【正文】 致 謝 .................................................................................................................................... 22 附錄一 系統(tǒng)總體硬件原理圖 ............................................................................................ 23 附錄二 程序流程圖 ............................................................................................................ 24 附錄三 程序清單 ................................................................................................................ 25 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 I 智能小車的設(shè)計與實現(xiàn) 學(xué) 生：張龍 專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師：宮鶴 摘要： 本設(shè)計主要是 將小車應(yīng)用為基礎(chǔ)通用的開發(fā)平臺。在該系統(tǒng)中采用 STC89C51 單片機作主控制器； 采用紅外對發(fā)管檢測軌道上的黑線，從而實現(xiàn)小車的尋跡功能；當(dāng)前方遇見障礙物，小車改變轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)小車的避障功能；當(dāng)前方遇見懸崖，小車立即停止并發(fā)出報警，從而實現(xiàn)小車的避崖功能。軟件 部分用 C語言編寫，易讀、可移植性好。 關(guān)鍵詞： 智能小車；單片機；尋跡；避障；避崖 The Design and The Implementation of Intelligent Car Name:Zhang Long Major:Electronics Information Science and Technology Tutor:Gong He Abstract： The design is mainly based on the application of the car universal development platform. Used in the system to decide STC89C51 singlechip controller。 When meeting the current barrier, Car shift change, accordingly achieving obstacle avoidance of the realization of function。 Singlechip。 Obstacle avoidance。它們可以比人類工作得更好并且成本低廉。另外，智能小車自動行駛功能的研究將有助于智能車輛的研究。 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注?？梢娖溲芯恳饬x很大。本設(shè)計不但能夠?qū)崿F(xiàn)尋軌 ﹑ 避崖、避障、實時顯示時間的功能，而且還具有無線遙控功能。其中車載模塊包括路面檢測模塊、直流減速電機驅(qū)動模塊、液晶顯示模塊和報警模塊四個部分。當(dāng)小車遇見懸崖立即停止并發(fā)出報警。 將小車開發(fā)應(yīng)用為通用基礎(chǔ)開發(fā)平臺是本設(shè)計的創(chuàng)新之處，具有十分廣泛的實用 STC89C51 單片機 路面檢測 模塊 無線收發(fā)模塊 液晶顯示模塊 報警模塊 按鍵 直流減速電機驅(qū)動模塊 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 2 性。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C51 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 選擇 STC89C51 系列單片機的理由 [2]： 加密性強； 超強抗干擾 :⑴高抗靜電（ E S D 保護）；⑵輕松過 2 K V / 4 K V 快速脈沖干擾 ( E F T 測試）⑶寬 電壓， 不怕電源抖動⑷寬溫度范圍 , 4 0 ℃～ 8 5 ℃ 三大降低單片機時鐘對外部電磁輻射的措施：⑴禁止 A L E 輸出；⑵如選 6 時鐘 / 機器周期，外部時鐘頻率可降一半；⑶單片機時鐘振蕩器增益可設(shè)為 1 / 2 g a i n 。 在系統(tǒng)可編程 , 無需編程器 , 無需仿真器 可送 S T C I S P 下載編程器 ,1 萬片 / 人 / 天 可供應(yīng)內(nèi)部集成 M A X 8 1 0 專用復(fù)位電路的單片機，只有 D 版本才有內(nèi)部集成專用復(fù)位電路，原復(fù)位電路可以保留，也可以不用，不用時 R E S E T 腳接 1 K 電阻到地。 車體設(shè)計 方案 1：購買玩具電動車。但是一般的說來，玩具電動車具有如下缺點：首先，這種玩具電動車由于裝配緊湊，使得各種所需模塊的安裝十分不方便。再次，玩具電動車的電機多為玩具直流電機，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 3 負載性能差，不易調(diào)速。因此我們放棄了此方案。經(jīng)過反復(fù)考慮論證，我們制定了左右兩輪分別驅(qū)動，前后萬向輪轉(zhuǎn)向的方案。這樣，當(dāng)兩個直流電機轉(zhuǎn)向相反同時轉(zhuǎn)速相同時就可以實現(xiàn)電動車的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實現(xiàn)小車坐標(biāo)不變的 90 度和 180 度的轉(zhuǎn)彎。當(dāng)小車前進時，左右兩驅(qū)動輪與前萬向輪形成了三點結(jié)構(gòu)。而且小車更輕便，美觀 [3]。實物圖如圖 21 所示： 圖 21 小車基本框架 Fig 21 the basic framework of car 車載顯示模塊 為滿足題目要求，需要在車上顯示小車的行駛時間。 方案 1：用 8 位數(shù)碼管進行顯示小車行駛時間，這也是比較通用的方法，但是使用數(shù)碼管顯示時間 的外圍電路比較復(fù)雜且穩(wěn)定性不高。該液晶屏可以兩行顯示數(shù)字、漢字，顯示清晰，美觀；耗電量小。 1602 外觀圖如圖 22 所示 ： 圖 22 1602 外觀圖 Fig 22 1602 the appearance of Figure 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 4 報警模塊 方案 1：語音報警器。 方案 2：喇叭報警。 綜上所述：本設(shè)計只需在小車遇見懸崖后發(fā)出報警 ,所以選擇方案二。由一個完全集成的頻率調(diào)制器，一個帶解調(diào)器的接收器，一個功率 放大器，一個晶體震蕩器和一個調(diào)制器組成?？梢院苋菀淄ㄟ^SPI 接口進行編程配置。但是 nRF905 需要配置的端口很多，這樣也造成了硬件電路設(shè)計的復(fù)雜。是一種短距離無線數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品，它體積小，功耗低，穩(wěn)定性及可靠性極高，能方便為用戶提供雙向的數(shù)據(jù)信號傳輸、檢測和控制。 從硬件電路的難易程度、性能和控制靈活性上考慮，我選擇了方案 2。 ⑺ I S P （在系統(tǒng)可編程） / I A P （在應(yīng)用可編程），無需專用編程器 / 仿真器可通過串口（ ）直接下載用戶程序， 8K 程序 3 秒即可完成一片 ⑻ EEPROM 功能 ⑼看門狗 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 5 ⑽內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（ D 版本才有），外部晶體 20M 以下時，可省外部復(fù)位電路 。另外兩對對發(fā)管實現(xiàn)小車的避崖功能。用此方案尋跡靈敏度高，且硬件電路簡單，占用單片機口線少 [5]。是十六腳封裝的直流電機驅(qū)動電路芯片，能夠同時驅(qū)動兩個直流電機。如 圖 32 是 L293D 的外部引腳圖，圖 33 是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。是由單片機的 、 、 、 控制的。當(dāng)使能端 1 或 9 腳接收到單片機發(fā)送的高電平時，芯片就可以由 7 或 15 腳分別控制兩個電機正、反轉(zhuǎn)。只要這兩個管腳電平不同電機就可以運轉(zhuǎn)， 15 兩個管腳同 7 一樣。其余的 1 13 是接地用的， VSS、 VS 分別接 5V、 。電機分別連接在 out out2 和 out out4，其余分別于單片機和電源部分連接。接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，但對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，因此通常使用一個 10K 的電位器來調(diào)整對比度，或者直接串接一個電阻到地； ⑶ RS： MCU寫入數(shù)據(jù)或者指令選擇端。 R/W 為高電平時，讀取數(shù)據(jù)； R/W 為低電平時， 寫入數(shù)據(jù)； ⑸ E： LCD 模塊使能信號控制端。 ⑹ D0－ D7： 8 位數(shù)據(jù)總線，三態(tài)雙向。本充電器就是采用 4 位數(shù)據(jù)傳送方式； ⑺ BLA： LED 背光正極。 基本操作時序 ⑴讀狀態(tài)：輸入： RS=L， RW=H,E=H 輸出： D0D7=狀態(tài)字 ⑵寫指令：輸入： RS=L， RW=L,D0D7=指令碼， E=高脈沖 輸出：無 ⑶讀數(shù)據(jù)：輸入： RS=H， E=H， 輸出： D0D7=數(shù)據(jù) ⑷寫數(shù)據(jù)：輸入： RS=H， RW=L， D0D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖 輸出：無 ⑸狀態(tài)字說明見表 33 所示： 表 33 狀態(tài)字說明 Table 33 Status Word Description STA7 STA6 STA5 STA4 STA3 STA2 STA1 STA0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 注：對控制器每次進行讀寫操作之前，都必須進行讀寫檢測，確保 STA7 為 0 RAM 地址映射圖 控制器內(nèi)部帶有 80? 8 位（ 80 字節(jié)）的 RAM 緩沖區(qū)，對應(yīng)關(guān)系如圖 36 所示： 圖 36 RAM 地址映射圖 Fig 36 RAM Address Map 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 9 初始化設(shè)置 ⑴ 顯示模式設(shè)置如表 34 所示： 表 34 顯示模式初始化 Table 34 Display Mode Initialization 指令碼 功能 0 0 1 1 1 0 0 0 設(shè)置 16? 2 顯示， 5? 7 點陣， 8 位數(shù)據(jù)接口 ⑵ 顯示開 /關(guān)及光標(biāo)設(shè)置如表 35 所示 ： 表 35 顯示開 /關(guān)及光標(biāo)初始化 Table 35 shows on / off and cursor initialization 指令碼 功能 0 0 0 0 1 D C B D=1 開顯示； D=0 關(guān)顯示 C=1 顯示光標(biāo) C=0 不顯示光標(biāo) B=1 光標(biāo)閃爍； B=0 光標(biāo)不顯示 0 0 0 0 0 1 N S N=1 當(dāng)讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加一，且光標(biāo)加一 N=0 當(dāng)讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減一，且光標(biāo)減一 S=1 當(dāng)寫一個字符，整屏顯示左移（ N=1）或右移（ N=0），以得到光標(biāo)不移動而屏幕移動的效果。當(dāng)小車遇見懸崖時立即停止此時 1602 顯示最終時間。當(dāng)小車遇到懸崖時，立即停止，此時揚聲器發(fā)出報警 [8]。其電路如 35 所示： 圖 38 報警模塊電路圖 Fig 38 Module alarm circuit JZ863 微功率無線數(shù)傳模塊 JZ863 概述 JZ863 微功率無線數(shù)傳模塊，是一種短距離無線數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品，它體積小，功耗低，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 11 穩(wěn)定性及可靠性極高，能方便為用戶提供雙向的數(shù)據(jù)信號傳輸、檢測和控制。外形圖如圖 39所示： 圖 39 JZ863 外形圖 Fig 39 JZ863 Outline JZ863 技術(shù)指標(biāo) ⑴調(diào) 制 方 式： FSK ⑵工 作 頻 率： 428～ 434MHZ ⑶發(fā) 射 功 率： 100mW ⑷接收靈敏度： 110dBm ⑸發(fā) 射 電 流： 100mA ⑹接 收 電 流： 11mA ⑺休 眠 電 流： 1uA ⑻信 道 速 率： 1200/2400/4800/9600/19200Bit/s 用戶可設(shè) ⑼串 口 速 率： 1200/2400/4800/9600/19200Bit/s 用戶可設(shè) ⑽收發(fā)轉(zhuǎn)換時間： 10ms ⑾接口數(shù) 據(jù)格式： 8E1/8N1/8O1 ⑿工 作 電 源： TTL： DC +~+ 或 +~+， RS232/RS485： DC +~+； ⒀工 作 溫 度： 20℃～ 65℃ ⒁工 作 濕 度： 10%～ 90%相對濕度 ,無冷凝 ⒂外 形 尺 寸： 44mm 27mm 8mm ⒃互 通 型 號： JZ862/JZ863/JZ864/JZ865/JZ866/JZ868 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 12 功能特點 ⑴微發(fā)射功率。 ⑵低功耗。 ⑶ ISM 頻段工作頻率，無需申請頻點 。 ⑷高抗干擾能力和低誤碼率。 ⑸傳輸距離遠。