電氣專業(yè)：遙控機器人設計畢業(yè)論文

1、武漢東湖學院武漢東湖學院 本科生畢業(yè)論文（設計） 論論 文文 題題 目：目： 遙控機器人設計 姓姓 名：名： 柏冠群 院院 系：系： 工學院 專專 業(yè)：業(yè)：電氣工程及其自動化 班班 級：級： （一）班 指指 導導 教教 師：師： 蔡麗 摘 要 智能作為現(xiàn)代社會的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預先設定的 模式在一個特定的環(huán)境里自動的運作，無需人為管理，便可以完成預期所要達 到的或是更高的目標。本設計主要體現(xiàn)多功能小車的智能模式，設計中的理論 方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點等可以為自動運輸機器人、采礦勘探機器人、 家用自動清潔機器人等自動半自動機器人的設計與普及有一定的參考意義。同 時小車可以

2、作為玩具的發(fā)展對象，為中國玩具市場技術(shù)含量的缺乏進行一定的 彌補，實現(xiàn)經(jīng)濟收益，形成商業(yè)價值。 整個小車平臺主要以 51 單片機為控制核心，通過無線遙控實現(xiàn)前進后退和 轉(zhuǎn)向行駛；通過紅外線傳感器,實現(xiàn)小車的自適應巡航、避障等功能。 設計采用對比選擇，模塊獨立，綜合處理的研究方法。通過翻閱大量的相 關(guān)文獻資料，分析整理出有關(guān)信息，在此基礎上列出不同的解決方案，結(jié)合實 際情況對比方案優(yōu)劣選出最優(yōu)方案進行設計。 從電機車體，最小系統(tǒng)到無線遙控，紅外線對管的自動尋跡再到紅外線自 動避障和語音控制，完成各模塊設計。通過調(diào)試檢測各模塊，得到正確的信號 輸出，實現(xiàn)其應有的功能。最后將各個調(diào)試成功的模塊結(jié)合到

3、小車的車體上， 結(jié)合程序，通過單片機的控制，將各模塊有效整合在一起，達到所預期的目標， 完成最終設計與制作，能使小車在一定的環(huán)境中智能化運轉(zhuǎn)。 abstract as a new product of modern society, intelligence is the trend in future development. it can work in some specific environment according to the mode which sets in advance. dispensing with behavior adjustment management,b

4、ut it can achieve the expected， even higher goal. the design mainly reflected a smart-car model,the theoretical scheme, analysis method, uniqueness and innovation etc. that pointed in this paper, i think they are will be certain reference value in design and popularity of automatic or semi-automatic

5、 robot such as automatic transportation robot, prospecting robot, cleaning household robot etc. this car can be used as a model of development of toy, to make up the deficiency of technical content in the chinese toy market,to realize economic profit and to form commercial value. the design takes mi

6、cro-controller 51 as control center, use wireless control to make car go forward, go backward or turn around; use infrared sensor to achieve the function of adaptive cruise and avoiding barriers. using methods of contrast selection, module independence, integrated treatment; consulting a large numbe

7、r of related literature and data; and listing differnet solution; according to practical situation and choose the best scheme to design. the motor car body, the minimum system and wireless control, the auto- guiding of infrared diode or auto-avioding barriers and voice-control, step by step, the des

8、ign is forming gradually. and then, debugging and checking every single module, getting the correct signal output. finally, combining program, conforming every module efficiently to make it work. key words: intelligence, infrared sensor, auto-guiding, voice- control, combined processing 目 錄 1 引言.1 2

9、 總體設計.2 2.1 各模塊分析選擇 .2 2.1.1 主控單元方案 .2 2.1.2 避障單元方案 .3 2.1.3 尋跡單元方案 .3 2.1.4 遙控單元方案 .3 2.1.5 語音控制單元方案 .4 2.2 總體設計框圖 .4 3 硬件設計.6 3.1 單片機控制模塊.6 3.2 無線遙控模塊.8 3.3 紅外對管尋跡模塊.11 3.4 紅外避障模塊.14 3.5 電機驅(qū)動模塊 .15 3.6 語音控制模塊 .16 4 軟件設計.18 4.1 模糊控制算法 .18 4.1.1 模糊理論的發(fā)展.18 4.1.2 模糊控制算法原理.18 4.1.3 智能小車中的模糊控制算法.19 4.2

10、 軟件設計框圖 .19 4.3 軟件程序設計部分源程序 .20 5 制作和調(diào)試.24 5.1 使用的儀器儀表及軟件 .24 5.2 系統(tǒng)制作 .24 5.3 系統(tǒng)調(diào)試 .24 5.3.1 硬件調(diào)試 .25 5.3.2 軟件調(diào)試.27 5.3.3 聯(lián)合調(diào)試.27 6 結(jié)論與展望.28 致 謝.29 參考文獻.30 附錄 畢業(yè)設計作品說明書.33 1 引言 智能化作為現(xiàn)代社會的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預先設定 的模式在一個特定的環(huán)境里自動的運作，無需人為管理，便可以完成預期所要 達到的或是更高的目標。 中國自1978年把“智能模擬”作為國家科學技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的主要研究課題， 開始著力研究

11、智能化。從概念的引進到實驗室研究的實現(xiàn)，再到現(xiàn)在高端領域 （航天航空、軍事、勘探等）的應用，這一過程為智能化的全面發(fā)展奠定基石。 智能化全面的發(fā)展是實現(xiàn)其對資源的合理充分利用，以盡可能少的投入得到最 大的收益，大大提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，實現(xiàn)現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)水平從自動化向智能 化升級，實現(xiàn)當今智能化發(fā)展由高端向大眾普及。從先前的模擬電路設計，到 數(shù)字電路設計，再到現(xiàn)在的集成芯片的應用，各種能實現(xiàn)同樣功能的元件越來 越小為智能化產(chǎn)物的生成奠定了良好的物質(zhì)基礎。 本設計以智能化全面發(fā)展的普及與應用為目的，整體開發(fā)過程簡單易懂， 所選擇的平臺與各電子元件恰當合理，無需花費過多的人力財力便可達到預期 所要求各

12、功能的實現(xiàn)，也符合課題研究的意義。設計的理論方案、分析方法及 特色與創(chuàng)新點等可以為國內(nèi)自動運輸機器人、采礦勘探機器人、家用自動清潔 機器人等自動半自動機器人的設計與普及有一定的參考意義。小車也可以作為 玩具的發(fā)展對象，為中國玩具市場技術(shù)含量的缺乏進行一定的彌補，實現(xiàn)經(jīng)濟 收益，形成商業(yè)價值。同時作為高校畢業(yè)設計研究課題，對學生的思維、動手 能力以及總結(jié)論述等綜合能力得到充分鍛煉，有利于以后獨立及全面的發(fā)展。 設計主要以簡易智能機器人為開發(fā)平臺，選擇通用、價廉的 51 單片機為控 制平臺，選擇常見的電機模型車為機械平臺，通過細化設計要求，結(jié)合傳感器 技術(shù)、電機控制技術(shù)、無線通信技術(shù)等相關(guān)知識實現(xiàn)

13、小車的各種功能。設計完 成以由無線電遙控、紅外線對管的自動尋跡、紅外線自動避障以及語音控制組 成的硬件模塊結(jié)合軟件設計組成多功能智能小車，共同實現(xiàn)小車的前進倒退、 轉(zhuǎn)向行駛，自動根據(jù)地面黑線尋跡導航，檢測障礙物后停止和語音信號的控制 等功能，實現(xiàn)智能控制，達到設計目標。 2 總體設計 本課題設計主要是制作一款能進行智能判斷并能做出正確反應的小車。小 車具有以下幾個功能：自動避障功能；尋跡功能（按路面的黑色軌道行駛）； 無線遙控功能和語音控制。作品既可以對高端智能化進行剖析，也可以作為高 級智能玩具發(fā)展對象，同時可成為大學生學習嵌入式控制系統(tǒng)的應用實例。 作品以兩直流電動機為主驅(qū)動，通過各類傳感

14、器件來采集各類信息，送入 主控單元 51 單片機，處理數(shù)據(jù)后完成相應動作，以達到自身控制。電機驅(qū)動電 路采用高電壓，高電流，四通道驅(qū)動集成芯片；避障采用紅外線收發(fā)來完成， 自動尋跡采用紅外線接收二極管完成；無線遙控則是由接收模塊和發(fā)送模塊完 成以及附加功能的語音模塊是以柱極式話筒脈沖波經(jīng)過處理后完成。最后由控 制單元處理數(shù)據(jù)后通過匯編程序有序合理的將各模塊信號整合在一起并完成相 應動作，實現(xiàn)了智能控制，相當于簡易機器人。 2.1 各模塊方案 2.1.1 主控單元方案 采用 51 單片機來作為整機的控制單元。紅外線探頭采用市面上通用的發(fā)射 管與及接收頭，經(jīng)過比較芯片調(diào)制處理后由控制系統(tǒng)接收。路線

15、尋找采用紅外 線管對路面信號采集，送到單片機系統(tǒng)處理，同樣包括無線遙控信號和語音控 制信號。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決復雜的硬件電路部分，使系統(tǒng) 硬件簡潔化，各類功能易于實現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。 2.1.2 避障單元方案 采用紅外線避障，利用單片機來產(chǎn)生信號對紅外線發(fā)射管進行調(diào)制發(fā)射， 發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管對反射回來信號 進行解調(diào)，輸出比較電平。外界對紅外信號的干擾比較小，且易于實現(xiàn)，價格 也比較便宜。 紅外線避障方法，利用一管發(fā)射另一管接收，接收管對外界紅外線的接收 強弱來判斷障礙物的遠近，由于紅外線受外界可見光的影響較大，因此通過調(diào) 制信號產(chǎn)

16、生的載波來減少外界的一些干擾。只要障礙物在限定范圍內(nèi)就會產(chǎn)生 相對的電平供單片機控制，實現(xiàn)避障功能。 2.1.3 尋跡單元方案 利用集成型紅外對管作為尋跡單元的傳感器，其中紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外 線，紅外線二極管進行接收。采用紅外線發(fā)射，外面可見光對接收信號的影響 較小，再用射極輸出器對信號進行隔離。 當小車底部的某邊紅外線收發(fā)對管遇到黑帶時，可以檢測到輸入電平為高 電平，反之為低電平。結(jié)合單片機查詢方式，通過程序控制小車哪邊輪胎轉(zhuǎn)動 來改變方向。這樣不斷循環(huán)檢測，方向控制，使小車按黑線行走。 2.1.4 遙控單元方案遙控單元方案 無線電遙控也由發(fā)射和接收兩大部分組成，由于無線電遙控模塊在市場上

17、 非常普及，加上無線電遙控有傳輸距離遠、抗干擾能力強、無方向性等優(yōu)點， 對于小車的控制是一個不錯的選擇。 2.1.5 語音控制單元方案 采用柱極式話筒產(chǎn)生不同的頻率信號來完成聲音提示，經(jīng)放大整形后產(chǎn)生 一個脈沖電平輸入給單片機完成聲音提示功能。方案給人以提示的可懂性比較 差，但在一定程度上能滿足要求，而且易于實現(xiàn)，成本也不高。 柱極式話筒接收聲波信號，通過三極管放大信號，使信號通過整流的二極 管得到一個脈沖信號，并經(jīng)過取反后供單片機控制，實現(xiàn)語音控制。 2.2 總體設計框圖 此系統(tǒng)是以單片機為控制核心，處理執(zhí)行各個外部傳感器檢測得到的電平 信號，其中外部信號有四部分得到：尋跡模塊，避障模塊，遙

18、控模塊和語音模 塊。最后把處理結(jié)果傳遞給小車電機，使得到相應效果。如圖 2-1 總體設計框 圖 單片機核心控制 語音控制 自動尋跡 避障模塊 無線遙控 電機轉(zhuǎn)動 3 硬件設計 本系統(tǒng)硬件主要有六大模塊組成：單片機控制模塊、無線遙控模塊、紅外 對管尋跡模塊、紅外線避障模塊、電機控制模塊和語音控制模塊。 3.1 單片機控制模塊 本模塊采用 51 系列單片機作為核心處理器。單片機控制系統(tǒng)基本由最小系 統(tǒng)和外圍信號 i/o 口組成，其中最小系統(tǒng)包括電源，cpu 時序電路，復位電路。 有了以上三塊，單片機就能夠正常工作。 3.1.1 時鐘電路 單片機的時鐘產(chǎn)生有兩種方法：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。系統(tǒng)

19、的時 鐘電路設計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。 3.1.2 復位電路 復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復位電路是復位引腳 rst 通過一 個觸發(fā)器與復位電路相連，觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期中 由復位電路采樣一次。 復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。所謂上電復位，是 指計算機加電瞬間，要在 rst 引腳出現(xiàn)大于 10ms 的正脈沖，使單片機進入復位 狀態(tài)。按鈕復位是指用戶按下“復位”按鈕，使單片機進入復位狀態(tài)。 3.2 無線遙控模塊 此模塊實現(xiàn)了無線電遠距離控制小車的停啟、方向行駛的功能，在整個小 車系統(tǒng)中起到不可忽視的作用。 3.2.1 無線遙控

20、工作原理 圖 3-4 是無線電遙控設備方框圖，由發(fā)射機、接收機及執(zhí)行機構(gòu)三部分組 成。發(fā)射機主要包括編碼電路和發(fā)射電路。編碼電路由操縱器(操縱開關(guān)或電位 器等)控制，操縱者通過操縱器；使編碼電路產(chǎn)生所需要的控制指令。這些控制 指令是具有某些特征的、相互間易于區(qū)分的電信號，例如：用頻率為 270hz 的 正弦信號作為控制左舵的指令，用頻率為 350hz 的正弦信號作為控制右舵的指 令，即不同頻率的正弦信號代表不同的控制指令。除了可利用頻率特征外，還 可用正弦信號的幅度及相位特征、脈沖信號的幅度、寬度及相位特征以及碼組 特征等表示各種指令。 圖 3-4 無線電遙控設備方框圖 編碼電路產(chǎn)生的指令信號

21、都是頻率較低的電信號，無法直接傳送到遙控目 標上去，還要將指令信號送到發(fā)射電路，使它載在高頻信號(載波)上，才能由 發(fā)射天線發(fā)送出去。我們把指令信號載到載波上去的過程叫調(diào)制，調(diào)制作用由 發(fā)射電路的調(diào)制器完成。發(fā)射電路的主要作用是產(chǎn)生載波，并由調(diào)制器將指令 信號調(diào)制在載波上，經(jīng)天線將已調(diào)載波發(fā)送出去。接收機由接收電路及譯碼電 路組成。接收電路又包括高頻部分及解調(diào)器部分。由接收天線送來的微弱信號 經(jīng)接收機高頻部分的選擇和放大后，送到解調(diào)器。由于“卸”下來的各種指令 信號是混雜在一起的、還要送到譯碼電路譯碼。譯碼電路的工作就象把卸下來 的貨物鑒別分類，再分別送到使用場地一樣，它對各種指令信號進行簽別

22、，送 到相應的執(zhí)行放大電路。執(zhí)行放大電路把指令信號放大到具有一定的功率，用 以驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械動作，例如電機的轉(zhuǎn)動、電磁鐵 的吸動等，帶動被控的調(diào)節(jié)機構(gòu)，從而實現(xiàn)對被控目標的控制。 3.3 紅外對管尋跡模塊 尋跡是指小車在白色地板上循黑線行走，本系統(tǒng)采取的方法是紅外探測法， 即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點，在小車行駛 過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時發(fā)生漫反射， 反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的 接收管接收不到紅外光。由此過程來改變接收管的輸出電壓，單片機以電壓的 變化為依據(jù)來執(zhí)行小車電

23、機確定行走路線。 圖3-8為紅外線尋跡安裝圖： 圖 3-8 紅外線尋跡安裝圖 3.4 紅外避障模塊 紅外避障模塊主要實現(xiàn)小車的避障處理，當小車檢測到前面有障礙物時， 由單片機發(fā)出指令實現(xiàn)小車停止功能。其實現(xiàn)原理與紅外線對管尋跡模塊基本 一致，只是為了實現(xiàn)更好的避障效果（主要是距離問題），所以采用了自制紅 外接發(fā)電路。 3.5 電機驅(qū)動模塊 小車電機為直流減速電機，帶有齒輪組，考慮不需調(diào)速功能，所以采用電 機驅(qū)動芯片 l293d。l293d 是著名的 sgs 公司的產(chǎn)品。為單塊集成電路，高電壓， 高電流，四通道驅(qū)動，設計用來接收 dtl 或者 ttl 邏輯電平，驅(qū)動感性負載(比 如繼電器，直流和

24、步進馬達)，和開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動電 路。l293d 可直接的對電機進行控制，無須隔離電路。通過單片機的 i/o 輸入 改變芯片控制端的電平，即可以對電機進行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，非常方便， 用程序輸入對應的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對應的動作，有效控制電機運動，如圖 3-13 電機驅(qū)動原理圖。j16 和 j17 控制左邊電機，j18 和 j19 控制右邊電機。取左邊 電機為例，當 j16 輸入數(shù)字電平“1”， j17 輸入數(shù)字電平“0”時實現(xiàn)正轉(zhuǎn)； 當 j16 輸入數(shù)字電平“0”， j17 輸入數(shù)字電平“1”時實現(xiàn)反轉(zhuǎn)；當 j16 輸入 數(shù)字電平“0（1）”， j17 輸入數(shù)字電平“

25、0（1）”時實現(xiàn)停止；最后結(jié)合左 右電機通過單片機共同實現(xiàn)小車的前后左右四個方向行駛。 圖 3-13 電機驅(qū)動原理圖 3.6 語音控制模塊 本模塊為小車的附加功能模塊，主要采用柱極式話筒接收聲波信號，通過 三極管放大電路放大信號，使信號經(jīng)過電容和整流的二極管得到一個電壓峰值 為一伏的脈沖信號，并經(jīng)過 74hc04 取反后供單片機控制，實現(xiàn)語音控制。如圖 3-14 語音控制模塊原理圖。 圖 3-14 語音控制模塊原理圖 其中圖中 p15 為連接柱極式話筒的接口，p16 為電源接口，r23 的作用是調(diào) 節(jié)話筒的靈敏度，c7 則是用來濾除波形中的直流部分。中間電路為典型的三極 管共 e 極放大電路，

26、其放大倍數(shù)可以根據(jù) r24 和 r25 來確定。但由于 9013 管的 自身特性，使的其最大的放大電壓為 1 伏，經(jīng)過電容的整形形成直流電壓輸入 二極管。當話筒沒有接受到一定強度的聲波時，由于二極管的管壓降，使電壓 不能經(jīng)過其到非門芯片而讓芯片輸出電平為數(shù)字“1” ，但當話筒接收到的聲波 信號經(jīng)放大后超過二極管的管壓降，非門的輸入端上有一個正電壓，而使輸出 端為低電平“0” ，實現(xiàn)跳變觸發(fā)的產(chǎn)生，進而讓單片機的中斷口進行判斷，作 出響應，實現(xiàn)語音控制。 4 軟件設計 軟件設計是實現(xiàn)小車智能運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵所在，相當于人類大腦思維活動，通 過軟件設計可將各個變化信號數(shù)據(jù)有效的結(jié)合處理，產(chǎn)生相應的動作反

27、應。在 小車運行的控制過程中，我們采用模糊控制算法實現(xiàn)對小車樣本訓練。 4.1 模糊控制算法 4.1.1 模糊理論的發(fā)展 20 世紀 60 年代，美國加利福尼亞大學著名教授扎德發(fā)表了一篇關(guān)于模糊 集合的論文，由此提出了模糊理論。四十多年來，在模糊理論算法、模糊推理、 工業(yè)控制應用，以及穩(wěn)定性理論研究方面，都有不少研究論文發(fā)表。 80 年代后，自動控制系統(tǒng)隨著被控對象的復雜化，它不僅表現(xiàn)在控制系統(tǒng) 具有多輸入、多輸出的強偶合性、參數(shù)時變性和嚴重的非線性等特性，更突出 的是從系統(tǒng)對象所能獲取的知識信息量相對的減少，以及與此相反的對控制性 能的要求卻日益高度化。 如今，對模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、模糊推理

28、算法，以及模糊控制穩(wěn)定性等問 題的研究成果已進入實用化時期，其成果應用主要集中于工業(yè)窯爐方面，如退 火爐，電弧冶煉爐，水泥爐及造紙機的控制等。 目前，模糊控制技術(shù)有了更大的發(fā)展，過去將大型機械設備和生產(chǎn)過程作 為控制對象，而現(xiàn)在模糊控制技術(shù)已經(jīng)開始大量應用在家用電器、交通工具等 方面。 4.1.2 模糊控制算法原理 模糊控制的關(guān)鍵和核心是模糊控制規(guī)則，即用人的自然語言對操作者的手 動控制策略加以描述，得到一些不精確的、定性的、判定的規(guī)則，這些規(guī)則就 是模糊控制技術(shù)中的模糊控制規(guī)則。這些模糊控制規(guī)則的來源是根據(jù)操作者對 被控制對象的動態(tài)性的認識、表達和對被控對象的控制經(jīng)驗，從這些抽出輸入 和輸出

29、關(guān)系，加以描述，實質(zhì)上就是被控對象的數(shù)學模型。在實際應用中，特 別是人工操作控制，并不需要建立被控對象的數(shù)學模型。為了模擬人工控制過 程，對人工控制操縱的經(jīng)驗和策略進行歸納、總結(jié)，建立一系列的模糊控制規(guī) 則，將這些規(guī)則進行一定的處理便產(chǎn)生相應的模糊控制算法，利用計算機來實 現(xiàn)這些模糊語句，此時就構(gòu)成了一個模糊控制器，而其中的模糊控制算法則描 述了控制器的行為特征。 對于模糊控制規(guī)則的建立方法很多，主要有：以專家知識、經(jīng)驗為依據(jù)建 立模糊控制規(guī)則；以熟練操作者的手動操作策略、經(jīng)驗和測試數(shù)據(jù)來建立模糊 控制規(guī)則，根據(jù)被控對象的模糊模型建立模糊控制規(guī)則以及根據(jù)學習算法建立 模糊控制規(guī)則等。 模糊控制

30、的控制過程，如果由人來實現(xiàn)，都是按照這樣的一個順序進行的： 感覺器官的觀測（獲取信息）-人腦的思維、判斷（存儲和處理信息）- -手動的調(diào)整（信息的實施） 。 4.1.3 智能小車中的模糊控制算法 本設計的模糊控制規(guī)則的建立方法是：智能小車通過經(jīng)驗和測試數(shù)據(jù)來建 立模糊控制規(guī)則。其主要控制過程為：尋跡與避障的紅外發(fā)射裝置發(fā)送信息， 由收裝置接收，接收裝置相當于人的感覺器官獲取信息傳給單片機，單片機相 當于人的大腦，可以存儲和處理信息，通過訓練樣本庫，測試出小車尋跡最佳 偏轉(zhuǎn)角度，最佳避障距離等，包括其他的遙控信號、語音信號等，從而命令智 能小車執(zhí)行相應的操作，完成智能行駛。 4.2 軟件設計框圖

31、 本系統(tǒng)中通過遙控啟動后，小車一直處于自動尋跡和尋找障礙信號的狀態(tài) 中，當避障信號和遙控信號任一信號給單片機收集到后都轉(zhuǎn)入相應的狀態(tài)停止 和遙控方向行駛。另外中斷控制程序語音控制則是實現(xiàn)當外部有一定強度的信 號進入控制核心就對整個小車實現(xiàn)狀態(tài)停止等待功能，其主程序流程如圖 4-1 所示。 開始 初始化各端口 查詢按鍵 向前 d 按下？ n y 尋跡行駛 遙控控制？ 方向行駛 避障控制？ 避障控制？ 停止 結(jié)束 yy y n n n 中斷 保護現(xiàn)場 語音控制 行駛停止 中斷返回 恢復現(xiàn)場 圖 4-1 程序流程圖 4.3 軟件程序設計部分源程序 本程序以匯編的形式編輯，結(jié)合硬件實現(xiàn)小車整個系統(tǒng)功能

32、。小車以自動 尋跡為主體，不斷測試避障信號，實現(xiàn)隨時避障，并通過遙控控制小車的方向 行駛。此程序主要以查詢方式實現(xiàn)，同時也結(jié)合了語音控制的中斷方式，主體 程序如下： org 0000h ljmp start org 03h ljmp int0 ;跳入中斷程序，進行語音控制 start: mov ie,#81h setb it0 ;開放中斷11 jb p0.1,hou jb p0.0,qian ;查詢判斷按鍵，當有遙控按鍵按下 出 jb p0.3,zuo ;現(xiàn)高電平就跳轉(zhuǎn)到相應子程序，運 行 jb p0.2,you ;小車 jmp start int0: setb p3.5 ;中斷語音控制子程序

33、 setb p3.4 setb p3.6 setb p3.7 call anjian ;中斷停止后可由遙控重新啟動 call delay1s jmp int0 reti qian: clr p3.4 ;前行子程序 clr p3.7 loop1: setb p3.5 ;左輪 setb p3.6 ;右輪 call delay1s clr p3.5 clr p3.6 ;通過延時減慢電機轉(zhuǎn)速 call delay1s jnb p2.6,bting ;實現(xiàn)避障功能 call anjian ;實現(xiàn)遙控按鍵控制，并不斷執(zhí)行尋 跡 jmp loop1 hou: clr p3.5 ;后退子程序 clr p3.6

34、 loop: setb p3.4 setb p3.7 call delay1s clr p3.4 clr p3.7 call delay1s call anjian jmp loop zuo: clr p3.4 ;左轉(zhuǎn)子程序 clr p3.7 loop2: clr p3.5 setb p3.6 call delay1s clr p3.5 clr p3.6 call delay1s jnb p2.6,bting call anjian jmp loop2 you: clr p3.4 ;右轉(zhuǎn)子程序 clr p3.7 loop3: setb p3.5 clr p3.6 call delay1s cl

35、r p3.5 clr p3.6 call delay1s jnb p2.6,bting call anjian jmp loop3 bting: setb p3.5 ;停止子程序，電機兩端都置高 電平實現(xiàn) setb p3.4 setb p3.6 setb p3.7 call delay1s call anjian jmp bting anjian: jb p0.1,hou ;按鍵子程序，包括遙控，尋跡 jb p0.0,qian jb p0.3,zuo jb p0.2,you jb p2.4,zuo jb p2.5,you ret delay1s:mov r1,#10h ;延時子程序 del0:

36、 mov r2,#10h del1: mov r3,#100h kk : djnz r3,kk djnz r2,del1 djnz r1,del0 ret end 5 制作和調(diào)試 5.1 使用的儀器儀表及軟件 數(shù)字萬用表 單片機仿真器 燒寫器 直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源 示波器 畫圖制板軟件 編譯軟件 電烙鐵 5.2 系統(tǒng)制作 根據(jù)系統(tǒng)設計方案，本系統(tǒng)的制作主要是硬件制作，包括三個部分：面包 板上的調(diào)試，電路板的制作，各元器件的焊接和模塊的連接。面包板上的調(diào)試 是保證系統(tǒng)功能穩(wěn)定實現(xiàn)的基礎，在各個模塊都能產(chǎn)生相應的信號后可以根據(jù) 電路圖制作集成 pcb 電路板，使系統(tǒng)電路美觀而且更能保證穩(wěn)定性，最后通過

37、 焊接元器件，實現(xiàn)有效功能后連接到小車平臺上，形成完美整體。 其中制作集成電路板過程最為復雜，在面包板上的調(diào)試過程完成后根據(jù)已 有的電路，將其通過電路畫圖軟件得到原理圖并進一步轉(zhuǎn)化生成 pcb 圖。在得 到 pcb 電路圖后，通過 1：1 比例打印到熱轉(zhuǎn)印紙，熱轉(zhuǎn)印紙轉(zhuǎn)印到已經(jīng)截好的 銅板上，放進三氯化鐵溶液中腐蝕得到成型電路板，最后根據(jù)板上的焊盤進行 鉆孔，完成 pcb 電路板制作。 5.3 系統(tǒng)調(diào)試 本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于 在系統(tǒng)設計中采用模塊設計法，所以方便對各電路模塊功能進行逐級測試：單 片機控制模塊的調(diào)試、無線遙控模塊的調(diào)試、紅外對管尋跡模塊

38、的調(diào)試、紅外 線避障模塊的調(diào)試以及電機控制模塊和語音控制模塊的調(diào)試，最后將各模塊組 合后結(jié)合軟件進行整體測試。 5.3.1 硬件調(diào)試 對各個模塊的功能進行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實現(xiàn)指定的功能。 1 電機控制 此模塊調(diào)試實現(xiàn)的功能是結(jié)合軟件共同實現(xiàn)，當連接單片機與電機控制芯 片的 i/0 加上一定的電平可以實現(xiàn)電機左右轉(zhuǎn)向，前后轉(zhuǎn)向以及停止等功能， 同時通過程序延時降低電機轉(zhuǎn)速。如表 5-1 為電機測試記錄。 表 5-1 電機測試記錄 p3.4p3.5p3.6p3.7小車行駛狀態(tài) 0110小車向前行駛 1001小車向后行駛 010（1）0（1）小車向前右轉(zhuǎn) 0（1）0（1）10小車向前左轉(zhuǎn) 1

39、00（1）0（1）小車向左后退 0（1）0（1）01小車向右后退 0（1）0（1）0（1）0（1）小車停止行駛 2 無線遙控 此功能實現(xiàn)四個按鍵控制四路方向，按下“d”，小車向前行駛，“b”對 應向后，“c”對應向左，“a”則實現(xiàn)向右行駛功能。經(jīng)過多次的測試與數(shù)據(jù) 記錄，得出相應的結(jié)果，如表 5-2。 表 5-2 遙控測試記錄分析 次數(shù)第 1 次第 2 次第 3 次第 4 次第 5 次第 6 次第 7 次 按鍵dacbcda 駛向前右左后左停停 距離1m0.9m1m0.5m1.5m3m2.5m 次數(shù)第 8 次第 9 次第 10 次 第 11 次 第 12 次 第 13 次 第 14 次 按鍵b

40、dcabcd 駛向后前停右后左前 距離0.5m2m2m1m0.5m1.5m0.3m 續(xù)表 5-2 最佳距1.5m 以內(nèi) 成功率11/14=89.6% 3 紅外對管尋跡 尋跡對管有兩個組成，所以分別調(diào)試其兩路有效信號。當兩對管都放置黑 線之外的白色地板上時，單片機對應 i/o 口收到的電平都為低，輸入電壓為 0.3v 左右，當左邊的紅外線管進入黑線范圍，對應電平變高，為 4.2v 左右， 同時指示等紅燈亮，說明要控制小車右轉(zhuǎn)；當在右邊時同左邊情況對應，需控 制左轉(zhuǎn)。其中選取八次硬件測試記錄如下表 5-3： 表 5-3 尋跡硬件測試記錄 測試次 數(shù) 第 1 次第 2 次第 3 次第 4 次第 5

41、次第 6 次第 7 次第 8 次 放置位 置 雙管黑 線上 左管黑 線上 右管黑 線上 左管黑 線上 雙管黑 線上 雙管黑 線外 左管黑 線上 右管黑 線上 放置距 離 3cm2cm2cm3cm5cm2cm7cm4cm p2.4 電壓 4.31v4.12v0.32v4.15v4.21v0.21v0.12v0.21v p2.5 電壓 4.18v0.25v4.25v0.30v4.30v0.18v0.21v4.23v 由上表可以看出小車的尋跡紅外線管只要放置在離地面 4cm 之內(nèi)一般都可 以實現(xiàn)信號的輸出，而實際車頭離地面的距離也只有 2-4cm，可以實現(xiàn)有效控 制。 4 紅外線避障 此模塊的檢測與

42、紅外線尋跡模塊基本一致，相當于一路尋跡信號，在沒有 障礙物時輸入電壓為 0.9v 左右，屬于低電平，碰到障礙物電壓跳變?yōu)?4.7v 左 右，以此來得到單片機控制。避障數(shù)據(jù)測試記錄情況如下表 5-4： 表 5-4 避障數(shù)據(jù)測試記錄情況 測試次數(shù) 第 1 次第 2 次第 3 次第 4 次第 5 次 放置距離30cm20cm25cm50cm35cm p2.7 電壓0.89v4.62v4.62v0.87v0.86v 測試次數(shù) 第 1 次第 2 次第 3 次第 4 次第 5 次 放置距離15cm25cm20cm30cm40cm p2.7 電壓4.70v4.66v4.65v0.89v0.87v 由上表可以

43、得到，在調(diào)節(jié)確定滑變電阻后測試數(shù)據(jù)可以得到，小車的避障 有效范圍可以達到 30cm 左右，同時也可以再通過調(diào)節(jié)滑變電阻增加和減小有效 距離。 5 語音控制 主要是得到一個觸發(fā)跳變信號，經(jīng)過此電路的連接，連接與單片機的 74hc04 的 2 腳在沒有一定聲波輸入是屬于高電平，電壓為 5v，當接收到一定聲 波后電壓馬上變?yōu)?0.1v，產(chǎn)生了觸發(fā)跳變，供單片中斷口實現(xiàn)功能。但由于硬 件的限制，此信號得到需要一個相當強的聲音才可實現(xiàn)效果。 5.3.2 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試采用單片機仿真器 wave6000 及微機，將編好的程序進行調(diào)試，主 要是檢查語法錯誤并確認硬件完整無誤。由于本系統(tǒng)是分模塊進行程序設

44、計的， 所以調(diào)試時先分模塊進行調(diào)試。如小車紅外線尋跡程序，在調(diào)試時將它放在一 個子程序里單獨測試，看其是否能夠完成預定的功能，如能，測試通過，否則， 修改并反復測試直到通過。 雖然在軟件的調(diào)試過程中，綜合利用了設定斷點、單步、跟蹤等調(diào)試手段， 使得調(diào)試工作更易進行。但是也出現(xiàn)了一定的問題，如語音程序只能實現(xiàn)第一 次調(diào)用，電機延時沒起到效果等等。通過了多次分離合并，修改測試語句以及 單片機外加 led 燈觀察現(xiàn)象等方法得以解決，達到綜合效果。 5.3.3 聯(lián)合調(diào)試 各模塊都調(diào)試通過之后，將各個模塊連接起來與硬件結(jié)合進行聯(lián)合調(diào)試。 在進行聯(lián)合調(diào)試時，經(jīng)過反復的實驗，不斷的來修改參數(shù)來完善結(jié)果。使程序 按照要求設計的要求進行。 6 結(jié)論與展望 本設計方案按照任務書的要求，以51單片機為控制核心，結(jié)合無線遙控模 塊、紅外對管尋跡模塊、紅外線避障模塊、電機控制模塊和語音控制模塊實現(xiàn) 小車的自