智能小車的設計方案

1、本科畢業(yè)設計本科畢業(yè)設計( (論文論文) ) (2008 屆屆) 論文題目論文題目 多功能智能小車的設計與制作多功能智能小車的設計與制作 (英文英文) the design 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 number of related literature

2、 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 design is forming graduall

3、y. 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 目目 錄錄 1 1 引言引言.1 1 2 2 總體設計總體設計.2 2

4、 2.12.1 各模塊分析選擇各模塊分析選擇 .2 2 2.1.12.1.1 主控單元方案比較與選擇主控單元方案比較與選擇 .2 2 2.1.22.1.2 避障單元方案比較與選擇避障單元方案比較與選擇 .3 3 2.1.32.1.3 尋跡單元方案比較與選擇尋跡單元方案比較與選擇 .3 3 2.1.42.1.4 遙控單元方案比較與選擇遙控單元方案比較與選擇 .3 3 2.1.52.1.5 語音控制單元方案比較與選擇語音控制單元方案比較與選擇 .4 4 2.22.2 總體設計框圖總體設計框圖 .4 4 3 3 硬件設計硬件設計.6 6 3.13.1 單片機控制模塊單片機控制模塊 .6 6 3.1.

5、13.1.1 時鐘電路時鐘電路 .7 7 3.1.23.1.2 復位電路復位電路 .7 7 3.1.33.1.3 燒寫接口電路燒寫接口電路 .8 8 3.23.2 無線遙控模塊無線遙控模塊 .8 8 3.2.13.2.1 無線遙控工作原理無線遙控工作原理 .9 9 3.2.23.2.2 pt2262/2272pt2262/2272 芯片芯片 .1010 3.33.3 紅外對管尋跡模塊紅外對管尋跡模塊 .1111 3.3.13.3.1 模塊系統(tǒng)分析模塊系統(tǒng)分析 .1111 3.3.23.3.2 lm393lm393 芯片介紹芯片介紹.1313 3.43.4 紅外避障模塊紅外避障模塊 .1414

6、3.4.13.4.1 紅外避障電路介紹紅外避障電路介紹 .1414 3.4.23.4.2 555555 芯片工作原理芯片工作原理.1515 3.53.5 電機驅動模塊電機驅動模塊 .1515 3.63.6 語音控制模塊語音控制模塊 .1616 4 4 軟件設計軟件設計.1818 4.14.1 模糊控制算法模糊控制算法 .1818 4.1.14.1.1 模糊理論的發(fā)展模糊理論的發(fā)展 .1818 4.1.24.1.2 模糊控制算法原理模糊控制算法原理 .1818 4.1.34.1.3 智能小車中的模糊控制算法智能小車中的模糊控制算法 .1919 4.24.2 軟件設計框圖軟件設計框圖 .1919

7、4.34.3 軟件程序設計部分源程序軟件程序設計部分源程序 .2020 5 5 制作和調試制作和調試.2424 5.15.1 使用的儀器儀表及軟件使用的儀器儀表及軟件 .2424 5.25.2 系統(tǒng)制作系統(tǒng)制作 .2424 5.35.3 系統(tǒng)調試系統(tǒng)調試 .2424 5.3.15.3.1 硬件調試硬件調試.2525 5.3.25.3.2 軟件調試軟件調試 .2727 5.3.35.3.3 聯合調試聯合調試 .2727 6 6 結論與展望結論與展望.2828 致致 謝謝.2929 參考文獻參考文獻.3030 附錄附錄 1 1 系統(tǒng)實物圖系統(tǒng)實物圖 .3131 附錄附錄 2 2 實驗原理圖實驗原理

8、圖 .3232 附錄附錄 3 3 畢業(yè)設計作品說明書畢業(yè)設計作品說明書 .3333 浙江萬里學院本科畢業(yè)論文 - 0 - 1 1 引言引言 智能化作為現代社會的新產物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預先設定智能化作為現代社會的新產物，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。達到的或是更高的目標。 中國自中國自19781978年把年把“智能模擬智能模擬”作為國家科學技術發(fā)展規(guī)劃的主要研究課題，作為國家科學技術發(fā)展規(guī)劃的主要研究課題， 開始著力

9、研究智能化。從概念的引進到實驗室研究的實現，再到現在高端領域開始著力研究智能化。從概念的引進到實驗室研究的實現，再到現在高端領域 （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。（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)展是實現其對資源的合理充分利用，以盡可能少的投入得到最智能化全面的發(fā)展是實現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)生產的效率，實現現有工業(yè)生產水平從自動化向智能大的收益，大大提高工業(yè)生產的效率，實現現有工業(yè)生產水平從自動化向智能 化升級，實現當今智能化發(fā)展由高端向大眾普及化升級，實

10、現當今智能化發(fā)展由高端向大眾普及1 1。從先前的模擬電路設計， 。從先前的模擬電路設計， 到數字電路設計，再到現在的集成芯片的應用，各種能實現同樣功能的元件越到數字電路設計，再到現在的集成芯片的應用，各種能實現同樣功能的元件越 來越小為智能化產物的生成奠定了良好的物質基礎。來越小為智能化產物的生成奠定了良好的物質基礎。 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，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 所要求各功

11、能的實現，也符合課題研究的意義。設計的理論方案、分析方法及所要求各功能的實現，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)新點等可以為國內自動運輸機器人、采礦勘探機器人、家用自動清潔特色與創(chuàng)新點等可以為國內自動運輸機器人、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含量的缺乏進行一定的彌補，實現經濟玩具的發(fā)展對象，為中國玩具市場技術含量的缺乏進行一定的彌補，實現經濟 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

12、思維、動手收益，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。能力以及總結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 5151 單片機為控單片機為控 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，結合傳感器制平臺，選擇常見的電機模型車為機械平臺，通過細化設計要求，結合傳感器 技術、電機控制技術、無線通信技術等相關知識實現小車的各種功能。設計完技術、電機控制技術、無線通信技術等相關

13、知識實現小車的各種功能。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 成的硬件模塊結合軟件設計組成多功能智能小車，共同實現小車的前進倒退、成的硬件模塊結合軟件設計組成多功能智能小車，共同實現小車的前進倒退、 轉向行駛，自動根據地面黑線尋跡導航，檢測障礙物后停止和語音信號的控制轉向行駛，自動根據地面黑線尋跡導航，檢測障礙物后停止和語音信號的控制 等功能，實現智能控制，達到設計目標。等功能，實現智能控制，達到設計目標。 浙江萬里學院本科畢業(yè)論文 - 1 - 2 2 總體設計總體設計 本課題設計主要是

14、制作一款能進行智能判斷并能做出正確反應的小車。小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）；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。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動，通過各類傳感器件來采集各類信息，送入作品以兩直流

15、電動機為主驅動，通過各類傳感器件來采集各類信息，送入 主控單元主控單元 at89s51at89s51 單片機，處理數據后完成相應動作，以達到自身控制。電機單片機，處理數據后完成相應動作，以達到自身控制。電機 驅動電路采用高電壓，高電流，四通道驅動集成芯片驅動電路采用高電壓，高電流，四通道驅動集成芯片 l293dl293d；避障采用紅外線；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；無線遙控則是采用帶有收發(fā)來完成，自動尋跡采用紅外線接收二極管完成；無線遙控則是采用帶有 pt2272pt2272 解碼的解碼的 tdl-9915tdl-9915 接收模塊和帶有接收模塊和帶有 pt2

16、262pt2262 編碼的編碼的 tdl9988-4tdl9988-4 發(fā)送模塊完發(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過處理后完成。最后由控成以及附加功能的語音模塊是以柱極式話筒脈沖波經過處理后完成。最后由控 制單元處理數據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制單元處理數據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，實現了智能控制，相當于簡易機器人應動作，實現了智能控制，相當于簡易機器人2 2。 。 2.12.1 各模塊分析選擇各模塊分析選擇 通過收集各硬件模塊資料信息，對其進行有效的分析選擇，最終選出最合通過收集各硬件模塊資料信息，

17、對其進行有效的分析選擇，最終選出最合 理的設計方案。理的設計方案。 2.1.12.1.1 主控單元方案比較與選擇主控單元方案比較與選擇 方案一：采用各類數字電路來組成小車的控制系統(tǒng)，對外圍避障信號，方案一：采用各類數字電路來組成小車的控制系統(tǒng)，對外圍避障信號，自自 動尋跡動尋跡信號，信號，無線遙控無線遙控信號，語音控制信號進行處理。本方案電路復雜，靈活信號，語音控制信號進行處理。本方案電路復雜，靈活 性不高，效率低，不利于小車智能化的擴展，對各路信號處理比較困難。性不高，效率低，不利于小車智能化的擴展，對各路信號處理比較困難。 方案二：采用方案二：采用 at89s51at89s51 單片機來作

18、為整機的控制單元。紅外線探頭采用市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，經過比較芯片調制處理后由控制系統(tǒng)接收。路面上通用的發(fā)射管與及接收頭，經過比較芯片調制處理后由控制系統(tǒng)接收。路 線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，同樣包括無線遙線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，能很好地滿足題目的要求路部分，使系統(tǒng)硬件簡潔化，各類功能易于實

19、現，能很好地滿足題目的要求3 3。 。 比較以上兩種方案的優(yōu)缺點，方案二簡潔、靈活、可擴展性好，更能達到比較以上兩種方案的優(yōu)缺點，方案二簡潔、靈活、可擴展性好，更能達到 浙江萬里學院本科畢業(yè)論文 - 2 - 題目的設計要求，因此采用方案二來實現。題目的設計要求，因此采用方案二來實現。 2.1.22.1.2 避障單元方案比較與選擇避障單元方案比較與選擇 方案一：采用超聲波避障，超聲波受環(huán)境影響較大，電路復雜，而且地面方案一：采用超聲波避障，超聲波受環(huán)境影響較大，電路復雜，而且地面 對超聲波的反射，會影響系統(tǒng)對障礙物的判斷。對超聲波的反射，會影響系統(tǒng)對障礙物的判斷。 方案二：采用紅外線避障，利用單

20、片機來產生方案二：采用紅外線避障，利用單片機來產生 38khz38khz 信號對紅外線發(fā)射管信號對紅外線發(fā)射管 進行調制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管進行調制發(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，輸出比較電平。外界對紅外信號的干擾比較小，且對反射回來信號進行解調，輸出比較電平。外界對紅外信號的干擾比較小，且 易于實現，價格也比較便宜，故采用方案二。易于實現，價格也比較便宜，故采用方案二。 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

21、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 制信號產生制信號產生 38khz38khz 的載波來減少外界的一些干擾。只要障礙物在限定范圍內就的載波來減少外界的一些干擾。只要障礙物在限定范圍內就 會產生相對的電平供單片機控制，實現避障功能。會產生相對的電平供單片機控制，實現避障功能。 2.1.32.1.3 尋跡單元方案比較與選擇尋跡單元方案比較與選擇 方案一：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接收。由于光敏二極管受可方案一：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接收。由于光敏二極管受可 見光的影響較大，穩(wěn)定性差

22、。見光的影響較大，穩(wěn)定性差。 方案二：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)射管方案二：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。本方案也易于實現，比較可號的影響較小，再用射極輸出器對信號進行隔離。本方案也易于實現，比較可 靠，因此采用方案二?？?，因此采用方案二。 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

23、平為高 電平，反之為低電平。結合單片機查詢方式，通過程序控制小車哪邊輪胎轉動電平，反之為低電平。結合單片機查詢方式，通過程序控制小車哪邊輪胎轉動 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。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。 2.1.42.1.4 遙控單元方案比較與選擇遙控單元方案比較與選擇 方案一：由發(fā)射和接收兩大部分組成紅外遙控系統(tǒng)，應用編方案一：由發(fā)射和接收兩大部分組成紅外遙控系統(tǒng)，應用編/ /解碼專用集成解碼專用集成 電路芯片來進行控制操作，發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調制、電路芯片來進行控制操作，發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調制、ledled 紅外發(fā)

24、送紅外發(fā)送 器；接收部分包括光、電轉換放大器、解調、解碼電路等。相對結構比較復雜，器；接收部分包括光、電轉換放大器、解調、解碼電路等。相對結構比較復雜， 而且使用的時候必須將遙控器前的紅外發(fā)射孔對準接收管才可以。而且使用的時候必須將遙控器前的紅外發(fā)射孔對準接收管才可以。 浙江萬里學院本科畢業(yè)論文 - 3 - 方案二：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方案二：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、無方向性在市場上非常普及，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

25、是一個不錯的選擇等優(yōu)點，對于小車的控制是一個不錯的選擇4 4。 。 方案三：超聲波遙控是利用超聲波來傳送指令的遙控，可以應用于需要遙方案三：超聲波遙控是利用超聲波來傳送指令的遙控，可以應用于需要遙 控、遙測的場合。采用控、遙測的場合。采用 ax5326ax5326 與與 ax5327ax5327 等構成的遙控系統(tǒng)具有體積小、功耗等構成的遙控系統(tǒng)具有體積小、功耗 低、功能強大、抗干擾能力強等優(yōu)點。但由于超聲波遙控價格相對上面兩種價低、功能強大、抗干擾能力強等優(yōu)點。但由于超聲波遙控價格相對上面兩種價 格較貴，而且對于小車的遙控也太過于夸大化。格較貴，而且對于小車的遙控也太過于夸大化。 結合三種方案

26、，最終選擇用電量、發(fā)射、接受功率都不大，一般的小障礙結合三種方案，最終選擇用電量、發(fā)射、接受功率都不大，一般的小障礙 也可以穿越，而且遙控無方向性的無線電遙控。也可以穿越，而且遙控無方向性的無線電遙控。采用帶有采用帶有 pt2272pt2272 解碼的解碼的 tdl-tdl- 99159915 接收模塊和帶有接收模塊和帶有 pt2262pt2262 編碼的編碼的 tdl9988-4tdl9988-4 發(fā)送模塊完成。發(fā)送模塊完成。 2.1.52.1.5 語音控制單元方案比較與選擇語音控制單元方案比較與選擇 方案一：采用柱極式話筒產生不同的頻率信號來完成聲音提示，經放大整方案一：采用柱極式話筒產生

27、不同的頻率信號來完成聲音提示，經放大整 形后產生一個脈沖電平輸入給單片機完成聲音提示功能。但方案給人以提示的形后產生一個脈沖電平輸入給單片機完成聲音提示功能。但方案給人以提示的 可懂性比較差，但在一定程度上能滿足要求，而且易于實現，成本也不高?？啥员容^差，但在一定程度上能滿足要求，而且易于實現，成本也不高。 方案二：采用方案二：采用 ds1420ds1420 可分段錄放音模塊，能夠給人以直觀的提示，也可以可分段錄放音模塊，能夠給人以直觀的提示，也可以 實現更多電平轉換以讓單片機控制，但實現更多電平轉換以讓單片機控制，但 ds1420ds1420 錄放音模塊價格比較高，程序編錄放音模塊價格比較

28、高，程序編 制過程過于復雜，所以方案二性價比不如方案一。制過程過于復雜，所以方案二性價比不如方案一。 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，并經過管得到一個脈沖信號，并經過 74hc0474hc04 取反后供單片機控制，實現語音控制。取反后供單片機控制，實現語音控制。 2.22.2 總體設計框圖總體設計框圖 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

29、塊，遙控模塊和語音模信號，其中外部信號有四部分得到：尋跡模塊，避障模塊，遙控模塊和語音模 塊。最后把處理結果傳遞給小車電機，使得到相應效果。如圖塊。最后把處理結果傳遞給小車電機，使得到相應效果。如圖 2-12-1 總體設計框總體設計框 圖圖 浙江萬里學院本科畢業(yè)論文 - 4 - 單片機核心控制 語音控制 自動尋跡 避障模塊 無線遙控 電機轉動 圖圖 2-12-1 總體設計框圖總體設計框圖 浙江萬里學院本科畢業(yè)論文 - 5 - 3 3 硬件設計硬件設計 本系統(tǒng)硬件主要有六大模塊組成：本系統(tǒng)硬件主要有六大模塊組成：單片機控制模塊單片機控制模塊、無線遙控模塊、紅外、無線遙控模塊、紅外 對管尋跡模塊、

30、紅外線避障模塊、電機控制模塊和語音控制模塊。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。 3.13.1 單片機控制模塊單片機控制模塊 本模塊采用本模塊采用 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)和外圍信號統(tǒng)和外圍信號 i/o 口組成，其中最小系統(tǒng)包括電源（地）口組成，其中最小系統(tǒng)包括電源（地） ，cpu 時序電路（一時序電路（一 般使用般使用 11.0592m 或者或者 12m 和和 30p 電容組成）電容組成） ，復位電路。有了以上三塊，單，復位電路。有了以上三塊，單 片機就能夠正常工作。片機就能夠正常

31、工作。 at89s51 是一個低功耗，高性能是一個低功耗，高性能 cmos 8 位單片機，片內含位單片機，片內含 4k bytes isp(in-system programmable)的可反復擦寫的可反復擦寫 1000 次的次的 flash 只讀程序存儲器，只讀程序存儲器， 器件采用器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 mcs-51 指令系統(tǒng)及指令系統(tǒng)及 80c51 引腳結構，芯片內集成了通用引腳結構，芯片內集成了通用 8 位中央處理器和位中央處理器和 isp flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的存儲單元，功能

32、強大的微型計算機的 at89s51 可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提 供高性價比的解決方案。其應用范圍廣，性能良好，可用于解決復雜的控制問供高性價比的解決方案。其應用范圍廣，性能良好，可用于解決復雜的控制問 題。利用題。利用 at89s51 的的 io 端口對傳感器信號進行實時判斷監(jiān)控來控制步進電端口對傳感器信號進行實時判斷監(jiān)控來控制步進電 機做出相應的反映。如圖機做出相應的反映。如圖 3-1 是較為常見的帶燒錄接口的單片機最小系統(tǒng)圖。是較為常見的帶燒錄接口的單片機最小系統(tǒng)圖。 圖圖 3-13-1 帶燒錄接口的單片機最小系統(tǒng)帶燒錄接口的單片機最小系統(tǒng) 浙江萬里學院本科畢

33、業(yè)論文 - 6 - 3.1.13.1.1 時鐘電路時鐘電路 單片機的時鐘產生有兩種方法：內部時鐘方式和外部時鐘方式。單片機的時鐘產生有兩種方法：內部時鐘方式和外部時鐘方式。 系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內部方式，即利用芯片內部的振蕩電路。系統(tǒng)的時鐘電路設計是采用的內部方式，即利用芯片內部的振蕩電路。 at89at89 單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。引腳 xtal1xtal1 和和 xtal2xtal2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片

34、外 晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容晶體諧振器一起構成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容 c1c1 和和 c2c2 構成構成 并聯諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要并聯諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要 求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性 和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12mhz12mhz，電容應盡可，電容應盡可 能的選擇陶瓷電容，電容

35、值通常取能的選擇陶瓷電容，電容值通常取 30pf30pf。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電 容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn) 定和可靠地工作。定和可靠地工作。 3.1.23.1.2 復位電路復位電路 復位是由外部的復位電路來實現的。片內復位電路是復位引腳復位是由外部的復位電路來實現的。片內復位電路是復位引腳 rstrst 通過一通過一 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

36、個機器周期中 由復位電路采樣一次。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，要在指計算機加電瞬間，要在 rstrst 引腳出現大于引腳出現大于 10ms10ms 的正脈沖，使單片機進入復位的正脈沖，使單片機進入復位 狀態(tài)。按鈕復位是指用戶按下狀態(tài)。按鈕復位是指用戶按下“復位復位”按鈕，使單片機進入復位狀態(tài)按鈕，使單片機進入復位狀態(tài)5 5。如圖 。如圖 3-23-2 是上電復位及按鈕復位的一種實用電路。是上電復位及按鈕復位的一種實用電路。 浙江萬里學院本科畢業(yè)論文 -

37、7 - 圖圖 3-23-2 復位電路復位電路 上電時，上電時，+5v+5v 電源立即對單片機芯片供電，同時經電阻電源立即對單片機芯片供電，同時經電阻 r r 對電容對電容 c3c3 充電。充電。 c3c3 上電壓建立的規(guī)程就產生一定寬度的負脈沖，經反向后，上電壓建立的規(guī)程就產生一定寬度的負脈沖，經反向后，rstrst 上出現正脈沖上出現正脈沖 使單片機實現了上電復位。按鈕按下時，使單片機實現了上電復位。按鈕按下時，rstrst 上同樣出現高電平，實現了按鈕上同樣出現高電平，實現了按鈕 復位。在應用系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需要復位。如果這些芯片復位端的復位復位。在應用系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需要復位

38、。如果這些芯片復位端的復位 電平和單片機一致，則可以與單片機復位腳相連，因此，非門在這里不僅起了電平和單片機一致，則可以與單片機復位腳相連，因此，非門在這里不僅起了 反向作用，還增大了驅動能力，電容反向作用，還增大了驅動能力，電容 c1c1，c2c2 起慮波作用，防止干擾竄入復位端起慮波作用，防止干擾竄入復位端 產生誤動作產生誤動作5 5。 。 3.1.33.1.3 燒寫接口電路燒寫接口電路 rstrst 置高電平，然后向單片機串行發(fā)送編程命令。置高電平，然后向單片機串行發(fā)送編程命令。p1.7(sck)p1.7(sck)輸入移位脈輸入移位脈 沖，沖，p1.6(miso)p1.6(miso)串行

39、輸出，串行輸出，p1.5(mosi)p1.5(mosi)串行輸入串行輸入。被燒寫的單片機一定是最小被燒寫的單片機一定是最小 系統(tǒng)（單片機已經接好電源，晶振，可以運行）系統(tǒng)（單片機已經接好電源，晶振，可以運行） 。如圖。如圖 3-33-3 燒寫接口電路。燒寫接口電路。 圖圖 3-33-3 燒寫接口電路燒寫接口電路 3.23.2 無線遙控模塊無線遙控模塊 此模塊實現了無線電遠距離控制小車的停啟、方向行駛的功能，在整個小此模塊實現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。車系統(tǒng)中起到不可忽視的作用。 浙江萬里學院本科畢業(yè)論文 - 8 - 3.2.13.2.1

40、 無線遙控工作原理無線遙控工作原理 圖圖 3-43-4 是無線電遙控設備方框圖，由發(fā)射機、接收機及執(zhí)行機構三部分組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( (操縱開關或電位操縱開關或電位 器等器等) )控制，操縱者通過操縱器；使編碼電路產生所需要的控制指令。這些控制控制，操縱者通過操縱器；使編碼電路產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 270hz270

41、hz 的的 正弦信號作為控制左舵的指令，用頻率為正弦信號作為控制左舵的指令，用頻率為 350hz350hz 的正弦信號作為控制右舵的指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。特征等表示各種指令。 圖圖 3-43-4 無線電遙控設備方框圖無線電遙控設備方框圖 編碼電路編碼電路產生的指令信號都是頻率較低的電信號，無法直

42、接傳送到遙控目產生的指令信號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( (載波載波) )上，才能由上，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制，調制作用由發(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制，調制作用由 發(fā)射電路的調制器完成。發(fā)射電路的主要作用是產生載波，并由調制器將指令發(fā)射電路的調制器完成。發(fā)射電路的主要作用是產生載波，并由調制器將指令 信號調制在載波上，經天線將已調載波發(fā)送出去。接收機由接收電路及譯碼電信號調制在載波上，經天線將已調載波發(fā)送

43、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器部分。由接收天線送來的微弱信號路組成。接收電路又包括高頻部分及解調器部分。由接收天線送來的微弱信號 經接收機高頻部分的選擇和放大后，送到解調器。由于經接收機高頻部分的選擇和放大后，送到解調器。由于“卸卸”下來的各種指令下來的各種指令 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，送的貨物鑒別分類，再分別送到使用場地一樣，它對各種指令信號進行簽別，送 到相應的執(zhí)行放大電路

44、。執(zhí)行放大電路把指令信號放大到具有一定的功率，用到相應的執(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 以驅動執(zhí)行機構。執(zhí)行機構將電能轉變?yōu)闄C械動作，例如電機的轉動、電磁鐵以驅動執(zhí)行機構。執(zhí)行機構將電能轉變?yōu)闄C械動作，例如電機的轉動、電磁鐵 的吸動等，帶動被控的調節(jié)機構，從而實現對被控目標的控制的吸動等，帶動被控的調節(jié)機構，從而實現對被控目標的控制6 6。 。 浙江萬里學院本科畢業(yè)論文 - 9 - 本模塊采用的無線遙控是市場上現成的本模塊采用的無線遙控是市場上現成的帶有帶有 pt2272pt2272 解碼的解碼的 tdl-9915tdl-9915 接收接收 模塊和帶有模塊和帶有

45、pt2262pt2262 編碼的編碼的 tdl9988-4tdl9988-4 發(fā)送模塊，如圖發(fā)送模塊，如圖 3-53-5。 圖圖 3-53-5 tdl-9915tdl-9915 和和 tdl9988-4tdl9988-4 3.2.23.2.2 pt2262/2272pt2262/2272 芯片芯片 編碼芯片編碼芯片pt2262pt2262 發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數據碼、同步碼組成一個完發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數據碼、同步碼組成一個完 整的碼字，解碼芯片整的碼字，解碼芯片pt2272pt2272 接收到信號后，其地址碼經過兩次比較核對后，接收到信號后，其地址碼經過兩次比較核對后，vtvt

46、腳才輸出高電平，與此同時相應的數據腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住腳才輸出高電平，與此同時相應的數據腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住 按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當發(fā)射機沒有按鍵按下時，按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當發(fā)射機沒有按鍵按下時，pt2262pt2262 不接通電源，不接通電源， 其其1717 腳為低電平，所以腳為低電平，所以315mhz315mhz 的高頻發(fā)射電路不工作，當有按鍵按下時，的高頻發(fā)射電路不工作，當有按鍵按下時， pt2262pt2262 得電工作，其第得電工作，其第1717 腳輸出經調制的串行數據信號，當腳輸出經調制的串行數據信號，當1717 腳為高電平期腳為高電平

47、期 間間315mhz315mhz 的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當1717 腳為低平期間腳為低平期間 315mhz315mhz 的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于pt2262pt2262 的的1717 腳輸出的數字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（腳輸出的數字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（askask 調制）相當于調制度調制）相當于調制度 為為100100的調幅。如圖的調幅。如圖3-63-6 pt2262pt2262引腳圖：引腳圖： 圖圖 3-63-6 pt2262pt2262

48、引腳圖引腳圖 浙江萬里學院本科畢業(yè)論文 - 10 - pt2272pt2272解碼芯片有不同的后綴，表示不同的功能，有解碼芯片有不同的后綴，表示不同的功能，有l(wèi)4/m4/l6/m6l4/m4/l6/m6之分，其之分，其 中中l(wèi) l表示鎖存輸出，數據只要成功接收就能一直保持對應的電平狀態(tài)，直到下次表示鎖存輸出，數據只要成功接收就能一直保持對應的電平狀態(tài)，直到下次 遙控數據發(fā)生變化時改變。遙控數據發(fā)生變化時改變。m m表示非鎖存輸出，數據腳輸出的電平是瞬時的而且表示非鎖存輸出，數據腳輸出的電平是瞬時的而且 和發(fā)射端是否發(fā)射相對應，可以用于類似點動的控制。后綴的和發(fā)射端是否發(fā)射相對應，可以用于類似點

49、動的控制。后綴的6 6和和4 4表示有幾路表示有幾路 并行的控制通道，當采用并行的控制通道，當采用4 4路并行數據時（路并行數據時（pt2272-m4)pt2272-m4)，對應的地址編碼應該是，對應的地址編碼應該是 8 8位，如果采用位，如果采用6 6路的并行數據時路的并行數據時(pt2272-m6)(pt2272-m6)，對應的地址編碼應該是，對應的地址編碼應該是6 6位。如位。如 圖圖 3-73-7 pt2272pt2272引腳圖：引腳圖： 圖圖 3-73-7 pt2272pt2272解碼電路引腳圖解碼電路引腳圖 編碼電路編碼電路pt2262pt2262和解碼和解碼pt2272pt227

50、2的第的第1 18 8 腳為地址設定腳，有三種狀態(tài)可供腳為地址設定腳，有三種狀態(tài)可供 選擇：懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)，只有發(fā)射端選擇：懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)，只有發(fā)射端pt2262pt2262和接收端和接收端pt2272pt2272的的 地址編碼完全相同，才能配對使用。同一個系統(tǒng)地址碼必須一致，不同的系統(tǒng)地址編碼完全相同，才能配對使用。同一個系統(tǒng)地址碼必須一致，不同的系統(tǒng) 可以依靠不同的地址碼加以區(qū)分?？梢砸揽坎煌牡刂反a加以區(qū)分。 3.33.3 紅外對管尋跡模塊紅外對管尋跡模塊 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，尋跡是指小車在白色地板上循黑線行走，本

51、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的特點，在小車行駛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地板時發(fā)生漫反射，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接收管接收不到紅外光7 7。由此過程來改變接收管的輸出電壓，單片機以電壓 。由此過程來改變接收管的輸出電壓，單片機以電壓 的變化為依據來

52、執(zhí)行小車電機確定行走路線。的變化為依據來執(zhí)行小車電機確定行走路線。 3.3.13.3.1 模塊系統(tǒng)分析模塊系統(tǒng)分析 圖圖3-83-8為紅外線尋跡安裝圖，圖為紅外線尋跡安裝圖，圖3-93-9為尋跡模塊實現原理圖，分析如下：為尋跡模塊實現原理圖，分析如下： 浙江萬里學院本科畢業(yè)論文 - 11 - 圖圖 3-83-8 紅外線尋跡安裝圖紅外線尋跡安裝圖 圖圖 3-93-9尋跡模塊原理圖尋跡模塊原理圖 如圖如圖3-93-9是整個紅外線尋跡過程實現的原理圖。四針接口處是整個紅外線尋跡過程實現的原理圖。四針接口處p3p3，p4p4的的1 1，2 2腳腳 是跟紅外線發(fā)射管連接，是跟紅外線發(fā)射管連接，3 3，4

53、 4則是跟接收管相連，放置插針是為了更容易實現則是跟接收管相連，放置插針是為了更容易實現 紅外線管的放置。由于紅外線接收光的變化可以讓接收管上的電壓發(fā)生變化，紅外線管的放置。由于紅外線接收光的變化可以讓接收管上的電壓發(fā)生變化， 相當于可變電阻，這種特性為設計提供基本的保障。比較芯片相當于可變電阻，這種特性為設計提供基本的保障。比較芯片lm358lm358（lm393lm393） 可以根據接收管的電壓和參考電壓進行比較后輸出相應電平。此圖的比較接法可以根據接收管的電壓和參考電壓進行比較后輸出相應電平。此圖的比較接法 為正接法，就是當紅外線管遇到黑線時，反射減少，為正接法，就是當紅外線管遇到黑線時

54、，反射減少，“+”“+”斷輸入電壓增加，使斷輸入電壓增加，使 的輸出端輸出電壓為高，經上拉電阻的輸出端輸出電壓為高，經上拉電阻r12r12（r20r20）上拉后達到單片機有效接收電）上拉后達到單片機有效接收電 平。小車進入尋跡模式后，即單片機開始不停地掃描與探測器連接的單片機平。小車進入尋跡模式后，即單片機開始不停地掃描與探測器連接的單片機i/oi/o 口，一旦檢測到某個口，一旦檢測到某個i/oi/o口有信號，即進入判斷處理程序口有信號，即進入判斷處理程序, ,先確定先確定2 2個探測器中的個探測器中的 哪一個探測到了黑線，如果左面?zhèn)鞲衅鳎t燈亮）探測到黑線，即小車左半部哪一個探測到了黑線，如

55、果左面?zhèn)鞲衅鳎t燈亮）探測到黑線，即小車左半部 浙江萬里學院本科畢業(yè)論文 - 12 - 分壓到黑線，車身向右偏出，此時應使小車向左轉；如果右面?zhèn)鞲衅鳎S燈亮）分壓到黑線，車身向右偏出，此時應使小車向左轉；如果右面?zhèn)鞲衅鳎S燈亮） 探測到了黑線，即車身右半部壓住黑線，小車向左偏出了軌跡，則應使小車向探測到了黑線，即車身右半部壓住黑線，小車向左偏出了軌跡，則應使小車向 右轉。在經過了方向調整后，小車再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測黑線重復上述右轉。在經過了方向調整后，小車再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測黑線重復上述 動作，實現方向控制，按照黑線行駛。動作，實現方向控制，按照黑線行駛。 其中，其中， r11r1

56、1和和r19r19為限流電阻，防止紅外線發(fā)生管因電流過大而燒壞；由為限流電阻，防止紅外線發(fā)生管因電流過大而燒壞；由 r14r14和一個可變電阻組成的電路為參考電壓電路，由于檢測小車行駛的過程會因和一個可變電阻組成的電路為參考電壓電路，由于檢測小車行駛的過程會因 環(huán)境或則黑線材料的改變使輸出電壓成一個變化值，所以通過可變電阻來改變環(huán)境或則黑線材料的改變使輸出電壓成一個變化值，所以通過可變電阻來改變 參考電壓，使能正常運行；同時參考電壓，使能正常運行；同時r12r12和和r20r20為上拉電阻，讓輸入單片機的電壓達為上拉電阻，讓輸入單片機的電壓達 到高電平；發(fā)光二極管則是能更直觀的判斷出哪對傳感器

57、在起作用。到高電平；發(fā)光二極管則是能更直觀的判斷出哪對傳感器在起作用。 3.3.23.3.2 lm393lm393 芯片介紹芯片介紹 雙電壓比較器電路雙電壓比較器電路lm393lm393，如圖，如圖3-103-10 lm393lm393原理結構圖和表原理結構圖和表3-13-1 引腳功能引腳功能 表。表。 圖圖 3-103-10 lm393lm393原理結構圖原理結構圖 表表3-13-1 引腳功能表引腳功能表 引出端序號引出端序號功能功能符號符號引出端序號引出端序號功能功能符號符號 1 1 輸出端輸出端1 1 out1out15 5 正向輸入端正向輸入端2 2 1n+(2)1n+(2) 2 2

58、反向輸入端反向輸入端1 1 1n-(1)1n-(1)6 6 反向輸入端反向輸入端2 2 1n-(2)1n-(2) 3 3 正向輸入端正向輸入端1 1 1n+(1)1n+(1)7 7 輸出端輸出端2 2 out2out2 浙江萬里學院本科畢業(yè)論文 - 13 - 續(xù)表續(xù)表3-13-1 4 4 地地 gndgnd8 8 電源電源 vccvcc 3.43.4 紅外避障模塊紅外避障模塊 紅外避障模塊主要實現小車的避障處理，當小車檢測到前面有障礙物時，紅外避障模塊主要實現小車的避障處理，當小車檢測到前面有障礙物時， 由單片機發(fā)出指令實現小車停止功能。其實現原理與紅外線對管尋跡模塊基本由單片機發(fā)出指令實現小

59、車停止功能。其實現原理與紅外線對管尋跡模塊基本 一致，只是為了實現更好的避障效果（主要是距離問題），所以采用了自制紅一致，只是為了實現更好的避障效果（主要是距離問題），所以采用了自制紅 外接發(fā)電路。外接發(fā)電路。 3.4.13.4.1 紅外避障電路介紹紅外避障電路介紹 本模塊主要有兩部分組成，本模塊主要有兩部分組成，38khz38khz的紅外發(fā)射模塊和接收比較模塊，采用的紅外發(fā)射模塊和接收比較模塊，采用 38khz38khz頻率段是能有效的排除可見光的干擾，實現避障有效距離頻率段是能有效的排除可見光的干擾，實現避障有效距離50cm50cm左右，更好左右，更好 的完成對電機的控制。如圖的完成對電機

60、的控制。如圖3-113-11 紅外線避障電路原理圖。通過紅外線避障電路原理圖。通過555555芯片組成多芯片組成多 諧振蕩器，根據式（諧振蕩器，根據式（3-13-1）可設計出）可設計出38khz38khz方波信號方波信號 （3-13-1） 1/1.43/lhftt12(r+2r)c 圖圖 3-113-11 紅外線避障電路原理圖紅外線避障電路原理圖 接通電源后，電容接通電源后，電容c c被充電當被充電當2 2腳腳上升到上升到2/3，使，使3腳腳為低電平，同為低電平，同cvvccov 時內部三極管時內部三極管t導通，此時電容導通，此時電容c通過通過和和t放電，放電，下降，當下降，當下降到下降到/3