【正文】 用STC89C52RC單片機(jī)作為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主控芯片，而且此芯片燒程序也不需要專用的下載器，另一方面節(jié)省了成本，只要安裝USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)，在普通的計(jì)算機(jī)上就可以燒寫程序，很方便。a H型橋式電路 b L298N實(shí)物圖 主控制芯片選擇方案1：可以采用ARM為系統(tǒng)的控制器，優(yōu)點(diǎn)是該系統(tǒng)功能強(qiáng)大，片上外設(shè)集成度搞密度高，提高了穩(wěn)定性，系統(tǒng)的處理速度也很高，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、超載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的 PWM調(diào)速技術(shù)。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的 H型橋式電路()。更主要的問題在于一般的電動(dòng)機(jī)電阻很小，但電流很大，分壓不僅回降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。方案2：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到分壓的目的。為了能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，我們選擇了方案2。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方案。由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的定位，可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位。 電壓比較器選擇 市場上可以做電壓比較器的運(yùn)放，實(shí)在是太多，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件以及器件選擇經(jīng)濟(jì)并且能滿足使用要求的原則，本次電壓比較器選擇實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的LM324，此器件價(jià)格便宜，并且?guī)в姓娌顒?dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響，因此我們放棄了這個(gè)方案。方案2：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。為此我們產(chǎn)生以下三種方案。所以我們最終選擇方案二，即紅外光傳感器作為傳感器檢測模塊的基本器件。方案3：紫外線傳感器。紅外線是波長為 830nm～950nm 的電磁波，自然環(huán)境物理在該波段的輻射量是很微弱的，所以紅外反射式傳感器受外界干擾較小，可靠性高。方案1：可見光傳感器是基于可見光源的傳感器，它結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)成熟，但是它工作在可見光波段，容易被外界干擾。綜合以上的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)決定采用第二種方案。 電源模塊的設(shè)計(jì)方案1：采用單電源供電，通過單電源同時(shí)對(duì)單片機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行供電，此方案的優(yōu)點(diǎn)是，減少機(jī)身的重量，操作簡單，其缺點(diǎn)是，這樣會(huì)使單片機(jī)的波動(dòng)變大，影響單片機(jī)的性能，穩(wěn)定性比較弱。 3：單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。（按照程序預(yù)設(shè)）；擴(kuò)展部分：實(shí)現(xiàn)小車的避障功能（如時(shí)間充足）；主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容: 1：電源模塊的設(shè)計(jì)。2 方案論證與選擇 任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)控制的自動(dòng)尋跡小車，使小車能夠自動(dòng)檢測地面黑色軌跡，并沿著黑色車軌跡行駛。第4章首先介紹了該系統(tǒng)的軟件編程，以及程序調(diào)試過程中所用到的程序調(diào)試軟件及其調(diào)試環(huán)境。第2章介紹了該智能循跡小車系設(shè)計(jì)方案比較和選擇，分析了各模塊的功能。我此次的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)循跡、檢測鐵片、顯示小車行走時(shí)間這三個(gè)功能。其基本可實(shí)現(xiàn)循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫、避崖等基本功能，這幾屆的電子設(shè)計(jì)大賽智能小車又在向聲控系統(tǒng)發(fā)展。CPU使用STC89C52單片機(jī)，配合軟件編程實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)一般有兩種方案：第一，勿需占用單片機(jī)資源，直接選擇有PWM功能的單片機(jī)，這樣可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速；第二，可以由軟件模擬PWM輸出調(diào)制，需要占用單片機(jī)資源，難以精確調(diào)速，但單片機(jī)型號(hào)的選擇余地較大?；谏鲜鲆?，傳感檢測部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可，所以可以舍棄昂貴的CCD傳感器而考慮使用價(jià)廉物美的紅外反射式傳感器來充當(dāng)。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能，還可以擴(kuò)展循跡等功能，感知導(dǎo)引線和障礙物。該智能小車可以作為機(jī)器人的典型代表。避障控制系統(tǒng)是基于自動(dòng)導(dǎo)引小車（AVG—autoguide vehicle）系統(tǒng)，基于它的智能小車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別路線，判斷并自動(dòng)避開障礙，選擇正確的行進(jìn)路線。但CCD傳感器的價(jià)格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺的系統(tǒng)中考慮使用接近覺傳感器是一種實(shí)用有效的方法。視覺的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)于視覺的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后，機(jī)器視覺需要通過大量的運(yùn)算也只能識(shí)別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡單的目標(biāo)。人們在不斷探討、改造、認(rèn)識(shí)自然的過程中，制造能替代人勞動(dòng)的機(jī)器一直是人類的夢想。智能巡線小車的設(shè)計(jì)方案 智能小車的意義和作用自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領(lǐng)域。近年來機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的感覺傳感器種類越來越多，其中視覺傳感器成為自動(dòng)行走和駕駛的重要部件。視覺傳感器的核心器件是攝像管或CCD，目前的CCD已能做到自動(dòng)聚焦。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線和障礙物，感知導(dǎo)引線相當(dāng)給機(jī)器人一個(gè)視覺功能。使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測部分、執(zhí)行部分、CPU?？梢詫?shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并檢測到障礙物自動(dòng)躲避。智能小車的執(zhí)行部分，是由直流電機(jī)來充當(dāng)?shù)?，主要控制小車的行進(jìn)方向和速度。考慮到實(shí)際情況，本文選擇第二種方案。 智能小車的現(xiàn)狀現(xiàn)智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實(shí)質(zhì)成果。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列。 論文各部分的主要內(nèi)容第1章對(duì)智能循跡小車意義和作用，現(xiàn)狀進(jìn)行簡單闡述。第3章闡述了智能小車系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)，其中包括電源模塊、路面檢測模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，以及一些輔助電路。最后總結(jié)部分說明了本論的主要內(nèi)容，舉出了在系統(tǒng)測試過程中所發(fā)現(xiàn)的問題，并提出了可能的解決方案。檢測黑線軟件控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制小車 小車工作原理框圖設(shè)計(jì)要求：基本要求：實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)循跡，能前進(jìn)、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、后退，檢測沿途的鐵片并顯示鐵片數(shù)目跟小車行走時(shí)間。 2：路面檢測模塊的設(shè)計(jì)。 4：電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)。方案2：采用雙電源供電，通過兩個(gè)獨(dú)立的電源分別對(duì)單片機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行供電，此方案的優(yōu)點(diǎn)是，減少波動(dòng)，穩(wěn)定性比較好，可以讓小車更好的運(yùn)作起來，唯一的缺點(diǎn)就是會(huì)增加小車的重量。 路面檢測模塊的設(shè)計(jì) 傳感器類型選擇循跡模塊對(duì)于智能巡線小車來說就像來說有如人的眼睛對(duì)于人，是提供給小車的“眼睛”，此類光電傳感器可以分為：可見光傳感器、紅外傳感器、紫外線傳感器等（此處不考慮光電耦合器件和位置敏感器件，由于它們占用太多的MCU資源，用起來不方便）。方案2：紅外光傳感器。設(shè)計(jì)技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。在自然環(huán)境下該類傳感器很難受干擾，可靠性高，但是它價(jià)格昂貴。 紅外傳感器方案循跡主要是檢測路面情況，利用光的反射原理，當(dāng)光線照射在白在線，反射量比較大，反之，照在黑在線，由于黑色對(duì)光的吸收，反射回來的量比較少，這樣就可以判斷黑帶軌道的走向。方案1：用光敏電阻組成光敏探測器。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。因此我們考慮其它更加穩(wěn)定的方案。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測出黑線繼而輸出高電平。方案3：采用TCRT50000光電傳感器，該傳感器模塊是基于TCRT5000紅外光電傳感器設(shè)計(jì)的一款紅外反射式光電開關(guān)，傳感器采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，輸出的信號(hào)經(jīng)施密特電路整形，穩(wěn)定可靠。 控制電機(jī)方案比較方案1：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。方案2：采用小型直流減速電機(jī)。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的比較方案1：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制,缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。但電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。方案3：采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。用單片機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，我選用了L298N()。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(jī)。 方案2：選用51系列的單片機(jī)，AT89S52單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，功耗低、體積小、技術(shù)成熟，成本也比ARM低。 本章小結(jié) 經(jīng)過積極論證，最后采用以STC89C52單片機(jī)為控制核心，黑白線信號(hào)經(jīng)過TCRT5000輸出高低電壓信號(hào)，再經(jīng)過LM324電壓比較器輸出給單片機(jī)標(biāo)準(zhǔn)TTL電平信號(hào)，而單片機(jī)根據(jù)輸入口高低電平的變化來執(zhí)行相對(duì)應(yīng)指令，使小車達(dá)到穩(wěn)定的行駛。將循跡光電對(duì)管分別裝在車體下的左中右，分別檢測來自路面的信息，比如當(dāng)只有左邊的傳感器檢測到黑線的時(shí)候（即對(duì)應(yīng)的輸出是高電平的時(shí)候），通過主控制器控制左邊的電機(jī)速度慢一點(diǎn)，同時(shí)右邊的速度快一點(diǎn)，就可以完成小車的轉(zhuǎn)彎，為了使小車平穩(wěn)的過渡彎道，可以將相應(yīng)的電機(jī)的占空比調(diào)節(jié)范圍小一點(diǎn)，這樣可以避免急轉(zhuǎn)彎，對(duì)小車的穩(wěn)定行駛也有作用的。該器件采用ATMEL搞密度非易失內(nèi)存制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。定時(shí)組件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。外部方式的時(shí)鐘電路如圖3—3（b）所示，XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘P1和P2，供單片機(jī)使用。C1，C2為30PF的瓷片電容。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除PC之外，復(fù)位操作還對(duì)其它一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表一所示。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期(即二個(gè)機(jī)器周期)以上。： 復(fù)位信號(hào)的電路邏輯圖整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位相按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。這佯，只要電源Vcc的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的，（b）所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的，（c）所示：（a）上電復(fù)位 （b）按鍵電平復(fù)位 （c）按鍵脈沖復(fù)位上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于6MHz晶振，能保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期。STC89C52具體引腳介紹如下：① 主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源GND(Pin20)：接地線②外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端③控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù) STC89C52引腳圖位。④可編程輸入/輸出引腳（32根）STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、PPP3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。 STC89C52內(nèi)部資源主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)32個(gè)雙向I/O口3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷2個(gè)串行中斷2個(gè)外部中斷源2個(gè)讀寫中斷口線低功耗空閑和掉電模式8K可反復(fù)擦寫Fl