【獨(dú)創(chuàng)】智能小車畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（2008 屆）論文題目 多功能智能小車的設(shè)計(jì)與制作（英文）the design & fabrication ofmultifunctional intelligent vehicle摘要智能作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù) 先設(shè)定的模式在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，無需人為管理，便可 以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。本設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)多功能小車 的智能模式，設(shè)計(jì)中的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點(diǎn)等可以為 自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)器人、采礦勘探機(jī)器人、家用自動(dòng)清潔機(jī)器人等自動(dòng)半自 動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與普及有一定的參考意義。同時(shí)小車可以作為玩具的 發(fā)展對(duì)象，為中國玩具

2、市場(chǎng)技術(shù)含量的缺乏進(jìn)行一定的彌補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)經(jīng) 濟(jì)收益，形成商業(yè)價(jià)值。整個(gè)小車平臺(tái)主耍以51單片機(jī)為控制核心，通過無線遙控實(shí)現(xiàn) 前進(jìn)后退和轉(zhuǎn)向行駛；通過紅外線傳感器，實(shí)現(xiàn)小車的自適應(yīng)巡航、 避障等功能。設(shè)計(jì)采用對(duì)比選擇，模塊獨(dú)立，綜合處理的研究方法。通過翻閱 大量的相關(guān)文獻(xiàn)資料，分析整理岀有關(guān)信息，在此基礎(chǔ)上列岀不同的 解決方案，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)比方案優(yōu)劣選出最優(yōu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。從電機(jī)車體，最小系統(tǒng)到無線遙控，紅外線對(duì)管的自動(dòng)尋跡再到紅外線自動(dòng)避障和語音控制，完成各模塊設(shè)計(jì)。通過調(diào)試檢測(cè)各模塊, 得到正確的信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的功能。最后將各個(gè)調(diào)試成功的模 塊結(jié)合到小車的車體上，結(jié)合程序，通過單片機(jī)的控

3、制，將各模塊有 效整合在一起，達(dá)到所預(yù)期的目標(biāo)，完成最終設(shè)計(jì)與制作，能使小車 在一定的環(huán)境中智能化運(yùn)轉(zhuǎn)。關(guān)鍵詞：智能，紅外線傳感器，自動(dòng)尋跡，語音控制，綜合處理abstractas 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 manag

4、ement,but 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-a

5、utomatic 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 t

6、akes micro-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 barriersusing methods of contrast selection, module independence, integrated treatment; consulting a large

7、number 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

8、design 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.第一章項(xiàng)目概述單片機(jī)

9、以其價(jià)格低廉、功能強(qiáng)大、體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，深受廣大電子設(shè)計(jì)愛好者喜愛。目前，各類產(chǎn)品中都能看到單 片機(jī)的身影，如門鈴、報(bào)警器、玩具，以及各類數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 和控制終端等。單片機(jī)是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中使用最廣泛的電子元 件。而其中的51系列單片機(jī)是最早興起的一類。51系列單片 機(jī)功能完備、指令系統(tǒng)豐富，發(fā)展的最為成熟。 51系列單片機(jī)是指intel的mcs-51系列以及和其具有兼容內(nèi)核 的單片機(jī)。mcs-51系列單片機(jī)是最早、最基本的單片機(jī)，功 能也最簡(jiǎn)單。intel公司生產(chǎn)的mcs-51系列單片機(jī)包括8031、 8051、8032、8052、8751、8752 等?，F(xiàn)在集成電路的飛速發(fā)展，各大芯

10、片廠商提供了很多與其兼容 的單片機(jī)。比如atmel公司的at89c系列 at89s系列，silicon laboratories 公司的 c8051f 系列，還有 philips 公司的 8xc552 系列等。這些單片機(jī)采用兼容的mcs-51的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)， 只是對(duì)其功能和內(nèi)部資源等方面進(jìn)行了不同程度的擴(kuò)展。51系列單片機(jī)以其高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、可 重復(fù)編程和方便功能擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，在市場(chǎng)上得到廣泛的應(yīng)用。 其主要應(yīng)用于如下幾個(gè)領(lǐng)域。家電產(chǎn)品及玩具。由于51系列單片機(jī)價(jià)格低、體積小、控制 能力強(qiáng)、功能擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)，使其廣泛應(yīng)用于電視、冰箱、 洗衣機(jī)、玩具、家用防盜報(bào)警器等方面。機(jī)

11、電一體化設(shè)備。機(jī)電一體化設(shè)備是指將機(jī)械技術(shù)、微電子技 術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，從而產(chǎn)主具有智能化特性的產(chǎn) 品，它是現(xiàn)代機(jī)械及電子工業(yè)的主要發(fā)展方向。單片機(jī)可以 作為機(jī)電一體化產(chǎn)品的控制器，從而簡(jiǎn)化原機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu), 擴(kuò)展其功能。智能測(cè)量設(shè)備。以前的測(cè)量?jī)x表體積大、功能單一，限制了測(cè) 量?jī)x表的發(fā)展。采用單片機(jī)改造各種測(cè)量控制儀表，可以使 其體積減少、功能擴(kuò)展，從而產(chǎn)生新一代的智能化儀表，如 各種數(shù)字萬用表、示波器等。自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)。采用單片機(jī)可以設(shè)計(jì)各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自適 應(yīng)控制系統(tǒng)等。例如溫度的自動(dòng)控制、電壓電流的數(shù)據(jù)采集。計(jì)算機(jī)控制及通信技術(shù)。51系列單片機(jī)都集成有串行通信接 口，可以通過該

12、接口和計(jì)算機(jī)的串行接口進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)計(jì) 算機(jī)的程序控制和通信等。自世界上第一片單片機(jī)誕生以來，51系列單片機(jī)不斷推陳出 新，目前已有兒十個(gè)系列、上百種型號(hào)。這些新產(chǎn)品都基于 51內(nèi)核，各個(gè)型號(hào)基本都兼容。以下是一些典型的51系列 單片機(jī)。美國intel公司的mcs48系列、mcs51系列、mcs96系列單片機(jī);美國atmel公司的at89系列單片機(jī)；美國 motorola 公司的 6801、6802、6803、6805 和 68hc11 系列單片機(jī)；美國zilog公司的z8、super8系列單片機(jī)；美國fairchild公司的f8和3870系列單片機(jī);美國ti公司的tms7000系列單片機(jī)；美

13、國ns公司的ns8070系列單片機(jī)；日本nec公司的h pd7800系列單片機(jī)；日本hitachi公司的hd6301、hd6305系列單片機(jī)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)是以單片機(jī)為核心，配合一定的外部電 路及程序，從而實(shí)現(xiàn)特定測(cè)量及控制功能的應(yīng)用系統(tǒng)。其中 單片機(jī)的選型、資源分配以及程序設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵。一般來說，一個(gè)完整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括分析測(cè) 控系統(tǒng)、單片機(jī)選型、硬件資源分配、單片機(jī)程序設(shè)計(jì)、仿 真測(cè)試并最終下載到實(shí)際硬件電路中執(zhí)行。單片機(jī)開發(fā)的整 個(gè)流程，如圖所示。單片機(jī)開發(fā)流程.在51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程中，單片機(jī)是整個(gè)設(shè)計(jì)的 核心，因此選擇合適的單片機(jī)型號(hào)很重要。目前，

14、市場(chǎng)上的 單片機(jī)種類很多，不同廠商均推岀很多不同側(cè)重功能的單片 機(jī)類型。第二章方案設(shè)計(jì)與論證根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車的基礎(chǔ)上， 加裝光電檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)吋測(cè)量, 并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各 種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的智能控制。這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、 可靠，精度高，可滿足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。一直流調(diào)速系統(tǒng)方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。方案二：靜止可控整流器。簡(jiǎn)稱v-m系統(tǒng)。方案三：脈寬調(diào)速系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī) 給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的

15、勵(lì)磁電流即可改變其輸 出電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變勵(lì)磁電流的方向則輸出電壓的 極性和屯動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以g-m系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容 易實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容 量和當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、 效率低、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。且技術(shù)落后，因此擱置不用。v-m系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。它可以是單相、三相 或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。v-m 系統(tǒng)的缺點(diǎn)是晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可 逆運(yùn)行造成困難。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩。 最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行

16、時(shí)，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較人的 諧波電流危害附近的用電設(shè)備。采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里 晶閘管不受和位控制，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí), 電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開， 電動(dòng)機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulation),簡(jiǎn)稱pwm。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間, 即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。與vm系統(tǒng)相比，pwm調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：(1) 由于pwm調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾 波作用就可以獲得脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的

17、低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá)1： 10000左右。市于電流波形 比v-m系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較 小。(2) 同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合，系統(tǒng) 可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。(3) 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

18、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。二檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)光電檢測(cè)，即利用各種傳感器對(duì)屯動(dòng)車的避障、位置、行 車狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。1 行車起始、終點(diǎn)及光線檢測(cè)：本系統(tǒng)采用反射式紅外線光電傳感器用于檢測(cè)路面的起始、終點(diǎn) (2cm寬的黑線)，玩具車底盤上沿黑線放置一套，以適應(yīng)起始的記 數(shù)開始和終點(diǎn)的停車的需要。利用超聲波傳感器檢測(cè)障礙。光線跟蹤, 采用光敏三極管接收燈泡發(fā)出的光線，當(dāng)感受到光線照射吋，其c-e 間的阻值下降,檢測(cè)電路輸出高電平，

19、經(jīng)lm393電壓比較器和74ls14 施密特觸發(fā)器整形后送單片機(jī)控制。本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)兩個(gè)光電三極管，分別放置在電動(dòng)車車頭的左、右 兩個(gè)方向，用來控制電動(dòng)車的行走方向，當(dāng)左側(cè)光電管受到光照時(shí)， 單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向左轉(zhuǎn)；當(dāng)右側(cè)光電管受到光照時(shí)，單片機(jī)控制 轉(zhuǎn)向電機(jī)向右轉(zhuǎn)；當(dāng)左、右兩側(cè)光電管都受到光照時(shí)，單片機(jī)控制直 行。見圖2.1電動(dòng)車的方向檢測(cè)電路(a)。行車方向檢測(cè)電路(見圖2.2電動(dòng)車的方向檢測(cè)電路(b)采用反 射接收原理配置了一對(duì)紅外線發(fā)射、接收傳感器。該電路包括一個(gè)紅 外發(fā)光二極管、一個(gè)紅外光敏三極管及其上拉電阻。紅外發(fā)光二極管 發(fā)射一定強(qiáng)度的紅外線照射物體，紅外光敏三極管在接收到反射回

20、來 的紅外線后導(dǎo)通，發(fā)出一個(gè)電平跳變信號(hào)。此套紅外光電傳感器固定在底盤前沿，貼近地面。正常行駛時(shí)， 發(fā)射管發(fā)射紅外光照射地面，光線經(jīng)白紙反射后被接收管接收，輸出 高電平信號(hào)；電動(dòng)車經(jīng)過黑線時(shí)，發(fā)射端發(fā)射的光線被黑線吸收，接 收端接收不到反射光線，傳感器輸出低電平信號(hào)后送80c51單片機(jī)處 理，判斷執(zhí)行哪一種預(yù)先編制的程序來控制玩具車的行駛狀態(tài)。前進(jìn) 時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪直流電機(jī)止轉(zhuǎn)，進(jìn)入減速區(qū)時(shí)，由單片機(jī)控制進(jìn)行pwm變 頻調(diào)速，通過軟件改變脈沖調(diào)寬波形的占空比，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。最后經(jīng)反接 制動(dòng)實(shí)現(xiàn)停車。前行與倒車控制電路的核心是橋式電路和繼電器。電 橋上設(shè)置有兩組開關(guān)，一組常閉，另一組常開。圖2.1電動(dòng)車的

21、方向檢測(cè)電路(a)尋謹(jǐn)圖2.2電動(dòng)車的方向檢測(cè)電路(b)電橋一端接電源，另一端接了一個(gè)三極管。三極管導(dǎo)通吋，電橋通過 三極管接地，電機(jī)電樞中有電流通過；三極管截止時(shí)，電橋浮空，電 機(jī)電樞中沒有電流通過。系統(tǒng)通過電橋的輸出端為轉(zhuǎn)向電機(jī)供電。通 過對(duì)繼電器開閉的控制即可控制電機(jī)的開斷和轉(zhuǎn)速方向進(jìn)而達(dá)到控 制玩具車前行與倒車的目的，實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)控制系統(tǒng)的糾偏功能。如圖2.3前行與倒車控制電路所示。圖2.3前行與倒車控制電路 檢測(cè)放人器方案：方案一：使用普通單級(jí)比例放大電路。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試 方便、價(jià)格低廉。但是也存在著許多不足。如抗干擾能力差、共模抑制比低等。方案二：采用差動(dòng)放大電路。選擇優(yōu)質(zhì)元件

22、構(gòu)成比例放大電路， 雖然可以達(dá)到一定的精度，但有時(shí)仍不能滿足某些特殊要求。例如， 在測(cè)量本設(shè)計(jì)中的光電檢測(cè)信號(hào)時(shí)需耍把檢測(cè)過來的電平信號(hào)放大 并濾除干擾，而且要求對(duì)共模干擾信號(hào)具有相當(dāng)強(qiáng)的抑制能力。這種 情況下須采用差動(dòng)放大電路，并應(yīng)設(shè)法減小溫漂。但在實(shí)際操作中， 往往滿足了高共模抑制比的要求，卻使運(yùn)算放人器輸出飽和；為獲得 單片機(jī)能識(shí)別的ttl電平卻又無法抑制共模干擾。方案三：電壓比較器方案。電壓比較器的功能是比較兩個(gè)電壓的大小,例如將一個(gè)信號(hào)電壓ui和一個(gè)參考電壓ur進(jìn)行比較，在ui>ur 和uivur兩種不同情況下，電壓比較器輸出兩個(gè)不同的電平，即高電 平和低電平。而ui變化經(jīng)過5

23、時(shí)，比較器的輸出將從一個(gè)電壓跳變 到另一個(gè)電平。比較器有各種不同的類型。對(duì)它的耍求是：鑒別耍準(zhǔn)確，反應(yīng)耍 靈敏，動(dòng)作要迅速，抗干擾能力要強(qiáng)，還應(yīng)有一定的保護(hù)措施，以防 止因過電壓或過電流而造成器件損壞。比較器的特點(diǎn)：(1) 工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。放人、運(yùn)算電路為了實(shí)現(xiàn)性能穩(wěn) 定并滿足一定的精度要求，這些電路中的運(yùn)放均引入了深度負(fù)反饋；而為了提 高比較器的反應(yīng)速度和靈敏度，它所采用的運(yùn)放不但沒有引入負(fù)反 饋，有時(shí)甚至還加正反饋。因此比較器的性能分析方法與放大、運(yùn)算 電路是不同的。(2) 非線性。由于比較器中運(yùn)放處于開環(huán)或正反饋狀態(tài)，它的兩 個(gè)輸入端之間的電位羌與開環(huán)電壓放大倍數(shù)的乘積通常超過最

24、大輸 出電壓，使其內(nèi)部某些管子進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)，因此在絕大多數(shù)情 況下輸出與輸入不成線性關(guān)系，即在放大、運(yùn)算等電路中常用的計(jì)算 方法對(duì)于比較器不再適用。(3) 開關(guān)特性。比較器的輸出通常只有高電平和低電平兩種穩(wěn)定 狀態(tài)，因此它相當(dāng)與一個(gè)受輸入信號(hào)控制的開關(guān)，當(dāng)輸入電壓經(jīng)過閾 值時(shí)開關(guān)動(dòng)作，使輸出從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電平。市于比較器的 輸入信號(hào)是模擬量，而它的輸出電平是離散的，因此電壓比較器可作 為模擬電路與數(shù)字電路之間的過渡電路。由于比較器的上述特點(diǎn)，在分析時(shí)既不能象對(duì)待放大電路那樣去 計(jì)算放大倍數(shù)，也不能象分析運(yùn)算電路那樣去求解輸出與輸入的函數(shù) 關(guān)系，而應(yīng)當(dāng)著重抓住比較器的輸出從一個(gè)電平

25、跳變到另一個(gè)電平的 臨界條件所對(duì)應(yīng)的輸入屯壓值(閾值)來分析輸入量與輸出量之間的 關(guān)系。如果在比較器的輸入端加理想階躍信號(hào)，那么在理想情況下比較 器的輸出也應(yīng)當(dāng)是理想的階躍電壓，而且沒有延遲。但實(shí)際集成運(yùn)放 的最大轉(zhuǎn)換速率總是有限的，因此比較器輸出電壓的跳變不可能是理 想的階躍信號(hào)。電壓比較器的輸出從低電平變?yōu)楦唠娖剿毜臅r(shí)間稱 為響應(yīng)時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間越短，響應(yīng)速度越快。減小比較器響應(yīng)時(shí)間的主要方法有：(1) 盡可能使輸入信號(hào)接近理想情況，使它在閾值附近的變化接近 理想階躍且幅度足夠大。(2) 選用集成電壓比較器。(3) 如果選用集成運(yùn)放構(gòu)成比較器，為了捉高響應(yīng)速度可以加限 幅措施，以避免集成運(yùn)

26、放內(nèi)部的管子進(jìn)入深飽和區(qū)。具體措施多為在 集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端并聯(lián)二極管。如圖2. 4電壓比較器電路所示:圖2.4電壓比較器電路在木設(shè)計(jì)中，光電傳感器只輸出一種高低電平信號(hào)且伴有外界雜 波干擾，所以我們嘗試采用了一種滯回比較器。簡(jiǎn)單電壓比較器結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，而且靈敏度高，但它的抗干擾能力差，也就是說如果輸入信號(hào) 因受干擾在閾值附近變化，則比較器輸出就會(huì)反復(fù)的從一個(gè)電平跳到 另一個(gè)電平。如果用這樣的輸出電壓控制電機(jī)或繼電器，將出現(xiàn)頻繁 動(dòng)作或起?，F(xiàn)彖。這種情況，通常是不允許的。而滯回比較器則解決 了這個(gè)問題。滯回比較器有兩個(gè)數(shù)值不同的閾值，當(dāng)輸入信號(hào)因受干 擾或其他原因發(fā)生變化時(shí)，只要變化量不超過兩

27、個(gè)閾值之差，滯冋比 較器的輸出電壓就不會(huì)來回變化。所以抗干擾能力強(qiáng)。但是，滯回比較器畢竟是模擬器件，溫度的漂移是它無法消除的。 方案四：施密特觸發(fā)器。綜合考慮系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，最后我們決定采用數(shù)字器件一一施密 特觸發(fā)器。施密特觸發(fā)器是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的變形，它有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，觸發(fā) 方式為電平觸發(fā)，只要外加觸發(fā)信號(hào)的幅值增加到足夠大，它就從一 個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。施密特觸發(fā)器具有與滯回比較器 相類似的滯回特性，但施密特觸發(fā)器的抗干擾能力比滯回比較器更 強(qiáng)。2 行車距離檢測(cè)由于紅外檢測(cè)具有反應(yīng)速度快、定位精度高，可靠性強(qiáng)以及可見 光傳感器所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)，故采用紅外光電碼盤測(cè)速方案。具體電

28、路同圖2.5行車距離檢測(cè)電路所示：+5v o圖2.5行車距離檢測(cè)電路紅外測(cè)距儀由測(cè)距輪，遮光盤，紅外光電耦合器及凹槽型支架組 成的。測(cè)長(zhǎng)輪的周長(zhǎng)為記數(shù)的單位，最好取有效值為單一的數(shù)值（如 本設(shè)計(jì)屮采用0.1米），精度根據(jù)電動(dòng)車控制的需要確定。測(cè)距輪安 裝在車輪上，這樣能使記數(shù)值準(zhǔn)確一些。遮光盤有一缺口，盤下方的凹形物為槽型光電耦合器，其兩端高 出部分的里面分別裝有紅外發(fā)射管和紅外接收管。遮光盤在凹槽中轉(zhuǎn) 動(dòng)吋，缺口進(jìn)入凹槽吋，紅外線可以通過，缺口離開凹槽紅外線被阻 擋。由此可見，測(cè)距輪每轉(zhuǎn)一周，紅外光接收管均能接收到一個(gè)脈沖 信號(hào)經(jīng)過整形器后送入計(jì)數(shù)器或直接送入單片機(jī)中。為實(shí)現(xiàn)可逆記數(shù)功能，我

29、們?cè)跍y(cè)距儀屮并列放置了兩個(gè)槽型光電 耦合器，遮光盤先后通過凹槽可產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào)。根據(jù)兩個(gè)脈沖信 號(hào)發(fā)生的先后順序與兩個(gè)光屯耦合器的位置關(guān)系，即可計(jì)算出玩具車 的行駛方向（前進(jìn)或后退）。遮光盤及槽型光電耦合器均安裝在不透光的盒子里,以避免外界 光線的干擾，使電路不能正常工作。測(cè)距原理：將光柵安裝在電機(jī)軸上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)吋，光柵也隨z 轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)安裝在光柵一側(cè)的紅外發(fā)光二極管點(diǎn)亮，在光柵的另一側(cè) 設(shè)有紅外三極管，用于接收紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線信號(hào)。由于 光柵隨電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，則紅外線三極管接收到的就是一系列脈沖信 號(hào)。將該信號(hào)傳輸?shù)?0c51單片機(jī)的內(nèi)部計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，根據(jù)預(yù)先實(shí)測(cè) 的數(shù)據(jù)換算關(guān)系即

30、可計(jì)算出電動(dòng)機(jī)車的行車距離。三顯不電路本設(shè)計(jì)中用兩片4位八段數(shù)碼管gem4561ae作顯示器，并具有雙重功能,在小車不行駛時(shí)其中一片顯示年、月，另一片顯示時(shí)、分；當(dāng)小 車行駛吋,分別顯示吋間和行駛距離。四系統(tǒng)原理圖簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車采用80c51單片機(jī)進(jìn)行智能控制。開始由手動(dòng)啟 動(dòng)小車，并復(fù)位，當(dāng)經(jīng)過規(guī)定的起始黑線，由超聲波傳感器和紅外光 電傳感器檢測(cè)，通過單片機(jī)控制小車開始記數(shù)顯示并避障、調(diào)速；系 統(tǒng)的自動(dòng)避障功能通過超聲波傳感器正前方檢測(cè)和紅外光電傳感器 左右側(cè)檢測(cè)，由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)；在電動(dòng)車進(jìn)駛過程中，采用雙極式 h型pwm脈寬調(diào)制技術(shù)，以提高系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)性能；采用動(dòng)態(tài)共陰 顯示行駛時(shí)間和里

31、程。80c51t1td顧卩xix2ri0汀15 亙24互rdwr31系統(tǒng)原理圖如圖2.6所示?？撮T狗電路77 rxd10 txd. 君一aij7p7二 pslin圖2.6系統(tǒng)原理圖光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束（紅外、可見及紫外光輻射）的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線 的物體均可被檢測(cè)。光電傳感器的工作原理如下圖所示:加汎劍信號(hào)的發(fā)駅行innr(a)眈財(cái)霑(匕)按收遙本產(chǎn)品是一種紅外光漫反射式光電傳感器，它是一種集發(fā)射器和 接收器于一體的傳感器，當(dāng)前面有被檢測(cè)物體時(shí)，物體將發(fā)射器發(fā)出 的紅外光線反射到接收器

32、，于是光電傳感器就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)被 檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電傳感器 是首選的檢測(cè)模式。漫反射式傳感器的應(yīng)用范圍十分廣泛，機(jī)器人避障礙物或走迷 宮、材料的定位剪切控制、流水線上產(chǎn)品的計(jì)數(shù)、液面的高低檢測(cè)、 光 電測(cè)速、程控小車循黑線線和避懸崖等等。也許你會(huì)想，這樣的一個(gè)傳感器還不簡(jiǎn)單！用一個(gè)紅外線發(fā)射管 接通電源發(fā)射紅外光，然后用一個(gè)紅外線接收管做接收，當(dāng)前面有物體反射紅外光時(shí)紅外接收管導(dǎo)通，當(dāng)前面沒有物體時(shí)紅外接收管 截止。在理論的環(huán)境下，這種做法是可以，但是實(shí)際上紅外線光源無處不在，比如說人體能發(fā)岀紅外光、日光燈光線下有紅外光、太 陽光線下也有紅外光，干擾源如此

33、z多怎能確保你的傳感器能正常工作？這樣的紅外漫反射式傳感器恐怕只能等晚上關(guān)燈了再用了 （汗！ ！）市面上的漫反射式傳感器品種繁多，其性能也大有差別，從幾元 到幾百元不等。價(jià)格低的同類產(chǎn)品抗干擾能力非常的差，大多數(shù)沒有 光信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)電路，在普通的日光燈或者太陽光下容易受到干 擾輸出錯(cuò)誤的判斷信號(hào)，在要求比較高的環(huán)境下無法采用。本紅外線漫反射式光電傳感器是本店自主研發(fā)的一利噺型產(chǎn)品， 抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性高，而且價(jià)格低廉。在同樣性能的產(chǎn)品中難找 這樣價(jià)格的了。創(chuàng)新的硬件設(shè)計(jì)思路：模塊中用單片機(jī)作為38kiiz載波信號(hào)和基波信號(hào)的產(chǎn)生，并且把信號(hào) 調(diào)制之后再用紅外光發(fā)射二極管發(fā)射出去；接收方面

34、用一體化紅外接收頭作信號(hào)接收、放大、解調(diào)、整形輸出,發(fā)射與接收的過程如下圖所示:一體化紅外線接收頭再將解調(diào)之后的信號(hào)送到單片機(jī)中，單片機(jī)再以每秒重復(fù)約50次的頻率去檢查接收到的基波信號(hào)是否與 發(fā)射前的一致，如果是一致就是出低電平“0”（0伏），如果不同 便輸出高電平“1”（約+5伏）。這樣的設(shè)計(jì)已經(jīng)將可靠度提高到最高。當(dāng)然，如果你要傳感器在如此強(qiáng)烈的干擾下正常工作是不可能的事情，任何一款傳感器都無法做到的，因?yàn)榘l(fā)射端的信號(hào)已經(jīng)被干擾信號(hào)完全覆蓋了。使用說明1室外使用時(shí)，應(yīng)避免陽光直射，太陽光線中的紅外光會(huì)覆蓋掉紅外 發(fā)射管發(fā)出的紅外信號(hào)。為了獲得更好的抗干擾能力，請(qǐng)?jiān)谝惑w化紅外接收頭上繞2圈黑

35、色半 透明塑料袋，或者加裝黑色遮光板，再將紅外發(fā)射管發(fā)光亮度調(diào)大(調(diào)節(jié)可調(diào)電阻)。2.在紅外線干擾比較小的室內(nèi)使用時(shí)，為了獲得更遠(yuǎn)的感應(yīng)距離，可 以直接使用。3在單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用中，為了提高系統(tǒng)的可靠性，請(qǐng)?jiān)黾印胺蓝丁背?序，下面提供一段防抖程序：ttinclude <at89x51. h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit hongwai d=p1 0;/*延時(shí)子程序*/void delay(uint n)uint i, j;for(j=n; j>0; j)for (i=70;i>0;i一一)

36、;/*防抖例程*/void start(void)uchar a;aa:while(hongwai d) ;/如果紅外傳感器d端為高電平，程序?qū)⒉粩?循環(huán)執(zhí)行/空白語句。/如果紅外傳感器d端為低電平，向下執(zhí)行。for(a=0;a<50;a+)/規(guī)定時(shí)間內(nèi)，重復(fù)檢查50次d端是否為低 電平。delay (1)；while(hongwai_d)/規(guī)定吋間內(nèi)出現(xiàn)了高電平，返回重新掃描。goto aa;第三章小車方案論證1總體設(shè)計(jì)根本本課題需要，我們主要是設(shè)計(jì)一款能進(jìn)行智能判斷并能做 出正確反應(yīng)的小車。小車具有以下一個(gè)功能：前后驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)壁 障、尋跡、超聲波測(cè)距、自動(dòng)顯示行走距離與速度。2.各模

37、塊分析選擇2.1主控單元方案比較和分析方案一：采用各類數(shù)字電路來組成小車的控制系統(tǒng)，對(duì)外圍避障 信號(hào)，自動(dòng)尋跡信號(hào)，無線遙控信號(hào)，語音控制信號(hào)進(jìn)行處理。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于小車智能化的擴(kuò) 展，對(duì)各路信號(hào)處理比較困難。方案二 采用at89s51單片機(jī)來作為整機(jī)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。路線尋找采用紅外線管對(duì)路面信號(hào)采集，送 到單片機(jī)系統(tǒng)處理，同樣包括無線遙控信號(hào)和語音控制信號(hào)。此 系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決復(fù)雜的硬件電路部分，使系 統(tǒng)硬件簡(jiǎn)潔化，各類功能易于實(shí)現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。比較以上兩

38、種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，方案二簡(jiǎn)潔、靈活、可擴(kuò)展性好， 更能達(dá)到題目的設(shè)計(jì)要求，因此采用方案二來實(shí)現(xiàn)。2.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案小車電機(jī)以兩直流電動(dòng)機(jī)為主驅(qū)動(dòng)，帶有齒輪組，考慮不需調(diào)速 功能，所以采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片l293do 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(dòng)，設(shè)計(jì) 用來接收dtl或者ttl邏輯電平，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載(比如繼電器， 宜流和步進(jìn)馬達(dá))，和開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng) 電路。l293d可直接的對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，無須隔離電路。通過單 片機(jī)的i/o輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反 轉(zhuǎn)，停止的操作，非常方便，用程序輸入對(duì)應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)

39、對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，有效控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)。o通過單片機(jī)的i/o輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)電機(jī) 進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，非常方便，用程序輸入對(duì)應(yīng)的碼值，能夠 實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，有效控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，如圖3-13電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖。 j16和j17控制左邊電機(jī)，j18和j19控制右邊電機(jī)。取左邊電機(jī)為 例，當(dāng)j16輸入數(shù)字電平“1” ,j17輸入數(shù)字電平“0”時(shí)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)；當(dāng)j16輸入數(shù)字電平“0” ,j17輸入數(shù)字電平“1”時(shí)實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn);當(dāng)j16輸入數(shù)字電平“0 (1) ”，j17輸入數(shù)字電平“0 (1) ” 時(shí)實(shí)現(xiàn)停止；最后結(jié)合左右電機(jī)通過單片機(jī)共同實(shí)現(xiàn)小車的前后左右 四個(gè)方向行駛。圖3-13電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖23

40、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(fù)雜, 而且地面對(duì)超聲波反射，會(huì)影響系統(tǒng)對(duì)障礙物的判斷。方案二：采用紅外線避障，利用單片機(jī)來產(chǎn)生38kh7信號(hào)對(duì)紅外 線發(fā)射管進(jìn)行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時(shí)候反 射回來，紅外線接收管對(duì)反射回來信號(hào)進(jìn)行解 調(diào)，輸出比較 電平。外界對(duì)紅外信號(hào)的干擾比較小，且易于實(shí)現(xiàn)，價(jià)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(duì)外界紅外線的接收強(qiáng)弱來判斷障礙物的遠(yuǎn)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(hào)產(chǎn)生38khz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(huì)產(chǎn)生相

41、對(duì) 的電平供單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)避障功能。24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 極管受可見光的影響較大，穩(wěn)定性差。方案二：利用集成型紅外對(duì)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(jìn)行接收。采用紅外線發(fā)射, 外面可見光對(duì)接收信號(hào)的影響較小，再用射極輸出器對(duì)信號(hào)進(jìn)行 隔離。本方案也易于實(shí)現(xiàn)，比較可靠。因此采用方案二。當(dāng)小車底部的某邊紅外線收發(fā)對(duì)管遇到黑帶時(shí), 可以檢測(cè)到輸入電平為高電平，反之為低電平。結(jié)合單片機(jī)查詢 方式，通過程序控制小車哪邊輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)來改變方向。這樣不斷循 環(huán)檢測(cè)，方向控制，使小車按黑線行走。2. 5超聲波測(cè)距方案

42、的比較和選擇隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人的不斷發(fā)展和廣泛 應(yīng)用，測(cè)距問題顯得越來越重耍。目前常用的測(cè)距方式主要有雷 達(dá)測(cè)距、紅外測(cè)距、激光測(cè)距和超聲波測(cè)距4種。方案一：雷達(dá)測(cè)距受惡劣天氣的影響比較人，且成本比較高，雷 達(dá)還必須滿足電磁兼容要求。方案二：紅外測(cè)距安全，但測(cè)量范圍比較窄，若精度要求高的話 成本也會(huì)更高。方案三：激光測(cè)距速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力 強(qiáng)，但制作難度較大，成本較高，而且光學(xué)系統(tǒng)需要保持干凈， 否則將影響測(cè)量。方案四：與上訴測(cè)距方案比較，超聲波測(cè)距有幾大優(yōu)點(diǎn)。1、超聲波測(cè)距對(duì)色彩和光照不敏感，可用于識(shí)別透明及漫反 射性的物體，可在黑暗，有灰塵或煙霧的

43、環(huán)境當(dāng)中使用。2、超聲波測(cè)距對(duì)電磁場(chǎng)及其他電磁干擾不敏感，可用于電磁 干擾強(qiáng)、有毒、有害等惡劣環(huán)境中。3、超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低、技術(shù)難度小、 信息處理簡(jiǎn)單可靠、易于小型化和集成化。當(dāng)然超聲波測(cè)距也有一定的缺點(diǎn)，比如受溫度、氣流、材質(zhì)的影 響。綜上所述，再結(jié)合我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)，采用超聲波測(cè)距最符合 設(shè)計(jì)要求。第四章硬件軟件設(shè)計(jì)木系統(tǒng)硬件主要有六大模塊組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊、無線遙控模 塊、紅外對(duì)管尋跡模塊、紅外線避障模塊、電機(jī)控制模塊和語音控制 模塊。4.1單片機(jī)控制模塊本模塊采用51系列單片機(jī)作為核心處理器。單片機(jī)控制系統(tǒng)基 木由最小系統(tǒng)和外圍信號(hào)"0 口組成，其中最小系

44、統(tǒng)包括電源（地）, cpu時(shí)序電路（一般使用11.0592m或者12m和30p電容組成），復(fù) 位電路。有了以上三塊，單片機(jī)就能夠正常工作。at89s51是一個(gè)低功耗，高性能cmos 8位單片札 片內(nèi)含4k bytes isp（in-system programmable）的可反復(fù)擦右 1000 次的 flash 只讀 程序存儲(chǔ)器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制 造，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通 用8位中央處理器和isp flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 at89s51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。其 應(yīng)用范圍

45、廣，性能良好，可用于解決復(fù)雜的控制問題。利用at89s51 的1/o端口對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷監(jiān)控來控制步進(jìn)電機(jī)做出相 應(yīng)的反映。如圖41是較為常見的帶燒錄接口的單片機(jī)最小系統(tǒng)圖。j2j3si sw-pb10kc；2ufp5ci°i，uf anc2丁曲廠iotuf *3tvcc匕尹 "30in4004ji7j7titi'header 5x2a162 73 84 95 1020vccxtal1p0 0/ad0p0 1/ad1xtal2p0.2/ad2p0.3/ad3p0 4/ad4p0.5/ad5p0.6/ad6p07/ad7rste* a a rn nn 1 na

46、t'oea/vrrr i.u/rzpsenale/prog"d 1 1/towr 1.1/ 1 zitap1.2/ecip30/rxdp3 1/txdp1.3/cex0p1.4/cex1p1.5/cex2pl 6/cex3p3.2/int0p1.7/cex4p3 3/int1p3 4/top2 0/a8p3.5/t1p2 1/a9p3.6/wrp2.2/a10p37/rdp2.3/a11vssp24/a12p2.5/a13p2.6/a14p27/ai5p89c51rc2bn/01|vcc_39_j7 亶 j6 szzzj5 6 j4j3j2ji126j8j9j1ojllj12

47、j13j14j15圖4-1帶燒錄接口的單片機(jī)最小系統(tǒng)4.1.1時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生有兩種方法：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩 電路。at89單片機(jī)內(nèi)部有個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。 引腳xtal1和xtal2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器 與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶 體諧振器以及電容c1和c2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋冋 路中。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)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

48、為12mhz,電容應(yīng)盡可能的選擇 陶瓷電容，電容值通常取30pfo在焊接刷電路板吋，晶體振蕩器和 電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)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。4. 1.2復(fù)位電路復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳 rst通過一個(gè)觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸 出在每個(gè)機(jī)器周期中市復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。所謂上電 復(fù)位，是指計(jì)算機(jī)加電瞬間，要在rst引腳出現(xiàn)大于1oms的止脈沖, 使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。按鈕復(fù)位是指用戶按下“復(fù)位”按鈕，使單 片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。如圖4-2是上電復(fù)位及按鈕復(fù)位

49、的一種實(shí)用電 路。ulxtal1 xtaupovadopo 1/ad1rst eah/pp psem alerogp3 0/rxdp3 1/txdp3 2/imtbp3 j/ffrfip3 4rrop3 5tt1p3 6/wp3 7/rfp! qh7 pi 1h7ex p12/ec】 pi vcexo p14/cex1 pl5a7ex2 pi 6/cex pi/wcex4vssp89c5irc2bnahp2 0/a3p2 i/a9 p2 2/ai0 p2 3/ai1 p24/ai2 p2 5/ai3 p2 6/ai4p27ta15po 2/ad2p0 3/ad3p0 4/ad4p0 5/ad5

50、p0 6/ad6po wad7r_l-一_一 .ttl 一：f-vcc圖4-2復(fù)位電路上電吋，+5v電源立即對(duì)單片機(jī)芯片供電，同吋經(jīng)電阻r對(duì)電容c3充電。c3上電壓建立的規(guī)程就產(chǎn)生一定寬度的負(fù)脈沖，經(jīng)反向后, rst上出現(xiàn)正脈沖使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了上電復(fù)位。按鈕按下時(shí)，rst上同 樣出現(xiàn)高電平，實(shí)現(xiàn)了按鈕復(fù)位。在應(yīng)用系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需 要復(fù)位。如果這些芯片復(fù)位端的復(fù)位電平和單片機(jī)一致，則可以與單片機(jī)復(fù)位腳相連，因此，非門在這里不僅起了反向作用，還增大了驅(qū) 動(dòng)能力，電容cl, c2起慮波作用，防止干擾竄入復(fù)位端產(chǎn)生誤動(dòng)作 o4.1.3燒寫接口電路rst置高電平，然后向單片機(jī)串行發(fā)送編程命令。p1

51、7(sck)輸 入移位脈沖，p1.6(m1so)串行輸出,p15(mosi)串行輸入。被燒寫的 單片機(jī)一定是最小系統(tǒng)(單片機(jī)已經(jīng)接好電源，晶振，可以運(yùn)行)。 如圖4-3燒寫接口電路。wcximpoo ado pol. adipo : . ad?u：tpo人g popo mpo i.'adiipo 7/aippl 0 .12p；31tpl 1.12hxale/pz8p12.bcip3 02n 3.ch:plpl 5.cej2p3 l.ldpl i.cex)p： 2 dti0plt.chxip：: milp3 4/10p? o mp3 mlp2p3 "血p22/a10p3 7.

52、wp?3/a11 w v和pmabp?p：7?a15rripc$t,rli£2bw01圖4-3燒寫接口電路4. 3紅外對(duì)管尋跡模塊尋跡是指小車在口色地板上循黑線行走，木系統(tǒng)采取的方法是紅 外探測(cè)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(diǎn)，在小車行駛過程屮不斷地向地而發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到 白色紙質(zhì)地板吋發(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w。由 此過程來改變接收管的輸出電壓，單片機(jī)以電壓的變化為依據(jù)來執(zhí)行 小車電機(jī)確定行走路線。4. 3.1模塊系統(tǒng)分析圖4-8為紅外線尋跡安裝圖，圖3-9為尋跡模塊

53、實(shí)現(xiàn)原理圖，分析如下：圖4-8紅外線尋跡安裝圖如圖4-9是整個(gè)紅外線尋跡過程實(shí)現(xiàn)的原理圖。四針接口處p3, p4的1, 2腳是跟紅外線發(fā)射管連接，3, 4則是跟接收管相連，放置插 針是為了更容易實(shí)現(xiàn)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(dāng)于可變電阻，這種特性為設(shè)計(jì)提供 基本的保障。比較芯片lm358 (lm393)可以根據(jù)接收管的電壓和參考 電壓進(jìn)行比較后輸出相應(yīng)電平。此圖的比較接法為正接法，就是當(dāng)紅 外線管遇到黑線時(shí)，反射減少，“+”斷輸入電壓增加，使的輸岀端 輸出電壓為高，經(jīng)上拉電阻r12 (r20)上拉后達(dá)到單片機(jī)有效接收電 平。小車進(jìn)入尋跡模式后，即單

54、片機(jī)開始不停地掃描與探測(cè)器連接的 單片機(jī)i/o口，一旦檢測(cè)到某個(gè)i/o口有信號(hào)，即進(jìn)入判斷處理程序, 先確定2個(gè)探測(cè)器中的哪一個(gè)探測(cè)到了黑線，如果左面?zhèn)鞲衅?紅燈 亮)探測(cè)到黑線，即小車左半部分壓到黑線，車身向右偏出，此時(shí)應(yīng) 使小車向左轉(zhuǎn)；如果右面?zhèn)鞲衅?黃燈亮)探測(cè)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(yīng)使小車向右轉(zhuǎn)。在經(jīng)過了 方向調(diào)整后，小車再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測(cè)黑線垂復(fù)上述動(dòng)作, 實(shí)現(xiàn)方向控制，按照黑線行駛。其中，r11和r19為限流電阻，防止紅外線發(fā)生管因電流過大而 燒壞；由r14和一個(gè)可變電阻組成的電路為參考電壓電路，由于檢測(cè) 小車行駛的過程會(huì)因環(huán)境或則黑線材料的

55、改變使輸出電壓成一個(gè)變 化值，所以通過可變電阻來改變參考電壓，使能止常運(yùn)行；同時(shí)r12 和r20為上拉電阻，讓輸入單片機(jī)的電壓達(dá)到高電平；發(fā)光二極管則 是能更直觀的判斷出哪對(duì)傳感器在起作用。4. 3. 2 lm393芯片介紹雙電壓比較器電路lm393,如圖3-10 lm393原理結(jié)構(gòu)圖和表3-1引腳功能表。表3-1引腳功能表引出端序 功能 符號(hào) 引出端序 功能 符號(hào)輸出端1 0ut1正向輸入端ln+(22)2反向輸入端1n-(16反向輸入端1n- (21)2)3正向輸入端1n+(17輸出端20ut21)續(xù)表3-14地gnd8電源vcc4.4紅外避障模塊紅外避障模塊主要實(shí)現(xiàn)小車的避障處理，當(dāng)小車

56、檢測(cè)到前面有障 礙物時(shí)，由單片機(jī)發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)小車停止功能。其實(shí)現(xiàn)原理與紅外線 對(duì)管尋跡模塊基本一致，只是為了實(shí)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。軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)小車智能運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵所在，相當(dāng)于人類大腦思維 活動(dòng)，通過軟件設(shè)計(jì)可將各個(gè)變化信號(hào)數(shù)據(jù)有效的結(jié)合處理，產(chǎn)生相 應(yīng)的動(dòng)作反應(yīng)。在小車運(yùn)行的控制過程中，我們采用模糊控制算法實(shí) 現(xiàn)對(duì)小車樣本訓(xùn)練。4. 3模糊控制算法4.3.模糊理論的發(fā)展20世紀(jì)60年代，美國加利福尼亞大學(xué)著名教授扎徳發(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i-多年來，在模糊理 論算法、模糊推理、工業(yè)控制應(yīng)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(dòng)控制系統(tǒng)隨著被控對(duì)象的復(fù)雜化，它不僅表現(xiàn) 在控制系統(tǒng)具有多輸入、多輸出的強(qiáng)偶合性、參數(shù)時(shí)變性和嚴(yán)重的非 線性等特性，更突出的是從系統(tǒng)對(duì)象所能獲取的知識(shí)信息量相對(duì)的減 少，以及與此和反的對(duì)控制性能的要求卻口益高度化。如今，對(duì)模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、模糊