(畢業(yè)論文)智能循跡小車論文

1、攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）智能尋跡遙控避障小車學(xué)生姓名：xxxxxxx學(xué)生學(xué)號：xxxxxxxxxxxx院（系）：數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院年級專業(yè)：09級信息與計(jì)算機(jī)科學(xué) 指導(dǎo)教師：xxxxxx 講師o三年六月嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適 用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序 等四個(gè)部分組成，用丁實(shí)現(xiàn)對具他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。嵌入式系統(tǒng) 一般指非pc系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存 儲器及外設(shè)器件和i/o端口、圖形控制

2、器等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件(os) (要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)操作)和應(yīng)用程序編程。有時(shí)設(shè)計(jì)人員把這兩種軟件組合在 一起。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為；而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬 件的交互作用。本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用stc89c52rc作為控制核心，與顯示器、驅(qū)動電路等相結(jié)合 的系統(tǒng)?；趩纹瑱C(jī)設(shè)計(jì)。利用單片機(jī)stc89c52rc作為報(bào)警裝置的控制器，能 充分發(fā)揮stc89c52rc的數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制功能。使系統(tǒng)工作處于最佳狀態(tài)， 提高系統(tǒng)的靈敏度。當(dāng)產(chǎn)生信號驅(qū)動小車前進(jìn)時(shí)，通過尋跡模塊里的紅外對管是 否尋到黑線產(chǎn)生的電平信號再返回到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)程序設(shè)計(jì)要求做出相應(yīng) 的判斷送給電機(jī)驅(qū)動模塊

3、控制小車讓其在黑線上實(shí)現(xiàn)前進(jìn)后退以及轉(zhuǎn)向。關(guān)鍵詞 單片機(jī)，尋跡，紅外，電機(jī)驅(qū)動abstractembedded system is take the application as the center, take the computer technology as the foundation, and hardware and software can be cut, for the application of the system function, reliability, cost, volume, power requirements are strictly dedicated

4、 computer system. it is generally composed of four parts of embedded microprocessor, peripheral hardware, embedded operating system and user applications, used to implement the control of other equipment, monitoring or management functions. embedded systems generally refers to non - pc system, it in

5、cludes two parts: hardware and software. the hardware includes a processor and microprocessor, memory and peripheral devices and i/o ports, such as graphics controlle匚 the software includes operating system software (os) (the requirement of real-time and multi-task operation) and application program

6、ming. sometimes the design personnel to the two kinds of software together. application control the operation of the system and behavior; and operational interaction system controls the application programming and hardware.the design of the main application stc89c52rc as the control, and display dri

7、ver integrated circuits and other systems. based on single chip design. mcu stc89c52rc using the controller as an alarm device that can give full play to stc89c52rc of data processing and real-time control functions. make the system work in the best condition, improve the system sensitivity.when two

8、 signal driven forward by car tracing module,the on whether to produce level signals through the black,retutn again ainfrares ccording to requirement of design procedure of judgment for motor driver modulejt controls the car turning back forward of running on the black line.key words：scm, tracing, l

9、evel signals, motor driver module摘要iabstractii1緒論11.1課題提出的背景11.2智能尋跡機(jī)器人的研究意義31.3課題研究方法41.3. 1智能尋跡機(jī)器人的原理41.3.2智能尋跡機(jī)器人功能說明51.4智能尋跡機(jī)器人的國內(nèi)外發(fā)展概況62系統(tǒng)的需求分析與方案選擇72.1可行性分析72.1.1技術(shù)可行性72. 1.2操作可行性72.2需求分析82.2.1應(yīng)用程序的功能需求分析82. 2.2開發(fā)環(huán)境需求分析82. 2. 2. 1硬件壞境82. 2. 2. 2軟件環(huán)境103研究方案及技術(shù)路線113.1智能循跡機(jī)器人方案113.2使用技術(shù)123. 2. 1繼

10、電器開關(guān)控制123. 2. 2三極管輸出控制123. 2. 3單片機(jī)邏輯控制124系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)154.1應(yīng)用程序的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖154.2實(shí)驗(yàn)原理圖1543各模塊功能概述164. 3.1程序狀態(tài)指示燈模塊164.3.1.1實(shí)現(xiàn)功能16431.2程序彳弋碼16431.3運(yùn)行效果174. 3.2流水燈模塊174.3.2實(shí)現(xiàn)功能174.3.2.2程序代碼174.323運(yùn)行效果194. 3. 3數(shù)碼管模塊194.331實(shí)現(xiàn)功能19433.2程序代碼194.333運(yùn)行效果204. 3. 4數(shù)碼管及跑馬燈模塊204.3.4.1實(shí)現(xiàn)功能204.342程序彳弋碼204.343運(yùn)行效果234. 3.5串口通信

11、程模塊234.3.5.1實(shí)現(xiàn)功能23435.2 程序代碼244.343運(yùn)行效杲255系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)265. 1單片機(jī)總控制電路265.1.1時(shí)鐘電路詳細(xì)設(shè)計(jì)265.1. 2復(fù)位及復(fù)位電路詳細(xì)設(shè)計(jì)265. 1. 3 stc89c52 詳細(xì)設(shè)計(jì)315.2系統(tǒng)控制模塊設(shè)計(jì)375.2. 1循跡模塊375. 2.1主控系統(tǒng)模塊376結(jié)束語406.1應(yīng)用程序特點(diǎn)406.2心得體會40附錄a41參考文獻(xiàn)49致謝501緒論當(dāng)今世界，傳感器技術(shù)和自動控制技術(shù)正在飛速發(fā)展，機(jī)械、電氣和電子信 息已經(jīng)不再明顯分家，自動控制在工業(yè)領(lǐng)域中的地位已經(jīng)越來越重要，“智能” 這個(gè)詞也已經(jīng)成為了熱門詞匯?，F(xiàn)在國外的口動控制和傳

12、感器技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了很 高的水平，特別是日木，比如日木木田制作的機(jī)器人，其仿人雙足行走已經(jīng)做得 十分逼真，而且具有一定的學(xué)習(xí)能力，還據(jù)說其智商己達(dá)到6歲兒童的水平。作為機(jī)械行業(yè)的代表產(chǎn)品一汽車，其與電子信息產(chǎn)業(yè)的融合速度也顯著提高 呈現(xiàn)出兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：一是屯子裝置占汽車整車（特別是轎車）的價(jià)值量比例 逐步提高，汽車將由以機(jī)械產(chǎn)品為主向高級的機(jī)電一體化方向發(fā)展，汽車電子產(chǎn) 業(yè)也很有可能成為依托整車制造業(yè)和用車提升配置而快速成為新的增長點(diǎn)；二是 汽車開始向電子化、多媒體化和智能化方向發(fā)展，使其不僅作為一種代步工具、 同時(shí)能具有交通、娛樂、辦公和通訊等多種功能。無容置疑，電子信息化人才的培養(yǎng)不論是在

13、國外還是國內(nèi)，都開始重視起來, 主要表現(xiàn)在大學(xué)生的各種大型的創(chuàng)新比賽，比如：亞洲廣播電視聯(lián)盟亞太地區(qū)機(jī) 器人大賽（abu robcon）.全國大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽等眾多重要 競賽都能很好的培養(yǎng)大學(xué)生對于機(jī)電一體化的興趣與強(qiáng)化機(jī)電一體化的相關(guān)知 識。但很現(xiàn)實(shí)的狀況是，國內(nèi)不論是在機(jī)械還是電氣領(lǐng)域，與國外的差距還是很 明顯的，所以作為電子信息化學(xué)生，必須加倍努力，為逐步趕上國外先進(jìn)水平并 超過之而努力。為了適應(yīng)智能控制的發(fā)展在汽車智能化方向的發(fā)展要求，提出簡 易智能小車的構(gòu)想，廿的在于：通過獨(dú)立設(shè)計(jì)并制作一輛具有簡單智能化的簡易 小車，獲得項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)的能力，并掌握多通道多樣化傳感器綜

14、合控制的方法。 所以立“智能尋跡小車” 一題作為嘗試。此項(xiàng)設(shè)計(jì)是在以騰芯zn02智能小車為基礎(chǔ)，采用stc89c52rc單片機(jī)作為控 制核心，實(shí)現(xiàn)能夠口主識別黑色引導(dǎo)線并根據(jù)黑線走向?qū)崿F(xiàn)快速穩(wěn)沱的尋線行 駛。1.1課題提出的背景智能尋跡機(jī)器人采用現(xiàn)在較為流行的8位單片機(jī)作為系統(tǒng)大腦。以8052系 列家族屮的89c52rc為主芯片。40腳的dip封裝使它擁有32個(gè)完全 io（gpio通用輸入輸出）端口，通過對這些端口加以信號輸入電路，控制電路, 執(zhí)行電路共同完成尋跡機(jī)器人。p0.0, p0. 1, p0.2, p0. 3分別通過lg9110驅(qū) 動電機(jī)來驅(qū)使電機(jī)1和電機(jī)2o用電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)去完成

15、機(jī)器人的前進(jìn)，后 退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，遇遮擋物繞行，避開懸崖等一系列的動作。在機(jī)器人前進(jìn)時(shí)如 果前方有遮擋物體，由紅外發(fā)射探頭發(fā)岀的紅外信號被反射回紅外接收管，及將 此信息通過p3.7傳送入 芯片中，主芯片通過c代碼進(jìn)行機(jī)器人的繞物操作， 同時(shí)cpu將p3.7的信號狀態(tài)通過p2.5的 指示燈顯示出來。機(jī)器人前進(jìn)時(shí)能 通過p3.5與p3.6的紅外接收探頭來進(jìn)行探測。如果行到懸崖時(shí)，p3.5或 p3.6會收到一個(gè)電信號，這個(gè)電平信號會通過指定入口傳送到主芯片中，主芯 片通過c代碼執(zhí)行機(jī)器人的避懸崖動作。此時(shí)p3.5與p3.6的狀態(tài)將通過 p2. 6/p2. 7顯示出來。在機(jī)器人的左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，后退的過程

16、，可以通過觀看以 p2. 0/p0. 7為指示燈的運(yùn)行狀態(tài)。p0.4為機(jī)器人的聲控檢測端口，在運(yùn)行為前 進(jìn)狀態(tài)時(shí)，可以能過聲控（如拍手聲）來控制它的運(yùn)行與停止。p0.6為機(jī)器人的聲音輸出端。在機(jī)器人遇到障礙物時(shí)。進(jìn)行繞障礙物與 避懸崖 時(shí)可以通過此端口控制蜂鳴器發(fā)岀報(bào)警聲。當(dāng)為白天或黑夜時(shí)可以通 p0.5端口屮的光敏電阻來進(jìn)行判斷，以方便完成機(jī)器人夜間自動照明等功能。 兩個(gè)按鍵以查詢/中斷兩種不同的方式來展現(xiàn)按鍵操作。你可以按下s1鍵來進(jìn) 行機(jī)器的停止。再按下s2鍵來進(jìn)行機(jī)器人的運(yùn)行。這個(gè)按鍵的信息分別被 p3.2, p3.4接收到。ir1為紅外遙控接收器，這就為機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控創(chuàng)造 了可能

17、。這個(gè)紅外遙控接收頭接收到紅外信號時(shí)將信號經(jīng)p3. 3送入到主芯片， 主芯片對其進(jìn)行解密后以不同的方式對機(jī)器人進(jìn)行控制。同時(shí)將用戶的按鍵信息 通過p2端口上led數(shù)碼管顯示出來。p3. 0、p3. 1中com端口的加入，讓你 完全可以用電腦對其進(jìn)行控制。你可以通過對串口發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)會被顯示到 led數(shù)碼管中，并讓機(jī)器人執(zhí)行相應(yīng)的功能。電腦的串口軟件要求波特率為9600。 8位數(shù)據(jù)位，這時(shí)你就可以快樂的用電腦來對它進(jìn)行你的完全控制了。圖1. 1濟(jì)能尋跡機(jī)器人實(shí)物圖圖1.2智能尋跡機(jī)器人實(shí)物圖1.2智能尋跡機(jī)器人的研究意義智能尋跡機(jī)器人z所以能夠?qū)ほE，主耍是由前方的兩對紅外發(fā)射與接收探頭 來完成

18、的。我們知道光有反射的特性。所以說當(dāng)前防的紅外發(fā)射出來的光線遇到 物體時(shí)，就會形成反射的光線，而這個(gè)經(jīng)反射的紅外光線剛好被紅外接收探頭接 收到。當(dāng)紅外接收探頭接收到信號后，再將信號送到單片機(jī)，由單片機(jī)內(nèi)部的程 序來控制機(jī)器人的運(yùn)行情況。那么如何知道是黑線還是白線了？原來這樣的，紅 外光線有一反射的特性。但對于不同的物體反射特性是不一樣的，特別是對門色 的物體，紅外光線的反射量將會多一點(diǎn)。而對于黑色的物體，紅外反射量將會大 量的減少。那么我們就可以利用這個(gè)特性來完成黑與白的判斷。通過電路的合理 安裝，可以將這種接收到的紅外光線變化量轉(zhuǎn)換為電壓值傳送到主芯片中。從而 單片機(jī)就可以進(jìn)行各種智能化的控

19、制了。例如，完成黑線的尋跡利白線的尋跡功 能。圖1.3智能尋跡機(jī)器人實(shí)物圖1.3課題研究方法1.3.1智能尋跡機(jī)器人的原理正前方的對紅外發(fā)射與接收探頭，可以良好的完成前方是否有障礙物的判 斷，當(dāng)前外無障礙物時(shí)沒有紅外光線被反射機(jī)器人按原來路線行走。當(dāng)有紅外光 線反射時(shí)，機(jī)器人會根據(jù)內(nèi)部的智能程序來實(shí)現(xiàn)不同的功能。前下方的尋跡探頭門色為：紅外發(fā)射探頭（連續(xù)的發(fā)射紅外光線）黑色為：紅外接收探頭（接收反射回來的紅外光線）u t u t ltr1r8r6r5r322015k22015k220圖1. 4紅外發(fā)射與接收探頭相關(guān)的匹配電阻220電阻：紅外發(fā)射器的降壓與限流電阻（完成對紅外發(fā)射器的保護(hù)）。15

20、k電阻：紅外接收器的光信號變電信號電阻（完成將反射冋來的光信號轉(zhuǎn) 變?yōu)殡娦盘枺?。vi紅外發(fā)射器：主要完成紅外光線的發(fā)射。v2紅外接收器：主要完成將反射回來的紅外光線接收到后再由電阻轉(zhuǎn)換為 電壓信號。經(jīng)過以上的原理說明與實(shí)物參照，我們可以看出紅外光線是通過電阻將光信 號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕?。這里我們采用的15k的電阻，并且在進(jìn)行尋變時(shí)建議將紅外 接收探頭用黑色的套管套住，以免多余的光線進(jìn)入，影響程序的正常判斷。如果 需要對紅外采集信號的靈敏度進(jìn)行調(diào)整，可以將紅外發(fā)射與紅外接收的距離進(jìn)行 與地面距離的調(diào)整。另一種方法可以用來將那個(gè)用于紅外接收探頭的15k電阻進(jìn) 行調(diào)整，以使靈敏度適合自己的需求。在進(jìn)行實(shí)

21、際的智能尋跡時(shí)，如果是第一次 使用，建議先將具他的軟件功能關(guān)閉，只留尋跡功能來進(jìn)行測試，完畢后再添加 更多的功能到尋跡框架屮，來發(fā)揮它更多的功能。在尋跡功能不能很好的完成時(shí), 也應(yīng)考慮到太陽光線或者其他多余的光線的影響，最好在室內(nèi)較暗的進(jìn)行，等測 試完畢后再轉(zhuǎn)到正常光線下運(yùn)行。圖1.5智能尋跡機(jī)器人實(shí)物圖1.3.2智能尋跡機(jī)器人功能說明a：探照燈采用了左右兩個(gè)led燈來表示，在程序可以通過軟件代碼的編寫 來模擬汽車的照明與轉(zhuǎn)向燈。更可以在實(shí)現(xiàn)尋跡功能時(shí)來表示前方探頭的探測情 況。b：前方智能防撞采用了紅外光線反射原理，可以很好的檢測到前方能夠反 光的白色物體，從而實(shí)現(xiàn)繞障礙物與防撞的功能。c：

22、智能尋跡紅外對射頭采用紅外光線對黑色兩色反光程度不同的原理，可 以用來檢測黑線與白線，實(shí)現(xiàn)智能尋跡的功能。同時(shí)也可以根據(jù)這種方法來實(shí)現(xiàn) 避懸崖及其他更多的高級功能。d:電機(jī)齒輪箱采用齒輪轉(zhuǎn)動裝置，為機(jī)器人的運(yùn)行加入了力屋。讓高速的 屯機(jī)運(yùn)動變的穩(wěn)定可靠，增大了屯機(jī)的轉(zhuǎn)動力矩。e：智能機(jī)器人轉(zhuǎn)動輪，可以完成機(jī)器人的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等功能。f：機(jī)器人電池座采用了屯池的安裝方式，更好的完成了多次復(fù)用及易用的 特點(diǎn)。易更換的特點(diǎn)為機(jī)器人的連續(xù)運(yùn)行增加了可靠性。g：直流電機(jī)驅(qū)動采用簡單易管理的l9u0驅(qū)動芯片，主程序有充分時(shí)間去 處理其他更多功能。此步進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動更簡單，更省主芯片效率。h：聲控裝

23、置一一話筒采用了模擬電路數(shù)字電路的有機(jī)結(jié)合，聲控使機(jī)器人 更有趣，模擬電路的建立有效的濾除了多余的朵波，運(yùn)行更可靠。i：機(jī)器人主芯片釆用stc單片機(jī)系列，完全實(shí)現(xiàn)isp/iap在線編程，無需 編程器，程序下載更容易。同時(shí)完全兼容at89系列芯片與avr、pic相關(guān)的系列 十ll 心j： 8位led指示燈直接連接端口屯路，能完全自由控制。充分發(fā)揮程序狀 態(tài)指示燈、跑馬燈、流水燈、花樣燈等更變幻多樣的功能。k：按鍵采用了電平觸的方式，可以較好的學(xué)習(xí)按鍵中斷與按鍵查詢等功能, 掌握鍵盤掃描原理與查詢方法。1.4智能尋跡機(jī)器人的國內(nèi)外發(fā)展概況從第一臺工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)生到現(xiàn)在，機(jī)器人的范i韋i已經(jīng)涉及電子、

24、機(jī)械、家電、 運(yùn)輸、航空、航海等領(lǐng)域。這些年機(jī)器人的智能化越來越先進(jìn)，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(rèn)識自然的過程中，制造能替代人 勞動的機(jī)器一直是人類的夢想。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的感系統(tǒng)，相對視覺的許多技術(shù)來說圖像處理 技術(shù)已經(jīng)很發(fā)達(dá)，但關(guān)于圖像的理解技術(shù)確很滯后，小車視覺經(jīng)過大量的計(jì)算也 只能分辨少許結(jié)構(gòu)化比較簡單的環(huán)境。視覺傳感器的重耍元件是攝像管或ccd, 冃前的ccd可以做到自動聚焦。但ccd的費(fèi)用、犬小與使用方法確不占優(yōu)勢，所 以在不需要清晰圖像而只要大概感覺的系統(tǒng)中可以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

25、部件。視覺的典型 應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航一種實(shí)用有效的方法?，F(xiàn)智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實(shí)質(zhì)成果。其基木可實(shí) 現(xiàn)循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫、避崖等基本功能，這幾節(jié)的電了設(shè)計(jì)大賽 智能小車又在向聲控系統(tǒng)發(fā)展。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列。我 此次的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)循跡避障這兩個(gè)功能。2系統(tǒng)的需求分析與方案選擇智能循跡機(jī)器人現(xiàn)在應(yīng)用于許多領(lǐng)域，但是智能機(jī)器人技術(shù)也是一項(xiàng)近年來 興起的，且不人為人所知的新技術(shù)。在我國以及其他國家都有大量的學(xué)者正在研 究z中，不斷的提高機(jī)器人的智能化，以便更好的為人們服務(wù)，達(dá)到人機(jī)一體化。2.1可行性分析在擁有電動車的條件下，加裝光電檢測

26、器，完成對小車的速度、運(yùn)行、位置 狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，而口將獲得數(shù)據(jù)傳達(dá)到單片機(jī)進(jìn)行處理，而后由芯片根據(jù)所收 到的齊種數(shù)據(jù)完成對小車的控制。這種方法能夠完成對小車的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí) 檢測，控制靈活、可靠，精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的諸項(xiàng)要求。2.1.1技術(shù)可行性小車循跡原理是小車在貼有黑膠帶的地板上行駛，曲于黑色和門色對光線的 反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷“道路”一黑線。在該模塊 中利用了簡單、應(yīng)用也比較普遍的檢測方法紅外檢測法。紅外檢測法，即利用紅外線在不一樣顏色的表而擁有不一樣的反射特性。在 智能車運(yùn)動過程中連續(xù)的向地面發(fā)射紅外線，如果紅外光遇到白色地面就產(chǎn)生漫 發(fā)射，反射光線被

27、接收管接收到；假如遇到黑線那么紅外光被吸收掉，那么小車 上的接收管就收不到信號。2.1.2操作可行性運(yùn)用單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，用它控制行駛中的小車，來完成其既定 的性能日標(biāo)。簡單分析我們的系統(tǒng)，其屮關(guān)鍵在于完成小車的白動控制，在這一 點(diǎn)上，單片機(jī)就突顯出來它的優(yōu)勢一一控制簡單、快捷、容易。這樣，單片機(jī)就 能夠充分發(fā)揮它資源豐富、擁有比較強(qiáng)人的控制功能和可位尋址操作功能、價(jià)格 便宜等好處。所以，此種方法是一種比較理想的方案。根據(jù)本設(shè)計(jì)特點(diǎn)一一多開關(guān)量輸入的復(fù)朵控制系統(tǒng)，需要能夠處理多開關(guān)量 的單片機(jī),但是不能用精簡i/o 口與程序存儲器的小體積的單片機(jī),d/a、a/d 功能也無需應(yīng)用。依據(jù)

28、這些根據(jù)，我選擇了 stc89c52單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控設(shè) 備，51系列單片機(jī)具有功能強(qiáng)人的位操作指令，i/o 口都可按位尋址，程序空間 高達(dá)8k,對于本設(shè)計(jì)的運(yùn)行也足夠了。在綜合考慮了傳感器、対部電機(jī)的驅(qū)動等諸多因素后，我們決定采用一片單 片機(jī)，充分利用stc89c52單片機(jī)的資源。2.2需求分析2.2.1應(yīng)用程序的功能需求分析本設(shè)計(jì)主要有三個(gè)模塊包括信號檢測模塊、主控模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊。信號 檢測模塊采用紅外光對管，用以對黑線進(jìn)行檢測。主控電路采用宏晶公司的8051 核心的stc89c52單片機(jī)為控制芯片。電機(jī)驅(qū)動模塊采用意法半導(dǎo)體的l298n專 用電機(jī)驅(qū)動芯片，單片控制與傳統(tǒng)分立元件電

29、路相比，使整個(gè)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stc89c52單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理過 后對l298發(fā)出指令盡心相應(yīng)的調(diào)整。小車速度由單片機(jī)輸岀的pwm波控制?？?制電動小車的速度及轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)自動循跡的功能。2.2.2開發(fā)環(huán)境需求分析2. 2. 2.1硬件環(huán)境(1)信號檢測模塊為了防止因傳感器太少引起的誤動作，因而在車體前段安裝了 5個(gè)紅外光對 管，有效的減小了誤動作的發(fā)生，減小了小車沖出跑道的兒率。圖2路光對管(2)主控電路木模塊主要是對采集信號進(jìn)行分析，同時(shí)控制電機(jī)起停、正反轉(zhuǎn)。該模塊包括電源模塊，串口電平轉(zhuǎn)換模塊，以及i/o 口擴(kuò)展模塊。電源模塊 為系統(tǒng)提供穩(wěn)定

30、的電源，串口電平轉(zhuǎn)換模塊可以將電腦與單片機(jī)串口和連從而實(shí) 現(xiàn)程序的卜載以及串口打印debug調(diào)試功能。t/0擴(kuò)展排針將單片機(jī)的管腳引出， 可以實(shí)現(xiàn)靈活的擴(kuò)展功能。圖2.2電源電路(3)驅(qū)動電路本模塊主要是對單片機(jī)傳送過來的高低電平信號進(jìn)行處理，控制電機(jī)起停、智能小車采用前輪驅(qū)動，前輪左右兩邊各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動，調(diào)制前面兩個(gè)輪 子的轉(zhuǎn)速起停從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)向的冃的，后輪是萬向輪，起支撐的作用。將循跡 光對管分別裝在車體下的左右。當(dāng)車身下左邊的傳感器檢測到黑線時(shí)，主控芯片 控制左輪電機(jī)停止，車向左修正，當(dāng)車身下右邊傳感器檢測到黑線時(shí)，主控芯片 控制右輪電機(jī)停止，車向右修正。出于系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，各個(gè)

31、模塊之間采用 杜邦線連接l=二三呂三s當(dāng)溯聊珅ia=#=電機(jī)驅(qū)動電路圖2.4最小系統(tǒng)圖2.5電機(jī)驅(qū)動電路2. 2. 2. 2軟件環(huán)境(1) 軟件配置原則能夠滿足該軟件的可用性，可靠性和安全性的耍求(2) 系統(tǒng)軟件的配置選擇 配置工作能力有持續(xù)性、穩(wěn)定性高、集成度也高的開放式標(biāo)準(zhǔn)的操作系 統(tǒng)，如 windowsxp, unix, window7, linux 等。 使用符合ansi/iso標(biāo)準(zhǔn)的程序設(shè)計(jì)編輯器(keil)和燒寫軟件isp。 使用c程序設(shè)計(jì)語言進(jìn)行軟件的編寫。3研究方案及技術(shù)路線3.1智能循跡機(jī)器人方案智能尋跡機(jī)器人采用現(xiàn)在較為流行的8位單片機(jī)作為系統(tǒng)。以8051系列家 族中的st

32、c89c52/stc89c52為主芯片。40腳的dip封裝使它擁有32個(gè)完全 io（gpio-通用輸入輸出）端口，通過對這些端口加以信號輸入電路，控制電路, 執(zhí)行電路共同完成尋跡機(jī)器人。p0.0, p0. 1, p0.2, p0.3分別通過lg9110電機(jī) 來驅(qū)動電機(jī)1與電機(jī)2。用電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來完成機(jī)器人的前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn), 右轉(zhuǎn)，遇遮擋物繞行，避懸崖等基木動作。在機(jī)器人前進(jìn)時(shí)如果前方有遮擋物，由紅外發(fā)射探頭發(fā)射的紅外線反射給紅 外接探頭，紅外接探頭將這信號通過p3.7傳送到stc89c52中，cpu通過c代 碼進(jìn)行機(jī)器人的繞物操作，于此同時(shí)cpu將p3. 7的信號狀況用p2. 5的led

33、 燈展示出來。小車行駛時(shí)會通過p3.5與p3.6的紅外接收管來進(jìn)行檢測。當(dāng)走 到崖處時(shí)，p3.5或p3.6將收到一個(gè)電平信號，此電平信號將通過相應(yīng)端口傳 送入主芯片中，主芯片通過內(nèi)部代碼完成機(jī)器人的避懸崖操作。同時(shí)p3.5與 p3. 6的信號狀態(tài)將通過p2. 6/p2. 7顯示出來。在機(jī)器人的左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，后退的 過程，可以通過觀看以p2. 0/p0. 7為指示燈的運(yùn)行狀態(tài)。p0.4為機(jī)器人的聲控 檢測端口，在運(yùn)行為前進(jìn)狀態(tài)時(shí)，可以能過聲控（如拍手聲）來控制它的運(yùn)行與 停止°p06為機(jī)器人的聲音輸出端。在機(jī)器人遇到障礙物時(shí)。進(jìn)行繞障礙物 與避懸崖時(shí)可以通過此端口控制蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。當(dāng)

34、為白天或黑夜時(shí)可以通過 p0.5端口中的光敏電阻來進(jìn)行判斷，以方便完成機(jī)器人夜間自動照明等功能。兩個(gè)按鍵以查詢/中斷兩種不同的方式來展現(xiàn)按鍵操作。你可以按下s1鍵來進(jìn) 行機(jī)器的停止。再按下s2鍵來進(jìn)行機(jī)器人的運(yùn)行。這個(gè)按鍵的信息分別被p3. 2, p3.4接收到。ir1為紅外遙控接收器，這就為機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控創(chuàng)造了可能。 這個(gè)紅外遙控接收頭接收到紅外信號時(shí)將信號經(jīng)過p3.3送入到主芯片，主芯片 對其進(jìn)行解密后以不同的方式對機(jī)器人進(jìn)行控制。同時(shí)將用戶的按鍵信息通過 p2端口上led數(shù)碼管顯示出來。p3.0、p3. 1中com端口的加入，訃你完全可 以用電腦對其進(jìn)行控制。你可以通過對串口發(fā)送數(shù)據(jù)

35、，數(shù)據(jù)會被顯示到led數(shù)碼 管中，并讓機(jī)器人執(zhí)行相應(yīng)的功能。電腦的串口軟件要求波特率為9600o 8位 數(shù)據(jù)位，這時(shí)你就可以快樂的用電腦來對它進(jìn)行你的完全控制了。3. 2使用技術(shù)3.2. 1繼電器開關(guān)控制采用繼電器對電動機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制,通過開關(guān)的切換對小車的速度進(jìn)行 調(diào)整此方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢，易損壞，壽命 較短,可靠性不高。3.2.2三極管輸出控制采用功率三極管作為功率放人器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動的電路結(jié) 構(gòu)和原理簡單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的h型橋式電路（如圖2-4）。 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)卜，精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)

36、 速。這種電路曲于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，h型橋式電路保 證了簡單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，屯子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是 一種廣泛采用的pwm調(diào)速技術(shù)。圖3. 1 h橋式電路3.2.3單片機(jī)邏輯控制單片機(jī)乂被稱為單片微控制器，單片機(jī)不是完成某個(gè)邏輯功能的芯片，它是 把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上?？偟膩碚f：一塊芯片就好比一臺屯腦。單 片機(jī)的體積小、價(jià)格較便宜、質(zhì)量很輕、使學(xué)習(xí)更加便利而且花錢少。同時(shí)，學(xué) 習(xí)單片機(jī)是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)原理和結(jié)構(gòu)的最好選擇。單片機(jī)也用與電腦功能相似的模塊，比如cpu,內(nèi)存，并行總線，還有與硬 盤相同作用的存儲器，與之不同的是單片機(jī)的這些元件性能相

37、比我們的電腦弱很 多，不過價(jià)錢也較低，-般不超過15元即可 用它來做一些控制電器一類 不是很復(fù)雜的工作足夠了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機(jī)、排煙罩等等的家電 里而都可以看到單片機(jī)的身影！單片機(jī)主要是作為控制部分的核心部件。它是 一種在線式控制計(jì)算機(jī)，在線式也就是現(xiàn)場控制，需耍的是有比較強(qiáng)的抗干擾能 力和較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用pc）的主要區(qū)別。單片機(jī)是靠程序的，而且能夠修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不一樣的功能，特 別是特殊的獨(dú)特的某些功能，這是其他器件需要花費(fèi)大力氣才能辦到的，有些則 是花犬力氣也很難辦到的。一個(gè)比較簡單的功能要是用美國50年代開發(fā)的74 系列，或60年代的cd

38、4000系列這些純硬件來工作的話，電路必定是一塊人pcb 板！但是要是用美國70年代開始投放市場的系列單片機(jī)，結(jié)果就會有天壤之別！ 只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！由于單片機(jī)對成本是敏感的，所以現(xiàn)在占主要地位的語言還是最低級匯編語 言，這是除開二進(jìn)制機(jī)器碼以外最低的語言了，這么低級怎么還要用它呢？許多 高級編程語言己到達(dá)了可視化的編程高度怎么不用它們呢？其實(shí)很簡單，那是單 片機(jī)無家里用的電腦那樣的cpu,而且無似便盤這樣人量的存儲器。某個(gè)可視化 高級程序語言寫的程序里哪怕只有一個(gè)按鈕，也會達(dá)到幾十k的大??！對于家用 電腦的硬盤來講沒什么，但是對于單片機(jī)來講是

39、不可以的。單片機(jī)硬件資源的 利用率一定耍很高才行，因此匯編即使原始但還是在大量使用。同樣的道理，要 是把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件安裝到個(gè)人計(jì)算機(jī)上來運(yùn)行，那么它也 是滿足不了的?？梢哉f，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)電的時(shí)代，一是電氣時(shí)代、二是電子時(shí)代與現(xiàn) 已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過，這種屯腦，通常是指個(gè)人計(jì)算機(jī)，簡稱pc機(jī)。它由 主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。另外一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人不怎么熟悉。這種計(jì)算 機(jī)就是把智能給予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng) 只用了一塊集成電路，就是完成簡單運(yùn)算和控制。由于它體積小，通常都藏在被 控機(jī)械的內(nèi)部。它在整個(gè)裝置中，起著猶如人類大腦的作用，它出

40、了問題，整個(gè) 設(shè)備就不能正常運(yùn)行了。現(xiàn)在，單片機(jī)的使用范圍已十分廣泛，像實(shí)時(shí)工控、智 能儀表、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器、通訊設(shè)備等。這些產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就會 起到讓產(chǎn)品升級換代的作用，常在產(chǎn)品名稱前用以形容詞一一“智能型”，像智 能型宇調(diào)等?，F(xiàn)在許多工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者設(shè)計(jì)出來的一些產(chǎn) 品，要么屯路太復(fù)雜，要么功能太簡單r和極易被仿制。追究到底，或許就卡在 產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程元器件上。stc89c52是一種帶8k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperom-fbsh programablc and erasable read only memory ）的低電壓,高性能

41、c0m0s8 的 微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。db96o3938373635343332vcc3456l.ouf278o.lufvccv+gndc1-tloutc2+rimc2-rloutv -1 lint2outt2inr2inr2outmax232161514亙tt to9212223242526272813叵1130"圖32 stc89c52電路圖poop01p02p03p04p05p06p07p20p21p22p23p24p25p26p27intirxdtxd_ alejppiorrp11jt

42、p123 4 5 61a 11 1a 11 p p p pintot1 _to eatvpxix2f-esetrdwrpsen丄2345678153?19181716-74系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)本章主耍介紹系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程以及系統(tǒng)各模塊的功能及相關(guān)原理。4.1應(yīng)用程序的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖循跡紅外對管stc89c51電機(jī)驅(qū)動電源電路圖4.1總體結(jié)構(gòu)圖4. 2實(shí)驗(yàn)原理圖q歸q貂q晩q劉q躋q躋q貂dir1swk 11co；黑圖4. 2實(shí)驗(yàn)原理圖 xtal1 i xtauvccpooado po 1ao1 p0 2ao2 po3ad3po4ad4 p0l5ad5 p0 6adepq7ad7p1 0/t2p1

43、.1/t2expi 2ci pi xcexo4. 3各模塊功能概述4.3.1程序狀態(tài)指示燈模塊4.3.1. 1實(shí)現(xiàn)功能本程序重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)最簡程序的基本結(jié)構(gòu)，它從順序、判斷、循環(huán)的形式 表現(xiàn)程序的基本結(jié)構(gòu)，此程序通過閃燈不斷的閃動，及閃燈閃動的快慢來表示程 序不不同工作狀態(tài)。它也是常數(shù)字設(shè)備屮進(jìn)行狀態(tài)表示的方法之一。4.3. 1.2程序代碼include <at89x51. h>sdefine led plvoid delay(unsigned int dclaytimc)while(dclaytimc-);void main ()unsigned int countdata=0;

44、while (1)if (countdata<30)delay(60000);else if(countdata<60)delay(30000);else if(countdata<90)delay(10000);else if(countdata<120)countdata=0;countdata=countdata+1;led=led;i4.3.1.3運(yùn)行效果開機(jī)后程序以慢速閃動，一段時(shí)間斤速度開始加快，再等待時(shí)間，閃燈的速 度達(dá)到最快，z后一段時(shí)間后，閃動將回到開始狀態(tài)。4. 3. 2流水燈模塊4.3.2. 1實(shí)現(xiàn)功能本程序全面的表現(xiàn)了子程序的用法，它從對幾個(gè)子程

45、序的操作，顯示不同的 流燈技術(shù)，流水燈的不同需要不同的表現(xiàn)的形式，而這里主要介紹了移位操作和 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲及讀入操作。延時(shí)函數(shù)采用可重入標(biāo)志，可進(jìn)行函數(shù)的遞歸調(diào)用。 4. 3. 2. 2程序代碼ttincludc <at89x51. h>#define led plunsigned int code btom = 0x7e,0x3c, 0x18, 0x00;unsigned int code mtob = 0xe7, 0xc3, 0x81, 0x00;void delay() reentrant unsigned int delaytime=10000;while(delaytim

46、e-)；void lefttoright()unsigned char tcmpcount二0;led=0xfe;/定義從左邊到右邊顯示函數(shù)定義顯示次數(shù)變量/定義初步顯示數(shù)據(jù)for(tempcount=0;tempcount<8;tempcount+)delay ();lcd=led<<l;return;void righttoleft() unsigned char tempcount=0;lcd=0x7f;for (tempcount=0;tempcount<8;tempcount+)delay ();led=led>>l;return;void bot

47、htomid() unsigned char tempcount=0;led=0xff;for (tcmpcount二0;tempcount5;tcmpcount+) delay ();led=btomtempcount;return;void midtoboth()unsi gned char tempcount=0;lcd=0xff;for (tempcount二0;tempcount<5;tempcount+)delay ();led=mtobtempcount;return;void main ()whi.le (1) lefttoright();righttoleft();bo

48、thtomido ;midtoboth ();4. 3. 2. 3運(yùn)行效果開機(jī)后，指示燈向從左向右依次點(diǎn)亮，從右向左依次點(diǎn)亮，由兩邊向屮間依 次點(diǎn)亮，由中間向兩邊依次點(diǎn)亮。4. 3. 3數(shù)碼管模塊4.3.3. 1實(shí)現(xiàn)功能本程序通過對端口s的置數(shù)操作，展示了數(shù)碼管的應(yīng)用技術(shù)，數(shù)碼管是將 發(fā)光二極管通過一定的形式封裝在一個(gè)數(shù)字的外殼屮，可以通過不同的點(diǎn)亮方式 來顯不同的數(shù)字符號。4. 3. 3. 2程序代碼ttinclude <at89x51. h>typedef unsigned int uint;typedef unsigned char uchar;/包含頭文件重命名整數(shù)類型關(guān)鍵

49、字/重命名字符類型關(guān)鍵字*uchar code ledshowdata = 0x9f, 0x25, oxod, 0x99, 0x49,/ 定義固定存儲顯示字符0x41, oxlf, 0x01, 0x19, 0x03 ; /i, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0void delay ()uint temptime=20000;while(temptime一一);voi d main ()uchar countda.ta=0;while (1)p2=ledshowdatacountdata;countdata+;if (countdata>=10)countdata=0;d

50、elay ();i4. 3. 3. 3運(yùn)行效果程序運(yùn)行效果為：程序下載后，數(shù)碼管將從1-9依次顯示，最后將顯示數(shù)字0.4.3.4數(shù)碼管及跑馬燈模塊4.3.4. 1實(shí)現(xiàn)功能本程序主要是將數(shù)碼管及跑馬燈放在一起顯示，它主要說明了，如何將在單 系中運(yùn)行多個(gè)看似并行運(yùn)行的子系統(tǒng)本程序在此將跑馬燈子程序放入到一個(gè)頭 文件小，對于一個(gè)大的工程這樣將有益于程序文件的管理。4. 3. 4. 2程序代碼ttincludc <at89x51. h>/包含端口定義頭文件unsigned char code ledshowdata = 0x9f, 0x25, oxod, 0x99, 0x49, /定義數(shù)碼

51、管顯示字符0x41, oxlf, 0x01, 0x19, 0x03 ; /l, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0#define led plunsigned char countdata二0;unsigned int code btom = 0x7e, 0x3c, 0x18, 0x00;unsigned int code mtob = 0xe7, 0xc3, 0x81, 0x00; void delay() reentrant unsigned int delaytime=10000;while (dclaytimc-);p2=ledshowdatacountdata;cou

52、ntdata+;if (countdata>=10)counidata二0;include跑馬燈.h>void main()wh訂c (1) lefttorighto ;righttoleft ();bothtomido ;mi dtoboth ();/包含顯示方式頭文件/主程序入口/無窮循環(huán)開始./從左到右進(jìn)行顯示從右到左進(jìn)行顯示/由兩邊到中間進(jìn)行顯示/由中間到兩邊進(jìn)行顯示void lefttoright()unsigned char tempcount=0;led=0xfe;/定義從左邊到右邊顯示函數(shù)/定義顯示次數(shù)變量/定義初步顯示數(shù)據(jù)*for (tcmpcount=0;tcm

53、pcount<8;tcmpcount+) /通過循環(huán)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示delay ();led=led<<l;return;void righttoleft() unsigned char tempcount二0;lcd=0x7f;/延時(shí)，用在每次移動數(shù)據(jù)開始處/由右邊向左邊移動數(shù)據(jù)/空返冋語句，表明此子程序的結(jié)束./定義從右邊到左邊顯示函數(shù)/定義顯示次數(shù)變量/定義初步顯示數(shù)據(jù)for (tempcount=0 ;tempcount<8;tempcount+) /通過循環(huán)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示delay ();led=led>>l;return;/延時(shí)，用在每次移動數(shù)據(jù)開始處

54、/由左邊向右移動數(shù)據(jù)/空返語句，表明此子程序的結(jié)束.void bothtomid()/定義由兩邊到屮間顯示子程序 unsigned char tempcount二0;led二oxff;for (t empcoun t=o;t empcount<5; t empcoun t+) / 通過循環(huán)依次進(jìn)行次數(shù) 運(yùn)行delay ();led=btomtempcount;return;void midtobothounsi gned char tempcount=0;lcd=0xff;/延時(shí)，在每次運(yùn)行前./讀入當(dāng)次顯示數(shù)據(jù)./空返冋，表明此了程序的結(jié)束./定義出中間到兩邊子程序/定義臨時(shí)次數(shù)變量for (tempcount=0 ;tempcount<5 ;tempcount+) /通過循環(huán)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示delay ();led=mtobtempcount;return;4. 3. 4. 3運(yùn)行效果本程序運(yùn)行后，可以看到跑馬燈按，從左到右，從右到左，從兩邊到中 間，從屮間到兩邊將依次運(yùn)行。并但在運(yùn)行過程屮，可以看到數(shù)碼管依次從 1-9-0的順序顯示數(shù)字符號。4.3.5串口通信程模塊4.3.5. 1實(shí)現(xiàn)功能木程序通過數(shù)碼管，led指示燈的閃亮來表示當(dāng)前串口通信的結(jié)果，串口通 信使單片機(jī)與電腦之間