【正文】 21 測試數(shù)據(jù)與測試結(jié)果分析 …………………………………………………… ....21 結(jié) 束語 .…………………………………………………………………… ....................22 致 謝 …… ..………………………………………………………… ..........................… .23 參考文獻(xiàn) … ...........................……………………………………………………… .… .24 附 錄 1電路原理圖 … ......................………………………………………… .…… ..25 附錄 2 小車程序 ……… ........................………………………………………… .....27 1 1 綜述 智能小車的概況 自第一臺智能小車誕生以來，智能小車 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。 人們 在 不斷探討 、 改造 、 認(rèn)識自然 的 過程中 ，制造能替代人勞動的機(jī)器一直 是人類的夢想 。全國電子大賽和省電子大賽幾乎每年都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究。 智能小車的發(fā)展前景 人類進(jìn)入 21世紀(jì) ,隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和生活水準(zhǔn)的快速提高 ,人們對汽車的安全性、舒適性要求越來越高。 設(shè)計概況 本設(shè)計在參閱了大量網(wǎng)上設(shè)計的智能小車的基礎(chǔ)上，利用單片機(jī)技術(shù)，采用 C語言進(jìn)行編程，并結(jié)合 TCRT5000 紅外反射式接近開關(guān) 傳感器及 E18D80NK 紅外避障傳感器構(gòu)造的智能小車。所以單片 機(jī)設(shè)計的智能小車具有廣闊的發(fā)展前景。 2 2 總體方案設(shè)計 設(shè)計任務(wù)描述 本章主要簡要地介紹系統(tǒng)總體方案的選定和總體設(shè)計的思路，在后面章節(jié)中將整個系統(tǒng)分為機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制模塊、控制算法等三部分對智能車控制系統(tǒng)進(jìn)行深入的介紹分析。 (2)基本要求： 甲車和乙車分別從起點標(biāo)志線開始，在行車道各正常行駛一圈。 甲、乙兩車在完成 2 時的行駛時間要盡可能的短。板上邊界線由約 2cm 寬的黑膠帶構(gòu)成；虛線由 2cm 寬、長度為 10cm、間隔為 10cm 的黑膠帶構(gòu)成；起點 /終點標(biāo)志線、轉(zhuǎn)彎標(biāo)志線和超車標(biāo)志區(qū)線段由 1cm 寬黑膠帶構(gòu)成。 （含附加物）的長度、寬度均不超過 40cm，高度不限，采用電池供電，不能外接電源。甲乙兩車應(yīng)有明顯 標(biāo)記，便于區(qū)分。 ，不能增設(shè)其它路標(biāo)或標(biāo)記。 設(shè)計一種智能小車，借助于 TCRT5000紅外反射式接近開關(guān) 傳感器及 E18D80NK 紅外避障 傳感器，并通過 AT89S52單片機(jī)對小車進(jìn)行實時控制，首先在預(yù)定的模式下運(yùn)動不能超出軌道有障礙的情況下實施避障減速在有障礙且在超車區(qū)的情況下實施超車。 通過學(xué)習(xí)和研究相關(guān)技術(shù)資料了解到， 在現(xiàn)有玩具 電動車的基礎(chǔ)上，加裝TCRT5000紅外反射式接近開關(guān) 傳感器和 E18D80NK紅外避障 傳感器 實現(xiàn)對電動車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實時測量，并將測量數(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)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動車的智能控制。 循跡模塊采用 TCRT5000紅外反射式接近開關(guān) 傳感器，優(yōu)點是價格便宜，在滿足系統(tǒng)要求下具有精度高，能很好的判斷相差比較大的兩種顏色 總體方案 系統(tǒng)的采用 AT的 8位微控制器 AT89S52單片機(jī)作為核心控制單元用于智能車系統(tǒng)的控制。 根據(jù)系統(tǒng)方案的設(shè)計，系統(tǒng)應(yīng)包括以下模塊： AT89S52主控模塊、路徑檢測模塊、電源模塊 、電機(jī)驅(qū)動模塊、 E18D80NK 紅外避障 傳感器、 TCRT5000紅外反射式接近開關(guān) 傳模塊、輔助調(diào)試模塊等。 電機(jī)驅(qū)動模塊，驅(qū)動直流電機(jī)完成智能車的前進(jìn)停止轉(zhuǎn)向等功能。近年來，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源正逐步被更高效率的開關(guān)電源所取代，特別是單片機(jī)開關(guān)電源的迅速推廣應(yīng)用，為設(shè)計新型、高效、節(jié)能電源創(chuàng)造了良好的條件。其電路圖如下。二是系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤顯示器、打印機(jī)、 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計合適的接口電路。 這種方案能實現(xiàn)對電動車的運(yùn)動 狀態(tài)進(jìn)行實時控制，控制靈活、可靠、精度高可滿足多系統(tǒng)的各項要求。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 單片機(jī)為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活、超有效的解決方案。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持兩種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止。 AT89S52 的 I\O 端口： P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。對 P0 端口寫 “1”時，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。程序校驗 時，需要外部上拉電阻。對 P1 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。 此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和定時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ）。 引腳號第二功能 T2（定時器 /計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信 號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在這種應(yīng)用中， P2 口使用 很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。 在 flash 編程和校驗時， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。對 P3 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。 7 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 端口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時 /計數(shù)器 0) T1(定時 /計數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗的控制信號。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機(jī) 器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。 對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE激活。 PSEN——程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN信號。需注意的是：如果加密位LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài) 。 AT89S52 單片機(jī)的時鐘產(chǎn)生方法有兩種。 9 本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTAL XTAL2 引腳上外接定時元件，內(nèi)部的電路便產(chǎn)生自激振蕩。振蕩晶體可在 到 12MHZ 之間選擇。所以本設(shè)計中，振蕩晶體選擇，電容選擇 30pF。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳 RST 通過一個觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，觸發(fā)器用 來抑制噪聲，它的輸出在每個機(jī)器周期中由復(fù)位電路采樣一次。所謂上電復(fù)位，是指計算機(jī)加電瞬間，要在 RST 引腳出現(xiàn)大于 10MS 的正脈沖，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。如圖 35 是上電復(fù)位及按鈕復(fù)位的一種實用電路。 C7 上電壓建立的規(guī)程就產(chǎn)生一定寬度的負(fù)脈沖，經(jīng)反向后， RST 上出現(xiàn)正脈沖使單片機(jī)實現(xiàn)了上電復(fù)位。在應(yīng)用系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需要復(fù)位。它是專用驅(qū)動集成電路，屬于 H 橋集成電路，與L293D 的差別是其輸出電流增大，功率增強(qiáng)。當(dāng)驅(qū)動直流電機(jī)時，可以直接控制兩路電機(jī)，并可實現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)該功能只需改變輸入端的邏輯電平。 圖 36 L298N 引腳封裝圖 L298N 驅(qū)動電路框圖如下圖： 11 圖 37 L298N 驅(qū)動電路框圖 L298N 引腳功能表 表 31 L298N 引腳功能表 12 電路連接圖如下所示。板上的ＥＮＡ與ＥＮＢ為高電平時有效，只有當(dāng)ＥＮＡ與ＥＮＢ為高電平時電機(jī)才旋轉(zhuǎn)，否則單機(jī)不轉(zhuǎn)，這里的電機(jī)指的是ＴＴＬ電平。當(dāng)ＥＮＡ＝１，ＩＮ１＝１ＩＮ２＝０時電機(jī)１正轉(zhuǎn)，ＥＮＡ＝１，ＩＮ１＝０ＩＮ２＝１電機(jī)１反轉(zhuǎn)。ＯＵＴ１、ＯＵＴ 2 接電機(jī) 1，ＯＵＴ ＯＵＴ 4 接電機(jī) 2。 其中 SENASEA、 SENASEB 分別為兩個 H 橋的電流反饋腳，不用時可以直接接地。ＢＮＡ，ＥＮＢ為使能端，低電平禁止輸出。若有接收到信號，則把相對應(yīng)的高電平輸入給單片機(jī) 對應(yīng)的 I/O 口，并通過程序使單片機(jī) 對應(yīng)I/O 口置高電平，并傳送給電機(jī)驅(qū)動模塊來實現(xiàn)小車的走動。 15 腳是輸出電流反饋腳，其它與 L293 相同。 13 圖 39 L298N 與 AT89S52 單片機(jī)連接原理圖 L298N 驅(qū)動直流電機(jī)，它靠兩個引腳控制一個電機(jī)的運(yùn)動。芯片 L298N 引腳和功能如表 ： 表 32 芯片 L298N 引腳和功能 TCRT5000 紅外反射式接近開關(guān) 電路 TCRT5000光電傳感器模塊是基于 TCRT5000紅外光電傳感器設(shè)計的一款紅外反射式光電開關(guān)。 （ 1）工作原理： 循跡模塊探測板子表面黑膠帶的方法是光線射到板子上并反射，由于黑膠帶 14 和板子對光的反射系數(shù)不同，所以我們可以根據(jù)收到的光的強(qiáng)弱來判斷黑線，進(jìn)而規(guī)避黑線來保證小車在板子的行車道中正常前進(jìn)。 （ 2）電路原理圖： O U T A1I N A2I N + A3G N D4I N + B5I N B6O U T B7V C C8I C 1L M 3 9 3O U TI N A O P T O I S O 1I N A ++5R71 0 3O U T+5+5123J1C O N 3R 1 14 7 kR13 3 0R 1 71 0 kI N A D1L E DR 2 11k 圖 310 TCRT5000 傳感器模塊電路原理圖 35 E18D80NK 紅外避障 傳感器 E18D80NK 紅外避障 傳感器是一種集發(fā)射與接收一體的光電傳感器，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)輸入。透鏡的使用，更增加了該傳感器的檢測距離，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。該傳感器因其探測距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點倍受關(guān)注。 15 圖 311 E18D80NK 傳感器模塊內(nèi)部原理圖 4 系統(tǒng)調(diào)式 根據(jù)方案設(shè)計的要求，測試過程共分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、軟硬聯(lián)調(diào)。單片機(jī)軟件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試