基于89c51單片機(jī)的智能循跡小車-在線瀏覽
2024-09-17 11:48本頁(yè)面
【正文】 要：本設(shè)計(jì)采用STC89C51單片機(jī)作為智能小車的控制核心，利用灰度光電傳感器QIT檢測(cè)黑帶，采用L298N驅(qū)動(dòng)電路完成驅(qū)動(dòng)并由單片機(jī)輸出的PWM波控制速度。世界上許多國(guó)家都在積極進(jìn)行智能小車的研究和開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen和charles Rosen等人，在1966年至1972年中研制出了取名shakey的自主式移動(dòng)機(jī)器人，目的是將人工智能技術(shù)應(yīng)用在復(fù)雜環(huán)境下，完成機(jī)器人系統(tǒng)的自主推理、規(guī)劃和控制。 智能小車，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動(dòng)行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中地運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、傳感、信息、通信、導(dǎo)航及白動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體 目前，國(guó)內(nèi)外的許多大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)都在積極投入人力、財(cái)力研制開(kāi)發(fā)針對(duì)特殊條件下的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。無(wú)線傳輸?shù)陌l(fā)展使得測(cè)量變得相對(duì)簡(jiǎn)單而且使得處理數(shù)據(jù)的速度變得很快甚至可以達(dá)到實(shí)時(shí)處理”。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測(cè)部分、執(zhí)行部分、CPU?？梢詫?shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并檢測(cè)到障礙物自動(dòng)躲避。在實(shí)踐過(guò)程中，熟悉以單片機(jī)為核心控制芯片，設(shè)計(jì)小車的檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)和顯示等外圍電路，采用智能控制算法實(shí)現(xiàn)小車的智能循跡。在此過(guò)程中，加深對(duì)控制理論的理解和認(rèn)識(shí)。據(jù)此，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：選用一片CPLD（如EPM7128LC8415）作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。但CPLD在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢(shì)。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。方案二：采用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，用其控制行進(jìn)中的小車，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。這樣一來(lái)，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)本設(shè)計(jì)特點(diǎn)——多開(kāi)關(guān)量輸入的復(fù)雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長(zhǎng)處理多開(kāi)關(guān)量的標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)，而不能用精簡(jiǎn)I/O口和程序存儲(chǔ)器的小體積單片機(jī)，D/A、A/D功能也不必選用。在綜合考慮了傳感器、兩部電機(jī)的驅(qū)動(dòng)等諸多因素后，我們決定采用一片單片機(jī)，充分利用STC89C51單片機(jī)的資源。優(yōu)點(diǎn)在于硬件電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。這類電機(jī)用于錄音機(jī)、錄相機(jī)、唱機(jī)或激光唱機(jī)等固定轉(zhuǎn)速的機(jī)器或設(shè)備中。容易受到外部因素干擾，影響穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸出。步進(jìn)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)腳輸出，只要施加合適的脈沖序列，電機(jī)可以按照人們的預(yù)定的速度或方向進(jìn)行連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)，便于控速，但是軟件程序的編寫較直流電機(jī)稍顯復(fù)雜。 方案三： 采用直流電機(jī)配合由雙極性管組成的H橋電路。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橋電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開(kāi)關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很高，是一種廣泛采用的調(diào)速技術(shù)，其電路原理簡(jiǎn)圖如圖21所示。方案一:采用簡(jiǎn)易光電傳感器結(jié)合外圍電路探測(cè)，但實(shí)際效果并不理想，對(duì)行駛過(guò)程中的穩(wěn)定性要求很高，且誤測(cè)幾率較大、易受光線環(huán)境和路面介質(zhì)影響。故最終未采用該方案。(參考文獻(xiàn)[3])方案三：采用三只紅外對(duì)管，一只置于軌道中間，兩只置于軌道外側(cè)，當(dāng)小車脫離軌道時(shí)，即當(dāng)置于中間的一只光電開(kāi)關(guān)脫離軌道時(shí)，等待外面任一只檢測(cè)到黑線后，做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向調(diào)整，直到中間的光電開(kāi)關(guān)重新檢測(cè)到黑線（即回到軌道）再恢復(fù)正向行駛。通過(guò)比較，我選取第二種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)循跡。方案二：采用雙電源供電，通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的電源分別對(duì)單片機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行供電，此方案的優(yōu)點(diǎn)是，減少波動(dòng)，穩(wěn)定性比較好，可以讓小車更好的運(yùn)作起來(lái)，唯一的缺點(diǎn)就是會(huì)增加小車的重量。第三章智能小車硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜。STC89C51是采用8051核的ISP（In System Programming）在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作時(shí)鐘效率為80MHz，片內(nèi)含8K Bytes的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購(gòu)買通用編程器，而且速度更快。大部分系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)的諧振電路，接在放大器的反饋回路中，這就構(gòu)成了其內(nèi)部的時(shí)鐘電路。因此，考慮到系統(tǒng)電路的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)中使用了值為12MHz的晶體振蕩器，選擇了30PF的陶瓷電容，如圖31所示。圖31時(shí)鐘電路復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。按鈕復(fù)位是指用戶按下“復(fù)位”按鈕，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)[5]。上電時(shí)，+5V電源立即對(duì)單片機(jī)芯片供電，同時(shí)經(jīng)電阻R對(duì)電容C3充電。
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