機電一體化-運貨智能小車的系統(tǒng)設計論文設計

1、運貨智能小車的系統(tǒng)設計摘要在敘述自己的工作前，加三四行背景的東西，有什么應用，意義【摘要】本設計主要有四個模塊包括信號檢測模塊、顯示模塊、主控模塊、電機驅(qū)動模塊。信號檢測模塊采用紅外光對管，用以對黑線進行檢測。主控電路采用宏晶公司的 8051 核心的STC12C5A60S2 單片機為控制芯片。電機驅(qū)動模塊采用TB6612專用電機驅(qū)動芯片。顯示模塊采用串口屏顯示。單片控制與傳統(tǒng)分立元件電路相比，使整個系統(tǒng)有很好的穩(wěn)定性。信號檢測模塊將采集到的路況信號傳入 STC12C5A60S2 單片機，經(jīng)單片機處理過后對 TB6612 發(fā)出指令進行相應的調(diào)整。小車速度由單片機輸出的 PWM 波控制。小車的方向

2、由IO口控制，從而實現(xiàn)自動循跡的功能。 【關(guān)鍵詞】單片機；光電傳感器；串口屏；TB6612驅(qū)動芯片Delivery of the intelligent car system design【 abstract 】 this design mainly has four modules including signal detection module, display module, control module, motor driver module. Signal detection module USES infrared light to pipe, used to test the

3、 black line. Main control circuit adopts 8051 core of macrocrystalline company STC12C5A60S2 microcontroller to control chip. Motor drive module adopts TB6612 dedicated motor driver chip. Display module adopts serial interface screen display. Compared with the traditional discrete component circuit,

4、single chip control the whole system has good stability. Signal detection module traffic signals were collected into the STC12C5A60S2 MCU, the MCU after processing to adjust TB6612 issue commands. Vehicle speed is controlled by single chip microcomputer output PWM wave. The direction of the car is c

5、ontrolled by the IO port, so as to realize the function of automatic tracking.KEY WORDS: STC12C5A60S2; Photoelectric sensor; A serial port screen; TB6612 driver chipII目 錄畢業(yè)設計任務書2第一章 緒論31.1智能小車的作用和意義31.2循跡小車的發(fā)展歷程回顧31.3智能循跡分類41.4運貨智能小車的應用4第二章 運貨智能小車總體設計方案62.1 整體設計方案62.2 核心芯片選擇62.2.1 單片機62.2.2 TB6612驅(qū)動

6、芯片82.3系統(tǒng)基本組成102.3.1STC12C5A60S2單片機電路102.3.2反射式紅外光電傳感器ST188模塊112.3.3 TB6612驅(qū)動模塊122.3.4直流電機132.3.5電源電路132.3.6顯示電路142.3.7電池充電模塊152.3.7藍牙模塊152.3.8報警模塊162.3.9傳感器分布162.4原理圖16第三章 系統(tǒng)軟件設計17傳感器讀取電壓模塊18上位機模塊20IO口模塊21PID算法模塊22電機驅(qū)動模塊22串口通訊模塊23主程序23第四章 制作與調(diào)試234.1 硬件電路的制作234.1.1 PCB板的設計234.1.2 PCB的制作244.1.3 元器件的焊接

7、244.2 誤差分析25結(jié) 論25致 謝26參考文獻27附錄一 實物圖28附錄二 程序29畢業(yè)設計（論文）考核表6365第一章 緒論1.1智能小車的作用和意義自第一臺工業(yè)機器人誕生以來，機器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領(lǐng)域。近年來機器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們在不斷探討、改造、認識自然的過程中，制造能替代人勞動的機器一直是人類的夢想。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，機器人的傳感系統(tǒng)，對于視覺的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當發(fā)達，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后，機器視覺需要通過大量的運算也只能識別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡單的目標。視覺傳感器的核心器件是攝像管或

8、CCD，目前的 CCD 已能做到自動聚焦。但 CCD 傳感器的價格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺的系統(tǒng)中考慮使用接近覺傳感器是覺傳感器種類越來越多，其中視覺傳感器成為自動行走和駕駛的重要部件。視覺的典型應用領(lǐng)域為自主式智能導航一種實用有效的方法。機器人要實現(xiàn)自動導引功能和避障功能就必須要感知導引線和障礙物，感知導引線相當給機器人一個視覺功能。避障控制系統(tǒng)是基于自動導引小車（AVGauto-guidevehicle）系統(tǒng)，基于它的智能小車實現(xiàn)自動識別路線，判斷并自動避開障礙，選擇正確的行進路線。使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應的執(zhí)行動作。運貨智能小車采用

9、充電蓄電池為主要的動力來源，可通過電腦程序來控制其選擇運動軌跡以及其它動作，也可把電磁軌道黏貼在地板上來確定其行進路線，無人搬運車通過電磁軌道所帶來的訊息進行移動與動作，無需駕駛員操作，將貨物或物料自動從起始點運送到目的地。作為機器人的典型代表。它可以分為四大組成部分：傳感器檢測部分、CPU、顯示部分、執(zhí)行部分。機器人要實現(xiàn)自動避障功能，還可以擴展循跡等功能，感知導引線和障礙物?？梢詫崿F(xiàn)小車自動識別路線，選擇正確的行進路線。基于上述要求，傳感檢測部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可，所以可以舍棄昂貴的 CCD 傳感器而考慮使用價廉物美的紅外反射式傳感器來充當。智能小車的執(zhí)

10、行部分，是由直流電機來充當?shù)?，主要控制小車的行進方向和速度。單片機驅(qū)動直流電機一般有兩種方案：第一，勿需占用單片機資源，直接選擇有 PWM功能的單片機，這樣可以實現(xiàn)精確調(diào)速；第二，可以由軟件模擬 PWM 輸出調(diào)制，需要占用單片機資源，難以精確調(diào)速。考慮到實際情況，本文選擇第一種方案。CPU 使用 STC12C5A60S2 單片機，使用自帶PWM外設驅(qū)動電機。運貨智能小車的另一個特點是高度自動化和高智能化，可以根據(jù)倉儲貨位要求、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活改變行駛路徑，而且改變運行路徑的費用與傳統(tǒng)的輸送帶和傳送線相比非常低廉。AGV小車一般配有裝卸機構(gòu)，可與其它物流設備自動接口，實現(xiàn)貨物裝卸與搬運的

11、全自動化過程。此外，AGV小車依靠蓄電池提供動力，還有清潔生產(chǎn)、運行過程中無噪音、無污染的特點，可用在工作環(huán)境清潔的地方。1.2循跡小車的發(fā)展歷程回顧隨著社會的不斷發(fā)展，科學技術(shù)水平的不斷提高，人們希望創(chuàng)造出一種來代替人來做一些非常危險，或者要求精度很高等其他事情的工具，于是就誕生了機器人這門學科。世界上誕生第一臺機器人誕生于1959年，至今已有50多年的歷史，機器人技術(shù)也取得了飛速的發(fā)展和進步，現(xiàn)已發(fā)展成一門包含：機械、電子、計算機、自動控制、信號處理，傳感器等多學科為一體的性尖端技術(shù)。循跡小車共歷了三代技術(shù)創(chuàng)新變革： 第一代循跡小車是可編程的示教再現(xiàn)型，不裝載任何傳感器，只是采用簡單的開關(guān)

12、控制，通過編程來設置循跡小車的路徑與運動參數(shù)，在工作過程中，不能根據(jù)環(huán)境的變化而改變自身的運動軌跡。支持離線編程的第二代循跡小車具有一定感知和適應環(huán)境的能力，這類循跡小車裝有簡單的傳感器，可以感覺到自身的的運動位置，速度等其他物理量，電路是一個閉環(huán)反饋的控制系統(tǒng)，能適應一定的外部環(huán)境變化。第三代循跡小車是智能的，目前在研究和發(fā)展階段，以多種外部傳感器構(gòu)成感官系統(tǒng)，通過采集外部的環(huán)境信息，精確地描述外部環(huán)境的變化。智能循跡小車，能獨立完成任務，有其自身的知識基礎，多信息處理系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的工作環(huán)境中，根據(jù)環(huán)境變化作出決策，有一定的適應能力，自我學習能力和自我組織的能力。為了讓循跡小車能

13、獨立工作，一方面應具有較高的智慧和更廣泛的應用，研究各種新機傳感器，另一方面，也掌握多個多類傳感器信息融合的技術(shù)，這樣循跡小車可以更準確，更全面的獲得所處環(huán)境的信息。1.3智能循跡分類運貨智能小車從發(fā)明至今已經(jīng)有50多年的歷史，隨著應用領(lǐng)域范圍的不斷擴大，其種類和形式也變得更加多樣化。一般根據(jù)行駛的導航方式將智能循跡小車分為以下幾種類型：(1)電磁感應式電磁感應式引導一般在地面上，沿預定路徑埋電線，當高頻電流通過導線，電線周圍產(chǎn)生電磁場流動， 運貨智能小車上安裝兩個對稱的電磁感應傳感器，他們收到的電磁信號差異可以反映的運貨智能小車偏離程度路徑的程度。 運貨智能小車自動化控制系統(tǒng)，基于這種偏差值

14、，以控制車輛的轉(zhuǎn)向，連續(xù)的動態(tài)的閉環(huán)控制設置能夠保證運貨智能小車對設定路徑的穩(wěn)定自動跟蹤。在目前商業(yè)用途的運貨智能小車中，特別是大型和中型小車，絕大多數(shù)都采用電磁感應導航。(2)激光式安裝有可旋轉(zhuǎn)的激光掃描器的運貨智能小車，可安裝在墻壁或有高反射激光定位標志的支柱上或者路徑上運行，運貨智能小車依靠激光掃描器發(fā)射激光束，然后接收由四周定位標志反射回的激光束，車載計算機，計算出當前車輛的位置和運動方向，通過內(nèi)置的數(shù)字地圖和校準位置相比，以實現(xiàn)自動處理。目前，這種運貨智能小車類型的應用比較廣泛?；谕瑯拥脑恚绻す鈷呙鑳x被紅外線發(fā)射器，或超聲波發(fā)射取代，激光制導的運貨智能小車小車可以轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外引

15、導和超聲引導的運貨智能小車。(3)視覺式視覺引導式運貨智能小車是的迅速發(fā)展和比較成熟的運貨智能小車，這種運貨智能小車配備CCD攝像機，傳感器和車載電腦，在車載計算機中設置有運貨智能小車欲行駛路徑周圍環(huán)境圖像數(shù)庫。在運貨智能小車的行駛過程中，相機得到的圖像與圖像數(shù)據(jù)庫進行比較，以確定當前位置和車輛周圍的圖像信息并對駕駛下一步作出決定。這種運貨智能小車小車并不需要設置任何的人工物理路徑，所以在理論上具有靈活性，在計算機圖像采集，存儲和處理技術(shù)飛速發(fā)展的今天，這種類型的運貨智能小車實用性越來越強。此外，還有鐵磁陀螺慣性引導式運貨智能小車、光學引導式運貨智能小車等多種形式的運貨智能小車。1.4運貨智能

16、小車的應用運貨智能小車發(fā)展歷史及主要應用場所如下：(1)倉儲業(yè)1954年，來自美國南卡羅來納州的Mercury Motor Freight公司成為第一批把運貨智能小車的應用到倉庫的使用者，來實現(xiàn)出入庫貨物的自動處理。至今世界上有超過2100個廠家把大約2萬臺大型或小型的運貨智能小車應用到自己的倉庫中。中國的海爾集團在2000年把9臺運貨智能小車投產(chǎn)到了自己的倉庫區(qū)，形成一個靈活的運貨智能小車自動數(shù)據(jù)庫處理系統(tǒng)，輕松地完成了每天至少33500的儲存和裝卸貨物的任務。(2)制造業(yè)在制造業(yè)的的生產(chǎn)線中運貨智能小車大顯身手，快速，精確，靈活的完成材料的運送任務。由多臺運貨智能小車組成的物流運輸處理系統(tǒng)

17、，較人工搬運系統(tǒng)來說更靈活，運輸路線可以根據(jù)生產(chǎn)過程及時調(diào)整，使一條生產(chǎn)線，生產(chǎn)十幾個產(chǎn)品，大大提高了生產(chǎn)的靈活性，企業(yè)的競爭力。在1974年瑞典的沃爾沃卡爾馬的汽車組裝廠，提高了運輸系統(tǒng)的靈活性，使用以運貨智能小車為載運工具的裝配線，采用該裝配線后，減少了20%裝配時間、減少了39%組裝錯誤，減少了57%投資資金回收時間以及減少了5%的員工費用。目前，在世界主要的汽車生產(chǎn)廠家，如通用、豐田、克萊斯勒、大眾運貨智能小車已被廣泛應用。近年來，作為CIMS(Computer Integrated Manufacturing Systems，直譯為基于計算機的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng))的基礎搬運工具，運貨智

18、能小車已經(jīng)深入到機械加工，家電制造，微電子制造，煙草等行業(yè)，生產(chǎn)業(yè)和加工業(yè)已成為運貨智能小車使用最廣泛的領(lǐng)域。(3)郵局、圖書館、港口碼頭和機場在郵局，圖書館，碼頭和機場候機樓等人口密集的公眾場所，存在著大量的物品的運送工作，充滿不定性和動態(tài)性強的特點，搬運過程往往也很單一。運貨智能小車有著可并行工作、自動化、智能化和處理靈活的特點，可以很好的滿足這些場合的運輸要求。1983年瑞典的大斯得哥爾摩郵局，1988年日本東京的多摩郵局，1990年中國上海的郵政相繼開始使用運貨智能小車來完成郵品的搬運工作。在荷蘭的鹿特丹港口，50輛被稱為“院子里的拖拉機”的運貨智能小車每天都在把集裝箱從船邊運送到幾百

19、米以外的倉庫中。(4)煙草、醫(yī)藥、化工、食品對于處理一些需要在清潔、安全、無排放污染等其他特殊環(huán)境要求的產(chǎn)品生產(chǎn)如煙草、制藥、食品、化工等產(chǎn)品時應考慮運貨智能小車的應用。在全國許多卷煙企業(yè)，如青島頤中集團、玉溪紅塔集團、紅河卷煙廠、淮陰卷煙廠，應用激光引導式運貨智能小車完成托盤貨物的搬運工作。(5)危險場所和特種行業(yè)在軍事方面，以運貨智能小車為基礎有著自動駕駛和檢測功能的設備，可用于戰(zhàn)場偵察和掃雷，英國軍方正在開發(fā)MINDER偵察系統(tǒng)，這是一種具有地雷探測、銷毀和路線驗證能力自動型偵察車。在鋼鐵廠，運貨智能小車負責爐料運輸，大大降低了工人們的勞動強度。在核電廠的核儲存地點使用運貨智能小車，以避

20、免輻射的危險。運貨智能小車可在黑暗環(huán)境中，準確、可靠的運輸物料。第二第二章系統(tǒng)方案2.1 系統(tǒng)原理2.2 系統(tǒng)元器件選型第三章 系統(tǒng)硬件3.1第四章 軟件每個圖要有序號章 運貨智能小車總體設計方案2.1 整體設計方案上次讓你改的沒改還是沒有說明白你是怎么判斷從A點到B點的本系統(tǒng)采用簡單明了的設計方案。通過高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成的傳感器循跡模塊判斷黑線路經(jīng)，然后由STC12C5A60S2進行PID運算后通過IO口控制TB6612驅(qū)動模塊改變兩個直流電機的工作狀態(tài)，最后實現(xiàn)小車循跡，并在串口屏上顯示。2.2 核心芯片選擇屬于 系統(tǒng)組成的部分2.2.1 單片機單片機是一個單

21、芯片的微型計算機。單片機的優(yōu)勢在于實時控制能力強，并且可靠性高。本系統(tǒng)中采用的STC12C5A60S2單片機就是由CPU系統(tǒng)部分，存儲器系統(tǒng)部分以及I/O口和其他功能單元部分組成的。STC12C5A60S2是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K的在系統(tǒng)可編程閃爍存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲器在線可編程，也適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)上可編程閃爍存儲單元，使得STC12C5A60S2為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供靈活、有效的解決方案。（1） STC12C5A60S

22、2的主要特性STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對電機控制，強干擾場合。1.增強型8051 CPU，1T，單時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051;2.工作電壓：STC12C5A60S2系列工作電壓：5.5V-3.3V(5V單片機)STC12LE5A60S2系列工作電壓：3.6V-2.2V(3V單片機);3.工作頻率范圍：0 - 35MHz

23、，相當于普通8051的 0420MHz;4.用戶應用程序空間8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字節(jié);5.片上集成1280字節(jié)RAM;6.通用I/O口(36/40/44個)，復位后為：準雙向口/弱上拉(普通8051傳統(tǒng)I/O口)，可設置成四種模式：準雙向口/弱上拉，推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏，每個I/O口驅(qū)動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不要超過120ma;7. ISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應用可編程)，無需專用編程器，無需專用仿真器 可通過串口(P3.0/P3.1)直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片;8.有EE

24、PROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無內(nèi)部EEPROM);9.內(nèi)部集成MAX810專用復位電路(外部晶體12M以下時，復位腳可直接1K電阻到地);10.外部掉電檢測電路:在P4.6口有一個低壓門檻比較器，5V單片機為1.32V，誤差為+/-5%,3.3V單片機為1.30V，誤差為+/-3%;11.時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為+/-5%到+/-10%以內(nèi)) 1用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時鐘，常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.0V單片機為：11MHz15.5MHz，3.3V單片機為：8MHz12MHz，精度要求不高時，

25、可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準;12.共4個16位定時器 兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器,16位定時器T0和T1，沒有定時器2，但有獨立波特率發(fā)生器 做串行通訊的波特率發(fā)生器 再加上2路PCA模塊可再實現(xiàn)2個16位定時器;13. 2個時鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時鐘;14.外部中斷I/O口7路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊， Power Down模式可由外部中斷喚醒，INT0/P3.2, INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0,C

26、CP0/P1.3(可通過寄存器設置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通過寄存器設置到P4.3);15. PWM(2路)/PCA(可編程計數(shù)器陣列,2路)：也可用來當2路D/A使用也可用來再實現(xiàn)2個定時器也可用來再實現(xiàn)2個外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時支持);16.A/D轉(zhuǎn)換, 10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達250K/S(每秒鐘25萬次)18.通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時器或PCA軟件實現(xiàn)多串口;17. STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標志的才有雙串口，RxD2/P1.2(可通過寄存器設置到P4

27、.2)，TxD2/P1.3(可通過寄存器設置到P4.3);18.工作溫度范圍：-40 - +85(工業(yè)級) / 0 - 75(商業(yè)級)21.封裝：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48 I/O口不夠時，可用2到3根普通I/O口線外接 74HC164/165/595(均可級聯(lián))來擴展I/O口, 還可用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙CPU,三線通信，還多了串口。圖 要有題注圖2-12.2.2 TB6612驅(qū)動芯片TB6612FNG是東芝半導體公司生產(chǎn)的一款直流電機驅(qū)動器件，它具有大電流MOSFET-H橋結(jié)構(gòu)，雙通道電路輸出，可同時驅(qū)動2個電機。TB6612FNG每通道輸出最高1.2

28、 A的連續(xù)驅(qū)動電流，啟動峰值電流達2A/3.2 A(連續(xù)脈沖/單脈沖);4種電機控制模式：正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/制動/停止;PWM支持頻率高達100 kHz;待機狀態(tài);片內(nèi)低壓檢測電路與熱停機保護電路;工作溫度：-2085;SSOP24小型貼片封裝圖要有圖序號如圖1所示，TB6612FNG的主要引腳功能：AINl/AIN2、BIN1/BIN2、PWMA/PWMB為控制信號輸入端;AO1/A02、B01/B02為2路電機控制輸出端;STBY為正常工作/待機狀態(tài)控制引腳;VM(4.515 V)和VCC(2.75.5 V)分別為電機驅(qū)動電壓輸入和邏輯電平輸入端。TB6612FNG是基于MOSFET的H橋集成電

29、路，其效率高于晶體管H橋驅(qū)動器。相比L293D每通道平均600 mA的驅(qū)動電流和1.2 A的脈沖峰值電流，它的輸出負載能力提高了一倍。相比L298N的熱耗性和外圍二極管續(xù)流電路，它無需外加散熱片，外圍電路簡單，只需外接電源濾波電容就可以直接驅(qū)動電機，利于減小系統(tǒng)尺寸。對于PWM信號，它支持高達100 kHz的頻率，相對以上2款芯片的5 kHz和40 kHz也具有較大優(yōu)勢。脈寬調(diào)制方式產(chǎn)生占空比變化的PWM信號，通過對驅(qū)動器輸出狀態(tài)的快速切換，實現(xiàn)電機的速度控制。PWM占空比的大小決定輸出電壓平均值，進而決定電機的轉(zhuǎn)速。運貨智能小車采用單極性、定頻調(diào)寬的PWM調(diào)制方式，保證電機調(diào)速控制的穩(wěn)定性。

30、TB6612FNG的邏輯真值表如下表所示。該器件工作時STBY引腳置為高電平;IN1和IN2不變，調(diào)整PWM引腳的輸入信號可進行電機單向速度控制;置PWM引腳為高電平，并調(diào)整IN1和IN2的輸入信號可進行電機雙向速度控制。表中A、B兩通道的控制邏輯相同TB6612系統(tǒng)電路圖2.3系統(tǒng)基本組成智能循跡小車主要由STC12C5A60S2單片機電路、反射式紅外光電傳感器ST188模塊、TB6612驅(qū)動模塊、直流電機、小車底板、電源模塊、顯示模塊、電池充電模塊、藍牙模塊等模塊組成。其中STC12C5A60S2單片機電路、TCRT5000循跡模塊、TB6612驅(qū)動模塊、直流電機、小車底板、電源模塊、為主

31、要的模塊H橋驅(qū)動模塊直流電機紅外光電循跡傳感器模塊電源模塊單片機電路路 徑小車2.3.1STC12C5A60S2單片機電路采用STC12C5A60S2芯片作為控制單元。STC12C5A60S2單片機具有低成本、高性能、抗干擾能力強、超低功耗、低電磁干擾，并且與傳統(tǒng)的8051單片機程序兼容，無需改變硬件，支持在系統(tǒng)編程技術(shù)。使用ISP可不用編程器直接在PCB板上燒錄程序，并引出AD，PWM等外設引腳。單片機的時鐘電路有內(nèi)部自震蕩電路和外部時鐘電路兩種。內(nèi)部的自振蕩電路是根據(jù)STC12C5A60S2單片機內(nèi)部反相放大器與石英晶體和兩個電容構(gòu)成的，XTAL1和XTAL2分別作為放大器的輸入端與輸出端

32、，電容起到了快速起振和穩(wěn)定頻率的作用。外接電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩頻率的穩(wěn)定度、起振時間及溫度穩(wěn)定性。在設計電路板時，晶振和電容應靠近單片機，以便減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠工作。由于成本原因，運貨智能小車系統(tǒng)采用內(nèi)部24M晶振2.3.2反射式紅外光電傳感器ST188模塊運貨智能小車系統(tǒng)選用飛思卡爾大賽常用的 ST188 型光對管ST188傳感器的工作原理與一般的紅外傳感器一樣,一傳一感. ST188具有一個紅外發(fā)射管和一個紅外接收管.當發(fā)射管的紅外信號經(jīng)反射被接收管接收后,接收管的電阻會發(fā)生變化,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來,而經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換或LM324等電路整形后

33、得到處理后的輸出結(jié)果.電阻的變化起取于接收管所接收的紅外信號強度,常表現(xiàn)在反射面的顏色和反射面接收管的距離兩二方面循跡傳感器工作原理：TC端是傳感器工作控制端，為高電平時，發(fā)光二極管不工作，傳感器休眠，為低電平時，傳感器啟動。Signal端為檢測信號輸出，當遇到黑線，黑線吸收大量的紅外線，反射的紅外線很弱，光敏三極管不導通，Signal輸出高電平；當遇到白線，與黑線相反，反射的紅外線很強，使光敏三極管導通，Signal輸出低電平。這種探測方法，即利用紅外線在不同顏色的表面特征，具有不同的反射性能，汽車行駛過程中接收地面的紅外光。當紅外光遇到白色路線，地板發(fā)生漫反射，安裝在小型車的反射光接收器接

34、收；如果是遇到黑色路線，紅外光將被黑線吸收，安裝在小車上的接收管沒有收到紅外光?？刂破鲿鶕?jù)是否收到反射的紅外光為判斷依據(jù)來確定的黑線的位置和小車的路線。紅外探測器距離通常是不應超過15厘米的。紅外發(fā)射和接收紅外線感應器，可以使自己或直接使用集成紅外探頭。調(diào)整左右傳感器之間的距離，兩探頭距離約等于黑線寬度最合適，選擇寬度為3 5厘米的黑線。該傳感器的靈敏度是可調(diào)的，傳感器有時遇到黑線卻不能送出相應的信號，通過調(diào)節(jié)傳感器上的可調(diào)電阻，適當?shù)脑龃蠡驕p小可改變靈敏度。另外，循跡傳感器的放置也是有講究的，有兩種方法，一種是兩個都是放置在黑線內(nèi)側(cè)緊貼黑線邊緣，第二種是都放置在黑線的外側(cè)，同樣緊貼黑線邊緣

35、。本設計采用第二種方法。單片機燒錄程序后，就可以執(zhí)行循跡指令了。如果小車向前行駛時向左偏離了黑線，那么右邊傳感器會產(chǎn)生一個高電平，單片機判斷這個信號，然后向右拐回到黑線。兩傳感器輸出信號為低電平時，小車前進。如果小車向右偏離黑線，左邊傳感器產(chǎn)生一個高電平，單片機判斷這個信號，然后向左拐。這樣，小車一定不會偏離黑線。若兩個光電傳感器同時輸出的信號為高電平，即單片機判斷的都為高電平時，小車向前直走。2.3.3 TB6612驅(qū)動模塊采用了TB6612這個新型驅(qū)動器件，能獨立雙向控制兩個直流電機，它具有很高的集成度，同時能提供足夠的輸出能力，運動性能和能耗方面也具有優(yōu)勢。只采用了2個IO口和1路PWM

36、口控制每個直流電機。該電機驅(qū)動芯片驅(qū)動能力強、操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良，可以利用單片機進行軟件控制，滿足各種復雜電路的需要。另外，TB6612的驅(qū)動功率較大，能夠根據(jù)輸入電壓的大小輸出不同的電壓和功率，解決了負載能力不夠的問題。2.3.4直流電機電直流電機由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器等組成運貨智能小車系統(tǒng)的電機模塊采用了JA12-N20

37、減速馬達，JA12-N20減速馬達是高質(zhì)量的直流減速電機，外部有精密的減速機械齒輪。減小了電機的慣性，增大了小車的靈活性。然后采用了TB6612這個新型驅(qū)動器件，能獨立雙向控制兩個直流電機，它具有很高的集成度，同時能提供足夠的輸出能力，運動性能和能耗方面也具有優(yōu)勢。2.3.5電源電路運貨智能小車由一個3.7V鋰電池進行供電，按下電源開關(guān)后MT3608得電，進行升壓得到8V電壓給電機和光電供電，然后經(jīng)過7805進行降壓得到5V電源，在經(jīng)過AMS1117降壓得到3.3V電源給單片機供電。2.3.6顯示電路顯示電路使用串口屏，節(jié)約成本并簡化了硬件電路，只需使用單片機的一個串口就可控制顯示電路由于單片

38、機串口不多，于是顯示電路與燒寫電路共用了一個串口。串口屏是由液晶屏+單片機+存儲器三部分構(gòu)成的，由計算機將圖片和漢字點陣通過GpuMaker程序預先存儲到串口屏的存儲器中，然后由單片機通過串口發(fā)送指令調(diào)用顯示就可以，單片機部分的編程就會變得異常簡單2.3.7電池充電模塊此模塊使用USB充電，USB的5V電源經(jīng)過TP4056芯片對電池進行充電并由紅藍兩個燈進行指示2.3.7藍牙模塊由于小車調(diào)試過程中無法與PC端進行通訊，于是運貨智能小車加了藍牙模塊與PC端進行數(shù)據(jù)傳輸。2.3.8報警模塊當運貨智能小車到達目的地后需要提醒工作人員，所以運貨智能小車還有報警功能，報警電路由蜂鳴器組成，單片機IO口的

39、信號經(jīng)過三極管的驅(qū)動控制蜂鳴器。2.3.9傳感器分布傳感器段前首行縮進2個字符通過信號采集，向單片機提供信息。因此傳感器合理的布局很重要，傳感器布局需要考慮小車行駛過程中信息檢測的準確度和前瞻性，能使在相同數(shù)量的傳感器下，獲得更多的數(shù)據(jù)。傳感器的布局一般有以下三種：一字型布局，M型布局和活動型布局。一字型布局即所有傳感器在同一直線上。一字型布局分為等距排布型和非等距排布型。等距排布型不利于采集準確的彎道信息?？紤]到弧度信息采集的連貫性，非等距排布采用等角原則，即在垂直平分線上方處某點，以等角的引射線與直線的交點就是傳感器的分布點，此種方法檢測連貫簡單，更容易控制小車。M型布局即傳感器的布局成M

40、型，M型布局最適合檢測多彎道的軌跡。由于傳感器不在同一直線上，故小車轉(zhuǎn)彎時，左右兩邊后部的傳感器有較大的采樣空間，兩邊前端的傳感器則對采集的信號有更好的前瞻性，M型中間底部的傳感器擇更好的確定小車的位置。整個布局有利于在彎道處提高小車速度。但相對一字型布局，M型布局容易產(chǎn)生不穩(wěn)定信號，從而產(chǎn)生信號震蕩，影響小車行駛的穩(wěn)定性?；顒有筒季植捎镁仃嚹Ｊ剑瑢鞲衅髋挪汲删仃囆螤?，通過對不同位置傳感器采集到信息的選擇來適應各種不同的跑道。這樣對不同路況有更強的適應性。 此種方案可調(diào)性大，但此種方法需要較多傳感器，冗余較大，比較笨重，增加小車的重量，不利于小車的加減速。最終決定采用M型布局方法來對5傳感器

41、進行布局，這種布局方法的前瞻性最好。2.4原理圖加文字說明你的原理圖第三章 系統(tǒng)軟件設計第三章沒有一節(jié)兩節(jié)嗎？在單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)中，軟件的設計是最復雜和困難的，大部分情況下工作量都較大，特別是對那些控制系統(tǒng)比較復雜的情況，往往需要同時考慮單片機的軟硬件資源分配。本系統(tǒng)的軟件設計主要分為系統(tǒng)初始化、信號采集、PID運算、及電機驅(qū)動。程序的設計是一件復雜的工作，為了使程序簡介明了，使用了模塊化編程的方法。把各個模塊分別編寫。傳感器讀取電壓模塊大多數(shù)尋跡小車均使用數(shù)字量光電，及把光電輸出的電壓與一個固定的電壓相比較得到0或1的數(shù)字量，此方法比較簡單，但是由于只有0與1導致分辨率太低，反應速度太慢

42、，必須降低小車的速度?？紤]到先進性，我們采用模擬量輸入，及把0到5V電壓分為0到1024，精確度增加，提高了小車的速度。由于不想使用外部AD芯片，于是選用了STC12C5A60S2芯片。此芯片自帶8路10位AD，滿足了小車的5路AD的需求。ADC_Inilize()；函數(shù)是AD外設的初始化函數(shù)，其中設置了IO口使用復用功能，并設置了AD的轉(zhuǎn)換速率與轉(zhuǎn)換結(jié)果放在寄存器的高八為還是低八位。并且進行設置了AD的中斷是否開啟與中斷的優(yōu)先級。ADC_PowerControl(u8 pwr)；函數(shù)控制ADC_CONTR寄存器以控制AD的電源。Get_ADC10bitResult(u8 channel)；開

43、啟AD轉(zhuǎn)換并進行AD值的讀取。此程序是AD模塊中最重要的模塊，首先開啟光電的電源，然后進行10次AD轉(zhuǎn)換，并求均值，最后按7比3與前一次數(shù)據(jù)求和以得到此次的AD值。此方法避免了由于光電的不穩(wěn)定帶來的尖峰波的影響。上位機模塊為了方便小車的調(diào)試，需要一款上位機進行小車的調(diào)試。而上位機要與下位機通訊，自然需要有規(guī)定好的協(xié)議進行通訊。此時程序就需根據(jù)上位機的資料進行編程。此程序是為了往下位機寫PID參數(shù)，其中還用到了好多標志位檢測程序。此程序是下位機往上位機傳送數(shù)據(jù)。由于此協(xié)議比較簡單，參考上位機資料便可完成。IO口模塊使用單片機就需要使用IO口，于是就單獨進行程序的編寫。PID算法模塊此程序雖然簡介

44、但是是此項目的重中之重，由于尋跡小車的特性所以使用PD控制。P即為比例，D為微分。電機驅(qū)動模塊電機采用PWM控制，通過控制PWM的脈寬來控制電機的電壓，而此程序為PWM的初始化，設置了PWM的輸出IO口，頻率等。由于電機通過TB6612進行驅(qū)動，使用有了以上的TB6612驅(qū)動程序。串口通訊模塊由于上位機的使用不方便使用數(shù)據(jù)線，使用了藍牙進行無線傳輸，而藍牙無線傳輸就是串口傳輸。主程序主程序中進行了場地的標定，遇到路口的判斷等功能的運行。第4章 制作與調(diào)試4.1 硬件電路的制作4.1.1 PCB板的設計本次設計使用的是Altium Designer（Altium Designer 是原Prote

45、l軟件開發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，主要運行在Windows操作系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設計、電路仿真、PCB繪制編輯、拓撲邏輯自動布線、信號完整性分析和設計輸出等技術(shù)的完美融合，為設計者提供了全新的設計解決方案，使設計者可以輕松進行設計，熟練使用這一軟件必將使電路設計的質(zhì)量和效率大大提高。），來繪制PCB。使用該軟件極大的方便了電路的布線，使硬件電路制作更加方便，性能更加穩(wěn)定.。4.1.2 PCB的制作（1） 將已經(jīng)繪制好的原理圖導入到PCB層中。（2） 對導入的元器件連接布線。（3） 生成布線報告，檢查布線合理性。（4） 用熱轉(zhuǎn)印紙轉(zhuǎn)印PCB圖至覆銅板。（5） 檢

46、查轉(zhuǎn)印后PCB圖的完整性。（6） 腐蝕電路板。（7） 鉆孔，用于焊接元器件。4.1.3 元器件的焊接焊接前應熟悉各芯片的引腳，焊接時參照電路圖，仔細地連接引腳。按照以下原則進行焊接：（1）先焊接各芯片的電源線和地線，這樣確保各芯片有正確的工作電壓。（2）同類的芯片應順序焊接，在一片焊接并檢查好之后，其他的同類芯片便可以參照第一片進行焊接。這樣便可大大節(jié)省時間，也可降低出錯率。4.2 誤差分析由于所采用的傳感器的數(shù)據(jù)抖動大，PID算法值比較難調(diào)整。所以運貨智能小車在運行途中會有抖動 結(jié) 論隨著集成電路和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，使電子儀器的整體水平發(fā)生巨大變化，傳統(tǒng)的儀器逐步的被智能儀器所取代。智能

47、儀器的核心部件是單片機，因其極高的性價比得到廣泛的應用與發(fā)展，從而加快了智能儀器的發(fā)展。而傳感器作為測控系統(tǒng)中對象信息的入口，越來越受到人們的關(guān)注。傳感器好比人體“五官”的工程模擬物，它是一種能將特定的被測量信息（物理量、化學量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出的器件或裝置本次設計中的全橋電子稱就是在以上儀器的基礎上設計而成的。因此，只有充分了解有關(guān)智能儀器、單片機、傳感器以及各部分之間的關(guān)系才能達到要求。本設計完成了基于單片機的電子秤系統(tǒng)。本裝置的硬件電路是由信號采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、報警幾個部分組成的。一、 主要工作及結(jié)論1、熟悉STC89C52單片機功能及工作特性，掌握其接

48、口擴展方法。2、通過對數(shù)據(jù)采集的分析，了解了各種傳感器、放大器及A/D轉(zhuǎn)換器有了更深的認識。3、采用面向?qū)ο蟮乃枷?，分層次、分模塊構(gòu)建設計的總體框架。二、 存在的問題1、系統(tǒng)設計不夠優(yōu)化，有待改善。比如系統(tǒng)的超量程信號直接由單片機送入報警電路，沒有設計保護電路再入單片機處理后送入報警電路。2、沒有擴展更多電路，如日歷時鐘電路、通訊接口電路等。日歷時鐘電路可以顯示購貨日期，通訊接口電路可以與上位機（PC機）進行通訊，從而將大量的商品數(shù)據(jù)存于上位機，然后通過串口或并口通訊與電子稱相連，達到遠距離控制的目的。3、對各種實用芯片價格了解不夠，選擇上任有欠缺。由于水平有限，設計的比較粗糙，硬件設計和軟件

49、設計方面都還有待于完善。卻也為我今后的學習和工作留下了積極的影響。致 謝大學生涯即將結(jié)束，臨近畢業(yè)，每天忙忙碌碌，經(jīng)過幾個月的努力，終于按照畢業(yè)設計進度要求如期完成了實用電子秤控制系統(tǒng)的硬件設計任務。在做畢業(yè)設計的過程中，雖然碰到了不少的困難，但是在老師的指導以及自己的努力下，終于取得了一定成果。在這段經(jīng)歷中中，帶給我的是學生生涯里前所未有的收獲。雖然在實物制作與論文寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學和老師的幫助下克服并順利解決了。我查閱了許多有關(guān)壓電傳感器、A/D轉(zhuǎn)換和C程序設計方面的文獻資料，使我對壓電傳感器的設計和使用有了更深的認識。從論文選題到完成論文，我要強烈感謝我的論文指導

50、老師胡冬生老師，他淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，求實的精神，時刻感染著我，沒有他對我進行了不厭其煩的指導和幫助，無私的為我進行論文的修改和改進。同時，我也要感謝本論文所引用的各位學者的專著，如果沒有這些學者的研究成果的啟發(fā)和幫助，我將無法完成本篇論文的最終寫作。我也要感謝周圍不斷鼓勵、支持、幫助我的同學們，他們在我寫論文的過程中給予我了很多有用的素材，也在論文的排版和撰寫過程中提供熱情的幫助，是你們的友情、關(guān)心、愛心讓我倍感生活的精彩和溫暖。最后，我要特別感謝我的家人，他們辛勤的付出，無私的關(guān)愛讓我體會到親情的偉大。 金無足赤，人無完人。由于我的學術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師

51、和同學批評和指正！參考文獻1張巖,裴曉敏,付韶彬.基于單片機的智能循跡小車設計J. 國外電子測量技術(shù). 2014(03) 2鐘富昭編著.8051單片機典型模塊設計與應用M.北京:人民郵電出版社，2007.3 孔令榮,王昊. 基于STC89C52的智能尋跡小車設計J. 自動化技術(shù)與應用. 2015(02) 4樓然苗，李光飛編著.單片機課程設計指導M. 北京:北京航空航天大學出版社，2007.5 趙海蘭. 基于單片機的紅外遙控智能小車的設計J. 無線互聯(lián)科技, 2011年3期.6 姚培等. 基于單片機控制的智能循跡避障小車J. 機電信息，2010年12期.7 趙振德. 多功能遙控智能小車的制作J.

52、 電子制作, 2011年4期.8 李瀚霖等. 智能小車研究與設計J. 科技致富向?qū)В?011年26期.9 李靜,劉曉雪,徐冰. 智能循跡小車控制系統(tǒng)的設計J. 自動化應用. 2014(03) 10陳鐵軍. 智能控制理論及應用M. 北京：清華大學出版社，2009.1.11 劉南平. 電子產(chǎn)品設計與制作技術(shù)J. 科學出版社，2008.12 楊剛. 電子系統(tǒng)設計與實踐J. 電子工業(yè)出版社，2009.3.13 寸曉非. 基于飛恩卡爾的智能循跡車設計. 荊楚學院報，2012.04.14 隋研 .基于數(shù)字PID的智能小車控制J .雜志商店,2012.06.附錄一 實物圖附錄二 程序#include mai

53、n.h#includeUSART.h#include ANOTC.H#includeadc.h#includeGPIO.h#include PID.h#include PWM.h#include UART3.h#include UART.Hextern bit com3_data_to_send_check_old_ok;extern bit com3_PID_send_ok;extern u8 check_sum;extern PID PID_1,PID_2,PID_3,PID_4,PID_5,PID_6;extern PID PID_7,PID_8,PID_9,PID_10,PID_11,

54、PID_12;extern PID PID_13,PID_14,PID_15,PID_16,PID_17,PID_18;extern long AD1_0_sum,AD1_1_sum,AD1_2_sum,AD1_3_sum,AD1_4_sum;float A_D = 0;int P_W_M;float SensorValMax=100;float SensorValMin=500;u16 turn=0,cross_num=0;u8 com1_data_to_send100;/要求命令串長度不超100字符u8 Line_x1=7,Line_y1=2,Line_x2=7,Line_y2=2;u16 cross_jiao=180;void Delay1000ms()/22.1184MHzunsigned char i, j, k;_nop_();_nop_();i = 85;j = 12;k = 155;dodowhile (-k); while (-j); while (-i);void Delay100ms()/22.1184MHzunsigned char i, j, k;