H 型、T 型等類型。脈寬調(diào)速也可通過單片機(jī)控制繼電器的閉合來實(shí)現(xiàn)，但是驅(qū)動能力有限。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)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，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） ，簡稱 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，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。它的另一個缺點(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。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機(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)對電動車的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。（2）小車按指定路線運(yùn)行，自動區(qū)分直線軌道和彎路軌道，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。紅外探測器探測距離有限，一般最大不應(yīng)超過 3cm。紅外探測法，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(diǎn)，在小車行駛過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；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車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道路上的障礙，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車，并可以自動記錄時間、里程和速度，自動尋跡和尋光功能。這種方案能實(shí)現(xiàn)對電動車的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。設(shè)計(jì)的智能電動小車應(yīng)該能夠?qū)崟r顯示時間、速度、里程，具有自動尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車。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。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國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)；光電檢測器；PWM 調(diào)速；電動小車。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果滿足要求，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道路上的障礙，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車，并可以自動記錄時間、里程和速度，自動尋跡和尋光功能。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。這里介紹的是如何用 80C51 單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)長春工業(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)類課題。整個系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高。采用的技術(shù)主要有：（1）通過編程來控制小車的速度；（2）傳感器的有效應(yīng)用；（3）新型