【正文】 M+ MM+MGNDR U N F / T LR U N B / T R 圖 2 表 1 電機驅(qū)動方式列表 信號名稱 輸入 輸出 RUNF 0 正向電壓 RUNB 1 RUNF 1 反向電壓 RUNB 0 RUNF 0 短路 RUNB 0 RUNF 1 短路 RUNB 1 注：小車轉(zhuǎn)向 模塊的電路與驅(qū)動模塊電路相同 電源模塊 采用 9V 蓄電池為 直流電機 供電 ，將 9V 電壓降壓、穩(wěn)壓到 5V，為外圍芯片供電。當(dāng)需要電機反轉(zhuǎn)時，同理只需要輸入端 RUNF 和 RUNB 的電平反向即可。電機驅(qū)動電路由 I/O口輸出信號送 RUNF 和 RUNB， VCC 是給電機 供電的電源。 系統(tǒng)原理框圖 硬件組成框圖如圖１所示：主要有 AT89C52 單片機、紅外檢測電路、 路程 檢測電路 、 顯示電路、 驅(qū)動 控制電路、 方向控制電路 。 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)主要偏重于功能性。本設(shè)計的小車采用市場上常見的具有前導(dǎo)向輪的玩具車車體，該車體有雙電機，前電機控制小車的轉(zhuǎn)向，后電機控制小車的前進(jìn) 后退 及速度。 電機的控制系統(tǒng)主要是 由 控制行 走電機和方向調(diào)整電機的電路 所組成 ，該電路要求驅(qū)動電流足夠大且在控制中不會發(fā)生競爭 冒險現(xiàn)象，因此在設(shè)計中我們采用 方案三即圖一 的設(shè)計方案， 圖一 中的二極管有效地實現(xiàn)了電路保護和正反向 電流的控制，也避免了競爭 冒險，采 第 3頁 用差分放大電路可提供足夠大的電流，實驗 證明該方案 三 很好，電壓控制安全可靠，可被采用。 方案二：利用電阻分壓原理，采用數(shù)字電位器調(diào)整電機的分壓從而達(dá)到調(diào)速的目的，缺點是無法大電流驅(qū)動，降低工作效率而且不易實現(xiàn)。 電機控制系統(tǒng)分析與論證 方案一：采用繼電器對電機的開和關(guān)進(jìn)行開關(guān)的切換調(diào)整。 檢測系統(tǒng)分析與論證 由于本設(shè)計中的技術(shù)指標(biāo)要求識別精確范圍 ~2 cm，因此 本 定方案中采用的是反射式的未經(jīng)調(diào)制的紅外收發(fā)管 ST168 作為檢測黑線的傳感器。 在顯示 驅(qū)動電路中我們擬定了二 種設(shè)計方案 ： 方案一：采用靜態(tài)現(xiàn)實的方案 采用四片移位寄存器 74LS164 作為顯示電路，其優(yōu)點在于占用主控系統(tǒng)的 I/O 口少，且靜態(tài)現(xiàn)實的內(nèi)容無閃爍，但電路消耗的電流較大，占用 I/O 口較多，而本設(shè)計的電機消耗電流已經(jīng)很大，應(yīng)盡量在其他電路中節(jié)約電流的消耗，因此該方案不被采用。由于單片機 AT89C52 是一種低功耗， 高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含有 8K 的可 反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和 256B 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用ATMEL 公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生 產(chǎn) ，與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 FLASH 存儲單元， 32 個可編程 I/O 口線， 3 個 16 位定時 /計數(shù)器， 8 個中斷源，低功耗空閑和掉電模式 ，完全符合設(shè)計的要求，所以采用 AT89C52作為核心部件的方案較為理想。據(jù)此，我們擬定了以下兩種方 案并進(jìn)行了綜合的比較論證，具體如下： 方案一：采用組合數(shù)字電路實現(xiàn)核心 控制的方案 采用組合電路實現(xiàn)控 制和處理功能，具有速度快，資源豐富的優(yōu)點，但是實現(xiàn)多路控制和附加 功能上受到限制，且功能越多電路越復(fù)雜。 （ 5） 檢測信號為電壓信號 。 （ 3） 距離顯示為行走時間的實時顯示，顯示距離的長度范圍為 0~ 米 。 技術(shù)指標(biāo) （ 1） 紅外檢測電路能夠檢測到 左右的黑線。 （ 4） 車體尺寸以一般玩具小車為限。即在黑線的指引下前進(jìn)， 實現(xiàn)急停，轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向燈的控 制。 （ 2） 小車從起跑線出發(fā)（車體不得超過起跑線）， 沿引導(dǎo)線到達(dá)終點（與車體垂直的黑線） 。單片機 通過紅外檢測模塊等采集到的信息 控制小車 轉(zhuǎn)向，行駛速度和顯示。重點研究低成本的自組織網(wǎng)絡(luò)，個性化的智能機器人和人機交互系統(tǒng)、高柔性免受攻擊的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和先進(jìn)的信息安全 系統(tǒng)?！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》一文指出：智能服務(wù)機器人是在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下為人類提供必要服務(wù)的多種高技術(shù)集成的智能化裝備。 關(guān)鍵詞 ： 循跡 ； PWM； 算法 ； 數(shù)碼顯示 1 引言 當(dāng)今社會，科學(xué)技術(shù)日新月異，時代前進(jìn)的步伐越邁越快 ，應(yīng)用自動化設(shè)備 ,計算機處理 ,現(xiàn)代化通訊 ,數(shù)字化信息 ,現(xiàn)代化顯示設(shè)備等高新技術(shù)而建立的現(xiàn)代化智能 ,監(jiān)控等系統(tǒng)已經(jīng)得到充分的發(fā)展與應(yīng)用 ,智能機器人也就應(yīng)運而生。本次設(shè)計的智能小車 ，會 自動沿著黑線行走 ， 所行走的距離 實時 地顯示出來 ， 同時可以通過 PWM 信號控制小車的速度。 簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 第 1頁 基于 AT89C52 單片機 智能 循跡小 車 的 設(shè)計 李偉利 （安陽師范學(xué)院 物理與電氣工程學(xué)院 ， 河南 安陽 455002） 摘 要 ： 本系統(tǒng)采用 AT89C52 為核心進(jìn)行設(shè)計，合理利用了該芯片上豐富的 資源，實現(xiàn)小車檢測， 尋跡， 控制等 功能 ,同時，系統(tǒng) 對 獲取的信息進(jìn)行實時顯示。所有合作者對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 報告編碼 ： 安陽師范學(xué)院本科學(xué)生畢業(yè) 論文 基于單片機 AT89C52 智能循跡小 車的設(shè)計 作 者 李偉利 系 （院） 物理與電氣工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程 年 級 2020 級 學(xué) 號 05181005 指導(dǎo)老師 李建法 日 期 學(xué)生誠信承諾書 本人鄭重承諾：所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得安陽師教育機構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。 簽名： 日期： 論文使用授權(quán)說明 本人完全了解安陽師范學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有 權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本 系統(tǒng)針對現(xiàn)實中出現(xiàn)的對于工業(yè)機器人智能循跡的需求，適當(dāng)進(jìn)行了簡化。 為了使小車的信息能夠?qū)崟r傳輸 主控制系統(tǒng) ， 并很好的完成行走和轉(zhuǎn)向等功能， 就需要設(shè)計一套較為實用和可靠的 算法，程序。同時，在建設(shè)以人為本的和諧社會的過程中，智能服務(wù)機器人能夠完成考古發(fā)掘，海底 探 密，宇宙探索等危險作業(yè)，以保證人身安全。以服務(wù)機器人和危險作業(yè)機器人應(yīng)用需求為重點，研究設(shè)計方法、制造工藝、智能控制和應(yīng)用系統(tǒng)集成等共性基礎(chǔ)技術(shù)。 本次設(shè)計系統(tǒng)主要分為紅外檢測模塊，小車控制模塊，狀態(tài)顯示模塊。 2 設(shè)計任務(wù)、 要求和技術(shù)指標(biāo) 2． 1 任務(wù) （ 1） 設(shè)計并制作一個智能小車，實現(xiàn)沿黑線行走而且不出線。 要求 （ 1） 利用檢測電路實現(xiàn)對黑線的檢測功能，要求檢測電路檢測盡可能的簡單 （ 2） 機器車一旦啟動，便由程序控制完成 靈活的行走方式。 （ 3） 機器 車 開始行走的同時，開始顯示行走距離。 （ 5） 無競爭 冒險，無抖動 。 （ 2） 機器車偏離黑線，要求迅速做出調(diào)整，能夠重新回到黑線。 （ 4） 車身長度為 ， 寬度為 ， 高度為 。 第 2頁 3 方案分析與論證 主控系統(tǒng)的分析與論證 根據(jù)設(shè)計要求，我們認(rèn)為此設(shè)計屬于 輸入量的復(fù)雜程序控制問題。因此該方案不被采用 方案二：采用單片機為核心控制的方案 采用單片機作為控制和處理的核心，可使電路的復(fù)雜程度大大降低，尤其是實現(xiàn)小車的自動控制上顯現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。 顯示系統(tǒng)分析與論證 顯示模塊主要用于顯示行走路程 ，由于顯示范圍為 0～ 米，因此可采用四位一體共陽的數(shù)碼管作為顯示元件。 方案二：采用動態(tài)現(xiàn)實的方案 采用專用數(shù)碼管譯碼器 BC7281B（以下簡稱 7281） 和 74LS164 共同協(xié)作來 作為驅(qū)動的動態(tài)顯示電路， 它 只 占用主控系統(tǒng)的 兩個 I/O 口 ， 大大節(jié)約了 I/O 口，且動態(tài)掃描 7281 單獨控制，不需單片機定時掃描，這樣就節(jié)約了單片機的定時單元用于做驅(qū)動和車速檢測，故采用本方案?？紤]到 該傳感器要 檢測的距離 比較短 ，所以采用的加套管的方法避免外界自然光線的影響，沒有加入補償電路，這樣大大簡化了電路的設(shè)計，為了使小車更好的沿循跡線 行 走，我們加入了四路檢測黑線，且讓他們獨立工作，由主控系統(tǒng)循環(huán)檢測 。這個方案簡單，但是響應(yīng)慢，機械結(jié)構(gòu)易損壞并且壽 命不長。 方案三：采用復(fù)合觀組成的 H 型 PWM 電路，這種電路的優(yōu)點是使管子工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，提高使用效率實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的微調(diào)，并且 H 型的驅(qū)動電路可以簡單的方式實現(xiàn)的方向控制。 4 功能概述 及系統(tǒng)原理框圖 功能 概述和技術(shù)指標(biāo)分析 本次 設(shè)計系統(tǒng)主要是讓小車自主的沿著預(yù)先設(shè)計好的 黑線行駛，從出發(fā)到結(jié)束都不會脫離黑線，同時顯示小車所行走的距離， 行駛中的各種轉(zhuǎn)向都伴有相應(yīng)轉(zhuǎn)向燈的點亮，直到小車檢測到結(jié)束黑線，點亮結(jié)束指示燈 。 這種小車的設(shè)計 大大 簡化了小車的控制過程，使得控制程序簡化，但是也有個不足之處 即有最小轉(zhuǎn)向半徑的要求，這就要求循跡線的彎道設(shè)計必須大于小車的最小轉(zhuǎn)向半徑。小車行走功能 依靠 對 電機的驅(qū)動及調(diào)速，我們采用 H橋式驅(qū)動電路實現(xiàn)直流電機的正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速控制；循跡采取的方法是紅外探測法， 由四組紅外光電探測器對行走地面的顏色識別從而 判斷行走路線； 路程檢測 采用霍爾元件對磁性物質(zhì)的檢測來實現(xiàn)，當(dāng)霍爾元件檢測到小車車輪上的磁性物 質(zhì)時，霍爾元件輸出低電平，將此低電平輸入到計數(shù)器中斷中，每 當(dāng)計數(shù)值滿，就顯示出來 小車的 所行走 的距離。 圖 1 5 硬 件電路 及介紹 電機驅(qū)動控制電路 電機驅(qū)動 控制模塊采用的是分立 元件制作 ，具體電路見下圖 2 所示。電機的控制原理為：通過 RUNF和 RUNB 的不同電平輸入，在 M 處得到正反向 控制電壓 實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)，例如：當(dāng) RUNB為高 RUNF 為低時，三極管 T4,T6,T9 導(dǎo)通； T5,T7,T8 截止，此時二極管 D1 導(dǎo)通，從而驅(qū)動電機正向轉(zhuǎn)動。輸入端 由 AT89C52 的 I/O 控制。 我們利用 LM7805 芯片將 9V 的鋰電池降壓到 5V，由 5V 電壓來給單片機 和其它控制模塊 供電 。 具體硬件原理圖如下： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 9 J un 20 09 S he e t o f F i l e : d: \我的文檔 \桌面 \ c a r 00 1. dd b D r a w n B y : B L J S B 4 5 Z / B I ZR110K+5LC 圖 4 顯示模塊 顯示部分有兩部分組成，一部分由六個發(fā)光二極管組成以指示各部分工作狀態(tài)， 單片機開始工作時 D1 燈亮，小車在行走過程中，左轉(zhuǎn)時 D D3 亮，右轉(zhuǎn)時 D D5 亮，停止時D6 點亮 。 另一部分由一個四位一體的共陽數(shù)碼管組成顯示機車運行的