智能小車避障系統(tǒng)設(shè)計(jì)樣本

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目:專業(yè):班級(jí):學(xué)號(hào):姓名:指導(dǎo)教師:二〇一五年十二月二日

目錄摘要 1第１章緒論 2第2章方案論證 32.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 32.2系統(tǒng)方案的選擇與比較 32.2.1控制模塊方案的選擇 32.2.2顯示模塊方案的選擇 42.2.3超聲波模塊方案的選擇 42.2.4驅(qū)動(dòng)模塊方案的選擇 42.3系統(tǒng)總體方案論證 5第3章硬件電路設(shè)計(jì) 63.1整機(jī)設(shè)計(jì) 63.1.1整機(jī)系統(tǒng) 63.1.2避障系統(tǒng)工作模式 63.2各功能模塊硬件電路設(shè)計(jì) 83.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng) 83.2.2液晶顯示電路 123.2.3驅(qū)動(dòng)電路 183.2.6超聲波測(cè)距避障電路 21第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 234.1主程序流程 234.2主要子程序流程 234.2.1液晶顯示子程序流程 244.2.2超聲波子程序流程 244.2.3避障子程序流程圖 264.3軟件調(diào)試 26第5章系統(tǒng)制作與調(diào)試 285.1硬件制作 285.1.1AltiumDesigner14軟件 285.1.2PCB的設(shè)計(jì)與制作 295.2硬件電路的安裝與焊接 315.3電腦端的ISP控制軟件 325.4實(shí)物安裝與調(diào)試 33結(jié)論 36參考文獻(xiàn) 37附錄1系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)原理圖 38附錄2系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)PCB板 40附錄3元件清單表 41附錄4源程序 43摘要系統(tǒng)以MCS-51單片機(jī)為控制核心,完成對(duì)系統(tǒng)各個(gè)子模塊的控制工作,從而保證各模塊正常有序的完成任務(wù);電源模塊負(fù)責(zé)為整個(gè)系統(tǒng)供電,提供所需的電壓;采用超聲波模塊對(duì)障礙物進(jìn)行探測(cè)和距離測(cè)定;顯示模塊負(fù)責(zé)顯示小車距離障礙物的距離和設(shè)計(jì)者姓名;語音模塊負(fù)責(zé)對(duì)障礙物距離進(jìn)行語音提示;紅外對(duì)管模塊負(fù)責(zé)探測(cè)地面黑白線,保證小車按預(yù)定路線行駛;電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)小車的運(yùn)行,其中小車驅(qū)動(dòng)由L298N驅(qū)動(dòng)電路完成,速度由單片機(jī)輸出的PWM波控制。同時(shí),設(shè)計(jì)制作的實(shí)物功能齊全,美觀大方。關(guān)鍵詞避障;超聲波;單片機(jī)

第１章緒論近年來,隨著電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,運(yùn)用超聲波做出精確測(cè)量已成可能。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,電子測(cè)量技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛,而超聲波測(cè)量因其測(cè)量精確度高,成本低,性能穩(wěn)定而備受青睞。超聲波是指頻率在20kHz以上的聲波,它屬于機(jī)械波的范疇。超聲波也遵循一般機(jī)械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律,如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象,在進(jìn)入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì),使得超聲波能夠用于距離的測(cè)量中。隨著科技水平的不斷提高,超聲波測(cè)距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?。一般的超聲波測(cè)距儀可用于固定物體物位或液位的測(cè)量,適用于建筑物內(nèi)部、液位高度的測(cè)量等。由于超聲測(cè)距是一種非接觸檢測(cè)技術(shù),不受光線、被測(cè)對(duì)象顏色等的影響,較其它儀器更衛(wèi)生,更耐潮濕、粉塵、高溫、腐蝕氣體等惡劣環(huán)境,具有少維護(hù)、不污染、高可靠、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)。因此可廣泛應(yīng)用于造紙業(yè)、礦業(yè)、電廠、化工業(yè)、特殊水處理、污水處理廠、農(nóng)業(yè)用水、環(huán)保檢測(cè)、食品(酒業(yè)、飲料業(yè)、添加劑、食用油、奶制品)、防汛、水文、明渠、空間定位、公路限高等行業(yè)中?？稍诓煌h(huán)境中進(jìn)行距離準(zhǔn)確度在線標(biāo)定,可直接用于水、酒、糖、飲料等液位控制,可進(jìn)行差值設(shè)定,直接顯示各種液位罐的液位、料位高度。因此,超聲測(cè)距在特殊環(huán)境下有較廣泛的應(yīng)用。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制,而且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的指標(biāo)要求,因此為了使移動(dòng)機(jī)器人能夠自動(dòng)躲避障礙物行走,就必須裝備測(cè)距系統(tǒng),以使其及時(shí)獲取距障礙物的位置信息(距離和方向)。因此超聲波測(cè)距在移動(dòng)機(jī)器人的研究上得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)由于超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點(diǎn),因此在汽車倒車?yán)走_(dá)的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用。超聲波測(cè)距電路能夠由傳統(tǒng)的模擬或者數(shù)字電路構(gòu)建,可是基于這些傳統(tǒng)電路構(gòu)建的系統(tǒng)往往可靠性差,調(diào)試?yán)щy,可擴(kuò)展性差,因此基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過簡(jiǎn)單的外圍電路發(fā)生和接收超聲波,單片機(jī)經(jīng)過采樣獲取到超聲波的傳播時(shí)間,用軟件來計(jì)算出距離,而且能夠采集環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)距補(bǔ)償,其測(cè)量電路小巧,精度高,反映速度快,可靠性好。

第2章方案論證2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求,可將此系統(tǒng)劃分為四個(gè)部分,第一個(gè)部分為單片機(jī)控制模塊,它由STC89C52RC單片機(jī)、單片機(jī)最小系統(tǒng)、串口通信電路和相應(yīng)輔助電路組成,并主要負(fù)責(zé)各個(gè)子模塊的控制工作,從而保證各自模塊正常有序的完成各自任務(wù);第二個(gè)部分為驅(qū)動(dòng)模塊,它的主要作用是驅(qū)動(dòng)小車直流電機(jī),使小車運(yùn)動(dòng)。第三個(gè)部分為顯示模塊,它主要用于顯示小車距離障礙物的距離等信息。第四個(gè)部分為超聲波傳感器,她主要用于對(duì)小車運(yùn)行前方的障礙物進(jìn)行探測(cè)和對(duì)障礙物距離進(jìn)行判斷。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。主主控系統(tǒng)LCD液晶顯示模塊驅(qū)動(dòng)模塊超聲波模塊圖2-1系統(tǒng)總框圖2.2系統(tǒng)方案的選擇與比較2.2.1控制模塊方案的選擇第一種方案:選用數(shù)字邏輯電路平臺(tái),整個(gè)超聲波測(cè)距避障的控制系統(tǒng)由計(jì)數(shù)器、譯碼器和555定時(shí)器等數(shù)字芯片組成。其電路具有邏輯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精確控制等優(yōu)點(diǎn),但也有功能單一、不易調(diào)試等缺點(diǎn)。第二種方案:選用單片機(jī)平臺(tái),整個(gè)超聲波測(cè)距避障控制系統(tǒng)由MCS-51單片機(jī)最小系統(tǒng)作為主控制器。同時(shí),STC89C52RC單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。方案比較:雖然采用數(shù)字邏輯電路平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)超聲波測(cè)距避障,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但整個(gè)系統(tǒng)的功能單一。為了高質(zhì)量完成復(fù)雜的設(shè)計(jì)要求,此系統(tǒng)采用第二種方案。2.2.2顯示模塊方案的選擇第一種方案:采用由LED彩燈、七段LED數(shù)碼管組成的顯示方案,但其只能顯示有限的指示信號(hào)和數(shù)碼字符,無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。第二種方案:采用由1602LCD液晶顯示器組成的顯示方案,該模塊功能強(qiáng)大,可方便的顯示各種英文字符等內(nèi)容。方案比較:采用第一種方案不能很好的達(dá)到設(shè)計(jì)要求,數(shù)碼管只能顯示字碼,不能顯示字母;而采用第二種方案能充分利用1602LCD液晶顯示器顯示障礙物距離等信息。故選用第二種方案。2.2.3超聲波模塊方案的選擇第一種方案:采用US-100超聲波模塊,US-100超聲波測(cè)距模塊可實(shí)現(xiàn)2cm~4.5m的非接觸測(cè)距功能、擁有2.4~5.5V的寬電壓輸入范圍、靜態(tài)功耗低于2mA,自帶溫度傳感器對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行校正、同時(shí)具有GPIO、串口等多種通信方式、內(nèi)帶看門狗、工作穩(wěn)定可靠。第二種方案:采用HY-SRF05超聲波模塊,HY-SRF05超聲波測(cè)距模塊可提供2cm~450cm的非接觸距離感測(cè)功能,測(cè)距精度可達(dá)3mm,模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路。方案比較:由于該系統(tǒng)的超聲波模塊主要用于對(duì)小車運(yùn)行前方障礙物的探測(cè)及障礙物距離的探測(cè),故對(duì)功能要求不高。經(jīng)過比較,故此方案選用第二種方案。2.2.4驅(qū)動(dòng)模塊方案的選擇第一種方案:采用由多個(gè)三極管和續(xù)流二極管組成的雙H橋驅(qū)動(dòng)電路,該結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜且驅(qū)動(dòng)電流過小。第二種方案:采用以L298N為核心的集成驅(qū)動(dòng)電路,該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,且驅(qū)動(dòng)電流大。方案比較:采用第一種方案時(shí)驅(qū)動(dòng)電流不足,可能會(huì)出現(xiàn)小車運(yùn)行緩慢,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龤龢O管;第二種方案驅(qū)動(dòng)電流大,足以保證小車的運(yùn)行,且體積小、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。故此設(shè)計(jì)選用第二種方案。2.3系統(tǒng)總體方案論證系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框總圖如圖2-2所示。STCSTC89C52RC最小系統(tǒng)1602LCD顯示模塊L298N驅(qū)動(dòng)模塊SRF05超聲波模塊圖2-2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框總圖經(jīng)上述對(duì)各模塊的方案選擇與論證,此設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距避障系統(tǒng)主要以一片MCS-51系列單片機(jī)為控制核心,STC89C52RC單片機(jī)用作超聲波測(cè)距避障系統(tǒng)主控芯片;以SRF05超聲波傳感器作為障礙物測(cè)距傳感器;以1602LCD液晶顯示器作為障礙物距離的顯示;以L298N驅(qū)動(dòng)模塊作為小車運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部分。

第3章硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心基礎(chǔ),需要全面考慮系統(tǒng)運(yùn)行的各個(gè)狀態(tài)。這里,除了要實(shí)現(xiàn)整個(gè)超聲波測(cè)距避障系統(tǒng)的基本功能以外,還需考慮以下幾個(gè)因素:①系統(tǒng)的穩(wěn)定度和性能指標(biāo);②元器件的通用性和易購(gòu)性;③系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。因此,硬件電路的設(shè)計(jì)至關(guān)重要,現(xiàn)對(duì)各功能模塊進(jìn)行深度的分析與探討。3.1整機(jī)設(shè)計(jì)3.1.1整機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)主要以一片MCS-51單片機(jī)為控制核心,采用模塊化設(shè)計(jì),完成整個(gè)循跡避障系統(tǒng)。其具體分可為以下七個(gè)功能模塊:單片機(jī)控制模塊、超聲波模塊、循跡模塊、顯示模塊、語音提示模塊和驅(qū)動(dòng)模塊。1．單片機(jī)最小系統(tǒng)作為整個(gè)硬件電路的核心電路,它既是協(xié)調(diào)各個(gè)模塊使之正常有序作的控制器,也是計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行過程中數(shù)據(jù)參數(shù)的處理器。它由單片機(jī)、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路三大部分組成。2．障礙物的探測(cè)和障礙物距離的測(cè)定采用SRF05超聲波模塊,分別探測(cè)小車前、左、右的障礙物。3．采用1602LCD液晶顯示模塊顯示障礙物距離,運(yùn)用軟件控制其分別顯示小車前方、左側(cè)和右側(cè)的障礙物距離。4．驅(qū)動(dòng)電路模塊采用L298N集成驅(qū)動(dòng),它將驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)來帶動(dòng)小車按預(yù)定路線行駛。3.1.2避障系統(tǒng)工作模式根據(jù)設(shè)計(jì)要求及實(shí)際應(yīng)用規(guī)則,小車需多種情況下避障,其避障模式就會(huì)有多種,需要根據(jù)不同的障礙情況作不同的規(guī)避動(dòng)作。在此舉兩個(gè)最常見的類型。一種是小車正面有障礙物的情況,另一種是小車側(cè)面有障礙物的情況。當(dāng)小車正面有障礙物障時(shí),單片機(jī)檢測(cè)到前方障礙物與小車之間的距離小于設(shè)定距離時(shí),開始避障,此時(shí)單片機(jī)判斷在小車左右方向障礙物離小車的距離分別為多大,然后根據(jù)兩邊距離大小選擇與障礙物距離大的一邊轉(zhuǎn)向行駛。當(dāng)檢測(cè)到障礙物距離不再低于設(shè)定距離時(shí),小車避障完畢恢復(fù)直線行駛。其運(yùn)行圖如圖3-1.障礙物小車障礙物小車圖3-1小車正面避障運(yùn)行圖當(dāng)小車側(cè)面有障礙物時(shí),單片機(jī)檢測(cè)到側(cè)面障礙物與小車之間距離小于設(shè)定的距離時(shí),運(yùn)行側(cè)面避障程序,向與障礙物方向相反的方向轉(zhuǎn)向,直到側(cè)面障礙與小車距離大于設(shè)定的距離時(shí)恢復(fù)直線行駛。運(yùn)行圖如圖3-2所示。圖3-2小車側(cè)面避障運(yùn)行狀態(tài)3.2各功能模塊硬件電路設(shè)計(jì)3.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)單片微機(jī)(Single-ChipMicrocomputer)簡(jiǎn)稱為單片機(jī)。它在一塊芯片上集成中央處理單元CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)和多功能輸入/輸出I/O口,如并行口I/O、串行口I/O和轉(zhuǎn)換A/D等。MCS-51系列單片機(jī)在中國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用,是單片機(jī)的主流系列,軟硬件應(yīng)用設(shè)計(jì)資料豐富齊全。為了提高指令的執(zhí)行速度和效率,采用了面向控制的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的獨(dú)立CPU。此設(shè)計(jì)主要采用STC89C52RC單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制芯片,這是因?yàn)樗钱?dāng)前應(yīng)用比較廣泛的MCS-51系列兼容型單片機(jī)?，F(xiàn)將STC89C52RC單片機(jī)的特點(diǎn)介紹如下:1．增強(qiáng)型6時(shí)鐘/機(jī)器周期,12時(shí)鐘/機(jī)器周期8051CPU。2．工作電壓:3.4V～5.5V。3．工作頻率范圍:0～40MHz,相當(dāng)于普通8051的0～80MHz,實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz。4．用戶應(yīng)用程序空間8K字節(jié)。5．片上集成1280字節(jié)/512字節(jié)RAM。6．通用I/O口(32/36個(gè)),復(fù)位后為:P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉(普通8051傳統(tǒng)I/O口)。P0口開漏輸出,作為總線擴(kuò)展用時(shí),不用加上拉電阻,但作為I/O口用時(shí),則需加上拉電阻。7．ISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應(yīng)用可編程),無需專用編程器/仿真器可經(jīng)過串口(P3.0/P3.1)直接下載用戶程序,8K程序3秒即可完成一片ISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應(yīng)用可編程),無需專用編程器/仿真器可經(jīng)過串口(P3.0/P3.1)直接下載用戶程序,8K程序3秒即可完成一片。8．內(nèi)置EEPROM功能和看門狗功能。9．共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,其中定時(shí)器0還能夠當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)器使用。10．外部中斷4路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。11．通用異步串行口(UART),還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART。12．工作溫度范圍:0～75℃。STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)的基本工作電路包括電源電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。其組成方框圖如圖3-3所示:單單片機(jī)電源電路時(shí)鐘電路復(fù)位電路圖3-3單片機(jī)最小系統(tǒng)組成方框圖1．電源電路電源電路模塊為單片機(jī)最小系統(tǒng)和其它功能模塊提供標(biāo)準(zhǔn)的+5V電源電壓。2．時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)為單片機(jī)芯片內(nèi)部的各種操作提供時(shí)間基準(zhǔn),時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。作為單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn),典型的晶體振蕩頻率為12MHz。MCS-51系列單片的時(shí)鐘信號(hào)能夠由兩種方式產(chǎn)生:一種為內(nèi)部時(shí)鐘方式,利用芯片內(nèi)部的振蕩電路;另一種為外部時(shí)鐘方式。其兩種電路如圖3-4所示。(a)內(nèi)部時(shí)鐘方式(b)外部時(shí)鐘方式圖3-4單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)示意圖3．復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其它功能部件都恢復(fù)到一個(gè)確定的初始狀態(tài),并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。當(dāng)在MCS-51系列單片的RST引腳處引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期,單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。單片機(jī)常見的復(fù)位電路有兩種基本形式:一種是上自動(dòng)電復(fù)位,另一種是手動(dòng)復(fù)位。其兩種電路方式如圖3-5(a)、(b)所示。在此設(shè)計(jì)中我們采用手動(dòng)復(fù)位方式。(a)上電自動(dòng)復(fù)位(b)手動(dòng)復(fù)位圖3-5單片機(jī)復(fù)位電路示意圖由于STC89C52RC單片機(jī)芯片內(nèi)有時(shí)鐘振蕩電路,因此此系統(tǒng)單片機(jī)均采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。只需在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體和微調(diào)電容,就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)脈沖信號(hào)。同時(shí),也采用手動(dòng)復(fù)位電路。其具體電路設(shè)計(jì)如圖3-6所示。在此圖中,C1、C2電容的作用的是穩(wěn)定頻率和快速起振,其值為5~30pF,在此選擇30pF;晶振X1的振蕩頻率范圍在1.2~12MHz之間選擇,在此選擇12MHz。圖3-6單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖EA/VPEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD1089C52圖3-7單片機(jī)引腳圖單片機(jī)的引腳說明:89C52系列單片機(jī)采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu),下圖是它們的引腳配置,40個(gè)引腳中,正電源和地線兩根,外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根,4組8位共32個(gè)I/O口,中斷口線與P3口線復(fù)用。其引腳排列如圖3-7?？刂埔_介紹:1．ALE:系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí),P0口是八位數(shù)據(jù)線和低八位地址先復(fù)用引腳,ALE用于把P0口輸出的低八位地址鎖存起來,以實(shí)現(xiàn)低八位地址和數(shù)據(jù)的隔離。2．PSEN;低電平有效時(shí),可實(shí)現(xiàn)對(duì)外部ROM單元的讀操作。3．EA:當(dāng)EA信號(hào)為低電平時(shí),對(duì)ROM的讀操作限制在外部程序存儲(chǔ)器;而當(dāng)EA為高電平時(shí),對(duì)ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始的,并可延至外部程序存儲(chǔ)器。4．RST:當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)即為有效,用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。5．XTAL和XTAL2:外接晶振引線端。并行I/O端口介紹:P0端口[P0.0-P0.7]P0是一個(gè)8位漏極開路型雙向I/O端口,端口置1(對(duì)端口寫1)時(shí)作高阻抗輸入端。作為輸出口時(shí)能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL。P1端口[P1.0－P1.7]P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí),內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平,作輸入用。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí),接收低8位地址信息。P2端口[P2.0－P2.7]P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí),內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平,作輸入用。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí),接收高8位地址和控制信息。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)其引腳上的內(nèi)容在此期間不會(huì)改變。P3端口[P3.0－P3.7]P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí),內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平,作輸入用。除此之外P3端口還用于一些專門功能,具體請(qǐng)看下表3-1。3-1P3引腳的第二功能說明P3引腳兼用功能P3.0串行通訊輸入(RXD)P3.1串行通訊輸出(TXD)P3.2外部中斷0申請(qǐng)(INT0)P3.3外部中斷1申請(qǐng)(INT1)P3.4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入(T0)P3.5定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入(T1)P3.6外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通WRP3.7外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通RD3.2.2液晶顯示電路在此設(shè)計(jì)中,選用1602LCD液晶模塊顯示三個(gè)方向的障礙物距離。1．1602LCD液晶顯示器介紹液晶顯示器(LCD)的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面并配合背部燈管構(gòu)成畫面。液晶體積小、功耗低、顯示操作簡(jiǎn)單。此設(shè)計(jì)選用1602LCD液晶顯示器。其外形如圖3-7所示。圖3-71602LCD實(shí)物圖現(xiàn)將其主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性如下:1．電源:VDD為+4.5V～+5.5V;2．顯示內(nèi)容:16*2字符;3．工作電流:2.0MA(5.0V);4．顯示顏色:藍(lán)屏;5．模塊最佳工作電壓:5.0V;6．顯示角度:6:00鐘直視;7．與MCU接口:8位并口;8．配置LED背光;9．多種軟件功能:光標(biāo)顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等。其基本操作時(shí)序如圖3-8所示。其基本時(shí)序如表3-2所示。其讀寫操作如圖3-9所示。其內(nèi)存地址如圖3-10所示。其控制指令集如表3-3所示。其控制接口時(shí)序如圖3-11所示。其初始化過程如下所示。圖3-81602LCD基本操作時(shí)序表3-21602LCD時(shí)序參數(shù)圖3-91602LCD讀寫操作圖3-101602LCD內(nèi)存地址表3-31602LCD控制指令集其初始化過程(復(fù)位過程):(1)延時(shí)15MS(2)寫指令38H(不檢測(cè)忙信號(hào))(3)延時(shí)5MS(4)寫指令38H(不檢測(cè)忙信號(hào))(5)延時(shí)5MS(6)寫指令38H(不檢測(cè)忙信號(hào))(7)(以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)之前均需檢測(cè)忙信號(hào))(8)寫指令38H:顯示模式設(shè)置(9)寫指令08H:顯示關(guān)閉(10)寫指令01H:顯示清屏(11)寫指令06H:顯示光標(biāo)移到設(shè)置(12)寫指令0CH:顯示開關(guān)光標(biāo)設(shè)置圖3-111602LCD控制接口時(shí)序圖2．液晶顯示電路設(shè)計(jì)若要用單片機(jī)控制1602LCD液晶顯示模塊正常的顯示字符、圖形和動(dòng)畫,就必須了解此液晶顯示模塊的各引腳定義和功能,其引腳功能介紹如表3-4所示。其基本外形尺寸如圖3-12所示。圖3-12LCD1602外觀圖表3-41602LCD液晶引腳功能介紹在此設(shè)計(jì)中采用的1602LCD為標(biāo)準(zhǔn)的液晶顯示器件。其典型的應(yīng)用電路如圖所示。圖3-13液晶顯示模塊典型應(yīng)用原理圖此設(shè)計(jì)分別采用一塊TC1602LCD液晶顯示模塊顯示障礙物距離和學(xué)號(hào)。TC1602顯示的容量為2行16個(gè)字。液晶顯示屏有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn),與數(shù)碼管相比,顯得更專業(yè)、美觀。使用時(shí),可將P0與LCD的數(shù)據(jù)線相連,P2口與LCD的控制線相連,如圖所示。圖3-141602LCD液晶顯示硬件電路圖3.2.3驅(qū)動(dòng)電路在此設(shè)計(jì)中,小車使用的是直流電機(jī)。從單片機(jī)輸出的信號(hào)功率很弱,即使在沒有其它外在負(fù)載時(shí)也無法帶動(dòng)電機(jī),因此在實(shí)際電路中我們加入了電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片提高輸入電機(jī)信號(hào)的功率,從而能夠根據(jù)需要控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用L298集成H橋芯片如圖3-17。L298中有兩套H橋電路,剛好能夠控制兩個(gè)電機(jī)。它的使能端能夠外接高低電平,也能夠利用單片機(jī)進(jìn)行軟件控制,極大地滿足各種復(fù)雜電路需要。該芯片的主要特點(diǎn)是:工作電壓高,最高工作電壓可達(dá)46V;輸出電流大,瞬間峰值電流可達(dá)3A,持續(xù)工作電流為2A;內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器,能夠用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電機(jī),繼電器,線圈等感性負(fù)載;采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制;具有兩個(gè)使能控制端,在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作;有一個(gè)邏輯電源輸入端,是內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作;能夠外接檢測(cè)電阻,將變化量反饋給控制電路。引腳如功能如表3-5所示。圖3-17L298N引腳圖L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS,VSS可接4.5～7V電壓。4腳VS接電源電壓,VS電壓范圍VIH為＋2.5～46V。輸出電流可達(dá)2.5A,可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻,形成電流傳感信號(hào)。L298N可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī),OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī),此設(shè)計(jì)選用驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)。5、7、10、12腳接輸入控制電平,控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。ENA、ENB接控制使能端,控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。本設(shè)計(jì)采用高電壓,大電流的L298N全橋驅(qū)動(dòng)芯片,其外圍電路設(shè)計(jì)如圖3-18所示,它響應(yīng)頻率高,一片L298N能夠分別控制兩個(gè)直流電機(jī)。兩個(gè)電機(jī)的四個(gè)正方向信號(hào)和兩個(gè)PWM信號(hào)經(jīng)L298N后能夠很好的控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和較大范圍的控制電機(jī)電壓。表3-5L298N引腳編號(hào)與功能引腳編號(hào)名稱功能1電流傳感器A在該引腳和地之間接小阻值電阻可用來檢測(cè)電流2輸出引腳1內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的輸出端1,接至電機(jī)A3輸出引腳2內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的輸出端2,接至電機(jī)A4電機(jī)電源端電機(jī)供電輸入端,電壓可達(dá)46V5輸入引腳1內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的邏輯控制輸入端16使能端A內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的使能端7輸入引腳2內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的邏輯控制輸入端28邏輯地邏輯地9邏輯電源端邏輯控制電路的電源輸入端為5V10輸入引腳3內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的邏輯控制輸入端111使能端B內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的使能端12輸入引腳4內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的邏輯控制輸入端213輸出引腳3內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的輸出端1,接至電機(jī)B14輸出引腳4內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的輸出端2,接至電機(jī)B15電流傳感器B在該引腳和地之間接小阻值電阻可用來檢測(cè)電流表3-6L298N對(duì)直流電機(jī)控制的邏輯功能表輸入CD輸出HHL正轉(zhuǎn)HLH反轉(zhuǎn)L**無輸出,不工作說明:表3-6為L(zhǎng)298N的邏輯控制表,其中C、D分別為IN1、IN2或IN3、IN4;L為低電平,H為高電平,*為不論是低電平還是高電平。如圖3-18所示,本設(shè)計(jì)中L298NOUT1、OUT2和OUT3、OUT4之間各接一個(gè)小直流電動(dòng)機(jī)。VSS9腳接入經(jīng)過穩(wěn)壓后的+5V,VS4腳直接接+9V電源。1、5、8腳都接地。5、7、10、12腳接輸入控制信號(hào)(控制信號(hào)從單片機(jī)P0.0、P0.1、P0.3、P0.4發(fā)出,經(jīng)光電耦合器TLP521-4后接L298N的5、7、10、12腳輸入),控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。圖3-18電機(jī)電路圖單片機(jī)的兩個(gè)端口(P0.2、P0.5)給出PWM信號(hào)直接與ENA、ENB相連控制使能端,從而達(dá)到控制電機(jī)直行、加減速、倒退等動(dòng)作。在該模塊設(shè)計(jì)中,我們采用了小周期信號(hào),經(jīng)過改變小車的占空比對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。將小車速度分為20個(gè)檔,這樣就能夠讓小車在調(diào)試過程中得到一個(gè)合理的速度,使其行駛在對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。3.2.6超聲波測(cè)距避障電路超聲波電路原理圖如圖3-20所示。發(fā)射電路主要由低噪聲JFET輸入的運(yùn)算放大器和超聲波發(fā)射換能器R構(gòu)成,單片機(jī)P1.0端口輸出的40kHz的方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極,另一路由單片機(jī)P1.0端口經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極,用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端,能夠提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián),用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻R20、R21一方面能夠提高運(yùn)算放大器TL074輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力,另一方面能夠增加超聲波換能器的阻尼效果,縮短其自由振蕩時(shí)間。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào),其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí),壓電晶片會(huì)發(fā)生共振,并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波,這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器;反之,如果兩電極問未外加電壓,當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí),將壓迫壓電晶片作振動(dòng),將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào),這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同,使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。圖3-20超聲波模塊電路原理圖超聲波接收電路由電平轉(zhuǎn)換芯片ST202和超聲波接收換能器T組成。ST202是一款電平轉(zhuǎn)換的專用芯片,常見于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常見的載波頻率38kHz與測(cè)距的超聲波頻率40kHz較為接近,因?yàn)楫?dāng)ST202接受到40KHZ的信號(hào)時(shí),會(huì)在第7腳產(chǎn)生一個(gè)低電平下降脈沖,這個(gè)信號(hào)能夠接到單片機(jī)的外部中斷引腳作為中斷信號(hào)輸入,能夠利用它制作超聲波接收電路。實(shí)驗(yàn)證明用ST202接收超聲波(無信號(hào)時(shí)輸出高電平),具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)一旦確定,大的功能框架即形成,軟件在硬件平臺(tái)上構(gòu)筑,完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)工作。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實(shí)現(xiàn)的,由于軟件的可伸縮性,最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱,差別可能很大。因此,軟件是系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法,不但易于編程和調(diào)試,也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。4.1主程序流程系統(tǒng)主程序模塊主要完成對(duì)系統(tǒng)中各模塊電路的初始化等工作,其主要包括對(duì)液晶顯示器、驅(qū)動(dòng)電路和超聲波傳感器的初始化,同時(shí)循環(huán)發(fā)送脈沖信號(hào),等待外部中斷以及根據(jù)所需要功能進(jìn)行相應(yīng)的操作。主程序流程如圖4-1所示。開開始初始化初始化啟動(dòng)小車啟動(dòng)小車測(cè)距并顯示測(cè)距并顯示避障程序避障程序有無有障礙嗎有無有障礙嗎圖4-1主程序流程圖4.2主要子程序流程4.2.1液晶顯示子程序流程LCD液晶顯示模塊可用于顯示姓名和學(xué)號(hào)以及距離障礙物的距離,其數(shù)據(jù)有單片機(jī)的P2口輸入,其控制由單片機(jī)的P0口進(jìn)行控制。由單片機(jī)最小系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)刷新。其子程序流程如圖4-2所示。LCD初始化LCD初始化結(jié)束與STC89C52單片機(jī)通信顯示動(dòng)畫1顯示動(dòng)畫2顯示動(dòng)畫3開始圖4-2LCD液晶顯示子程序流程圖4.2.2超聲波子程序流程主要是實(shí)現(xiàn)功能測(cè)距軟件分為兩部分,主程序和中斷服務(wù)程序,如圖4-3(a)(b)(c)所示。主程序完成初始化工作、各路超聲波發(fā)射和接收順序的控制。定時(shí)中斷服務(wù)子程序完成三個(gè)方向超聲波的輪流發(fā)射,外部中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間值的讀取、距離計(jì)算、結(jié)果的輸出等工作。其主程序如圖4-3(a)所示。主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化,設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模式。置位總中斷允許位EA并給顯示端口P0和P1清0。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖,為了避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直射波觸發(fā),需要延時(shí)約0.1ms(這也就是超聲波測(cè)距儀會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距離的原因)后才打開外中斷0接收返回的超聲波信號(hào)。由于采用的是12MHz的晶振,計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是1μs,當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后,將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)(即超聲波來回所用的時(shí)間)按式(2)計(jì)算,即可得被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離,設(shè)計(jì)時(shí)取20℃時(shí)的聲速為344m/s則有:d=(c×t)/2=172T0/10000cm(2)其中,T0為計(jì)數(shù)器T0的計(jì)算值。外部中斷入口超聲波發(fā)生子程序的作用是經(jīng)過P1.0端口發(fā)送2個(gè)左右超聲波脈沖信號(hào)(頻率約40kHz的方波),脈沖寬度為12μs左右,同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波發(fā)生子程序較簡(jiǎn)單,但要求程序運(yùn)行準(zhǔn)確,因此采用C語言編程。超聲波測(cè)距儀主程序利用外中斷檢測(cè)返回超聲波信號(hào),一旦接收到返回超聲波信號(hào)(即INT0引腳出現(xiàn)低電平),立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T停止計(jì)時(shí),并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測(cè)到超聲波返回信號(hào),則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉,并將測(cè)距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測(cè)距不成功。前方測(cè)距電路的輸出端接單片機(jī)INT0端口,中斷優(yōu)先級(jí)最高,左、右測(cè)距電路的輸出經(jīng)過與門IC3A的輸出接單片機(jī)INT1端口,同時(shí)單片機(jī)P1.3和P1.4接到IC3A的輸入端,中斷源的識(shí)別由程序查詢來處理,中斷優(yōu)先級(jí)為先右后左。外部中斷入口b定時(shí)中斷服務(wù)子程序c外部中斷服務(wù)子程序初始化b定時(shí)中斷服務(wù)子程序c外部中斷服務(wù)子程序初始化開始定時(shí)中斷子程序有回波嗎外部中斷子程序定時(shí)器中斷入口定時(shí)器初始化發(fā)射超聲波三方均發(fā)射完否NNYY停止發(fā)射返回關(guān)外部中斷讀取時(shí)間值計(jì)算距離結(jié)果輸出開外部中斷返回返回 a主程序流程圖a主程序流程圖圖4-3超聲波測(cè)距系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.2.3避障子程序流程圖當(dāng)小車檢測(cè)到有障礙物后,進(jìn)入避障子程序,判斷障礙物的情況,根據(jù)障礙物的情況選擇相應(yīng)的避障方式控制小車做出做出相應(yīng)的避障動(dòng)作。避障完成后退出。其子程序流程圖如圖4-4所示。開始開始無有障礙物嗎無有障礙物嗎有有障障礙物的情況情況4情況3情況2情況1情況4情況3情況2情況1避障方式4避障方式3避障方式2避障方式1避障方式4避障方式3避障方式2避障方式1結(jié)束結(jié)束圖4-4避障子程序流程圖4.3軟件調(diào)試單片機(jī)是本設(shè)計(jì)的核心控制器,只有保證單片機(jī)的正常工作才能完成程序的運(yùn)行及顯示的控制。保證單片機(jī)最小系統(tǒng)能夠正常工作是前提。判斷辦法就是用萬用表測(cè)量單片機(jī)時(shí)鐘引腳(18、19腳)的對(duì)地電壓,以正常工作的單片機(jī)用數(shù)字萬用表測(cè)量為例:18腳對(duì)地約2.24V,19腳對(duì)地約2.09V。對(duì)于懷疑是復(fù)位電路故障而不能正常工作的單片機(jī)也能夠采用模擬復(fù)位的方法來判斷,單片機(jī)正常工作時(shí)第9腳對(duì)地電壓為零,能夠用導(dǎo)線短時(shí)間和＋5V連接一下,模擬一下上電復(fù)位,如果單片機(jī)能正常工作了,說明這個(gè)復(fù)位電路沒問題。本設(shè)計(jì)功能很多,因此對(duì)于它的程序也較為復(fù)雜,因此在編寫程序和測(cè)試時(shí)出現(xiàn)了相對(duì)較多的問題。如燒入程序后,LCD顯示屏顯示閃動(dòng),不循跡。則要首先對(duì)測(cè)用的延時(shí)進(jìn)行逐漸修改,能夠解決循跡問題。本設(shè)計(jì)采用Keil4軟件用來進(jìn)行編寫程序和程序的調(diào)試,它是當(dāng)前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機(jī)的軟件。軟件頁(yè)面如圖4-5所示。Keil4提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案,經(jīng)過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境(uVision)將這些部份組合在一起。運(yùn)行Keil4軟件需要Pentium或以上的CPU,16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN、WINXP等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對(duì)于使用51系列單片機(jī)的愛好者來說是十分必要的。圖4-5Kil4l軟件界面圖在使用Keil4軟件時(shí)需要注意的是:在程序編譯的時(shí)候一定要記得輸出.hex文件,因?yàn)镾TC—ISP.exe只有.hex文件才能下進(jìn)單片機(jī)里去。由于此循跡避障系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序比較多,為了便于對(duì)程序的修改和可移植性等要求,此設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)使用C語言來進(jìn)行編程,其特點(diǎn)是C語言簡(jiǎn)潔、使用方便、靈活,具有強(qiáng)大的圖形功能,C語言生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高,程序執(zhí)行效率高等。

第5章系統(tǒng)制作與調(diào)試硬件的焊接與調(diào)試是整個(gè)超聲波循跡避障系統(tǒng)設(shè)計(jì)必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié),它將驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否實(shí)現(xiàn)了所要完成的功能。這一章重點(diǎn)介紹PCB主板的焊接、循跡傳感器的焊接、驅(qū)動(dòng)電路焊接、電源電路的焊接與車體的搭建方法、ISP軟件的使用以及整機(jī)的調(diào)試。5.1硬件制作5.1.1AltiumDesigner14軟件自20世紀(jì)80年代中期以來,計(jì)算機(jī)應(yīng)用已進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域并發(fā)揮著越來越大的作用。在這種背景下,美國(guó)ACCELTechnologiesInc公司推出了第一個(gè)應(yīng)用于電子線路設(shè)計(jì)的軟件包—TANGO,這個(gè)軟件開創(chuàng)了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)的先河。為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,ProtelTechnology公園以其強(qiáng)大的研發(fā)能力推出了ProtelForDos,從此Protel這個(gè)名字在業(yè)內(nèi)日益響亮。AltiumDesigner14包含許多高效的新特性和增強(qiáng)功能,能夠使整個(gè)設(shè)計(jì)過程統(tǒng)一起來,實(shí)現(xiàn)用戶的電子產(chǎn)品創(chuàng)新理念,創(chuàng)造顯著地經(jīng)濟(jì)效益。AltiumDesigner14其主要功能如下所示。1．高效的復(fù)雜電路板設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。2．高效能的DirectX圖形引擎。3．實(shí)時(shí)的3D可視化顯示。4．電子和機(jī)械實(shí)時(shí)同步設(shè)計(jì)。5．更真實(shí)的PCB著色和準(zhǔn)確的對(duì)象幾何尺寸。6．布線技術(shù)延伸到智能、快速的物理設(shè)計(jì)中。7．內(nèi)部平面顯示。8．支持適應(yīng)制造技術(shù)得更高密度布線。9．加工前的實(shí)時(shí)制造規(guī)則檢查。10．經(jīng)過設(shè)計(jì)智能感知簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程和項(xiàng)目導(dǎo)航。11．全新的CadenceAllegro和ZukenCADSTAR導(dǎo)入器。12．從設(shè)計(jì)到制造—輸出作用編輯器的改進(jìn)。13．版本控制功能的增強(qiáng)。14．實(shí)時(shí)鏈接到供應(yīng)商的數(shù)據(jù)庫(kù)。15．庫(kù)文件搜索功能的改進(jìn)。16．以企業(yè)形式管理產(chǎn)品發(fā)布和發(fā)布設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。17．基于FPGA設(shè)計(jì)中的定制儀器。18．更為直觀的邏輯分析儀。19．?dāng)?shù)字波形顯示的增強(qiáng)控制。20．FPGA工具反饋。21．用C語音開發(fā)定制的FPGA邏輯。22．可定制的Wishbone接口元件。23．基于FPGA儀器的現(xiàn)場(chǎng)面板。24．即插即用的軟件平臺(tái)生成器。25．增強(qiáng)的設(shè)備視圖。其軟件界面如圖5-1所示。圖5-1AltiumDesigner14軟件界面圖5.1.2PCB的設(shè)計(jì)與制作PCB板的制作和主板的焊接一般包括印制底圖圖樣描繪、底圖掩膜層制作和蝕刻加工等三個(gè)環(huán)節(jié)。首先根據(jù)整機(jī)設(shè)計(jì),采用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件中的AltiumDesigner14進(jìn)行印制電路板底圖圖樣的設(shè)計(jì)。在軟件環(huán)境下繪制好底圖后,可用噴墨式或激光打印機(jī)將PCB板的設(shè)計(jì)圖樣打印出來,然后進(jìn)行制作。其圖樣如以下圖樣所示。圖5-2驅(qū)動(dòng)電路PCB板圖樣PCB板的制作一般分制作印制電路板、清洗與打孔和檢修三個(gè)環(huán)節(jié)。1．制作印制電路板利用所打印的PCB板圖樣、熱轉(zhuǎn)印紙和恒溫電熨斗完成制作。而熱轉(zhuǎn)印法制板的不足之處是:由于熱轉(zhuǎn)印紙局部缺陷等原因,會(huì)出現(xiàn)墨粉在熱轉(zhuǎn)印紙上局部附著不均勻等現(xiàn)象,對(duì)附著層太薄的地方,使抗腐蝕能力下降,影響PCB板的質(zhì)量。2．清除防護(hù)層對(duì)于腐蝕好的印制電路板,選用細(xì)砂紙將防護(hù)層打磨掉,并進(jìn)行清洗。3．打孔對(duì)清洗好的印制電路板,需要在焊盤和固定位置鉆孔后,才能進(jìn)行安裝。4．檢修對(duì)制作好的PCB板,要進(jìn)行嚴(yán)格檢查,判斷印制線間是否有短路、斷裂、脫落和起層問題,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題后,可采用相應(yīng)的修理或補(bǔ)救措施,若有嚴(yán)重質(zhì)量問題時(shí),需要重新制作。出于實(shí)際需要和美觀需要,本超聲波循跡避障設(shè)計(jì)使用的PCB板為軍工級(jí)A級(jí)黑漆雙面板,它與普通的PCB板相比具有耐高溫焊盤牢固可靠、抗壓力強(qiáng)不易變形等優(yōu)點(diǎn);而且黑漆板更顯高貴和效果更炫目。5.2硬件電路的安裝與焊接在焊接元器件前,需要做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作,對(duì)要用到的元器件進(jìn)行清點(diǎn)和檢測(cè)、按照PCB板上元器件間距,依據(jù)電子產(chǎn)品安裝工藝要求。彎折好元器件引腳;對(duì)元器件引腳渡錫。且安裝元件要遵循先小后大,先輕后重,先內(nèi)后外的原則采用手工烙鐵錫焊。1．單片機(jī)最小系統(tǒng)與串口通信電路的焊接最小系統(tǒng)是單片機(jī)得以正常工作的前提,包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路,在焊接時(shí)需注意電解電容的正負(fù)極,晶振要盡可能的靠近單片機(jī)的18、19引腳,而且對(duì)晶振的焊接要迅速,不能長(zhǎng)時(shí)間加熱,以免燒壞晶振。串口電路是單片機(jī)與上位機(jī)進(jìn)行TTL電平轉(zhuǎn)換通信的必要電路,是上位機(jī)燒寫Hex文件到單片機(jī)的電路,在單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)中具有重要作用。2．驅(qū)動(dòng)電路焊接驅(qū)動(dòng)電路是整車運(yùn)行的動(dòng)力輸出,相當(dāng)于汽車的發(fā)動(dòng)機(jī),在整個(gè)系統(tǒng)中起著決定性作用。是將單片機(jī)最小系統(tǒng)輸出的控制指令轉(zhuǎn)化為車輛的運(yùn)動(dòng)信息。在焊接時(shí),續(xù)流二極管要緊貼電路板安裝,驅(qū)動(dòng)芯片在安裝時(shí),要先焊接其散熱片,其次在安裝驅(qū)動(dòng)芯片。7805穩(wěn)壓芯片應(yīng)緊貼安裝,將接地端應(yīng)良好焊接。發(fā)光二極管應(yīng)插到底安裝,光電耦合器應(yīng)安裝在集成電路插座上,方便更換。其焊接實(shí)物圖如下圖5-4所示。圖5-4驅(qū)動(dòng)電路實(shí)物圖5.3電腦端的ISP控制軟件STC-ISP是一款單片機(jī)下載編程燒錄軟件,是針對(duì)STC系列單片機(jī)而設(shè)計(jì)的,可下載STC89系列、12C2052系列和12C5410等系列的STC單片機(jī),使用簡(jiǎn)便,現(xiàn)已被廣泛使用。在使用時(shí)的操作步驟如下:Step1/步驟1:選擇你所使用的單片機(jī)型號(hào),如STC12C5A60S2等Step2/步驟2:打開文件,要燒錄用戶程序,必須調(diào)入用戶的程序代碼(*.bin,*.hex)Step3/步驟3:選擇電腦串行口。Step4/步驟4:選擇下次冷啟動(dòng)后,時(shí)鐘源為”內(nèi)部R/C振蕩器”還是”外部晶體或時(shí)鐘”(STC12系列單片機(jī)只有內(nèi)部R/C振蕩時(shí)鐘)Step5/步驟5:選擇”Download/下載”按鈕下載用戶的程序進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部,可重復(fù)執(zhí)行電腦端操作如下頁(yè)圖5-5所示:圖5-5電腦端STC-ISP燒錄5.4實(shí)物安裝與調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,此系統(tǒng)調(diào)試可分為硬件裝配、硬件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)三個(gè)部分。1．硬件裝配由于此設(shè)計(jì)實(shí)物的焊接、裝配工作量非常大,因此在各部分電路安裝完成后,應(yīng)首先對(duì)各部分電路進(jìn)行測(cè)試,確保每一個(gè)電路都完好,能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)定功能。在進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的裝配時(shí),要按照從低到高、充主到次的順序安裝。特別需要注意的是,超聲波傳感器因?yàn)橐吧斐鲆徊糠?不能夠和電源模塊等發(fā)生擠壓,因此在安裝時(shí)才有了萬用板安裝,成功實(shí)現(xiàn)了良好安裝。同時(shí),由于本機(jī)提供的電源端口較少,不能夠滿足所有的供電,因此自行設(shè)計(jì)制作了一個(gè)轉(zhuǎn)接口,可同時(shí)提供10個(gè)供電端口,為功能擴(kuò)展提供了支持。在安裝時(shí),要將每一個(gè)螺絲螺帽擰緊,防止松脫。同時(shí)要注意螺絲螺帽不能與焊點(diǎn)等接觸,防止短路。2．硬件調(diào)試整機(jī)的元件焊接完成后,要使電路處理最佳工作狀態(tài),需要對(duì)單元模塊電路和整個(gè)電路進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試與測(cè)試方案的選擇應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有的儀器儀表?xiàng)l件來確定,比如萬用表、穩(wěn)壓電源、示波器、邏輯分析儀等。調(diào)試工作分調(diào)試前的準(zhǔn)備和調(diào)試操作兩步完成。(1)調(diào)試準(zhǔn)備調(diào)試準(zhǔn)備指在調(diào)試前,對(duì)調(diào)試過程中所需要的儀器、設(shè)備、工具、元件和材料等進(jìn)行調(diào)配。(2)調(diào)試操作電路調(diào)試的基本原則是:先靜態(tài),后動(dòng)態(tài),先局部,后整體。對(duì)于動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)調(diào)試,要從末級(jí)開始,逐級(jí)向前級(jí)重復(fù)進(jìn)行,直到調(diào)準(zhǔn)為止。(3)性能檢測(cè)該項(xiàng)工作在電路調(diào)試完成后進(jìn)行,經(jīng)過測(cè)量相關(guān)技術(shù)指標(biāo)來主要了解電路是否達(dá)到技術(shù)要求。在進(jìn)行硬件調(diào)試時(shí),可編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試程序,經(jīng)過軟件將其燒寫入單片機(jī)。經(jīng)過萬用表等測(cè)試儀器儀表,分別測(cè)量各腳電壓,與理論值進(jìn)行比較。以此來判斷是否正常工作。同時(shí),在測(cè)試驅(qū)動(dòng)電路時(shí),可在對(duì)驅(qū)動(dòng)連接好電源線后,對(duì)使能控制端分別給高低電平,經(jīng)過萬用表測(cè)試輸出端電壓來判定。在測(cè)試電源電路時(shí),在輸入端送入12伏特的直流電壓,將萬用表接入輸出端,調(diào)節(jié)輸出電壓調(diào)節(jié)旋鈕,觀察輸出電壓的擺動(dòng)。以此來判定電路的好壞。3．軟硬聯(lián)調(diào)系統(tǒng)軟硬件聯(lián)調(diào)的主要任務(wù)是檢測(cè)系統(tǒng)中各模塊的功能和效果,同時(shí)需要校正系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù),按實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)試,直至數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確為止。實(shí)物的最終調(diào)試效果如圖5-6所示。圖5-6小車智能避障系統(tǒng)實(shí)物圖

結(jié)論畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生即將完成學(xué)業(yè)的最后一個(gè)重要環(huán)節(jié),它既是對(duì)學(xué)生在學(xué)校所學(xué)知識(shí)的全面總結(jié)和綜合應(yīng)用,又為今后走向社會(huì)的實(shí)際操作應(yīng)用鑄就了一個(gè)良好的開端。因此在此有必要對(duì)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)作一個(gè)系統(tǒng)的總結(jié),說一說自己內(nèi)心的想法。這次畢業(yè)設(shè)計(jì),我選擇了實(shí)做的題目:基于單片機(jī)的循跡超聲波測(cè)距避障系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)達(dá)設(shè)計(jì)的預(yù)期要求:1．小車啟動(dòng)后,直線行駛。2．具有行駛中障礙物探測(cè)功能。3．具有對(duì)障礙物進(jìn)行距離顯示和自動(dòng)繞過障礙物功能。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)不但是對(duì)我的一種鍛煉,也是對(duì)我大年所學(xué)知識(shí)的綜合檢查。從開始設(shè)計(jì)到設(shè)計(jì)的完成,我感覺收獲很多,不但在理論上有了很大的升華,而且還在實(shí)踐中鍛煉了自己,使自己成長(zhǎng)了許多。本文首先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹,給出了系統(tǒng)工作的整體框圖。在此基礎(chǔ)上,介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)用到的各個(gè)模塊的功能特性,并進(jìn)性了方案比較,選擇出了最優(yōu)越的方案。在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中也存在一些問題:就是對(duì)軟件的編程還是不夠熟悉,耗費(fèi)了太多的時(shí)間。同時(shí)對(duì)焊接,特別是貼片元器件的焊接掌握的還不夠好。總體來說這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)很成功,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。不但學(xué)到了許多課本上學(xué)不到的知識(shí),提高了自己動(dòng)手動(dòng)腦的能力,豐富了創(chuàng)新和創(chuàng)造的思維。由于我在理論和實(shí)踐方面存在一定的不足,因此在設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)功能上難免有不足之處,請(qǐng)各位老師多多批評(píng)指正。設(shè)計(jì)結(jié)束了,但學(xué)習(xí)仍在繼續(xù)。從這次的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)中,我真正的意識(shí)到,在以后的學(xué)習(xí)中,要理論聯(lián)系實(shí)際,把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中,實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。我們電子專業(yè)的學(xué)習(xí)更是如此,不但要有豐富的理論知識(shí),還要有很強(qiáng)的動(dòng)手能力,只有理論與實(shí)踐并重,專業(yè)水平才能提高,這就是在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中的最大收獲。在今后的人生中,不斷對(duì)自己所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行更新,進(jìn)行補(bǔ)充。

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附錄1系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)原理圖(a)最小系統(tǒng)及LCD1602顯示模塊電路原理圖(b)驅(qū)動(dòng)模塊電路原理圖(c)超聲波模塊電路原理圖附錄4源程序#include<reg52.h> #include<intrins.h>#defineBusy0x80//用于檢測(cè)LCM狀態(tài)字中的Busy標(biāo)識(shí)sbitRX=P3^6;sbitTX=P3^7;sbitRXR=P3^4;sbitTXR=P3^5;sbitRXL=P3^3;sbitTXL=P3^2;sbitLQ=P1^1;sbitLH=P1^0;sbitRQ=P1^3;sbitRH=P1^2;sbitLCM_RW=P2^1;sbitLCM_RS=P2^0;sbitLCM_E=P2^2;voidLCMInit(void);voidDisplayOneChar(unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharDData);voidDisplayListChar(unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharcode*DData);voidDelay5Ms(void);voidDelay400Ms(void);voidDecode(unsignedcharScanCode);voidWriteDataLCM(unsignedcharWDLCM);voidWriteCommandLCM(unsignedcharWCLCM,BuysC);unsignedcharReadDataLCM(void);unsignedcharReadStatusLCM(void);unsignedcharcodemcustudio[]={"WWW.SCITC.COM.CN"};unsignedcharcodezuozhe[]={"1319001Durongfu"};unsignedcharcodeCls[]={""};unsignedcharcodeASCII[15]={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','.','-','M'};unsignedcharsd=0,fx=0;unsignedintSQ,SR,SL; unsignedinttime=0;unsignedlongS=0;bitflag=0;unsignedchardisbuff[4]={0,0,0,0,};voidqj();voidWriteDataLCM(unsignedcharWDLCM)//寫數(shù)據(jù){ ReadStatusLCM();//檢測(cè)忙 P0=WDLCM; LCM_RS=1; LCM_RW=0; LCM_E=0;//若晶振速度太高能夠在這后加小的延時(shí) LCM_E=0; LCM_E=1;}//寫指令BuysC為0時(shí)忽略忙檢測(cè)voidWriteCommandLCM(unsignedcharWCLCM,BuysC){ if(BuysC)ReadStatusLCM(); //根據(jù)需要檢測(cè)忙 P0=WCLCM; LCM_RS=0; LCM_RW=0; LCM_E=0; LCM_E=0; LCM_E=1; }unsignedcharReadStatusLCM(void) //讀狀態(tài){ P0=0xFF; LCM_RS=0; LCM_RW=1; LCM_E=0; LCM_E=0; LCM_E=1; while(P0&Busy); //檢測(cè)忙信號(hào) return(P0);}voidLCMInit(void) //LCM初始化{ P0=0; WriteCommandLCM(0x38,0); //三次顯示模式設(shè)置,不檢測(cè)忙信號(hào) Delay5Ms(); WriteCommandLCM(0x38,0); Delay5Ms(); WriteCommandLCM(0x38,0); Delay5Ms(); WriteCommandLCM(0x38,1); //顯示模式設(shè)置,開始要求每次檢測(cè)忙信號(hào) WriteCommandLCM(0x08,1); //關(guān)閉顯示 WriteCommandLCM(0x01,1); //顯示清屏 WriteCommandLCM(0x0c,1);}//按指定位置顯示一個(gè)字符voidDisplayOneChar(unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharDData) { Y&=0x1; X&=0xF; //限制X不能大于15,Y不能大于1 if(Y)X|=0x40; //當(dāng)要顯示第二行時(shí)地址碼+0x40; X|=0x80; //算出指令碼 WriteCommandLCM(X,1);//發(fā)命令字 WriteDataLCM(DData);//發(fā)數(shù)據(jù)}//按指定位置顯示一串字符voidDisplayListChar(unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharcode*DData){ unsignedcharListLength; ListLength=0; Y&=0x1; X&=0xF; //限制X不能大于15,Y不能大于1 while(DData[ListLength]>0x19) //若到達(dá)字串尾則退出 { if(X<=0xF)//X坐標(biāo)應(yīng)小于0xF { DisplayOneChar(X,Y,DData[ListLength]);//顯示單個(gè)字符 ListLength++; X++; } }}voidDelay5Ms(void) //5ms延時(shí){ unsignedintTempCyc=250; while(TempCyc--); }voidDelay400Ms(void) //400ms延時(shí){ unsignedcharTempCycA=4; unsignedintTempCycB; while(TempCycA--) { TempCycB=20; while(TempCycB--) qj(); }}voidConut(unsignedcharo) { time=TH0*256+TL0; TH0=0; TL0=0; S=(time*1.7)/100;//算出來是CM if(o==1) { SL=S; if((S>=700)||flag==1) //超出測(cè)量范圍顯示”-” { flag=0; DisplayOneChar(0,1,ASCII[11]); DisplayOneChar(1,1,ASCII[10]); //顯示點(diǎn) DisplayOneChar(2,1,ASCII[11]); DisplayOneChar(3,1,ASCII[11]); DisplayOneChar(4,1,ASCII[12]); //顯示M SL=500; } else { disbuff[0]=S%1000/100; disbuff[1]=S%1000%100/10; disbuff[2]=S%1000%10%10; DisplayOneChar(0,1,ASCII[disbuff[0]]); DisplayOneChar(1,1,ASCII[10]); DisplayOneChar(2,1,ASCII[disbuff[1]]); DisplayOneChar(3,1,ASCII[disbuff[2]]); DisplayOneChar(4,1,ASCII[12]); } } if(o==3) { SR=S; if((S>=700)||flag==1) { flag=0; DisplayOneChar(10,1,ASCII[11]); DisplayOneChar(11,1,ASCII[10]); DisplayOneChar(12,1,ASCII[11]); DisplayOneChar(13,1,ASCII[11]); DisplayOneChar(14,1,ASCII[12]); SR=500; } else { disbuff[0]=S%1000/100; disbuff[1]=S%1000%100/10; disbuff[2]=S%1000%10%10; DisplayOneChar(10,1,ASCII[disbuff[0]]); DisplayOneChar(11,1,ASCII[10]); DisplayOneChar(12,1,ASCII[disbuff[1]]); DisplayOneChar(13,1,ASCII[disbuff[2]]); DisplayOneChar(14,1,ASCII[12]); } } if(o==2) { SQ=S; if((S>=700)||flag==1) { flag=0; DisplayOneChar(5,1,ASCII[11]); DisplayOneChar(6,1,ASCII[10]); DisplayOneChar(7,1,ASCII[11]); DisplayOneChar(8,1,ASCII[11]); DisplayOneChar(9,1,ASCII[12]); SQ=500; } else { disbuff[0]=S%1000/100; disbuff[