【正文】 供電。綜上所述，決定本系統(tǒng)采用方案二。方案二：使用LED數(shù)碼管顯示。 里程、時(shí)間顯示模塊方案一：使用液晶屏顯示。用它作為本次小車的金屬傳感器，簡(jiǎn)單易行、準(zhǔn)確且抗干擾性能優(yōu)越。電感式接近開(kāi)關(guān)本身就是理想的傳感器。由于該探測(cè)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在短期內(nèi)不可能完成制作，為節(jié)省時(shí)間，我們放棄了該方案。 金屬塊檢測(cè)模塊方案一：使用探測(cè)線圈和探測(cè)儀構(gòu)成的金屬探測(cè)器。在本題中，小車的車輪較小，方案一的磁片密集安裝十分困難，容易產(chǎn)生相互干擾。通過(guò)對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)測(cè)速。方案二：光反射式。 里程、速度測(cè)量模塊方案一：磁感應(yīng)式。根據(jù)本題目中對(duì)探測(cè)地面的要求，由于傳感器可以在車體的下部，發(fā)射、接收距地面都很近，外界光對(duì)其的干擾都很小。方案二：采用反射式紅外發(fā)射－接收器。其缺點(diǎn)在于易受到環(huán)境光源的影響。 循跡模塊探測(cè)路面黑線的原理：光線照射到路面并反射，由于黑線和白線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來(lái)判斷傳感器和黑線相對(duì)位置。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、過(guò)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(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。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(kāi)關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。方案二：采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。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。綜合考慮了傳感器、兩部電機(jī)的驅(qū)動(dòng)等諸多因素后，我們決定采用一片單片機(jī)，充分利用單片機(jī)的資源。針對(duì)本設(shè)計(jì)特點(diǎn)——多開(kāi)關(guān)量輸入的復(fù)雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長(zhǎng)處理多開(kāi)關(guān)量的標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)，而不能用精簡(jiǎn)I/O口和程序存儲(chǔ)器的小體積單片機(jī)，D/A、A/D功能也不必選用。這樣一來(lái)，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。方案二：采用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，用其控制行進(jìn)中的小車，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。但CPLD在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢(shì)。據(jù)此，擬定了以下兩種方案并進(jìn)行了綜合的比較論證，具體如下：方案一：選用一片CPLD（如EPM7128LC8415）作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠、精度高，可滿足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。（6）自動(dòng)記錄、顯示行駛距離（記錄顯示裝置要求安裝在車上）。（4）電動(dòng)車完成上述任務(wù)后應(yīng)立即停車，但全程行駛時(shí)間不能大于60秒，行駛時(shí)間達(dá)到60秒時(shí)必須立即自動(dòng)停車。（2）B～C間為加速區(qū)，車輛往返均要求以高速通過(guò)，通過(guò)時(shí)間不得超過(guò)8秒。在跑道的A、B、C、D各點(diǎn)處有寬為15cm、長(zhǎng)度不等的薄鐵塊。允許用玩具汽車改裝，但不能用人工遙控（包括有線和無(wú)線遙控）。 設(shè)計(jì)構(gòu)成及研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)是基于51系列單片機(jī)的智能小車系統(tǒng)的總體方案，主要是循跡檢測(cè)模塊、金屬片檢測(cè)模塊、速度測(cè)量模塊、聲光報(bào)警模塊、LED顯示模塊、單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)。調(diào)查法：與身邊的同學(xué)和老師進(jìn)行交流，充分考慮本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能，盡可能完善該設(shè)計(jì)的功能。STC89C52可以說(shuō)是單片機(jī)領(lǐng)域的主流產(chǎn)品，其應(yīng)用如此廣泛，所以有必要去學(xué)習(xí)和應(yīng)用該單片機(jī)，以滿足實(shí)際產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的需要，也是適應(yīng)社會(huì)智能化、自動(dòng)化的趨勢(shì)。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，無(wú)論是在生活，生產(chǎn)上，單片機(jī)無(wú)處不在。2004年1月，美國(guó)的“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”火星探測(cè)車再度登陸火星。1997 年，由美國(guó)JPL全稱 Jet Propulsion Laboratory，美國(guó)太空總署噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室研制的Sojourner號(hào)探測(cè)車登上了火星。美國(guó)和前蘇聯(lián)是從20世紀(jì)60年代末期開(kāi)始進(jìn)行月球表面探測(cè)任務(wù)的。近年來(lái)，我國(guó)也開(kāi)展了很多研究工作，以滿足不同用途的需要。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這方面的題目，全國(guó)各高校也都很重視該題目的研究。因此，智能小車系統(tǒng)的研究具有十分廣闊的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和潛在的市場(chǎng)要求。隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展工業(yè)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)部門(mén)如采掘、噴涂、焊接、醫(yī)療等各大領(lǐng)域。湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)智能小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄第1章 緒 論 1 選題的依據(jù)和課題的意義 1 國(guó)內(nèi)外研究概況 1 課題研究方法 2 設(shè)計(jì)構(gòu)成及研究?jī)?nèi)容 2第2章 系統(tǒng)的工作原理與結(jié)構(gòu) 5 工作原理和結(jié)構(gòu)框圖 5 模塊論證 5 主控系統(tǒng) 5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 6 循跡模塊 7 里程、速度測(cè)量模塊 7 金屬塊檢測(cè)模塊 7 里程、時(shí)間顯示模塊 8 聲光報(bào)警模塊 8 電源模塊 8 方案論證總結(jié) 8第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 單片機(jī)的介紹 11 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 時(shí)鐘電路 12 復(fù)位電路 13 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 13 循跡模塊設(shè)計(jì) 16 測(cè)速模塊的設(shè)計(jì) 18 金屬探測(cè)模塊的設(shè)計(jì) 19 聲光報(bào)警模塊的設(shè)計(jì) 20 顯示模塊的設(shè)計(jì) 21 電源模塊的設(shè)計(jì) 23第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25 單片機(jī)編程軟件《KEIL》 25 單片機(jī)軟件部分 25 系統(tǒng)控制流程圖 26 初始化程序設(shè)計(jì) 27 尋線程序設(shè)計(jì) 27 檢測(cè)鐵片程序設(shè)計(jì) 28 測(cè)速程序設(shè)計(jì) 29 聲光報(bào)警程序設(shè)計(jì) 29第5章 系統(tǒng)調(diào)試 31 循跡功能調(diào)試 31 測(cè)速功能調(diào)試 31 鐵塊檢測(cè)功能調(diào)試 32 LED顯示調(diào)試 32 整體功能調(diào)試 32 測(cè)試總結(jié) 33第6章 總 結(jié) 35致 謝 37參考文獻(xiàn) 39附錄A 整體原理圖及實(shí)物圖 41附錄B 相關(guān)程序 42III湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第1章 緒 論 選題的依據(jù)和課題的意義智能小車的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用涉及傳感技術(shù)、電氣控制工程、智能控制等學(xué)科，智能控制技術(shù)是一門(mén)跨學(xué)科的綜合性技術(shù)，當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。本課題所設(shè)計(jì)的智能小車，既具有操作機(jī)機(jī)械本體、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成靈活運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。由于工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)它不斷替代了人們的繁重勞動(dòng)大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率減輕了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度此外它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作日益體現(xiàn)出它的優(yōu)越性。 國(guó)內(nèi)外研究概況隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來(lái)越受人關(guān)注。世界各國(guó)在智能微型車領(lǐng)域進(jìn)行了很多研究，己經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在探測(cè)和軍事領(lǐng)域使用特別多。世界各國(guó)開(kāi)發(fā)、研制星球探測(cè)車系統(tǒng)己經(jīng)有了多年的歷史。美國(guó)曾19661968年間，向月球成功發(fā)射了兩次無(wú)人巡游探測(cè)器。它驗(yàn)證了小型火星車的性能，并完成了一系列技術(shù)試驗(yàn)。前蘇聯(lián)在19591976年間，總共成功發(fā)射了兩個(gè)月球探測(cè)車。Intel公司的STC89C52單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。 課題研究方法文獻(xiàn)索引法：利用學(xué)校圖書(shū)館資料和文獻(xiàn)及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢相關(guān)資料對(duì)本設(shè)計(jì)足夠的了解，為設(shè)計(jì)好本設(shè)計(jì)的具體模塊電路做理論準(zhǔn)備。對(duì)比分析法：與目前全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽的作品進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)該智能小車系統(tǒng)存在的不足以及可以優(yōu)化的部分，加以改進(jìn)。研究要求：任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)能自動(dòng)循跡往返于起跑線與終點(diǎn)線間的小汽車。 跑道示意圖軌跡為2cm寬的黑線，A為起點(diǎn)，D為終點(diǎn)?；疽螅?）車輛從起跑線出發(fā)（出發(fā)前，車體不得超出起跑線），到達(dá)終點(diǎn)線后停留10秒，然后自動(dòng)返回起跑線（允許倒車返回）。（3）電動(dòng)車在行駛過(guò)程中檢測(cè)到薄鐵片時(shí)需立即發(fā)出聲光指示信息并存儲(chǔ)。（5）自動(dòng)記錄、顯示一次往返時(shí)間（記錄顯示裝置要求安裝在車上）。47第2章 系統(tǒng)的工作原理與結(jié)構(gòu) 工作原理和結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)要求，確定如下方案：在現(xiàn)有小車的基礎(chǔ)上，加裝檢測(cè)黑線傳感器和金屬探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的智能控制。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 模塊論證 主控系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此設(shè)計(jì)屬于多輸入量的復(fù)雜程序控制問(wèn)題。CPLD具有速度快、編程容易、資源豐富、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)開(kāi)發(fā)。同時(shí)，CPLD的處理速度非?？?，而小車的行進(jìn)速度不可能太高，那么對(duì)系統(tǒng)處理信息的要求也就不會(huì)太高，在這一點(diǎn)上，MCU就已經(jīng)可以勝任了。為此，我們不采用該種方案，進(jìn)而提出了第二種設(shè)想。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)控制，而在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來(lái)它的優(yōu)勢(shì)——控制簡(jiǎn)單、方便、快捷。因此，這種方案是一種較為理想的方案。根據(jù)這些分析我選定了C51系列單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控裝置，51單片機(jī)具有功能強(qiáng)大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，程序空間多達(dá)8K，對(duì)于本設(shè)計(jì)也綽綽有余，更可貴的是51單片機(jī)價(jià)格非常低廉。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊方案一：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。更主要的問(wèn)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。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的H型橋式電路。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(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開(kāi)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)。因此決定采用方案二使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。方案一：采用普通可見(jiàn)光發(fā)光管和光敏管組成的發(fā)射－接收電路。即便提高發(fā)光管亮度也難以抵抗外界光的干擾。直接用直流電壓對(duì)發(fā)射管進(jìn)行供電，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境光源的抗干擾能力強(qiáng)，在要求不高時(shí)可以使用。