非接觸式門禁中斷控制系統(tǒng)智能家居洗衣機(jī)的論文

1、設(shè)計(jì)題目：非接觸式門禁中斷控制系統(tǒng)系 別： 信息科學(xué)系 專 業(yè)： 電子信息工程 姓 名： 陳炳、黃成、周冉冉 指導(dǎo)教師： 楊增旺 完成時(shí)間 2013年4月23日 摘要stc89s52單片機(jī)是一款八位單片機(jī)，他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評(píng)。這里介紹的是如何用stc89s52單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)智能小車的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)以設(shè)計(jì)題目的要求為目的，采用stc89s52單片機(jī)為控制核心，利用紅外光電管檢測(cè)道路上黑線，快慢速行駛，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋跡和尋光，以及超車功能。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能高。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果滿足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的軟硬件各模塊設(shè)計(jì)方法及測(cè)試結(jié)果分析。 采用的技術(shù)主要有： 通過編

2、程來控制小車循跡； 使用l298來控制小車的速度和轉(zhuǎn)向； 光電開關(guān)的有效應(yīng)用； 紅外對(duì)管的采用.關(guān)鍵詞 stc89s52單片機(jī)、光電檢測(cè)器、智能小車 目 錄一 緒論.4二 方法論正與比較,42.1 軌跡探測(cè)模塊設(shè)計(jì)與比較.42.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)較. 52.3 障礙探測(cè)模塊方案分析與較.52.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速系統(tǒng).62.5 電源系統(tǒng).72.6 系統(tǒng)原理圖.8三、 小車硬件設(shè)計(jì).93.1 電源模塊設(shè)計(jì). 93.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì).93.3 循跡模塊設(shè)計(jì).103.4 后輪驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì).113.5 洗衣機(jī)模擬. . . .12四、小車軟件設(shè)計(jì).134.1 黑線檢測(cè)程序,.144.2 后輪電機(jī)的控制 .

3、14五、 測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)論. 1 5六、總結(jié).16附錄1：程序頭文件及變量說明.附錄2：源程序.一、緒論本設(shè)計(jì)采用stc89s52單片機(jī)為簡(jiǎn)易智能小車的核心器件。循跡模塊由若干個(gè)紅外對(duì)管組成，通過反射紅外線的變化判斷黑線的有無以達(dá)到循跡的功能，電源模塊采用電池兩路供電，單片機(jī)與大電流器件分開供電，避免大電流器件對(duì)單片機(jī)造成干擾，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選用常用的h橋驅(qū)動(dòng)芯片l298n結(jié)合單片機(jī)來控制電機(jī)工作，運(yùn)用機(jī)械臂加持模擬并實(shí)現(xiàn)晾曬功能。技術(shù)報(bào)告以智能小車的設(shè)計(jì)為主線，包括小車的構(gòu)架設(shè)計(jì)、軟硬件設(shè)計(jì)，以及控制算法研究等，共分為五章。其中，第一章為引言部分；第二章主要介紹了小車的總體方案的選取，對(duì)單片機(jī)資

4、源的分配作了說明。第三章對(duì)小車的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，主要介紹了電路的設(shè)計(jì)；第四章描述了小車的軟件設(shè)計(jì)和相關(guān)算法。第五章中敘述了我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中遇到的問題和解決方法。二、方案論證與比較1軌跡探測(cè)模塊設(shè)計(jì)與比較方案一、使用簡(jiǎn)易光電傳感器結(jié)合外圍電路探測(cè)。由于所采用光電傳感器實(shí)際效果并不理想，對(duì)行駛過程中的穩(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。在使用過程極易出現(xiàn)問題，而且容易因?yàn)樵摬考斐烧麄€(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。故最終未采用該方案。方案二、利用兩只光電開關(guān)。分別置于軌道的兩側(cè)，根據(jù)其接受到白線的先后來控制小車轉(zhuǎn)向來調(diào)整車向，但測(cè)試表明，如果兩只光電開關(guān)之間的距離很小，則約束了速

5、度,如果著重于小車速度的提升，則隨著車速的提升，則勢(shì)必要求兩只光電開關(guān)之間的距離加大，從而使得小車的行駛路線脫離軌道幅度較大，小車將無法快速完成準(zhǔn)確的導(dǎo)向從而有可能導(dǎo)致尋跡失敗。方案三、用兩只紅外對(duì)管。兩只置于軌道兩邊，當(dāng)小車脫離軌道時(shí)，即當(dāng)置于中間的一只光電開關(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 中間的光電開關(guān)重新檢測(cè)到黑線（即回到軌道）再恢復(fù)正向行駛?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，雖然小車在尋跡過程中有一定的左右搖擺，但只要控制好行駛速度就可保證車身基本上接近于沿靠軌道行駛。綜合考慮到尋跡準(zhǔn)確性和行駛速度的要求，采用方案三。圖1-12數(shù)據(jù)存儲(chǔ)比較方案一、采用外接rom 進(jìn)行存

6、儲(chǔ)。采用外接rom 進(jìn)行存儲(chǔ)是保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的慣用方法，其特點(diǎn)是在單片機(jī)斷電之后仍然能保存住數(shù)據(jù)，但無疑將增大軟硬開銷和時(shí)間開銷。方案二、直接用單片機(jī)內(nèi)部的ram 進(jìn)行存儲(chǔ)。雖然不能在斷電后保存數(shù)據(jù)，但可以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后根據(jù)按鍵顯示相應(yīng)值。而且本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不大，采用ram 可以減少io 接口的使用，便利io 接口分配，故此方案具有成本低、易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，更符合實(shí)際需求。鑒于方案二的以上優(yōu)點(diǎn)，綜合比較，本方案采用方案二。3. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或者數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到降速的目的。但是，電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)降速；而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格昂貴。最重要的問題是，一般電動(dòng)機(jī)

7、的電阻很小，電流很大，分壓不僅降低效率，而且難以實(shí)現(xiàn)。方案二：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開/關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)電路的優(yōu)點(diǎn)是比較簡(jiǎn)單，但是繼電器的響應(yīng)時(shí)間比較慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易壞、壽命較短、可靠性不高。方案三：采用達(dá)林頓管組成的h型pwm電路。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，可精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在飽和截止模式下，效率非常高；h型電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也高，是廣泛采用的pwm調(diào)速技術(shù)。方案分析：由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。根據(jù)以上綜合比較，以及本設(shè)計(jì)中受

8、控電機(jī)的容量和直流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，本設(shè)計(jì)采用了h型單極型可逆pwm變換器進(jìn)行調(diào)速。脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡(jiǎn)稱pwm變換器。脈寬調(diào)速也可通過單片機(jī)控制繼電器的閉合來實(shí)現(xiàn)，但是驅(qū)動(dòng)能力有限。為順利實(shí)現(xiàn)電動(dòng)小汽車的前行與倒車，本設(shè)計(jì)采用了可逆pwm變換器?？赡鎝wm變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有h型、t型等類型。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用了常用的雙極式h型變換器，它是由4個(gè)三極電力晶體管和4個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路。5. 電源系統(tǒng)上圖為lm2940-5.0封裝和實(shí)物圖方案一：所有元器件采用單一電源。它供電簡(jiǎn)單，方便靈活，減小了車載質(zhì)量和摩擦阻力。但是電機(jī)啟動(dòng)瞬間電流很大，而且pwm驅(qū)動(dòng)的電機(jī)

9、電流波動(dòng)較大，會(huì)造成電壓不穩(wěn)定、有毛刺干擾等，不適用于要求電源穩(wěn)壓的cpu，嚴(yán)重時(shí)可能造成系統(tǒng)掉電。方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)必須與大電流器件分開供電，避免大電流器件對(duì)單片機(jī)造成干擾，采用兩路供電，這樣可以使用其中一路單獨(dú)為單片、指示燈供電，另外一路提供l298n、光電管、舵機(jī)的工作電壓。介于設(shè)計(jì)穩(wěn)定性考慮，采用方案二。6.系統(tǒng)原理圖三、 小車硬件設(shè)計(jì)3.1 電源模塊設(shè)計(jì)電源模塊為系統(tǒng)其它各個(gè)模塊提供所需要的電源，設(shè)計(jì)中，除了要考慮到電壓范圍和電流容量等基本參數(shù)之外，還要在電源轉(zhuǎn)換效率、降低噪聲、防止干擾和電路簡(jiǎn)單等方面進(jìn)行優(yōu)化。可靠的電源方案是整個(gè)硬件電路穩(wěn)定可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。為此，采用兩路供電，這樣避免

10、大電流器件對(duì)單片機(jī)造成干擾。圖3-13.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)是小車的控制中心，單片機(jī)最小系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)是小車平穩(wěn)運(yùn)行的前提，圖3.2 為52單片機(jī)最小系統(tǒng)的幾個(gè)部分：1、晶振電路，單片機(jī)要想工作必須有一個(gè)外部時(shí)鐘源，這個(gè)時(shí)鐘源有外部晶振產(chǎn)生，具體電路為圖中的y1、c2、c3.在做電路辦事晶振和電容要靠近18腳和19腳放置。 2、復(fù)位電路，復(fù)位電路包括商店復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩部分，51系列單片機(jī)多為高電平復(fù)位，即采用上電復(fù)位，其原理就是利用電容充電的一段時(shí)間將復(fù)位腳拉至高電平，使單片機(jī)完成復(fù)位。3、isp下載接口，改下載接口在實(shí)際制作是可以用雙排的5*2的排針代替，電路是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的isp下

11、載線來設(shè)計(jì)的，與常用的并口下載線，串口下載線和筆記本用的usbasp下載線兼容，只需將下載線接口插到本接口上就可以直接向單片機(jī)燒寫程序。圖3-2圖3-3 isp實(shí)物接口3.3 循跡模塊設(shè)計(jì) 循跡模塊完成的是黑線的識(shí)別功能，其主要采用多個(gè)紅外光電管，紅外光電管分為兩部分，一部分為無色透明類似于led的紅外發(fā)射部分，另外一部分為黑色的紅外接收部分。圖3.3為紅外檢測(cè)的基本電路圖。圖中r1為限流電阻，r2、r3為分壓電阻，lm339為電壓比較器，為了保證在輸出高電平時(shí)有5v左右的高電平輸出。只有多個(gè)紅外光電管并聯(lián)才能夠起到良好的檢測(cè)效果，在實(shí)際應(yīng)用中光電管的排列方式，排列間距是有講究的，為此，本作品

12、采用“一”字型排列，將兩個(gè)紅外光電管的間距設(shè)置為黑線的寬度。 圖3-4 光電管布局 圖3-5 3.4 后輪驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)圖3-8 l298的實(shí)物圖和封裝圖 圖3-9 l298電路圖電路圖中有兩個(gè)電源，一路為l298工作需要的5v電源vcc，一路為驅(qū)動(dòng)電機(jī)用的電池電源vss。圖中的續(xù)流二極管是為了消除電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的尖峰電壓保護(hù)電機(jī)而設(shè)計(jì)。3.5 洗衣機(jī)模擬 運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)，無線控制小車以及機(jī)械臂自動(dòng)夾持衣物。四、小車軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說明在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。對(duì)于本系統(tǒng)，軟

13、件更為重要。為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常把整個(gè)過程分成若干個(gè)部分，每一部分叫做一個(gè)模塊。所謂“模塊”，實(shí)質(zhì)上就是所完成一定功能，相對(duì)獨(dú)立的程序段，這種程序設(shè)計(jì)方法叫模塊程序設(shè)計(jì)法。模塊程序設(shè)計(jì)法的主要優(yōu)點(diǎn)是：?jiǎn)蝹€(gè)模塊比起一個(gè)完整的程序易編寫及調(diào)試；模塊可以共存，一個(gè)模塊可以被多個(gè)任務(wù)在不同條件下調(diào)用；模塊程序允許設(shè)計(jì)者分割任務(wù)和利用已有程序，為設(shè)計(jì)者提供方便。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序定時(shí)子程序、避障子程序中斷子程序顯示子程序調(diào)速子程序算法子程序構(gòu)成。本作品的核心電路是一片stc89c52。它是整個(gè)控制部分的核心，負(fù)責(zé)車速控制、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、舵機(jī)轉(zhuǎn)向、黑線檢測(cè)等功能。程序的總

14、體設(shè)計(jì)：頭文件全局變量定義主函數(shù) 端口定時(shí)器設(shè)置 死循環(huán) 查詢光電管狀態(tài) 設(shè)定舵機(jī)轉(zhuǎn)過角度 設(shè)定后輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度中斷服務(wù)函數(shù)pwm波的產(chǎn)生 首先舵機(jī)的控制就是給一定占空比的方波來實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)角的，其次后輪電機(jī)的調(diào)速也是通過不同占空比的方波來實(shí)現(xiàn)。 圖4.14.1黑線檢測(cè)程序單片機(jī)不斷查詢光電管探測(cè)傳來的信號(hào)，調(diào)整小車轉(zhuǎn)向收到信號(hào)的一側(cè)。在設(shè)計(jì)中，我們?cè)趦蛇吀髟O(shè)了四對(duì)反射式紅外發(fā)射接收管，保證了小車沿黑線行進(jìn)。程序流程見圖4-1所示程序主要采用case語句實(shí)現(xiàn)黑線檢測(cè).4.2 后輪電機(jī)的控制 因?yàn)楹筝嗠姍C(jī)有單片機(jī)通過驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，那么對(duì)后輪電機(jī)的控制很顯然也就包括了方向和速度的控制。方向的

15、控制很簡(jiǎn)單，前面說過電機(jī)和至單片機(jī)的的1234四個(gè)是一一對(duì)應(yīng)的，其中12是一個(gè)通道，使能為ena腳控制，高電平有效，34是第二個(gè)通道，使能由enb控制。因此可以把電機(jī)接在12腳上，因此如果接單片機(jī)的12腳分別接在51單片機(jī)的p1.0，p1.1兩腳如果在程序中令p1.0 = 1；p1.1 =0；電機(jī)正轉(zhuǎn)，則p1.0 = 0；p1.1 =1；電機(jī)反轉(zhuǎn)，而如果在程序中對(duì)p1.0或1.1腳產(chǎn)生一個(gè)pwm波來控制，那么不同的占空比就會(huì)讓電機(jī)具有不同的速度。 對(duì)于電機(jī)的調(diào)速控制有以下兩點(diǎn)說明： 1、注意選擇合適的控制頻率，過高可能導(dǎo)致電機(jī)不轉(zhuǎn)，頻率過低可能使電機(jī)間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)。 2、使用不同占空比的pwm波控

16、制電機(jī)時(shí)有時(shí)雖然在空轉(zhuǎn)的情況下電機(jī)速度降低但是同時(shí)帶負(fù)載的情況會(huì)嚴(yán)重降低，所以在以往的比賽中經(jīng)常出現(xiàn)有的小車在轉(zhuǎn)彎時(shí)出現(xiàn)跑不動(dòng)的情況，因此應(yīng)注意選擇頻率和占空比。五、 測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)論測(cè)試方法與儀器：測(cè)試儀器 測(cè)試儀器包括秒表、數(shù)字萬用表、信號(hào)發(fā)生器、示波器、飛思卡爾電池2、測(cè)試方法 數(shù)字萬用表主要用來測(cè)試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止/導(dǎo)通狀態(tài)等參數(shù)；信號(hào)發(fā)生器與示波器用于測(cè)試各光電傳感器信號(hào)的接收與傳輸；直流穩(wěn)壓電源在測(cè)試期間為各待測(cè)系統(tǒng)供電；秒表用于產(chǎn)品測(cè)試，按照任務(wù)書的基本要求對(duì)制成的電動(dòng)車進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試。2、結(jié)論在設(shè)計(jì)過程中，我首先邊查資料，邊在實(shí)驗(yàn)室焊接小車的線路板。在焊接過程中，

17、我感覺到即使是一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，要想很輕松的焊好，也不是很容易的事情。有時(shí)是“虛焊”的原因，有時(shí)可能是阻值選錯(cuò)。在焊接顯示電路時(shí)，我就錯(cuò)將680歐的電阻焊成了6.8千歐。這使我深深感受到理論與實(shí)際間的差距。通過這樣的設(shè)計(jì)，提高了我的動(dòng)手能力。每天在實(shí)驗(yàn)室除了焊接線路板，還可以上機(jī)編程，使我軟件調(diào)試知識(shí)也提高了。 本設(shè)計(jì)采用的是at89s52單片機(jī)，這主要是因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)的穩(wěn)定性比較好。還可以采用其它系列的單片機(jī)。比如采用陵陽單片機(jī)，就可以簡(jiǎn)化編程，但其穩(wěn)定性不是很好。 待添加的隱藏文字內(nèi)容2六、總結(jié)經(jīng)過小組成員的一致努力，設(shè)計(jì)出了具有一定功能的智能小車，達(dá)到了預(yù)期的目的。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，該智能小車可以沿黑

18、線方向行進(jìn)一圈，當(dāng)光電管檢測(cè)到十字交叉道是可以沿預(yù)期的方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)诙螜z測(cè)到起跑線時(shí)小車可以自動(dòng)停止運(yùn)動(dòng)。提高車速的主要方法：1）在賽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)上作優(yōu)化。2）舵機(jī)的機(jī)械調(diào)整。這一內(nèi)容包括對(duì)舵機(jī)輸出角度的機(jī)械放大、舵機(jī)反裝等，其中心目的是提高舵機(jī)的反應(yīng)速度。3）增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的加減速性能4）在舵機(jī)控制算法上優(yōu)化，使之過彎道走內(nèi)彎、s型曲線直接沖過，其中心目的就是使賽車少走彎道，縮短行駛距離。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中曾發(fā)現(xiàn)，如果不進(jìn)行控制算法的優(yōu)化，單純?cè)黾淤愜嚨闹本€速度并不總是能縮短單圈的時(shí)間，因?yàn)樗俣瓤斓揭欢ǔ潭群?，賽車在過彎時(shí)將發(fā)生側(cè)滑，賽車走過的距離增加了，抵消了速度增加帶來的優(yōu)勢(shì)。由于時(shí)間有限，系

19、統(tǒng)中尚存在許多問題有待改進(jìn)：抗干擾處理。賽車在賽道上會(huì)遇到各種情況，如交叉線、斷續(xù)線，以及還有實(shí)驗(yàn)賽道上的干擾點(diǎn)，以及由環(huán)境光線不均勻造成的干擾。如何確保在任何情況下都能識(shí)別出賽道，或者判斷出賽車在場(chǎng)上的位置，需要做進(jìn)一步的努力。參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確性。雖然實(shí)現(xiàn)了斜率和曲率的計(jì)算，但是其精度仍然不夠理想，特別是在能夠識(shí)別的路徑比較段的情況下，計(jì)算出的數(shù)據(jù)與實(shí)際有很大的偏差。筆者曾設(shè)想了一種基于最小二乘法捏合圓的方法，但是發(fā)現(xiàn)計(jì)算極其復(fù)雜，簡(jiǎn)化了條件后得出的結(jié)果又不夠理想。這個(gè)方面值得繼續(xù)探索。小車的器件盡量選擇價(jià)格低廉，保證性價(jià)比不要過低。附錄1： 程序頭文件及變量說明#include /包括一個(gè)52標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核的頭文件#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit ena=p10; /* l298的