【正文】 .................... 27 數(shù)據(jù)處理子程序流程圖 ...................................................................... 28 自動(dòng)循跡避障流程圖 .................................................................................... 29 本章小結(jié) ........................................................................................................ 30 結(jié) 論 ............................................................................................................................ 31 致 謝 ............................................................................................................................ 32 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 33 附錄 1........................................................................................................................... 34 附錄 2........................................................................................................................... 35 附錄 3........................................................................................................................... 54 摘要 I 摘 要 紅外線遙控小車(chē)具有體 積小、成本低、生存能力強(qiáng)等特點(diǎn)，是上世紀(jì)提出的一種新型小車(chē)， 在軍事偵察、反恐、防爆、防核化及污染等危險(xiǎn)與惡略環(huán)境作業(yè)中有廣闊的應(yīng)用前景。本設(shè)計(jì)對(duì)紅外遙控智能玩具小車(chē)的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了全面描述 ,包括主體設(shè) 計(jì)方案、各模塊的硬件電路設(shè)計(jì)描述以及單片機(jī)控制程序的編寫(xiě)。系統(tǒng)以 AT89C51 單片機(jī)為主控核心，對(duì)外設(shè)進(jìn)行控制，利用線性穩(wěn)壓芯片對(duì)電壓進(jìn)行穩(wěn)定控制，為單片機(jī)及其他外設(shè)進(jìn)行穩(wěn)定供電，利用紅外對(duì)管進(jìn)行黑白信號(hào)檢測(cè)，利用 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定控制，利用無(wú)線遙控芯片HT6221 進(jìn)行遙控，發(fā)射指令編碼信號(hào)，再通過(guò)一體化紅外接收頭 HS0038 接收，經(jīng)過(guò)單片機(jī)解碼發(fā)出 命令指令，再通過(guò)兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)小車(chē)停車(chē)、倒車(chē)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等狀態(tài)功能。 這次設(shè)計(jì)通過(guò)基于完備的軟硬件系統(tǒng)，很好的實(shí)現(xiàn)了小車(chē)循跡避障、顯示運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等功能。 Infrared to tube。Integration infrared sensor 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 設(shè)計(jì) 背景及目的 設(shè)計(jì)背景 隨著消費(fèi)電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等的快速發(fā)展 ,以及人們生活水平的提高，各種方便于生活的消費(fèi)電子產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展如雨后春筍般，層出不窮 。 現(xiàn)今智能小車(chē)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。 我國(guó)作為世界電子產(chǎn)品生產(chǎn)大 國(guó)，可在高科技產(chǎn)品的發(fā)展方面和外國(guó)的差距還是有的 。所以，及時(shí)投入精力廣泛開(kāi)展這方面的研究，無(wú)論對(duì)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，還是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都有重大的現(xiàn)實(shí)意義。 在設(shè)計(jì)中，對(duì)紅外遙控、電機(jī)控制等技術(shù)做些深入了解，真身體驗(yàn)為什么科學(xué)技術(shù)才是第一生產(chǎn)力。希望在以后能在科學(xué)技術(shù) 領(lǐng)域 扎根創(chuàng)新，與時(shí)俱進(jìn)， 有所成就， 撐起 IT 行業(yè)一片天地，并應(yīng)用于民生，造福于大眾。通過(guò)設(shè)計(jì) 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用四年大學(xué)所學(xué)知識(shí)去分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 體驗(yàn)一個(gè)科研項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的全過(guò)程，學(xué)會(huì)單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用方法 ,鍛煉應(yīng)用能力 ,動(dòng)手能力。通過(guò)這次畢業(yè)論文及設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)自己綜合素質(zhì)和專(zhuān)業(yè)教育的培養(yǎng)效果，并且學(xué)會(huì)閱讀、利用英文文獻(xiàn)資料，閱讀并翻譯外文資料的能力，進(jìn)一步提高對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和撰寫(xiě)論文的能力。該電動(dòng)車(chē)要具備下述功能： （ 1）能夠接受并識(shí)別紅外遙控信號(hào)，并根據(jù)此命令動(dòng)作； （ 2）具有避障功能，當(dāng)探測(cè)到有障礙物時(shí)能夠及時(shí)避開(kāi)； （ 3）能夠顯示停車(chē)、倒車(chē)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等狀態(tài)； （ 4）能夠按事先設(shè)定好的軌跡行走。 設(shè)計(jì)意義 隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)入了人們的生活，以單片機(jī)為核心的智能控制系統(tǒng)就是其中之一。它實(shí)用性強(qiáng)，功能齊全，技術(shù)先進(jìn)，使人們相信這是科技進(jìn)步的成果。 本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用 AT89C51 芯片作為控 制核心，紅外發(fā)送和接收電路、 LCD液晶屏顯示、直流電機(jī)、光電傳感器、行列式鍵盤(pán)相結(jié)合的系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)硬件電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性?xún)r(jià)比較高等特點(diǎn)，具有一定的使用和參考價(jià)值。第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 3 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)原理框圖 按照設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)基本功能模塊：無(wú)線遙控模塊、顯示模塊、避障模塊、循跡模塊、顯示 模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及報(bào)警模塊等。 根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求將各個(gè)模塊系統(tǒng)組架起來(lái)，畫(huà)出系統(tǒng)原理框圖，見(jiàn)圖 21。 主 控 系 統(tǒng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 遙控接收模塊 循跡模塊 避障模塊 顯示模塊 遙控發(fā)射模塊 遙控器芯片 復(fù)位模塊 時(shí)鐘振蕩模塊 電源模塊 報(bào)警模塊 吉林建筑工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文 4 主控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我認(rèn)為此設(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(chē)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(chē)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 AT89C51 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。 方案二 ： 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 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 5 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 (如圖22)。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)。 這種調(diào)速方式有調(diào)速特性?xún)?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)。 9 0 1 38 0 5 08 0 5 08 5 5 08 5 5 01k4 1 4 84 1 4 84 1 4 84 1 4 81k9 0 1 31k1kP W M 1P W M 2 圖 22 H 橋式電路 顯示模塊方案設(shè)計(jì)與論證 方案一： 采用數(shù)碼管靜態(tài)顯示，一個(gè)鎖存器對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)碼管。 方案二： 采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，利用視覺(jué)暫留效應(yīng)，通過(guò)對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行不停的掃描來(lái)產(chǎn)生視覺(jué)效果。對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于 CPU 任務(wù)多，時(shí)間資源有限，此方案反而會(huì)使系統(tǒng)變得復(fù)雜而且難以調(diào)試。 方案三： 為了能直觀的顯示出小車(chē)的各種狀態(tài)，這里使用 LCD 液晶屏顯示這樣不僅能直觀的顯示出小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而且能顯示小車(chē)的運(yùn)動(dòng)模式。 綜上方案，方案三直觀方便， 是我設(shè)計(jì) 最佳的狀態(tài)顯示方案。在使用過(guò)程極易出現(xiàn)問(wèn)題，而且容易因?yàn)? 該部件造成整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 方案二： 采用 2 只紅外對(duì)管，分別置于小車(chē)車(chē)身前軌道的兩側(cè)，根據(jù)兩只光電開(kāi)關(guān)接受到白線與黑線的情況來(lái)控制小車(chē)轉(zhuǎn)向來(lái)調(diào)整車(chē)向，測(cè)試表明，只要合理安裝好兩只光電開(kāi)關(guān)的位置就可以很好的實(shí)現(xiàn)循跡的功 能。 方案三： 采用同時(shí)在底盤(pán)裝設(shè) 4 只紅外對(duì)管，進(jìn)行兩級(jí)方向糾正控制，提高其循跡的可靠性。圖中循跡傳感器共安裝 4個(gè)，全部在一條直線上。小車(chē)行走時(shí)，始終保持黑線在 R1 和 L1 這兩個(gè)第一級(jí)傳感器之間，當(dāng)小車(chē)偏離黑線時(shí)，第 一級(jí)傳感器一旦探測(cè)到有黑線，單片機(jī)就會(huì)按照預(yù)先編定的程序發(fā)送指令給小車(chē)的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)再對(duì)小車(chē)路徑予以糾正?？梢钥闯觯诙?jí)方向傳感器實(shí)際是第一級(jí)的后備保護(hù)，從而提高了小車(chē)循跡的可靠性。 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 7 圖 23 小車(chē)底面仰視圖 避障模塊方案設(shè)計(jì)與論證 方案一： 采用一只紅外對(duì)管置于小車(chē)中央。 方案二： 采用二只紅外對(duì)管分別置于小車(chē)的前端兩側(cè)，方向與小車(chē)前進(jìn)方向平行，對(duì)小車(chē)與障礙物相對(duì)距離和方位能作出較為準(zhǔn)確的判別和及時(shí)反應(yīng)。 方案三： 采用超聲波傳感器置于小車(chē)右側(cè)，方向與小車(chē)前進(jìn)方向平行，當(dāng)前方出現(xiàn)障礙物時(shí)，超聲波傳感器會(huì)收到信號(hào)，并將傳給單片機(jī)，檢測(cè)距離調(diào)整在 20cm 內(nèi)，即只有在 20cm 之內(nèi)有障礙時(shí)小車(chē)才會(huì)做出避讓動(dòng)作，在這個(gè)范圍之外的障礙小車(chē)不予處理。通過(guò)測(cè)試此種方案就能很好的實(shí)現(xiàn)小車(chē)避開(kāi)障礙物，且充分的利用資源而不浪費(fèi)。 R2 L1 R1 L2 吉林建筑工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文 8 電源模塊方案設(shè)計(jì)與論證 方案一： 采用實(shí)驗(yàn)室有線電源通過(guò)穩(wěn)壓芯片供電，其優(yōu)點(diǎn)是可穩(wěn)定的提供 5V 電壓，但占用資源 過(guò)大。 方案三： 采用 8 支 電池雙電源分別給單片機(jī)與電機(jī)供電可解決方案二的問(wèn)題且能讓小車(chē)完成其功能。 紅外線模塊方案設(shè)計(jì)與論證 由于在遙控端的按鍵數(shù)目有多個(gè)，而紅外通道傳輸?shù)闹荒苁怯?0、 1組成的串行代碼，所以需要在發(fā)射端對(duì)按鍵進(jìn)行 “并 串 ”編碼，在接收端相應(yīng)的要進(jìn)行 “串 并 ”解碼。 方案一： 將紅外碼調(diào)制成 38KHZ 的脈沖信號(hào)通過(guò)紅 外發(fā)射二極管將紅外碼發(fā)出。開(kāi)始時(shí)參照了《電子制作》上的一篇論文，使用的是 NEC 的 upd6121，但是后來(lái)發(fā)現(xiàn)這種芯片不是很好買(mǎi)到，即所謂的市場(chǎng)貨源不充足，這是電子制作必須考慮的問(wèn)題，所以放棄了這款芯片，改選 HOTEK 的 HT6221，他們的性能及其外圍電路幾乎相同。 TX2 的 11 腳和 12腳之間接的電阻決定振蕩頻率； 3 腳接地； 10 腳接 35V 電源； 14 腳、 1 腳、 4腳、 5 腳、 6 腳分別為 5 路發(fā)射控制端； 9 腳為發(fā)射指示端，當(dāng)有按鍵按下時(shí) LED1發(fā)光提示； 7 腳為帶載波的編碼信號(hào)輸出端，即編碼信號(hào)已經(jīng)內(nèi)調(diào)制到 38KHZ的載波上，該腳的信號(hào)通過(guò)一個(gè) NPN 型三極管放大后可直接驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射二極管發(fā)射信號(hào)； 8 腳為不帶載波的編碼信號(hào)輸出端。另外，為了方便操作，可以將TX2 的 5 路功能擴(kuò)展成 9 功能，即在遙控發(fā)射端可以接 9 個(gè)按鍵。 通過(guò)比較，兩種方案都可實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控功能，不過(guò)方案二成本較高，所以選取方案一作為本次設(shè)計(jì)最終方案。設(shè)計(jì)中采用一片 AT89C51 單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)所有功能，在軟件方面通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)，基本上實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)并發(fā)運(yùn)行，并且通過(guò)軟件的分層結(jié)構(gòu)將功能實(shí)現(xiàn)和具體的硬件分離開(kāi)，這將給后續(xù)的各模塊軟件的設(shè)計(jì)帶來(lái)方便。 AT89C51 簡(jiǎn)介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C51 單片機(jī)見(jiàn)圖 31。 AT89C51 引腳說(shuō)明 AT89C51 的引腳說(shuō)明如下： VCC：供電電壓。 P0