畢業(yè)設(shè)計--智能小汽車

1、<p><b>　　畢 業(yè) 實 踐</b></p><p>　　類 別 畢業(yè)設(shè)計 </p><p>　　題 目 智能小車設(shè)計 </p><p>　　系 名 稱 電氣工程系 </p><p>　　專業(yè)及班級

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　完成日期

3、2012 年 1 月 7 日</p><p><b>　　畢業(yè)實踐任務(wù)書</b></p><p>　　系 名 稱　　　電　氣　工　程　系 </p><p>　　專業(yè)及班級 　 </p><p>　　學(xué)生姓名

4、 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　畢業(yè)實踐題目： 智能小車設(shè)計 </p><p>　　指導(dǎo) 教 師（簽字）： </p><p>　　教研室主任（簽字）： &l

5、t;/p><p>　　系 主 任（簽字）： </p><p>　　2011 年 9 月 25 日</p><p><b>　　畢業(yè)實踐課題及任務(wù)</b></p><p>　　湖南大學(xué)畢業(yè)實踐開題報告書</p><p>　　電氣工程 系 電氣

6、自動化 專業(yè) </p><p>　　湖南大學(xué)畢業(yè)實踐考核表</p><p>　　電氣工程 系 電氣自動化 專業(yè) </p><p><b>　　智能小車設(shè)計</b></p><p>　　【摘要】智能小車，也稱輪式機(jī)器人，是一種以汽車電子為背景，涵蓋智能控制、

7、模式識別、傳感技術(shù)、電子電氣、計算機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科的科技創(chuàng)意性設(shè)計。一般主要由路徑識別、速度采集 、角度控制及車速控制等模塊組成。</p><p>　　本系統(tǒng)以SST系列單片機(jī)為核心控制模塊，充分利用了自動檢測技術(shù)、單片機(jī)最小系統(tǒng)、液晶顯示模塊電路，以及聲光信號的控制、電機(jī)的驅(qū)動電路。通過Keil C和PROTEUS的仿真，通過實踐操作與調(diào)試，實現(xiàn)自動往返小車設(shè)計。綜合運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)、自動控制理論、檢測技術(shù)等。使

8、小車能在無人操作情況下，借助傳感器識別路面環(huán)境，由單片機(jī)控制行進(jìn)，實現(xiàn)初步的無人控制。單片機(jī)具有體積小、重量輕、耗電少、功能強(qiáng)、控制靈活方便且價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。智能小車采用單片機(jī)為控制器核心，其集成度高、體積小、抗干擾能力強(qiáng)，具有獨(dú)特的控制功能，單片機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。</p><p>　　系統(tǒng)軟件主要由A/D轉(zhuǎn)換、LED動態(tài)顯示、看門狗定時器、鍵盤掃描、定時中斷、繼電器驅(qū)動、

9、開關(guān)機(jī)等一些模塊構(gòu)成。在具體設(shè)計中，詳細(xì)地給出了各部分程序流程框圖和完整的程序。程序調(diào)試方面，用WAVE6000進(jìn)行編譯和仿真的。</p><p>　　本設(shè)計以單片機(jī)為核心，附以外圍電路，采用光電檢測器進(jìn)行檢測信號和循線運(yùn)動。運(yùn)用單片機(jī)的運(yùn)算和處理能力來實現(xiàn)小車的自動加速、限速、減速、定時、前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、顯示行駛速度、行駛路程、行駛時間等智能控制系統(tǒng)。</p><p>　　【關(guān)鍵

10、詞】SST單片機(jī)，自動控制，電動小車， PWM調(diào)速，傳感器</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　前言 …………………………………………………………………………………………………10</p><p>　　第一章 緒論……………………………………………………………………………………….11</p><

11、;p>　　1.1 設(shè)計背景…………………………………………………………………………………11</p><p>　　1.2 設(shè)計概述…………………………………………………………………………………11</p><p>　　1.3 設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容…………………………………………………………………11</p><p>　　第二章 系統(tǒng)方案論證與分析…………

12、…………………………………………………..13</p><p>　　2.1 小車車體選擇……………………………………………………………………………13</p><p>　　2.2 主控單片機(jī)………………………………………………………………………………14</p><p>　　2.2.1 采用凌陽16位單片機(jī)………………………………………………………14</

13、p><p>　　2.2.2 采用SST89E516RD單片機(jī)…………………………………………………14</p><p>　　2.3 電機(jī)模塊……………………………………………………………………………………14</p><p>　　2.3.1 采用步進(jìn)電機(jī)…………………………………………………………………14</p><p>　　2.3.2 采用直

14、流電機(jī)…………………………………………………………………14</p><p>　　2.4 電機(jī)驅(qū)動調(diào)速模塊………………………………………………………………………15</p><p>　　2.5 電源管理………………………………………………………………………..…16</p><p>　　2.5.1 采用單電源供電…………………………………………………..…16&l

15、t;/p><p>　　2.5.2 采用雙電源供電…………………………………………………..…16</p><p>　　2.6 路面黑線探測模塊…………………………………………………………..…16</p><p>　　2.6.1 采用對射式紅外光電傳感器………………………………………16</p><p>　　2.6.2 采用反射式紅外光電傳感

16、器………………………………………17</p><p>　　2.7 測速及里程計量模塊………………………………………………………..…17</p><p>　　2.7.1 采用霍爾傳感器……………………………………………………………17</p><p>　　2.7.2 采用U型紅外光電傳感器…………………………………………17</p><p&g

17、t;　　2.8 計時模塊………………………………………………….. ……………………18</p><p>　　2.9 顯示模塊………………………………………………………………………..…18</p><p>　　2.9.1 采用LED數(shù)碼管……………………………………………………………18</p><p>　　2.9.2 采用LCD液晶顯示…………………………………

18、………………………18</p><p>　　第三章 智能小車系統(tǒng)設(shè)計……………………………………………………………..……19</p><p>　　3.1 主控單片機(jī)功能設(shè)計………………………………………………………….…19</p><p>　　3.1.1 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)………………………….…………………………………19</p><p>

19、;　　3.1.2 單片機(jī)引腳鎖定……………………………………………………………20</p><p>　　3.2 電機(jī)驅(qū)動控制設(shè)計……………………………………………….……………………22</p><p>　　3.3 PWM調(diào)速控制設(shè)計………………………………………. ……………………………23</p><p>　　3.4 傳感器設(shè)計…………………………………..……

20、………………………………………26</p><p>　　3.4.1 黑線檢測傳感器設(shè)計……………………………………….………………26</p><p>　　3.4.2 測速、里程計量傳感器設(shè)計………………………………………………31</p><p>　　3.5 液晶顯示功能設(shè)計………………………………………………....……………………33</p>&

21、lt;p>　　第四章 128×64液晶功能分析…………….………………………….……………………35</p><p>　　結(jié)論 …………………………………………………………………………..………………………38</p><p>　　參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………….…………………39</p><p>　　附錄

22、…………………………………………………………………....……………………………40</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　伴隨著現(xiàn)代汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，作為汽車的電子控制系統(tǒng)也勢必得到更大的發(fā)展機(jī)會，以滿足人們對汽車的安全性、智能化的要求，本文對智能往返小車自動控制系統(tǒng)的研究是對一些問題的初步思考。</p><p>

23、;　　智能小車是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。它集中地運(yùn)用了計算機(jī)、傳感器、信息、通訊、導(dǎo)航、人工智能及自動控制等技術(shù)—是典型的高新技術(shù)綜合體。本次畢設(shè)的自動往返電動小汽車就是這種綜合體的一種嘗試。小車以單片機(jī)為核心，附以外圍電路，采用光電檢測器進(jìn)行檢測信號和循線運(yùn)動。運(yùn)用單片機(jī)的運(yùn)算和處理能力來實現(xiàn)小車的自動加速、限速、減速、前進(jìn)、后退和金屬傳感器檢測等功能，可液晶實時顯示行駛速度、行駛路程、行駛時間的智能

24、控制系統(tǒng)。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計要求設(shè)計并制作一個能自動往返于起跑線與終點(diǎn)線間的小汽車。小車從起跑線出發(fā)，到達(dá)終點(diǎn)線后停留10秒，然后自動返回起跑線，往返一次的時間應(yīng)力求最短。到達(dá)終點(diǎn)線和返回起跑線時，停車位置離起跑線和終點(diǎn)線偏差應(yīng)最小。在限速區(qū)小車往返均要求以低速通過，通過時間不得少于8秒，且不允許在限速區(qū)內(nèi)停車。</p><p>　　智能小車設(shè)計的核心思想便是建立賽道可行區(qū)

25、域感知系統(tǒng)，使小車在行駛過程中對跑道上的黑線能夠自動檢測與識別，通過對視覺信息的處理確定小車與跑道的相對位置關(guān)系，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整小車與跑道的相對位置，使小車在賽道中心準(zhǔn)確穩(wěn)定行駛的同時又兼顧車速，盡量縮短往返時間，從而達(dá)到“穩(wěn)”和“快”的協(xié)調(diào)。智能小車采用一塊SST89E516RD單片機(jī)作為其檢測和控制核心。選用SGS-THOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動芯片L298作為小車電機(jī)驅(qū)動，利用P

26、WM技術(shù)動態(tài)控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。路面金屬線線檢測、車速和距離檢測使用電感式接近開關(guān)金屬傳感器進(jìn)行信號的采集，接近開關(guān)反饋的信號送入單片機(jī)處理，由控制單元處理信號并控制小車的運(yùn)行模式及液晶數(shù)據(jù)顯示。實現(xiàn)了自動往返小車在無人控制狀態(tài)下實現(xiàn)智能循跡、限速、壓線的智能控制，液晶顯示電路顯示運(yùn)行的時間、路程并實時更新速度顯示。</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p>&

27、lt;p><b>　　1.1 設(shè)計背景</b></p><p>　　隨著智能機(jī)器人技術(shù)、汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于智能小車的研究也就越來越受人關(guān)注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究，可見其研究意義很大。智能小車，也稱輪式機(jī)器人，是一種以汽車電子為背景，涵蓋智能控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子電氣、計算機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科的科技創(chuàng)意性

28、設(shè)計。一般主要由路徑識別、速度采集、角度控制及車速控制等模塊組成。</p><p>　　本設(shè)計就是在這樣的背景下提出的，設(shè)計的智能電動小車應(yīng)該能夠?qū)崟r顯示時間、速度、里程，具有智能PWM限速、返回、準(zhǔn)確定位停車等功能。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計概述</b></p><p>　　智能小車系統(tǒng)集中地運(yùn)用了計算機(jī)、傳感器、信息通訊、

29、人工智能及自動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。本次畢設(shè)的自動往返電動小汽車就是這種綜合體的一種嘗試。</p><p>　　自動往返電動小汽車是指小車能夠在跑道上自動往返行駛，無須人的操作。小車從起跑線出發(fā)后自動行駛到終點(diǎn)，并能在終點(diǎn)停車一段時間，然后返回起點(diǎn)。同時小車可以在要求區(qū)域內(nèi)自動加速和減速。以單片機(jī)為控制核心，輔以傳感器、控制電路、顯示電路等外圍器件，構(gòu)成了一個車載控制系統(tǒng)。電動小車能夠根據(jù)題目要求在

30、直線方向上完成調(diào)速、急剎車、停車、倒車返回等各種運(yùn)動形式。這輛小車還可以通過液晶實時顯示一次往返時間和行駛距離、行駛速度。另外，采用C語言編程算法進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，經(jīng)過PROTEUS仿真后，成功地實現(xiàn)了從最高速降至低速的平穩(wěn)調(diào)速。</p><p>　　本系統(tǒng)主要采用C語言編程算法進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。通過C語言編程控制和PWM脈寬調(diào)制技術(shù)的結(jié)合，提高了對小車位置的控制精度，并且實現(xiàn)了低速段車速的恒速控制。</p>

31、<p>　　1.3 設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容</p><p>　　設(shè)計并制作一個能自動往返于起跑線與終點(diǎn)線間的小汽車，能在如圖1-1所示的跑道上自動往返行駛。在跑道B,C,D,E,F和G處設(shè)有2cm寬的金屬線。</p><p>　　1. 小車從起跑線出發(fā)（出發(fā)前，車體不得超出起跑線），到達(dá)終點(diǎn)線后停留10秒，然后自動返回起跑線（允許倒車返回）。往返一次的時間應(yīng)力求最短（從合上汽車

32、電源開關(guān)開始計時）。</p><p>　　2. 到達(dá)終點(diǎn)線和返回起跑線時，停車位置離起跑線和終點(diǎn)線偏差應(yīng)最小（以小車中心點(diǎn)與終點(diǎn)線或起跑線中心線之間距離作為偏差的測量值）。</p><p>　　3. D～E間為限速區(qū)，小車往返均要求以低速通過，通過時間不得少于8秒，但不允許在限速區(qū)內(nèi)停車。</p><p>　　A B C

33、 D E F G</p><p><b>　　0.5m</b></p><p>　　0.5m 2m 0.5m</p><p>　　圖1-1 小車跑道頂視圖</p><p>　　各路段行駛速度

34、要求：</p><p>　　BD段：小車全速前進(jìn)。</p><p>　　DE段：首先以最快的速度減速，并同時開始計時，降至慢速度后保持基本恒速前進(jìn)，當(dāng)接近8秒時，開始加速并沖出此段區(qū)間。</p><p>　　EF段：小車全速前進(jìn)。</p><p>　　FG段：首先以最快的速度減速，并且保持最低速度前進(jìn)，當(dāng)小車中間的傳感器探測出黑線時便立即停車

35、。</p><p><b>　　系統(tǒng)方案論證與分析</b></p><p>　　根據(jù)題目中的設(shè)計要求，本系統(tǒng)主要由主控單片機(jī)模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、黑線檢測模塊、測速模塊以及液晶顯示模塊構(gòu)成。本系統(tǒng)的方框圖如圖2-1所示：</p><p>　　2.1 小車車體選擇</p><p>　　在確定了畢業(yè)設(shè)計選題以后，指

36、導(dǎo)老師就給我提供了由億學(xué)通電子推出的“DIY 競賽小車”散件車體。其具有結(jié)構(gòu)小巧、運(yùn)動靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)、控制簡單等諸多特點(diǎn)。</p><p>　　該小車車體套件具備功能如下： </p><p>　?。?）支持四個獨(dú)立電機(jī)的安裝，增大了驅(qū)動力和轉(zhuǎn)彎的靈活性 </p><p>　?。?）配置了測速碼盤（安裝在第一級輸出），提高了轉(zhuǎn)速測量精度 </p>

37、<p>　?。?）配備開關(guān)量轉(zhuǎn)速測量傳感器接口 </p><p>　?。?）配備了外部電源接口和電池盒接口，方便了小車用電選擇 </p><p>　　（5）保留了萬向輪固定孔，四輪車可以方便改裝為三輪車</p><p>　?。?）為單片機(jī)控制板預(yù)留了電源和控制端口</p><p>　?。?）保留了 DIY競賽小車的擴(kuò)展板，

38、可以直接把單片機(jī)電路、顯示電路、通訊電路、遙控電路等焊接上面，不需要再額外增加電路，方便了擴(kuò)展</p><p>　　2.2 主控單片機(jī)</p><p>　　2.2.1 采用凌陽16位單片機(jī)</p><p>　　采用凌陽公司的16位單片機(jī)，它是16位控制器，具有體積小、驅(qū)動能力強(qiáng)、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、具有語音處理、運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，但考慮到對這個方案采用的

39、微處理器并不熟悉，使用起來并不是很方便，這對于硬件電路的設(shè)計和軟件編程增加了難度。且實驗室器材室沒有此型號單片機(jī)。因此決定不再使用此方案，考慮其他方案。</p><p><b>　　2.3 電機(jī)模塊</b></p><p>　　2.3.1 采用步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)，由于其轉(zhuǎn)動的角度可以精確定位，可以

40、實現(xiàn)小車前進(jìn)距離和位置的精確定位。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。</p><p>　　雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但步進(jìn)電

41、機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高的轉(zhuǎn)速時會急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低時不適于小車等對速度有一定要求的系統(tǒng)。因此決定放棄此方案。</p><p><b>　　采用直流電機(jī)</b></p><p>　　采用直流減速電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，

42、重量輕，裝配簡單，使用方便，電機(jī)內(nèi)部裝有減速齒輪組，所以并不需要考慮調(diào)速功能，很方便的就可以實現(xiàn)通過單片機(jī)對直流減速電機(jī)前進(jìn)、后退、停止等操作。</p><p>　　綜合以上考慮，我選擇使用直流減速電機(jī)作為自動往返電動小車的驅(qū)動電機(jī)。</p><p>　　2.4 電機(jī)驅(qū)動調(diào)速模塊</p><p>　　小車運(yùn)行過程中要求電動機(jī)的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié),調(diào)速范圍根據(jù)負(fù)載

43、的要求而定。由公式[1] </p><p><b>　　[1]</b></p><p>　　n :電樞轉(zhuǎn)速, Uα :電機(jī)端電壓, Iα :電機(jī)端電流,</p><p>　　Rα :電樞電阻, Ce :常數(shù), φ :每極總磁通</p><p>　　可以看出,調(diào)速可以有三種方法:</p>

44、<p>　　（1）改變電機(jī)端電壓Uα,即改變電樞電源電壓;</p><p>　?。?）改變磁通φ,即改變激磁回路的調(diào)節(jié)電阻Rj以改變激磁電流Ij;</p><p>　　（3）在電樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻Rtj。此時的轉(zhuǎn)速公式[2]為: </p><p><b>　　[2]</b></p><p>　　在實際電路設(shè)計

45、中，改變電機(jī)的磁通φ或調(diào)節(jié)樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻Rtj并不方便、實用。因此，主要選擇通過改變電機(jī)兩端電壓的方法來實現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速控制。</p><p>　　下面是通過調(diào)節(jié)電機(jī)兩端電壓達(dá)到調(diào)速目的的三種方案：</p><p>　　方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡(luò)只能實現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴。更主要的問題在于一般電動機(jī)的電阻很小

46、，但電流很大，分壓不僅會降低效率且實現(xiàn)困難。</p><p>　　方案三：采用由達(dá)林頓管組成的H型PWM電路。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),精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下,效率非常高。H型電路保證了可以簡單的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制。電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。L298為SGS-THOMSON Microelectronics所出

47、產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動芯片(Dual Full-Bridge Driver) ，可以方便的驅(qū)動兩個直流電機(jī)，或一個兩相步進(jìn)電機(jī)。內(nèi)含二H-Bridge的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL邏輯準(zhǔn)位信號，可驅(qū)動46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V?？梢灾苯油ㄟ^電源來調(diào)節(jié)輸出電壓，可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號，而且電路簡單，使用比較方便。</p><p>　　PWM脈寬調(diào)制實

48、際上就是改變電機(jī)端電壓的平均值從而進(jìn)行調(diào)速的一種方法。這種方法便于與單片機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)接口，實現(xiàn)方便，而前兩種方法必須要配合一定的外圍模擬電路才能達(dá)到單片機(jī)控制目的，基于以上分析, 在電動機(jī)驅(qū)動模塊上擬選定采用PWM脈寬調(diào)制方法。選用L298雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動芯片。</p><p><b>　　2.5 電源管理</b></p><p>　　2.5.1 采用單電源

49、供電</p><p>　　所有器件采用12V蓄電池為直流電機(jī)供電。將12V電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其它芯片供電。這樣供電比較簡單，但是由于電動機(jī)啟動瞬間電流很大，而且PWM驅(qū)動的電動機(jī)電流波動較大，會造成電壓不穩(wěn) 、有毛刺等干擾，嚴(yán)重時可能造成單片機(jī)系統(tǒng)掉電，缺點(diǎn)十分明顯。因此我們放棄此方案。</p><p>　　2.5.2 采用雙電源供電</p><p>

50、　　采用雙電源供電方式。將電動機(jī)驅(qū)動電源與單片機(jī)以及周邊電路電源完全隔離。這樣做雖然不如單電源方便靈活，但可以將電動機(jī)驅(qū)動所造成的干擾徹底消除，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能，故采用12V蓄電池為L298N電機(jī)驅(qū)動芯片供給電源電壓。L298N接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4．5～7 V電壓。因此采用單一電源（4節(jié)AA電池）為單片機(jī)、Vss

51、端和傳感器供電。這樣供電比較簡單采用4.8V可充電動力電池組。動力電池組具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動能力及穩(wěn)定的電壓輸出性能，經(jīng)測試在用此種供電方式下，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，直流電機(jī)工作良好，且電池體積較小、可以充電、能夠重復(fù)利用等，能夠滿足系統(tǒng)的要求。</p><p>　　基于以上分析,小車系統(tǒng)選用蓄電池和AA電池的雙電源供電方式。</p><p>　　2.6.2 采用反射式紅外光電傳感器&l

52、t;/p><p>　　1. 不調(diào)制的反射式紅外發(fā)射－接收器。由于采用紅外管代替普通可見光管，可以降低環(huán)境光源干擾；但如果直接使用直流電壓對管子進(jìn)行供電，限于管子的平均功率要求，工作電流只能在10mA左右，仍然容易受到干擾。</p><p>　　2. 脈沖調(diào)制的反射式紅外發(fā)射－接收器。采用帶有交流分量的調(diào)制信號，可以減少環(huán)境光源的直流分量的干擾?？紤]到環(huán)境光干擾主要是直流分量，如果采用帶有交流分

53、量的調(diào)制信號，則可大幅度減少外界干擾。另外，紅外發(fā)射管的最大工作電流取決于平均電流，如果使用占空比小的調(diào)制信號，在平均電流不變的情況下，瞬時電流可以很大（50～100mA），這樣也大大提高了信噪比。</p><p>　　基于上述考慮，考慮到本系統(tǒng)的傳感器主要是安裝在小車的底部檢測黑線，擬采用經(jīng)脈沖調(diào)制的反射式紅外傳感器檢測路面黑線。</p><p>　　2.7 測速及里程計量模塊<

54、/p><p>　　2.7.1 采用霍爾傳感器</p><p>　　霍爾傳感器內(nèi)部由三片霍爾金屬板組成，當(dāng)磁鋼正對金屬板時，由于霍爾效應(yīng)，金屬板發(fā)生橫向?qū)?，因此可以在車輪上安裝磁鋼，而將霍爾集成片安裝在固定軸上，通過對脈沖的計數(shù)進(jìn)行車速測量。此方案的優(yōu)點(diǎn)是霍爾傳感器響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡單，但精度不夠高。</p><p>　　2.7.2 采用U型紅外光電傳感器</

55、p><p>　　采用U型紅外光電傳感器，在車輪上貼上白紙黑條，當(dāng)作光電編碼盤，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時，帶動碼盤轉(zhuǎn)動，利用紅外傳感器對不同顏色的物體反射的光線強(qiáng)度的不同，從而導(dǎo)致接收管的導(dǎo)通和截止。用中斷對接收到的信號進(jìn)行計數(shù)。</p><p>　　碼盤形狀如圖2-2所示： </p><p>　　圖2-2 測速碼盤</p><p>　　以上兩種都是比較可行

56、的轉(zhuǎn)速測量方案。尤其是霍爾元件，在工業(yè)上得到廣泛采用。但是在本題中，小車的車輪較小，方案一的磁片密集安裝十分困難，容易產(chǎn)生相互干擾。相反，方案二適用于精度較高的場合，可以車輪上加較多的黑線來滿足脈沖計數(shù)的精度要求，因此擬采用方案二。</p><p><b>　　2.8 計時模塊</b></p><p>　　對于定時器，由于我們選用的單片機(jī)內(nèi)部已經(jīng)有定時器了，使用單片

57、機(jī)內(nèi)部的定時器已經(jīng)可以實現(xiàn)系統(tǒng)的總計時和倒計時功能，而且可以簡化系統(tǒng)硬件，雖然定時時間沒有專用的計時芯片精確，但誤差也不會很大。故我們采用單片機(jī)內(nèi)部的定時器作為計時模塊。</p><p><b>　　2.9 顯示模塊</b></p><p>　　2.9.1 采用LED數(shù)碼管</p><p>　　LED顯示具有硬件電路結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、調(diào)試

58、方便、軟件實現(xiàn)相對容易等優(yōu)點(diǎn)，但占用單片機(jī)IO口太多，而且顯示的信息不多。由于我們計劃要顯示小車運(yùn)行時間、速度、路程等內(nèi)容。LED數(shù)碼管無法顯示如此豐富的內(nèi)容，因此我們放棄此方案。</p><p>　　2.9.2 采用LCD液晶顯示</p><p>　　采用LCD液晶顯示。用自帶中文字符庫的液晶顯示模塊，顯示方便美觀，而且人機(jī)交互界面也很友好。采用串口通訊的顯示方式，可以大大節(jié)省單片機(jī)的

59、IO口。LCD液晶具有功耗低、顯示內(nèi)容豐富、清晰，顯示信息量大，顯示速度較快，界面友好等而得到廣泛應(yīng)用，因此我們選擇此方案。</p><p>　　通過以上方案論述我們選擇方案二，顯示小車運(yùn)行時各個測量參數(shù)的任務(wù)。</p><p>　　第三章 智能小車系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　3.1 主控單片機(jī)功能設(shè)計</p><p>　　智能小車系統(tǒng)

60、的核心模塊即為主控單片機(jī)。選擇一片數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大、片內(nèi)資源豐富的單片機(jī)，對設(shè)計各功能的更好實現(xiàn)具有極大意義。一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如ROM﹑RAM﹑I/O口﹑定時/記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等。若不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如液晶顯示器﹑A/D﹑D/A轉(zhuǎn)換器等，且需要設(shè)計合適的接口電路。SST89E516RD是SST

61、公司8位微處理器FlashFlex51系列的成員，是采用先進(jìn)的閃存CMOS半導(dǎo)體技術(shù)設(shè)計和制造，芯片采用8051的指令集，并和標(biāo)準(zhǔn)的8051控制器管腳兼容。</p><p>　　芯片內(nèi)部帶有72Kbyte的片內(nèi)FLASH EEPROM存儲器，使用了SST公司專利的CMOS閃存技術(shù)。單片機(jī)已經(jīng)預(yù)先燒錄一段引導(dǎo)下裝（BOOT STRAP LOADER）的代碼，通過IAP 操作，實現(xiàn)開始的用戶程序代碼燒錄和以后的用戶代

62、碼升級。CHIP-ERASE 操作會擦除該引導(dǎo)下裝程序。使用在線SoftICE模式，不需要反復(fù)的將調(diào)試程序下載到單片機(jī)中，避免了單片機(jī)的老化損壞，可方便的與Keil C實現(xiàn)SoftICE在線仿真調(diào)試功能。</p><p>　　故本次畢業(yè)設(shè)計選用SST89E516RD作為智能小車主控單片機(jī)。</p><p>　　3.1.1 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　SST

63、89E516RD單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、并行I/O口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。</p><p>　　1．中斷系統(tǒng)：具有

64、5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。</p><p>　　2．定時器/計數(shù)器：片內(nèi)有2個16位的定時器/計數(shù)器， 具有四種工作方式。</p><p>　　3．串行口：1個全雙工的串行口，具有四種工作方式?？捎脕磉M(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行I/O口，甚至與多個單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。</p><p>　　4．P1口、P2口、P3口、P4口為4個并行

65、8位I/O口。</p><p>　　圖3-1為單片機(jī)的功能方框圖：</p><p>　　圖3-1 SST89E516RD功能方框圖</p><p>　　由上可見，SST89E516RD單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強(qiáng)等特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算處理方面有明顯的長處。豐富的外部中斷、I/O口資源滿足智能小車的各種控制需求。</p><p>

66、;　　3.1.2 單片機(jī)引腳鎖定</p><p>　　SST89E516RD單片機(jī)具有豐富的I/O口資源和外部中斷。小車運(yùn)行過程中需要實時進(jìn)行黑線探測和測速、里程計量，當(dāng)CPU正在處理某項事務(wù)時，如果外界或內(nèi)部發(fā)生了緊急事件，例如小車檢測到黑線或測速傳感器檢測到車輪轉(zhuǎn)動等，要求CPU暫停正在處理的工作轉(zhuǎn)而處理這個緊急事件，待處理完成后再回到被中斷的地方，繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。SST系列單片機(jī)允許有5個中斷源

67、，提供兩個中斷優(yōu)先級（能實現(xiàn)二級中斷嵌套）。</p><p>　　P3.2，P3.3作為兩個外部中斷端口，可分別用來檢測黑線和測速、里程計量。設(shè)定、為跳變觸發(fā)方式，電平發(fā)生由高到低的跳變時觸發(fā)，置IT0、IT1為1，在CPU響應(yīng)中斷后，由內(nèi)部硬件自動復(fù)位中斷標(biāo)志TF0、TF1和IE0、IE1，而自動撤出中斷請求。下面圖3-2為兩個外部中斷接收、處理并發(fā)出相應(yīng)控制指令流程框圖：</p><p&g

68、t;　　圖3-2 外部中斷控制引腳鎖定及流程框圖</p><p>　　來自P3.2引腳上的外部中斷請求（外中斷0）。</p><p>　　來自P3.3引腳上的外部中斷請求（外中斷1）。

69、

70、 </p><p>　　P2口是一個多功能的八位口，可以字節(jié)訪問也可以位訪問，其字節(jié)訪問地址為A0H，位訪問地址為A0H~A7H。由于P2口的輸出鎖存功能，在取值周期內(nèi)或外部儲存器讀/寫選通期間，輸出的高八位地址是鎖存的，故無需外加地址鎖存器。由于P2口作為輸出端口，無需外接地址鎖存器，連接電路簡單，因此，將P2口引腳作為小車行進(jìn)狀態(tài)控制端，

71、控制小車電機(jī)驅(qū)動芯片工作在不同方式下。</p><p>　　下圖3-3為控制小車運(yùn)行狀態(tài)的引腳鎖定及流程圖：</p><p>　　圖3-3 小車運(yùn)行控制引腳鎖定及流程框圖</p><p>　　IN1、IN2控制左側(cè)兩個電機(jī)正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)，IN3、IN4控制右側(cè)兩個電機(jī)正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)。EN1為左側(cè)兩電機(jī)控制使能端，EN2為右側(cè)兩電機(jī)控制使能端。下</p><

72、;p>　　表3-1為P2.0~P2.5各端口在不同電平組合狀態(tài)下小車的運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　表3-1 小車運(yùn)行狀態(tài)表</p><p>　　3.2 電機(jī)驅(qū)動控制設(shè)計</p><p>　　智能小車區(qū)別于普通的電動玩具小車的最大特點(diǎn)是：可以智能調(diào)節(jié)小車運(yùn)行狀態(tài)。如改變其運(yùn)動方向、運(yùn)動速度。在接收到外部主控單片機(jī)發(fā)出的指令后，能迅速做出“應(yīng)答”，這就需要

73、電機(jī)驅(qū)動芯片發(fā)揮作用。主控單片機(jī)發(fā)出指令給電機(jī)驅(qū)動芯片，驅(qū)動芯片接收到單片機(jī)指令后，通過輸出端口控制電機(jī)迅速作出相應(yīng)動作。</p><p>　　本設(shè)計采用PWM調(diào)速技術(shù)來實現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向、調(diào)速控制，因為設(shè)計的電動小車為四驅(qū)控制，裝配4個直流電機(jī)，采用左、右側(cè)兩組4個電機(jī)獨(dú)立控制。</p><p>　　圖3-4 L298N Multiwatt封裝外形圖</p><p>　

74、　經(jīng)過之前論證分析后，決定選用L298電機(jī)驅(qū)動芯片。 L298雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動芯片，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298如圖3-4所示，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動電路，可以方便的驅(qū)動兩個直流電機(jī)，或一個兩相步進(jìn)電機(jī)。恒壓恒流橋式2A驅(qū)動芯片L298內(nèi)含二個H-Bridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL邏輯準(zhǔn)位信號，可驅(qū)動46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V?？梢灾苯油?/p>

75、過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓，可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號，而且電路簡單，使用比較方便。</p><p>　　圖3-5 電機(jī)驅(qū)動控制流程圖</p><p>　　通過圖3-5，可清楚看出單片機(jī)→電機(jī)驅(qū)動芯片→直流電機(jī)的三級控制結(jié)構(gòu)。采用此種控制結(jié)構(gòu)，各級職責(zé)明確，結(jié)構(gòu)清晰易于實現(xiàn)。</p><p>　　3.3 PWM調(diào)速控制設(shè)計</p><p>

76、　　本設(shè)計采用的是基于PWM原理的H型驅(qū)動電路實現(xiàn)調(diào)速功能。采用H橋電路可以增加驅(qū)動能力，同時保證了完整的電流回路。具體電路如圖3-6所示：</p><p>　　圖3-6 H型驅(qū)動模塊原理圖</p><p>　　圖3-6中當(dāng)U1為高電平， U2為低電平時， Q3、Q6管導(dǎo)通，Q4、Q5管截止，電動機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)U1為低電平，U2為高電平時，Q3、Q6管截止，Q4、Q5管導(dǎo)通，電動機(jī)反轉(zhuǎn)。電機(jī)工

77、作狀態(tài)切換時線圈會產(chǎn)生反向電流，通過四個保護(hù)二極管 D1、D2、D3、D4 接入回路，防止電子開關(guān)被反向擊穿。 </p><p>　　采用 PWM 方法調(diào)整電機(jī)的速度，首先應(yīng)確定合理的脈沖頻率。脈沖寬度一定時，頻率對電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性有較大影響，脈沖頻率高,馬達(dá)運(yùn)行的連續(xù)性好，但帶負(fù)載能力差，脈沖頻率低則反之。當(dāng)脈沖頻率在 100Hz 以下時，電機(jī)轉(zhuǎn)動有明顯的跳動現(xiàn)象，小車不能連續(xù)順暢運(yùn)行。經(jīng)反復(fù)試驗，選擇脈沖頻率

78、1000Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)動較平穩(wěn)，控制效果較佳。</p><p>　　脈寬調(diào)速實質(zhì)上是調(diào)節(jié)加在電機(jī)兩端的平均功率，其表達(dá)式[1]為： </p><p>　　式中P為電機(jī)兩端的平均功率；為電機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)的功率；K 為脈寬。 當(dāng) K=1 時，相當(dāng)于加入直流電壓，這時電機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)， ；當(dāng) K=0 時，相當(dāng)于電機(jī)兩端不加電壓，電機(jī)靠慣性運(yùn)轉(zhuǎn)。 </p><p>　　當(dāng)電機(jī)穩(wěn)定開動

79、后，有(f 為摩擦力 ) </p><p>　　則 [2]</p><p>　　所以， [3]</p><p>　　由[3]式可知智能小車的速度與脈寬成正比。 </p><p&

80、gt;　　由上述分析，U1、U2這對控制電壓采用了1000Hz 的周期信號控制，通過對其占空比的調(diào)整，對車速進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時，可以通過U1、U2的切換來控制電動機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。對于L298驅(qū)動芯片，內(nèi)部已集成2個H橋，只需在使能控制端EN1、EN2加載PWM波，通過調(diào)節(jié)PWM波的占空比，即改變加載到電機(jī)兩端的電壓平均值，來實現(xiàn)調(diào)速功能。</p><p>　　當(dāng)IN1端為高電平、IN2端為低電平時，二極管D1到D4導(dǎo)

81、通，電機(jī)正轉(zhuǎn)；反之，二極管D3到D2導(dǎo)通，電機(jī)反轉(zhuǎn)。IN3、IN4端控制方法與IN1、IN2端相同，不再贅述。</p><p>　　下圖3-7為Mutiwatt15封裝形式的L298驅(qū)動芯片引腳及外形圖。</p><p>　　圖3-7 L298引腳及外形圖</p><p>　　表3-2列出了L298的各引腳功能。</p><p>　　表3-2

82、 L298引腳符號及功能表</p><p>　　下圖3-8為L298驅(qū)動小車電機(jī)的PROTEUS功能仿真圖。L298需要兩個電壓，一個為邏輯電路工作所需的5V電壓Vcc，另一個為功率電路所需的驅(qū)動電壓Vs。為保護(hù)電路，需加上八個續(xù)流二極管，二極管的選用要根據(jù)PWM的頻率和電機(jī)的電流來確定。二極管要有足夠的回復(fù)時間和足夠電流承受能力。</p><p>　　圖3-8 L298驅(qū)動電機(jī)PROTE

83、US仿真圖</p><p>　　在編寫完成Keil C調(diào)速、轉(zhuǎn)向程序，與PROTEUS軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真后，通過單片機(jī)SoftICE方式在線調(diào)試。 經(jīng)多次實際測試，采用PWM技術(shù)進(jìn)行小車調(diào)速、轉(zhuǎn)向操作具有如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p><b>　?。?）電流一定連續(xù)</b></p><p>　?。?）可使電動機(jī)在四象限中運(yùn)行</p>&

84、lt;p>　?。?）電機(jī)停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)</p><p>　?。?）低速時，每個晶體管的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證晶體管可靠導(dǎo)通</p><p>　?。?）低速平穩(wěn)性好，調(diào)速范圍較大</p><p>　　3.4 傳感器設(shè)計</p><p>　　電動小車在行進(jìn)過程中需要實時監(jiān)測小車車路轉(zhuǎn)速、里程及黑線檢測。當(dāng)小車偏離跑

85、道時啟用偱線程序，使小車做出微調(diào)，保持直線行走。每當(dāng)檢測到標(biāo)志黑線即作出相應(yīng)動作反應(yīng)，如降速、停車、倒車返回等動作。通過測速傳感器實時監(jiān)測小車運(yùn)行速度、里程，這些都離不開傳感器的設(shè)計。 </p><p>　　3.4.1 黑線檢測傳感器設(shè)計</p><p>　　根據(jù)此前方案論證，選用紅外反射式光電傳感器，它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測物體經(jīng)過時，物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)

86、射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當(dāng)被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測模式。</p><p>　　如圖3-9所示。由實驗器材室提供的黑白線檢測傳感器是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，主要用于黑白線檢測。有效探測距離達(dá) 5cm。這款黑白線傳感器受可見光干擾小，輸出信號為開關(guān)量，信號處理較簡單，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人尋跡、智能小車偱線等場合。</p&

87、gt;<p>　　圖3-9 紅外反射式光電傳感器</p><p>　　表3-3為選用的黑線傳感器電氣特性、外形尺寸說明。</p><p>　　表3-3 紅外反射式光電傳感器技術(shù)參數(shù)</p><p>　　下圖3-9為黑線傳感器的電路連接圖：</p><p>　　圖3-9 紅外反射式光電傳感器</p><p>

88、;　　紅線接電源VCC，藍(lán)線接地，黃線為信號輸出端，外接1K上拉電阻后接VCC。輸出信號與單片機(jī)外部中斷端口相連。</p><p>　　在實際測試過程中，當(dāng)黑線傳感器在白紙上探測時，萬用表測試電壓顯示為3.75V，當(dāng)檢測到黑線時，測試電壓顯示為3.73V。經(jīng)多次反復(fù)試驗發(fā)現(xiàn)，傳感器監(jiān)測黑線靈敏度還是非常高的，當(dāng)黑線出現(xiàn)時，其電平會立即發(fā)生跳變，</p><p>　　其跳變?yōu)?.02V。&l

89、t;/p><p>　　因為黑線傳感器輸出不是標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)量電平信號，不能被單片機(jī)端口采集到，所以考慮利用741放大器搭建差分放大電路。下圖3-10為用PROTEUS仿真軟件搭建的放大電路。</p><p>　　圖3-10 741差分放大電路</p><p>　　參考端電壓值為3.73V，將黑線傳感器輸出接到放大器正向端，經(jīng)差分放大200倍后，即可得到4V電壓，能夠觸發(fā)單片機(jī)

90、外部中斷。</p><p><b>　　路面標(biāo)志黑線檢測</b></p><p>　　如圖3-11所示，跑道上共有6條黑線，小車每檢測到一次黑線，黑線計數(shù)器加1，最終計夠12條黑線，黑線傳感器計數(shù)程序結(jié)束。</p><p>　　A B C D E F

91、 G</p><p><b>　　0.5m</b></p><p>　　起點(diǎn)1 2 入限速區(qū)3 出限速區(qū)4 壓線5 停車（10s）6 </p><p>　　停車12 壓線11 出限速區(qū)10 入限速區(qū)9 8 倒車返回7</p><p>　　圖

92、3-11 小車跑道黑線分布圖</p><p>　　使用單片機(jī)外部中斷端口進(jìn)行黑線檢測，端口初始化為高電平。當(dāng)黑線傳感器檢測到黑線時，端口變?yōu)榈碗娖剑_中斷0，黑線計數(shù)加1。C語言源程序如下：</p><p>　　void int0(void) interrupt 0 //int0外部中斷</p><p><b>　　{</b></

93、p><p>　　blackline++;//黑線檢測計數(shù)</p><p><b>　　}</b></p><p>　　接通小車的電源開關(guān)后，小車開始運(yùn)動。在到達(dá)限速區(qū)之前以全速行駛，當(dāng)檢測到第3條黑線的時候開始減速，同時對小車進(jìn)行測速，當(dāng)?shù)陀谧畹退俣葧r，加速一段時間，然后繼續(xù)減速前進(jìn)。如果通過限速區(qū)的時間超過8S，或者檢測到第4條黑線，則

94、開始全速行駛。當(dāng)檢測到5條黑線時又開始減速行駛，到第6條黑線時停車。10秒鐘后，同前面過程原路返回。</p><p>　　總的小車程序設(shè)計流程圖如圖3-12所示：</p><p>　　圖3-12 小車程序設(shè)計流程圖</p><p>　　當(dāng)黑線計數(shù)為12時，即小車到達(dá)終點(diǎn)線。當(dāng)小車前面的黑線傳感器檢測到要停車壓線的黑線時，延時，再檢測，如果沒檢測到黑線，則減慢速度反相

95、行駛，如此循環(huán)，直到延時后依舊可以檢測到黑線。這樣可以實現(xiàn)精確地定位。關(guān)閉單片機(jī)計數(shù)器T1，使小車停車，并停止行駛時間計時和速度、里程測量。</p><p><b>　　C語言源程序如下：</b></p><p>　　if(blackline>=1 &&blackline<=11)</p><p><b>

96、　　{</b></p><p>　　TR1=1; //啟動t1,小車行駛時間計時、測速、里程測量開始</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(blackline>=12)</p><p>　　{duty_cycle=0;</p><p>　　en1

97、=0; en2=0;</p><p>　　TR1=0; //關(guān)閉t1,小車行駛時間計時停止</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　小車偱線直行設(shè)計</b></p><p>　　本設(shè)計要求小車沿直線跑道行進(jìn)，但小車在行進(jìn)過程中可能偏離跑道，因此需設(shè)計偱線程序

98、，保證小車在偏離跑道后調(diào)整行進(jìn)方向，沿直線行走。</p><p>　　上圖3-13為小車偱線設(shè)計中傳感器安放示意圖。在小車車體下兩側(cè)分別安裝黑線檢測傳感器SensorA、SensorB。當(dāng)小車沿黑線行進(jìn)時。兩側(cè)傳感器均未檢測到黑線，都為高電平；當(dāng)小車左偏時，小車右側(cè)傳感器檢測到黑線，SensorA為高電平，SensorB為低電平，啟動右轉(zhuǎn)指令，當(dāng)檢測到兩傳感器又為高電平時，啟動直行指令；當(dāng)小車右偏時，小車左側(cè)傳感

99、器檢測到黑線，SensorA為低電平，SensorB為高電平，啟動左轉(zhuǎn)指令，當(dāng)檢測到兩傳感器又為高電平時，啟動直行指令。如下圖3-14所示。</p><p>　　圖3-14 小車偱線設(shè)計流程圖</p><p>　　3.4.2 測速、里程計量傳感器設(shè)計</p><p>　　采用U型紅外光電傳感器，在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上加裝測速碼盤，可以在安裝好小齒輪后，將測速碼盤安放在小齒輪

100、下，當(dāng)作光電編碼盤，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，帶動碼盤轉(zhuǎn)動，利用紅外傳感器對不同顏色的物體反射的光線強(qiáng)度的不同，從而導(dǎo)致接收管的導(dǎo)通和截止。用外部中斷對接收到的信號進(jìn)行計數(shù)。碼盤形狀及安裝如圖3-14所示：</p><p>　　圖3-15 小車測速碼盤安裝圖</p><p>　　U型紅外光電傳感器將傳感器相關(guān)電路做到了殼體內(nèi)部，直接開關(guān)量輸出。方便了傳感器的安放位置，也提高了使用的靈活性，下圖3-16

101、為U型紅外光電傳感器的外觀圖及產(chǎn)品尺寸圖，由其產(chǎn)品尺寸參數(shù)可知，U型紅外光電傳感器設(shè)計小巧，方便安裝在智能小車上，可以使用螺絲或膠水將傳感器固定在智能小車車體上，非常方便。</p><p><b>　　圖</b></p><p>　　3-16 U型紅外光電傳感器外觀及尺寸圖</p><p>　　下圖3-17為黑線傳感器的電路連接圖：</p

102、><p>　　圖3-17 U型紅外光電傳感器電路連接圖</p><p>　　紅線接電源VCC，黑線接地，黃線為信號輸出端，外接1K上拉電阻后接VCC作為負(fù)載。輸出信號與單片機(jī)外部中斷端口相連。</p><p>　　小車電機(jī)是經(jīng)過兩級齒輪減速的：</p><p>　?。?）齒輪③是直接安裝在電機(jī)輸出軸上的。它的齒數(shù)為8；和齒輪③連接的是齒輪②。齒輪

103、②的外齒為50，內(nèi)齒為10；這樣齒輪③和齒輪②組成的減速比就是8/50。 </p><p>　?。?）齒輪②連接的是齒輪①，齒輪①的外齒也是50。這樣齒輪②和齒輪①組成的第二級減速比就是10/50。 </p><p>　?。?）整個減速比就是：（8/50）*（10/50）=8/250。即電機(jī)轉(zhuǎn)動 250 轉(zhuǎn)，小車橡膠輪只轉(zhuǎn)過 8圈。大的減速比保證了小車的動力。 </p>&l

104、t;p>　　將測速碼盤安裝在電機(jī)輸出軸上，它的分辨率為 1/6，轉(zhuǎn)換到最終級輸出就是，電機(jī)轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)，橡膠輪只轉(zhuǎn)動了 8/(250*6)，即 2/375 圈。所以測量出來的轉(zhuǎn)速精度是非常高的。圖3-18為小車三級齒輪安裝示意圖：</p><p>　　圖3-18 智能小車三級齒輪安裝示意圖</p><p>　　使用U型紅外光電傳感器配合光電碼盤進(jìn)行檢測，將碼盤固定于小車后輪上，將U型光電

105、開關(guān)架于碼盤之上。光電碼盤測距基本原理如圖3-18所示。電機(jī)旋軸轉(zhuǎn)動，帶動測速碼盤轉(zhuǎn)動，測速碼盤上刻有許多狹縫，碼盤轉(zhuǎn)動時發(fā)射光透過狹縫被接受元件接受，光電開關(guān)就會不斷地發(fā)生導(dǎo)通和截止。這樣在光電開關(guān)的輸出端就會得到脈沖，用計數(shù)器對接受到的信號進(jìn)行計數(shù)。</p><p>　　圖3-18 U型紅外光電傳感器測速原理圖</p><p>　　用這種方案能很精確的算出小車已經(jīng)走過的距離,經(jīng)單片機(jī)內(nèi)

106、部運(yùn)算計算出小車的實時速度。U型紅外光電傳感器每檢測到1個脈沖信號，小車即轉(zhuǎn)過 2/375 圈。具體算法如下：</p><p>　　小車?yán)锍?( 脈沖個數(shù)*2/375 ) *小車車輪周長 [1]</p><p>　　小車速度=[ ( 脈沖A-脈沖B )/375 ] [2] </p><p>　

107、　式[2]中脈沖B為2秒前測得脈沖個數(shù)，脈沖A為當(dāng)前脈沖個數(shù)。經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算后得到的小車運(yùn)行速度為每2秒刷新一次。</p><p>　　3.5 液晶顯示設(shè)計</p><p>　　金鵬公司生產(chǎn)的OCMJ4X8C型128 x64液晶顯示功能豐富，內(nèi)置中文字庫， 2M位中文字型ROM (CGROM) 總共提供8192 個中文字型(16x16 點(diǎn)陣)，顯示數(shù)據(jù)RAM提供64x2個字節(jié)的空間，最多可

108、以控制4行16字（64個字）的中文字型顯示。所有的功能，包含顯示RAM，字型產(chǎn)生器，都包含在一個芯片里面，只要一個最小的微處理系統(tǒng)，就可以方便操作模塊。</p><p>　　OCMJ4X8C型128 x64液晶主要參數(shù)： </p><p>　　1、工作電壓(VDD)：4.5～5.5V </p><p>　　2、邏輯電平:2.7～5.5V </p>&l

109、t;p>　　3、LCD 驅(qū)動電壓(Vo)：0～7V </p><p>　　液晶與單片機(jī)連接通信端口如下圖3-19所示：</p><p>　　sbit cs = P1^2;</p><p>　　sbit std = P1^1;</p><p>　　sbit sclk = P1^0;</p><p>　　sbit p

110、sb = P1^3; //H=并口; L=串口;</p><p>　　sbit rst = P1^4; //Reset Signal 低電平有效</p><p>　　圖3-19 OCMJ4X8C型128 x64液晶顯示連接框圖</p><p>　　下面代碼段可實現(xiàn)128 x64液晶中文界面初始化顯示。液晶實際顯示效果圖左圖3-20所示：</p>

111、<p>　　uchar code tab1[]={</p><p>　　"☆小車☆張錚畢設(shè)"</p><p>　　"路程： cm"</p><p>　　"時間： s 條"</p><p>　　"速度： cm/s"}&

112、lt;/p><p>　　圖3-20 128 x64液晶初始化顯示圖</p><p>　　第四章 系統(tǒng)測試結(jié)果分析</p><p>　　小車各模塊設(shè)計完成后，將L298驅(qū)動芯片電路、黑線檢測傳感器、測速傳感器安裝在小車車體上，完成小車的硬件連接。如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 小車組裝完成實物圖</p><p&