【正文】 …………………………………………………………..27部分程序………………………………………………………………………………………27摘要小于180176。本設(shè)計(jì)包括電源模塊、微處理器控制模塊、循跡模塊和電機(jī)驅(qū)動模塊。利用放置在小車前方的4個(gè)光電對管將檢測到的信號送到單片機(jī)，單片機(jī)對檢測到的信號進(jìn)行分析判斷，利用單片機(jī)生成的PWM波來及時(shí)控制2個(gè)電動機(jī)各自的運(yùn)行狀態(tài)，從而使小車沿著黑色軌跡自動行駛，實(shí)現(xiàn)小車自動循跡的目的。本設(shè)計(jì)不僅給出了硬件設(shè)計(jì)流程，而且還給出了完整的硬件電路圖和控制程序。另外，本實(shí)驗(yàn)與以往的小車不同之處在于，受溫度控制的PID算法的啟發(fā)，添加了類似于PID的算法，即對小車的偏差進(jìn)行了調(diào)整，使得小車的行駛軌跡更加準(zhǔn)確，適應(yīng)能力更強(qiáng)。整體實(shí)物簡圖 如圖1所示： 圖1實(shí)物結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示，小車的整體結(jié)構(gòu)分為4大部分分別為：電源以及驅(qū)動模塊，電機(jī)以及小車底盤，控制以及顯示模塊，傳感器模塊。隨后，單片機(jī)通過改變輸出給驅(qū)動模塊的pwm波來對小車的前進(jìn)和轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制。（二）、方案選擇與比較電動機(jī)的選擇直流電機(jī)轉(zhuǎn)動力矩大，響應(yīng)快速，體積小，重量輕，直流電動機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)整范圍廣；過載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn),能滿足各種不同的特殊運(yùn)行要求，價(jià)格便宜。方案二：采用步進(jìn)電機(jī)?？刂品奖?，體積小，靈活性和可靠性高，具有瞬時(shí)啟動和急速停止的優(yōu)越性，比較適合本系統(tǒng)控制精度高的特點(diǎn)。電動機(jī)驅(qū)動模塊的選擇但是電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴，且可能存在干擾。這個(gè)電路的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間長，易損壞，壽命較短，可靠性不高。方案三：采用專用電機(jī)驅(qū)動芯片L293D作為電機(jī)驅(qū)動芯片。它的使能端可以外接高低電平，也可以利用單片機(jī)進(jìn)行軟件控制，極大地滿足各種復(fù)雜電路需要。電源模塊能直接為單片機(jī)提供穩(wěn)定的+5V直流電壓。但需要很長的線，這樣導(dǎo)致無法在室外工作。方案二：。在不超過單片機(jī)工作電壓范圍的情況下，又能驅(qū)動直流電機(jī)。單片機(jī)需要5V電源，因此用7805穩(wěn)壓到5V后供電，但是其放電電流不大，導(dǎo)致電動機(jī)轉(zhuǎn)速很慢，而且在使用過程中，其電壓會明顯降低，這樣導(dǎo)致經(jīng)過7805穩(wěn)壓后電壓小于5V，完全無法帶動整個(gè)系統(tǒng)正常工作，因此放棄該方案。綜上所述，選擇方案二作為小車電源模塊，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。方案一：AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案，該系列的單片機(jī)可以在線編程、調(diào)試，方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試，并且價(jià)格便宜。方案二：采用FPGA作為系統(tǒng)的主控制器。綜上，我們采用方案一。當(dāng)兩個(gè)電機(jī)以相同速度運(yùn)行時(shí)小車前進(jìn)或者后退；當(dāng)兩個(gè)小車以不同速度運(yùn)行時(shí)小車轉(zhuǎn)向，例如當(dāng)左輪比右輪轉(zhuǎn)的快時(shí)，小車向右轉(zhuǎn)向。當(dāng)小車以相同速度反方向轉(zhuǎn)時(shí)，小車可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向?？蛰d轉(zhuǎn)速 6V≤200mA10% rpm3V≤150mA10% rpm（3）、性能介紹直流碳刷價(jià)格便宜驅(qū)動簡單，但是受限于其電機(jī)轉(zhuǎn)軸以及外側(cè)輪胎的加工精度，在驅(qū)動時(shí)，不容易實(shí)現(xiàn)完全相同的速度。讓兩個(gè)電機(jī)直線行駛狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速盡量相同，有利于減少循跡時(shí)鴨子步和擺頭的情況。我組采用的是以L293D芯片為核心的驅(qū)動電路。 L293是提供雙向驅(qū)動電流高達(dá)1 A， V至36 V的；L293D提供雙向驅(qū)動電流高達(dá)600毫安， V至36 V的。兼容所有的TTL輸入。啟用1,2 EN驅(qū)動器和3,4 EN驅(qū)動器。當(dāng)使能輸入為低，這些驅(qū)動器被禁用其輸出關(guān)閉，在高阻抗?fàn)顟B(tài)。L293，外部輸出為高速鉗位二極管，應(yīng)使用電感的瞬態(tài)抑制。L293和 L293D的工作溫度是從0176。Cl 電路圖6如下：圖6 真值表見圖7（所有芯片）輸入輸出YAENHHHLHLXLZ 圖7注：在熱關(guān)斷模式下，輸出的是高阻態(tài)，而不管輸入電平。 電動車的方向檢測電路(a)。該電路包括一個(gè)紅外發(fā)光二極管、一個(gè)紅外光敏二極管及其上拉電阻。此套紅外光電傳感器固定在底盤前沿，貼近地面。實(shí)物圖如圖111所示: 圖111(2)、模塊的相關(guān)參數(shù)介紹模塊描述該傳感器模塊對環(huán)境光線適應(yīng)能力強(qiáng)，其具有一對紅外線發(fā)射與接收管，發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線，當(dāng)檢測方向遇到障礙物（反射面）時(shí)，紅外線反射回來被接 收管接收，經(jīng)過比較器電路處理之后，綠色指示燈會亮起，同時(shí)信號輸出接口輸出數(shù)字信號（一個(gè)低電平信號），可通過電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測距離，有效距離范圍 2～30cm。模塊參數(shù)說明1 當(dāng)模塊檢測到前方障礙物信號時(shí)，電路板上綠色指示燈點(diǎn)亮電平，同時(shí)OUT端口持續(xù)輸出低電平信號,該模塊檢測距離2～30cm，檢測角度35176。傳感器主動紅外線反射探測,因此目標(biāo)的反射率和形狀是探測距離的關(guān)鍵。小面積物體距離小,大面積距離大。GNDGND。當(dāng)電源接通時(shí)，紅色電源指示燈點(diǎn)亮；具有3mm的螺絲孔，便于固定、安裝；電路板尺寸：*每個(gè)模塊在發(fā)貨已經(jīng)將閾值比較電壓通過電位器調(diào)節(jié)好，非特殊情況，請勿隨意調(diào)節(jié)電位器。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(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(jì)合適的接口電路。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、并行I/O 口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。數(shù)據(jù)存儲器片內(nèi)為128 個(gè)字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至64k 字節(jié)，用來存儲程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。中斷系統(tǒng)具有5 個(gè)中斷源，2 級中斷優(yōu)先權(quán)。、串行口1 個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式。、I/O 口P1 口、P2 口、P3 口、P4 口為4 個(gè)并行8 位I/O 口。實(shí)際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的RAM 區(qū)。特別值得一提的是該單片機(jī)CPU 中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的1 位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位微計(jì)算機(jī)有自己的CPU、位寄存器、I/O 口和指令集。MCS51 單片機(jī)中8 位機(jī)和1 位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相承，它是單片機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破，這也是MCS51 單片機(jī)在設(shè)計(jì)的精美之處。比如，在直角轉(zhuǎn)彎時(shí)，小車需要一個(gè)比較大的轉(zhuǎn)向速率，而如果使用比較大的轉(zhuǎn)向速率又可能使得小車在直線行駛的時(shí)候，產(chǎn)生一個(gè)嚴(yán)重的擺頭情況。增加的代碼：/************************************************************************///慢速前進(jìn)void l_run(void){ if(state==1) { push_val_left=2。0最小，20最大 push_val_right=2。 P0= table[2]。 //左電機(jī)往前走 Right_moto_go 。 else if(state==3) rightrun。 push_val_right=2。 P0= table[6]。 Left_moto_go 。 //右電機(jī)慢走}/************************************************************************///左小轉(zhuǎn)void l_leftrun(void){ push_val_left=2。 P2 = 0xfe。 state= 2。 //右電機(jī)往前走 Left_moto_back 。為了減輕速度對轉(zhuǎn)向的影響，可以采用以下幾種解決方案。降低小車的速度可以延長傳感器和單片機(jī)處理信號的時(shí)間，并且由于速度降低，慣性對于小車轉(zhuǎn)向行駛的影響會減少。程序?qū)T性產(chǎn)生的影響進(jìn)行預(yù)測。產(chǎn)生的效果相當(dāng)于急剎車。使得小車在短時(shí)間內(nèi)速度降低。代碼如下/************************************************************************///慣性抑制void back(void){ if(push_val_back==0) { push_val_left=5。 P2 = 0xf6。 Left_moto_back。 } }（3）、電機(jī)精度較差和扭矩較小。同理，轉(zhuǎn)向時(shí)低扭矩帶來的影響使得小車轉(zhuǎn)向時(shí)即使設(shè)置（例如左5 右0）速度理論上可行，實(shí)際上也會產(chǎn)生轉(zhuǎn)向較慢，容易沖出跑道等現(xiàn)象。此方法成本適中，精度較高，易于控制。方法二在程序中進(jìn)行改進(jìn)，將轉(zhuǎn)向時(shí)一邊電機(jī)停止改成一邊電機(jī)后退，此方案，效果非常明顯，有效的解決了電機(jī)扭矩小的問題/************************************************************************/void leftrun(void){ push_val_left=6。 P2 = 0xfc 。 state= 2。 //右電機(jī)往前 Left_moto_back。 push_val_right=6。 P0= table[6]。 Left_moto_go 。 //右電機(jī)往后 }/************************************************************************/實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖17所示： 測試小車照片 圖17測試后發(fā)現(xiàn)小車基本可以穿過復(fù)雜軌道，即使在直角，大角度拐彎，十字路口依然可以完成循跡功能。當(dāng)適應(yīng)道路為2cm時(shí)，90176。后進(jìn)入一般轉(zhuǎn)向模式(小角度轉(zhuǎn)向模式)。 懸崖停車功能當(dāng)小車的傳感器檢測到所有傳感器都沒有收到反射信號時(shí)，小車將會迅速速停車。隨后，小車進(jìn)入100ms的低速后退，此階段主要是為了防止小車速度太快時(shí)，減速后，小車沖過頭。以上3個(gè)狀態(tài)在1s內(nèi)只能夠觸發(fā)一次，當(dāng)小車再次進(jìn)入此狀態(tài)時(shí)，小車將會停止。（二）、性能改善提高軌跡適應(yīng)度由于小車的循跡原理和數(shù)量的限制，小車在直線行駛時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)完全不擺頭的情況。二是盡量使小車的傳感器（中間兩個(gè)）的距離盡可能的貼近軌跡的寬度，在這種情況下，兩輪減少差速可以實(shí)現(xiàn)直線的高速運(yùn)行，但是當(dāng)兩輪的差速變小，小車的橫向扭力會減弱，在過彎時(shí)的控制力也會減弱，在非直道的情況下，第一級傳感器的減速小車將不能使小車完全擺正車身，觸發(fā)第二級傳感器的小車，會產(chǎn)生一個(gè)跟大的擺頭（此時(shí)車身將會s形前進(jìn)，在特殊的情況下，有可能導(dǎo)致小車自激沖出跑道）。測試小角度轉(zhuǎn)向時(shí)，小車一輪速度為6，一輪速度為1，軌道寬度2cm，1級傳感器寬度3cm。在通過弧形軌道時(shí)，小車幾乎沒有停頓。 循跡小車LED顯示對應(yīng)的狀態(tài)左1左二\右一右二Xx5x66