【正文】 !未定義書簽。 VI 1 第 一 章 緒 論 目前 ，在 科技 技術(shù)不斷提高、對自動化技術(shù) 要求不斷加深的環(huán)境下，智能車輛以及在智能車輛基礎(chǔ)上開發(fā)出來的產(chǎn)品已成為自動化物流運(yùn)輸、柔性生產(chǎn)組織等系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。移動機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)中的一個重要分支，出現(xiàn)于 20世紀(jì) 06年代。從此，移動機(jī)器人從無到有，數(shù)量不斷增多，智能車輛作 為移動機(jī)器人的一個重要分支也得到越來越多的關(guān)注。 智能車輛也叫無人車輛，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。智能車輛的主要特點(diǎn)是在復(fù)雜的道路情況下，能自動地操縱和駕駛車輛繞開障礙物并沿著預(yù)定的道路 (軌跡 )行進(jìn)。 (2)攝像機(jī)，用來獲得道路圖像信息 。 智能車輛技術(shù)按功能可分為三層，即智能感知 /預(yù)警系統(tǒng)、車輛駕駛系統(tǒng)和全自動操作系統(tǒng)團(tuán)。三個層次具體如下 : (1)智能感知系統(tǒng)，利用各種傳感器來獲得車輛自身、車輛行駛的周圍環(huán)境及 2 駕駛員本身的狀態(tài)信息，必要時發(fā)出預(yù)警信息。碰撞預(yù)警系統(tǒng)可以給出前方碰撞警告、盲點(diǎn)警告、車道偏離警告、換道 /并道警告、十字路口警告、行人檢測與警告、后方碰撞警告等 .駕駛員狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)包括駕駛員打噸警告系統(tǒng)、駕駛員位置占有狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等。主要包括 :巡航控制、車輛跟蹤系統(tǒng)、準(zhǔn)確泊車系統(tǒng)及精確機(jī)動系統(tǒng)。目前，主 要發(fā)展用于擁擠交通時低速自動駕駛系統(tǒng)、近距離車輛排隊(duì)駕駛系統(tǒng)等。 (2)探測危險與排除險情 在戰(zhàn)場上或工程中，常常會遇到各種各樣的意外。戰(zhàn)場上，可以使用智能車輛掃除路邊炸彈、尋找和銷毀地雷。 (3)安全檢測受損評估 在工程建設(shè)領(lǐng)域，可對高速公路自動巡跡，進(jìn)行道路質(zhì)量檢測和破壞分析檢測 。在制造領(lǐng)域，可用于工業(yè)管道中機(jī)械損傷，裂紋等缺陷的探尋，對輸油和輸氣管線的泄漏和破損點(diǎn)的查找和定位等。對這種小車的研究，將為未來環(huán)境探測術(shù)上的有力支持 。其中包括研究使用遠(yuǎn)程、無人的方法來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，如機(jī)器人、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。 該智能小車可以作為機(jī)器人的典型代表。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動避 障功能，還可以擴(kuò)展循跡等功能，感知導(dǎo)引線和障礙物。 通過構(gòu)建智能小車系統(tǒng)，培養(yǎng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的能力。靈活應(yīng)用機(jī)電等相關(guān)學(xué)科的理論知識，聯(lián)系實(shí)際電路設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方法，達(dá)到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容 及結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)的內(nèi)容 （ 1） 障礙 檢測模塊 （ 2） 電源模塊為 5V； （ 3） 直流 電機(jī)的驅(qū)動模塊電路，及相應(yīng)的驅(qū)動程序； （ 4） 控速模塊 （ 5） 復(fù)位電路模塊 （ 6） 聲控模塊 本設(shè)計(jì)的 結(jié)構(gòu) 本論文結(jié)構(gòu)如下： 4 第二章 介紹了車體結(jié)構(gòu)和硬件選擇 第三章 介紹了系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)及各部分功能 第四章 介紹了軟件設(shè)計(jì) 第五章 介紹了開發(fā)調(diào)試及效果模擬 第六章 總結(jié)性描述。 5 第二章 系統(tǒng)硬件選擇 車輪選擇 小車為 三 輪結(jié)構(gòu)，車的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。后面 一 個車輪 起到穩(wěn)定小車的作用，同時一個車輪可以更方便的實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向。但由于需要電線對小車供電，極大的影響小車的靈活性及地形的適應(yīng)能力。 E18D80NKN這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，發(fā)射光經(jīng)過調(diào)制后發(fā)出，接收頭 對反射光進(jìn)行解調(diào)輸出。透鏡的使用， 6 也使得這款傳感器最遠(yuǎn)可以檢測 80厘米距離的問題（由于紅外光的特性，不同顏色的物體，能探測的最大距離也有不同；白色物體最遠(yuǎn)，黑色物體最近）。 該傳感器具有探測距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、流水線計(jì)件等眾多場合。在檢測到目標(biāo)是低電平輸出，正常 狀態(tài)是高電平輸出，輸出時外加一個上拉電阻即可連接到 IO口上。 其實(shí)物圖和原理圖如下圖 紅外傳感器 E18D80NKN實(shí)物圖 紅外傳感器 E18D80NKN內(nèi)部原理圖 7 電器特性： 紅色： VCC；黑色： GND；黃色： OUT。還請避免在有化學(xué)藥劑，特別是在強(qiáng)堿、酸、硝酸、銘酸、熱濃硫酸等氣候中使用。正常小車行走時傳感器給單片機(jī)輸送的是高電平當(dāng)遇到障礙物時，傳感器則給單片機(jī)一個低電平，傳感器給其原理圖如下： 8 圖 22 避障傳感電路 STC89C52RC 單片機(jī)介紹 STC89C52RC 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)， 12 時鐘 /機(jī)器周期和 6時鐘 /機(jī)器周期可以任意選擇。 7. ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程） ，無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 8. 具有 EEPROM 功能 9. 具有看門狗功能 10. 共 3個 16位定時器 /計(jì)數(shù)器。作為輸出端口，每個引腳能驅(qū)動 8 個 TTL 負(fù)載，對端口 P0 寫入“ 1”時，可以作為高阻抗輸入。此時， P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。驗(yàn)證時，要求外接上拉電阻。 P1 的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或者輸出電流方式） 4個 TTL 輸入。 P1口作輸入口使用時，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流（ 錯誤 !未找到引用源。 P2 端口（ ～ ， 21～ 28 引腳）： P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。對端口寫入 1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。 ）。 P3的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4個 TTL 輸入。 P3做輸入口使用時，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流（ 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 ）是外部程序存儲器選通信號。 在每個機(jī)器周期被激活兩次，而訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令， 錯誤 !未找到引用源。注意加密方式 1時， 錯誤 !未找到引用源。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， 錯誤 !未找到引用源。在 Flash 編程期間， 錯誤 !未找到引用源。 XTAL1（ 19 引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 特殊功能寄存器 12 第三章 系統(tǒng)硬 件設(shè)計(jì) 圖 31 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如上所述，整個系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)，紅外檢測模塊，聲音檢測模塊，電機(jī)驅(qū)動模塊組成。當(dāng)再次接受到聲音信號時再次取反，小車停止前進(jìn)。 小車運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)程序如下： /////////停止 /////////////// void Stop(void) { L_L=1。 R_L=1。 } /////////前進(jìn) ////////////// void Forword(void) { L_L=1。 _nop_()。 L_R=0。 } ////////左轉(zhuǎn) ///////////// void Turn_Left(void) { L_L=0。 _nop_()。 L_R=1。 delay_ms(2400)。 //左輪驅(qū)動口 L_R =P1^1。 //右輪驅(qū)動口 R_R =P3^7。當(dāng)有 聲音 信號時，根據(jù)信號進(jìn)入相 應(yīng)的行駛狀態(tài)，在運(yùn)動過程中由紅外光電傳感器檢測， 遇到障礙時 通過單片機(jī)控制小車進(jìn)行 轉(zhuǎn)向 ，系統(tǒng)功能原理圖如圖所示?？偟墓╇娤到y(tǒng)是有 的大功率電池儲能，經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換單元。 電機(jī)驅(qū)動和控制電路：通過 51單片機(jī)，控制端口對直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來對電機(jī)進(jìn)行控制。正常說話聲則被電路濾除，不會產(chǎn)生信息出入。 圖 34 聲音控制電路圖 聲音檢測模塊程序如下： void Extern_Int0(void) interrupt 0 using 0 { if(Int0_flag==0) { voice_flag=!voice_flag。 } } 注： Int0_flag 初始值為 0 當(dāng) Int0_flag 的值為 1時調(diào)用前進(jìn)程序，為 0 時調(diào)用停止程序。發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。目前大量的使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為 940mm 左右，外形與普通φ 5發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。判斷紅外發(fā)光二極管好壞的辦法與判斷普通二極管一樣；用萬用表電阻擋量一下紅外發(fā)光二極管的正、反向電阻即可。 接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。紅外發(fā)光二極管一般有圓形和方形兩種。常用 SM003BL9149 等紅外接收專用放大集成電路。單片機(jī)檢測到低電平時先判斷小車是不是在運(yùn)行狀態(tài)，如果是運(yùn)行狀態(tài)則通過程序執(zhí)行左轉(zhuǎn)，由于左轉(zhuǎn)比較復(fù)雜，在這里通過延時函數(shù)和左轉(zhuǎn)函數(shù)及停止函數(shù)連續(xù)調(diào)用，通過多次的測試下完成避障，電路圖如下： 圖 35 紅外傳感電路 紅外避障模塊程序如下： void Extern_Int1(void) interrupt 2 using 1 17 { if(voice_flag==1) //前進(jìn)狀態(tài)下，檢測到障礙物 { LED=0。 //停止 delay_ms(1000)。 //左轉(zhuǎn) Stop()。 } else if(voice_flag==0) Stop()。這里先要確保 voice_flag==1 才可能執(zhí)行左轉(zhuǎn)程序。 直流電機(jī)驅(qū)動電路采用如下 H 型 PWH 電路，用單片機(jī)控制驅(qū)動電路，起始時程序初始化給 R_L、 R_R 都輸入高電平，電機(jī)不工作。采用此電路的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，采用 PWH 進(jìn)