尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作-畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) </p><p&g

2、t;　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　系 （部） 電氣信息工程學(xué)院 </p><p>　　指導(dǎo)教師(職稱) </p><p>　　完成時(shí)間 2015年 6 月 10日 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

3、任務(wù)書</p><p>　　題目 尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 </p><p>　　主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：</p><p><b>　　1、主要內(nèi)容</b></p><p>　　1）利用攝像頭采集道路行車線基本信息；</p><p>

4、　　2）分析車體的空間位置；</p><p>　　3）提出車速控制及優(yōu)化方案；</p><p>　　4）舵機(jī)調(diào)節(jié)控制方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　2、基本要求</b></p><p>　　設(shè)計(jì)四輪小車自動(dòng)行駛方案，優(yōu)化道路邊線自動(dòng)識(shí)別算法及基本調(diào)速方案，完成實(shí)物制作。</p><p&

5、gt;<b>　　3、參考資料</b></p><p>　　[1] 河南工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)管理規(guī)范。</p><p>　　[2] 姚佳. 智能小車的避障及路徑規(guī)劃[D].東南大學(xué)，2005.</p><p>　　[3] 毛建國(guó)，顧筠.移動(dòng)機(jī)器人避障規(guī)劃的一種實(shí)現(xiàn)方法[J].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009，(09):213-216.&l

6、t;/p><p>　　[4] 史久根，徐勝生. 基于文化粒子群算法的機(jī)器人路徑規(guī)劃算[C].2011中國(guó)儀器儀表與測(cè)控技術(shù)大會(huì)論文集，2011。</p><p>　　完 成 期 限：</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： </p><p>　　專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名： &l

7、t;/p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒 論1</b></p&

8、gt;<p>　　1.1 智能循跡小車概述1</p><p>　　1.1.1 循跡小車的發(fā)展歷程回顧1</p><p>　　1.1.2 智能循跡分類2</p><p>　　1.1.3 智能循跡小車的應(yīng)用3</p><p>　　1.2 智能循跡小車研究中的關(guān)鍵技術(shù)4</p><p><b&g

9、t;　　2總體設(shè)計(jì)方案5</b></p><p>　　2.1 整體設(shè)計(jì)方案5</p><p>　　2.1.1 無(wú)線遙控器的設(shè)計(jì)方案5</p><p>　　2.1.2 循跡小車的設(shè)計(jì)方案6</p><p>　　2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟6</p><p>　　2.3 確定整體控制系統(tǒng)方案7</p&

10、gt;<p>　　3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 單片機(jī)電路8</p><p>　　3.1.1 單片機(jī)的簡(jiǎn)介8</p><p>　　3.1.2 單片機(jī)的主要特點(diǎn)9</p><p>　　3.2 路徑檢測(cè)模塊10</p><p>　　3.2.1 TSL1401線性CCD簡(jiǎn)介10&

11、lt;/p><p>　　3.2.2 線性CCD的主要工作原理11</p><p>　　3.2.3 環(huán)境光影響問(wèn)題11</p><p>　　3.3 無(wú)線模塊12</p><p>　　3.3.1 無(wú)線NRF24L01簡(jiǎn)介12</p><p>　　3.3.2 無(wú)線NRF24L01的工作原理13</p>&

12、lt;p>　　3.4 避障模塊15</p><p>　　3.4.1 超聲波HC-SR04簡(jiǎn)介15</p><p>　　3.4.2 超聲波的主要工作原理15</p><p>　　3.5 顯示模塊17</p><p>　　3.5.1 NOKIA5110液晶顯示簡(jiǎn)介17</p><p>　　3.5.2 液晶的

13、主要工作原理18</p><p>　　3.6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路19</p><p>　　3.7 紅外測(cè)速電路22</p><p>　　4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.1 程序設(shè)計(jì)框圖24</p><p>　　4.2 AD程序25</p><p>　　4.3 nokia51

14、10程序27</p><p>　　4.4 NRF24L01無(wú)線程序30</p><p>　　4.5 TSL1401線性CCD程序31</p><p>　　4.6 超聲波HC_SR04程序32</p><p>　　4.7 電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序33</p><p>　　5 制作安裝與調(diào)試35</p>&l

15、t;p>　　5.1 小車的安裝35</p><p>　　5.2 小車的調(diào)試35</p><p>　　5.3 智能小車的功能36</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)37</b></p><p><b>　　致 謝38</b></p><p><b>

16、　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p>　　附錄一 小車循跡控制系統(tǒng)原理圖40</p><p>　　附錄二 無(wú)線遙控器原理圖41</p><p>　　附錄三 部分程序代碼42</p><p>　　尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作</p><p><b>　　摘 要</b>&

17、lt;/p><p>　　本文論述了基于單片機(jī)的智能循跡小車的控制過(guò)程。智能循跡是基于自動(dòng)引導(dǎo)機(jī)器人系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，以及選擇正確的路線。智能循跡小車是一個(gè)運(yùn)用傳感器、單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及自動(dòng)控制等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)按照預(yù)先設(shè)定的模式下，不受人為管理時(shí)能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)循跡導(dǎo)航的高新科技。該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車，無(wú)人工廠，倉(cāng)庫(kù)，服務(wù)機(jī)器人等多種領(lǐng)域。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用STC1

18、2C5A60S2單片機(jī)作為小車的控制核心；采用TSL1401線性CCD作為小車的循跡模塊來(lái)識(shí)別白色路面中央的黑色引導(dǎo)線，采集信號(hào)并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為能被單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)；采用PNMOS對(duì)管構(gòu)成H橋控制直流電機(jī)，其中軟件系統(tǒng)采用C程序，本設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，可靠性高。</p><p>　　關(guān)鍵詞 單片機(jī)/自動(dòng)循跡/驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　Design and Reality

19、of Control Scheme</p><p>　　for Smart Tracing Car</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The intelligent tracing electric trolley control process was discussed here. Automatic

20、 tracing is used to make the car indentify route automatically , and choosing the right route, based on the automatic guide robot system. Intelligent tracing electric trolley is an advanced technology to realize automati

21、c tracing navigation. It is out of human management but under the designed mode that use of the use of a transducer, single chip, motor drive and automatic control .This technology has been appl</p><p>　　Dur

22、ing the design of Intelligent tracing electric trolley, STC12C5A60S2 single clip is used as the control core; at the same time with TSL1401 linear CCD transducer switch to identify the black guide line at the central of

23、the white road, which used as the car tracing module, it can gather the signal and transfer it into digital signal that can be recognized by single chip. And the driving chip PNMOS constitute the H bridge constitute of d

24、riving chip PNMOS can control direct current motor. Among</p><p>　　KEY WORDS single chip microcomputer,automatic tracing,driving circuit</p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　

25、　進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)器人技術(shù)較以往已經(jīng)有了突飛猛進(jìn)的提高，智能循跡小車即帶有視覺(jué)和觸覺(jué)的小車就是其中的典型代表。</p><p>　　1.1 智能循跡小車概述</p><p>　　智能循跡小車又被稱為Automated Guided Vehicle，簡(jiǎn)稱AGV，是二十世紀(jì)五十年代研發(fā)出來(lái)的新型智能搬運(yùn)機(jī)器人。智能循跡小車是指裝備如電磁，光學(xué)或其他自動(dòng)導(dǎo)引

26、裝置，可以沿設(shè)定的引導(dǎo)路徑行駛，安全的運(yùn)輸車。工業(yè)應(yīng)用中采用充電蓄電池為主要的動(dòng)力來(lái)源，可通過(guò)電腦程序來(lái)控制其選擇運(yùn)動(dòng)軌跡以及其它動(dòng)作，也可把電磁軌道黏貼在地板上來(lái)確定其行進(jìn)路線，無(wú)人搬運(yùn)車通過(guò)電磁軌道所帶來(lái)的訊息進(jìn)行移動(dòng)與動(dòng)作，無(wú)需駕駛員操作，將貨物或物料自動(dòng)從起始點(diǎn)運(yùn)送到目的地。</p><p>　　AGV的另一個(gè)特點(diǎn)是高度自動(dòng)化和高智能化，可以根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)貨位要求、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活改變行駛路徑，而且改變

27、運(yùn)行路徑的費(fèi)用與傳統(tǒng)的輸送帶和傳送線相比非常低廉。AGV小車一般配有裝卸機(jī)構(gòu)，可與其它物流設(shè)備自動(dòng)接口，實(shí)現(xiàn)貨物裝卸與搬運(yùn)的全自動(dòng)化過(guò)程。此外，AGV小車依靠蓄電池提供動(dòng)力，還有清潔生產(chǎn)、運(yùn)行過(guò)程中無(wú)噪音、無(wú)污染的特點(diǎn)，可用在工作環(huán)境清潔的地方。</p><p>　　1.1.1 循跡小車的發(fā)展歷程回顧</p><p>　　隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，人們希望創(chuàng)造出一種來(lái)代替

28、人來(lái)做一些非常危險(xiǎn)，或者要求精度很高等其他事情的工具，于是就誕生了機(jī)器人這門學(xué)科。世界上誕生第一臺(tái)機(jī)器人誕生于1959年，至今已有50多年的歷史，機(jī)器人技術(shù)也取得了飛速的發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)已發(fā)展成一門包含：機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、信號(hào)處理，傳感器等多學(xué)科為一體的性尖端技術(shù)。循跡小車共歷了三代技術(shù)創(chuàng)新變革： </p><p>　　第一代循跡小車是可編程的示教再現(xiàn)型，不裝載任何傳感器，只是采用簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)控制，通過(guò)編

29、程來(lái)設(shè)置循跡小車的路徑與運(yùn)動(dòng)參數(shù)，在工作過(guò)程中，不能根據(jù)環(huán)境的變化而改變自身的運(yùn)動(dòng)軌跡。</p><p>　　支持離線編程的第二代循跡小車具有一定感知和適應(yīng)環(huán)境的能力，這類循跡小車裝有簡(jiǎn)單的傳感器，可以感覺(jué)到自身的的運(yùn)動(dòng)位置，速度等其他物理量，電路是一個(gè)閉環(huán)反饋的控制系統(tǒng)，能適應(yīng)一定的外部環(huán)境變化。</p><p>　　第三代循跡小車是智能的，目前在研究和發(fā)展階段，以多種外部傳感器構(gòu)成感官

30、系統(tǒng)，通過(guò)采集外部的環(huán)境信息，精確地描述外部環(huán)境的變化。智能循跡小車，能獨(dú)立完成任務(wù)，有其自身的知識(shí)基礎(chǔ)，多信息處理系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的工作環(huán)境中，根據(jù)環(huán)境變化作出決策，有一定的適應(yīng)能力，自我學(xué)習(xí)能力和自我組織的能力。為了讓循跡小車能獨(dú)立工作，一方面應(yīng)具有較高的智慧和更廣泛的應(yīng)用，研究各種新機(jī)傳感器，另一方面，也掌握多個(gè)多類傳感器信息融合的技術(shù)，這樣循跡小車可以更準(zhǔn)確，更全面的獲得所處環(huán)境的信息[1]。</p>&l

31、t;p>　　1.1.2 智能循跡分類</p><p>　　AGV從發(fā)明至今已經(jīng)有50多年的歷史，隨著應(yīng)用領(lǐng)域范圍的不斷擴(kuò)大，其種類和形式也變得更加多樣化。一般根據(jù)行駛的導(dǎo)航方式將智能循跡小車分為以下幾種類型：</p><p><b>　　(1)電磁感應(yīng)式</b></p><p>　　電磁感應(yīng)式引導(dǎo)一般在地面上，沿預(yù)定路徑埋電線，當(dāng)高頻電流

32、通過(guò)導(dǎo)線，電線周圍產(chǎn)生電磁場(chǎng)流動(dòng)， AGV小車上安裝兩個(gè)對(duì)稱的電磁感應(yīng)傳感器，他們收到的電磁信號(hào)差異可以反映的AGV偏離程度路徑的程度。 AGV自動(dòng)化控制系統(tǒng)，基于這種偏差值，以控制車輛的轉(zhuǎn)向，連續(xù)的動(dòng)態(tài)的閉環(huán)控制設(shè)置能夠保證AGV對(duì)設(shè)定路徑的穩(wěn)定自動(dòng)跟蹤。在目前商業(yè)用途的AGV中，特別是大型和中型小車，絕大多數(shù)都采用電磁感應(yīng)導(dǎo)航。</p><p><b>　　(2)激光式</b>

33、</p><p>　　安裝有可旋轉(zhuǎn)的激光掃描器的AGV，可安裝在墻壁或有高反射激光定位標(biāo)志的支柱上或者路徑上運(yùn)行，AGV依靠激光掃描器發(fā)射激光束，然后接收由四周定位標(biāo)志反射回的激光束，車載計(jì)算機(jī)，計(jì)算出當(dāng)前車輛的位置和運(yùn)動(dòng)方向，通過(guò)內(nèi)置的數(shù)字地圖和校準(zhǔn)位置相比，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)處理。目前，這種AGV類型的應(yīng)用比較廣泛?；谕瑯拥脑恚绻す鈷呙鑳x被紅外線發(fā)射器，或超聲波發(fā)射取代，激光制導(dǎo)的AGV小車可以轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外引導(dǎo)

34、和超聲引導(dǎo)的AGV。</p><p><b>　　(3)視覺(jué)式</b></p><p>　　視覺(jué)引導(dǎo)式AGV是的迅速發(fā)展和比較成熟的AGV，這種AGV配備CCD攝像機(jī)，傳感器和車載電腦，在車載計(jì)算機(jī)中設(shè)置有AGV欲行駛路徑周圍環(huán)境圖像數(shù)庫(kù)。在AGV的行駛過(guò)程中，相機(jī)得到的圖像與圖像數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較，以確定當(dāng)前位置和車輛周圍的圖像信息并對(duì)駕駛下一步作出決定。這種AGV小車

35、并不需要設(shè)置任何的人工物理路徑，所以在理論上具有靈活性，在計(jì)算機(jī)圖像采集，存儲(chǔ)和處理技術(shù)飛速發(fā)展的今天，這種類型的AGV實(shí)用性越來(lái)越強(qiáng)。此外，還有鐵磁陀螺慣性引導(dǎo)式AGV、光學(xué)引導(dǎo)式AGV等多種形式的AGV[2]。</p><p>　　1.1.3 智能循跡小車的應(yīng)用</p><p>　　智能循跡小車發(fā)展歷史及主要應(yīng)用場(chǎng)所如下：</p><p><b>　　

36、(1)倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)</b></p><p>　　1954年，來(lái)自美國(guó)南卡羅來(lái)納州的Mercury Motor Freight公司成為第一批把AGV小車的應(yīng)用到倉(cāng)庫(kù)的使用者，來(lái)實(shí)現(xiàn)出入庫(kù)貨物的自動(dòng)處理。至今世界上有超過(guò)2100個(gè)廠家把大約2萬(wàn)臺(tái)大型或小型的AGV小車應(yīng)用到自己的倉(cāng)庫(kù)中。中國(guó)的海爾集團(tuán)在2000年把9臺(tái)AGV小車投產(chǎn)到了自己的倉(cāng)庫(kù)區(qū)，形成一個(gè)靈活的AGV自動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)處理系統(tǒng)，輕松地完成了每天至少3

37、3500的儲(chǔ)存和裝卸貨物的任務(wù)。</p><p><b>　　(2)制造業(yè)</b></p><p>　　在制造業(yè)的的生產(chǎn)線中AGV小車大顯身手，快速，精確，靈活的完成材料的運(yùn)送任務(wù)。由多臺(tái)AGV小車組成的物流運(yùn)輸處理系統(tǒng)，較人工搬運(yùn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更靈活，運(yùn)輸路線可以根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程及時(shí)調(diào)整，使一條生產(chǎn)線，生產(chǎn)十幾個(gè)產(chǎn)品，大大提高了生產(chǎn)的靈活性，企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。在1974年瑞典的沃

38、爾沃卡爾馬的汽車組裝廠，提高了運(yùn)輸系統(tǒng)的靈活性，使用以AGV小車為載運(yùn)工具的裝配線，采用該裝配線后，減少了20%裝配時(shí)間、減少了39%組裝錯(cuò)誤，減少了57%投資資金回收時(shí)間以及減少了5%的員工費(fèi)用。目前，在世界主要的汽車生產(chǎn)廠家，如通用、豐田、克萊斯勒、大眾AGV小車已被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　(3)郵局、圖書館、港口碼頭和機(jī)場(chǎng)</p><p>　　在郵局，圖書館，碼頭和機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓

39、等人口密集的公眾場(chǎng)所，存在著大量的物品的運(yùn)送工作，充滿不定性和動(dòng)態(tài)性強(qiáng)的特點(diǎn)，搬運(yùn)過(guò)程往往也很單一。AGV有著可并行工作、自動(dòng)化、智能化和處理靈活的特點(diǎn)，可以很好的滿足這些場(chǎng)合的運(yùn)輸要求。1983年瑞典的大斯得哥爾摩郵局，1988年日本東京的多摩郵局，1990年中國(guó)上海的郵政相繼開(kāi)始使用AGV小車來(lái)完成郵品的搬運(yùn)工作。在荷蘭的鹿特丹港口，50輛被稱為“院子里的拖拉機(jī)”的AGV小車每天都在把集裝箱從船邊運(yùn)送到幾百米以外的倉(cāng)庫(kù)中。</

40、p><p>　　(4)煙草、醫(yī)藥、化工、食品</p><p>　　對(duì)于處理一些需要在清潔、安全、無(wú)排放污染等其他特殊環(huán)境要求的產(chǎn)品生產(chǎn)如煙草、制藥、食品、化工等產(chǎn)品時(shí)應(yīng)考慮AGV小車的應(yīng)用。在全國(guó)許多卷煙企業(yè)，如青島頤中集團(tuán)、玉溪紅塔集團(tuán)、紅河卷煙廠、淮陰卷煙廠，應(yīng)用激光引導(dǎo)式AGV完成托盤貨物的搬運(yùn)工作。</p><p>　　1.2 智能循跡小車研究中的關(guān)鍵技術(shù)<

41、;/p><p>　　現(xiàn)在全世界越來(lái)越多的國(guó)家都在做著研究智能化、多樣化的自動(dòng)汽車導(dǎo)航的工作。自動(dòng)汽車導(dǎo)航是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，它不僅應(yīng)具有正常的運(yùn)動(dòng)功能的成分，而且還應(yīng)具有任務(wù)分析，路徑規(guī)劃，信息感知，自主決策等類似人類的智能行為。</p><p>　　人類可以利用自己的聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)等功能獲取事物的信息，人類的大腦再根據(jù)已經(jīng)掌握的知識(shí)對(duì)這些信息進(jìn)行綜合分析，從而全面了解認(rèn)知事物。這樣

42、一個(gè)認(rèn)識(shí)事物、分析事物和處理信息的過(guò)程稱之為信息融合過(guò)程。多傳感器信息融合的基本原理就是模仿人類大腦的這個(gè)過(guò)程，得到一個(gè)對(duì)復(fù)雜對(duì)象的一致性解釋或結(jié)論。多傳感器信息融合是協(xié)調(diào)多個(gè)分布在不同地點(diǎn)，相同或不同種類的傳感器所提供的局部不完整觀測(cè)量信息加以綜合，協(xié)調(diào)使用，消除可能存在的冗余和矛盾，并加以互補(bǔ)，以減少不確定性，得到對(duì)物體或環(huán)境的一致性描述的過(guò)程[4]。</p><p>　　多傳感器信息融合具有許多性能上的優(yōu)點(diǎn)

43、：(1)增加了系統(tǒng)的生存能力；(2)減少了信息的模糊性；(3)擴(kuò)展了采集數(shù)據(jù)覆蓋范圍；(4)增加了可信度；(5)改善了探測(cè)性能；(6)提高了空間的分辨力；(7)改善了系統(tǒng)的可靠性(8)信息的低成本性[5]。</p><p>　　本文主要由五章組成，第1章為緒論，主要講述循跡小車的發(fā)展歷程及在目前所應(yīng)用領(lǐng)域中的作用。第2章為總體規(guī)劃智能循跡小車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包含主系統(tǒng)流程圖。第3章是系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，其中包含單片機(jī)電路

44、的設(shè)計(jì)、NRF24L01無(wú)線模塊、TSL1401線性CCD模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等。第4章為系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要介紹的是軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程的框圖。第5章是制作安裝與調(diào)試，最終保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。</p><p><b>　　2總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　2.1 整體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)總體框圖</p>

45、<p>　　智能循跡小車主要包括了無(wú)線遙控器、線性CCD循跡模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，小車車模等。通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)或者線性CCD檢測(cè)道路黑線處理得到數(shù)據(jù)，從而通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制電機(jī)的狀態(tài)和舵機(jī)的轉(zhuǎn)向，最終實(shí)現(xiàn)小車可以無(wú)線遙控器控制，或者自動(dòng)識(shí)別路線，完成循跡行車。</p><p>　　2.1.1 無(wú)線遙控器的設(shè)計(jì)方案</p><p>　　圖2-2 無(wú)線遙控器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖<

46、;/p><p>　　無(wú)線遙控器主要有STC12C5A60S2單片機(jī)主控電路模塊，NRF24L01無(wú)線發(fā)射模塊，手機(jī)鋰電池充、供電模塊，NOKIA5110顯示模塊，TL431基準(zhǔn)電壓模塊和搖桿模塊等。</p><p>　　主要工作原理是通過(guò)STC12C5A60S2單片機(jī)控制AD采集搖桿的X,Y軸電位值，并將電位值通過(guò)NRF24L01無(wú)線模塊發(fā)送給小車，從而控制小車轉(zhuǎn)向和加、減速等。</p&

47、gt;<p>　　2.1.2 循跡小車的設(shè)計(jì)方案</p><p>　　圖2-3 智能循跡小車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　智能循跡小車主要包括了STC12C5A60S2單片機(jī)主控電路模塊，TSL1401線性CCD循跡模塊，NRF24L01無(wú)線接收模塊，超聲波HC_SR04避障模塊，紅外ST188測(cè)速模塊，NOKIA5110顯示模塊和PNMOS對(duì)管構(gòu)成的H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

48、等。</p><p>　　主要工作原理是通過(guò)TSL1401線性CCD循跡模塊采集的黑線路經(jīng)或NRF24L01無(wú)線接收模塊接收遙控器的數(shù)據(jù)，然后由STC12C5A60S2產(chǎn)生PWM來(lái)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊改變電機(jī)的工作狀態(tài)，最后實(shí)現(xiàn)小車循跡。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定控制方案。</p><p>

49、　　利用Altium Designer設(shè)計(jì)合理的硬件原理圖。</p><p>　　畫出程序流程圖，使用C語(yǔ)言進(jìn)行編程。</p><p>　　將各元件焊接在PCB板上，并將程序燒錄到單片機(jī)內(nèi)。</p><p>　　進(jìn)行調(diào)試以實(shí)現(xiàn)控制功能。</p><p>　　2.3 確定整體控制系統(tǒng)方案</p><p>　　主控使用40

50、引腳的STC12C5A60S2單片機(jī)芯片，因?yàn)槠鋬?nèi)部集成10位ADC、2路PWM等，可以節(jié)省外圍設(shè)備。</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)由7.2V、3V、5V三種直流電供電。其中7.2V電源是由直接提供的可充電電池供電，5V、3.3V是通過(guò)7.2V電池來(lái)實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊由2片PMOS管IRF4905和2片NMOS管IRF3205組成了一個(gè)H橋，可以通過(guò)PWM來(lái)控制電機(jī)

51、的啟停和正反轉(zhuǎn)。</p><p>　　路徑識(shí)別采用TSL1401線性CCD，通過(guò)對(duì)賽道黑白的識(shí)別來(lái)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向。</p><p>　　無(wú)線模塊采用NRF24L01來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，從而可以通過(guò)遙控器控制小車。</p><p>　　避障模塊主要是通過(guò)超聲波HC_SR04測(cè)距，提前控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向，避開(kāi)障礙物。</p><p>　　速度檢測(cè)模塊由紅外對(duì)管S

52、T188檢測(cè)后輪胎轉(zhuǎn)速，然后數(shù)據(jù)處理為速度并實(shí)時(shí)顯示在現(xiàn)實(shí)。</p><p>　　顯示模塊采用NOKIA5110通過(guò)5個(gè)普通IO口與單片機(jī)通信，84x48 的點(diǎn)陣，可以顯示4 行漢字，能充分滿足需求。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)總體原理圖</p><p>&

53、lt;b>　　3.1 單片機(jī)電路</b></p><p>　　圖3-2 STC12C5A60S2單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　3.1.1 單片機(jī)的簡(jiǎn)介</p><p>　　STC12C5A60S2/AD/PWM 系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)

54、8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S，即25萬(wàn)次/秒)，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。</p><p>　　3.1.2 單片機(jī)的主要特點(diǎn)</p><p>　　增強(qiáng)型8051 CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；</p><p>　　通用I/O口（36/40/44個(gè)），

55、復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開(kāi)漏每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過(guò)120mA；</p><p>　　內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）；</p><p>　　時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為±

56、5% 到±10%以內(nèi))用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時(shí)鐘</p><p>　　常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為： 5.0V 單片機(jī)為：11MHz～17MHz</p><p>　　3.3V 單片機(jī)為：8MHz～12MHz</p><p>　　共4個(gè)16位定時(shí)器 </p><p>　　兩個(gè)與傳統(tǒng)805

57、1兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，16位定時(shí)器T0和T1，沒(méi)有定時(shí)器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器,再加上2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器；</p><p>　　3個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時(shí)鐘，可由T1的溢出P3.5/T1輸出時(shí)鐘，獨(dú)立波特率發(fā)生器可以在P1.0口輸出時(shí)鐘；</p><p>　　外部中斷I/O口7路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并

58、新增支持上升沿中斷的PCA模式，Power Down模式可由外部中斷喚醒， INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.2), CCP1/P1.4(也可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.3)；</p><p>　　PWM（2路）/ PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列,2路）--- 也可用來(lái)當(dāng)2路D/A使用--- 也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器

59、--- 也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持)；</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換, 10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S(每秒鐘25萬(wàn)次)；</p><p>　　通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時(shí)器或PCA軟件實(shí)現(xiàn)多串口；</p><p>　　STC12C5A60S2系列有

60、雙串口，后綴有S2標(biāo)志的才有雙串口， RxD2/P1.2(可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.3)。</p><p>　　3.2 路徑檢測(cè)模塊</p><p>　　圖3-3 TSL1401線性CCD循跡模塊</p><p>　　路徑檢測(cè)模塊是智能車系統(tǒng)信號(hào)的輸入模塊主要檢測(cè)的賽道對(duì)道路偏離量，這些信息是小車沿賽道運(yùn)行的信息基礎(chǔ)獲

61、得更多、更遠(yuǎn)、更精確的塞到信息是提高車模運(yùn)行速度的關(guān)鍵。所以，路徑檢測(cè)的好壞直接關(guān)系到最終性能的優(yōu)劣。對(duì)于小車路徑信息的采集的方式如下所示：</p><p>　　方案一：紅外傳感器的檢測(cè)方式，優(yōu)點(diǎn)：電路設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度信息快、調(diào)試簡(jiǎn)單、成本低。缺點(diǎn)：道路參數(shù)檢測(cè)精度低、道路參數(shù)檢測(cè)種類少、傳感器的個(gè)數(shù)較多、檢測(cè)距離前瞻較短、耗電量較大。</p><p>　　方案二：線陣CCD檢測(cè)方法

62、，優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)前瞻距離大、檢測(cè)范圍寬、檢測(cè)道路參數(shù)較多。缺點(diǎn)：電路設(shè)計(jì)復(fù)雜、軟件計(jì)算量大、監(jiān)測(cè)信息更新速度快。</p><p>　　綜上所述每個(gè)方案都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考慮線陣CCD檢測(cè)方法比較好，它能夠使檢測(cè)到的道路信息更加的精確，有利于小車的速度提高。</p><p>　　3.2.1 TSL1401線性CCD簡(jiǎn)介</p><p>　　TSL1401線性CCD傳感

63、器陣列由一個(gè)128×1的光電二極管陣列，相關(guān)的電荷放大器電路，和一個(gè)內(nèi)部的像素?cái)?shù)據(jù)保持功能，它提供同時(shí)集成起始和停止時(shí)間所有像素。 該陣列是由128個(gè)像素，其中每一個(gè)具有光敏面積3,524.3平方微米。 像素之間的間隔是8微米。 操作簡(jiǎn)化內(nèi)部控制邏輯，需要只有一個(gè)串行輸入端(SI)的信號(hào)和時(shí)鐘。</p><p><b>　　主要特點(diǎn)：</b></

64、p><p>　　128×1個(gè)傳感器單元組織；</p><p>　　每英寸400點(diǎn)（DPI）傳感器間距；</p><p><b>　　高線性度和均勻度；</b></p><p>　　寬動(dòng)態(tài)范圍：4000：1（72分貝）；</p><p><b>　　輸出參考地；</b>&

65、lt;/p><p>　　低圖像延遲：0.5％典型值；</p><p><b>　　操作為8MHz；</b></p><p><b>　　單3V到5V供應(yīng)；</b></p><p>　　軌到軌輸出擺幅（AO）；</p><p><b>　　沒(méi)有外部負(fù)載電阻。</b&

66、gt;</p><p>　　3.2.2 線性CCD的主要工作原理</p><p>　　TSL1401CL的核心是128個(gè)光電二極管組成的感光陣列，陣列后面有一排積分電容，光電二極管在光能量沖擊下產(chǎn)生光電流，構(gòu)成有源積分電路，那么積分電容就是用來(lái)存儲(chǔ)光能轉(zhuǎn)化后的電荷。積分電容存儲(chǔ)的電荷越多，說(shuō)明前方對(duì)應(yīng)的那個(gè)感光二極管采集的光強(qiáng)越大。反映在像素點(diǎn)上就是，像素灰度低。光強(qiáng)接近飽和，像素點(diǎn)灰度趨

67、近于全白，則呈白電平。</p><p>　　模擬輸出(A0)的電壓由公式(3-1)給出：</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　Vout是為白色狀態(tài)下的模擬輸出電壓；</p><p>　　Vdrk是黑暗條件下的模擬輸出電壓；</p><p>　　Re是器件的響應(yīng)性，對(duì)

68、于給定的光的的波長(zhǎng)在 ；</p><p>　　Ee是在 的時(shí)間輻照；</p><p>　　Tint為積分時(shí)間，以秒為單位。</p><p>　　3.2.3 環(huán)境光影響問(wèn)題</p><p>　　試驗(yàn)表明TSL1401線性CCD的輸出信號(hào)和環(huán)境光線密切相關(guān)，在自然光條件比晚上燈光下AO引腳輸出電壓值高出很多，正對(duì)著光線比背著光線輸出電壓高，白熾燈

69、光下比日光燈下輸出電壓高。因此，同一參數(shù)（曝光時(shí)間、鏡頭光圈）難以適應(yīng)各種環(huán)境，在光線較弱環(huán)境下的參數(shù)在強(qiáng)光下會(huì)出現(xiàn)輸出飽和，在較強(qiáng)光線下調(diào)節(jié)好的參數(shù)在弱光下輸出電壓過(guò)低，甚至處于截止?fàn)顟B(tài)。在智能車應(yīng)用中，白天自然光環(huán)境和晚上燈光環(huán)境、正對(duì)光和背光、不同的比賽場(chǎng)地之間都不能采用相同的曝光參數(shù)。與輸出電壓密切相關(guān)的參數(shù)是曝光量，曝光量取決于CCD模塊所采用的鏡頭光圈大小和程序所控制的曝光時(shí)間。智能車為適應(yīng)各種運(yùn)行環(huán)境，必須實(shí)時(shí)感知環(huán)境，并

70、根據(jù)環(huán)境閉環(huán)調(diào)節(jié)曝光量，使得在不同環(huán)境中曝光量都處于一個(gè)合理的范圍，這樣才能保證在不同環(huán)境中CCD 輸出電壓在合理范圍，以利于算法提取黑線信息。鏡頭相關(guān)參數(shù)一旦選定在智能車運(yùn)行難以改變，曝光時(shí)間比較容易通過(guò)程序控制，因此比較容易實(shí)現(xiàn)的調(diào)整曝光量方法是通過(guò)軟件調(diào)整曝光時(shí)間。</p><p><b>　　3.3 無(wú)線模塊</b></p><p>　　圖3-4 NRF24L

71、01無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊</p><p>　　3.3.1 無(wú)線NRF24L01簡(jiǎn)介</p><p>　　NRF24L01是NORDIC公司最近生產(chǎn)的一款無(wú)線通信通信芯片，采用 FSK調(diào)制，內(nèi)部集成NORDIC自己的Enhanced Short Burst協(xié)議。可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或是1對(duì)6的無(wú)線通信。無(wú)線通信速度可以達(dá)到2M(bps)。NORDIC公司提供通信模塊的GERBER文件，可以直接加工生產(chǎn)

72、。嵌入式工程師或是單片機(jī)愛(ài)好者只需要為單片機(jī)系統(tǒng)預(yù)留5個(gè)GPIO，1個(gè)中斷輸入引腳，就可以很容易實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的功能，非常適合用來(lái)為MCU系統(tǒng)構(gòu)建無(wú)線通信功能。</p><p><b>　　主要特點(diǎn)：</b></p><p>　　2.4GHz 全球開(kāi)放ISM 頻段，最大0dBm 發(fā)射功率，免許可證使用； 低工作電壓：正常工作電壓1

73、.9～3.6V ； </p><p>　　高速率：最高2Mbps，這樣使得信號(hào)空中停留時(shí)間極短，減小了無(wú)線碰撞的可能(軟件設(shè)置1Mbps或者2Mbps的空中傳輸速率)； </p><p>　　多頻點(diǎn)：125頻點(diǎn)，可以應(yīng)用于多點(diǎn)通信以及跳頻的實(shí)現(xiàn)； </p><p>　　超小型：2.4GHz天線內(nèi)置，體積小巧，規(guī)格：15x29m

74、m（包括天線）；低功耗：快速的傳輸速率也降低了收發(fā)功耗；</p><p>　　很低的應(yīng)用成本：NRF24L01集成了RF。NRF24L01應(yīng)用的是SPI接口，可以與單片機(jī)的SPI接口直接相連。沒(méi)有SPI接口的單片機(jī)可以利用單片機(jī)的I/O口進(jìn)行模擬，內(nèi)部有FIFO，用于數(shù)據(jù)緩存，因此NRF24L01可以與各種高低速微處理器接口，便于使用低成本單片機(jī)。</p><p>　　3.3.2 無(wú)線NR

75、F24L01的工作原理</p><p>　　NRF24L01模塊的原理圖如圖3-5所示：</p><p>　　圖3-5 NRF24L01模塊的原理圖</p><p>　　從單片機(jī)控制的角度來(lái)看，我們只需要它的的六個(gè)控制和數(shù)據(jù)信號(hào)，分別為 CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ、CE。 CSN；芯片的片選線，CSN為低電平芯片工作; SCK；芯片控

76、制的時(shí)鐘線（SPI時(shí)鐘）; MISO：芯片控制數(shù)據(jù)線（Master input slave output）; MOSI：芯片控制數(shù)據(jù)線（Master output slave input）; IRQ：中斷信號(hào)。無(wú)線通信過(guò)程中MCU主要是通過(guò)IRQ與NRF24L01進(jìn)行通信; CE：芯片的模式控制線。在CSN為低的情況下，CE協(xié)同NRF24L01的CONFIG</p><p>　　寄

77、存器共同決定NRF24L01的狀態(tài)（掉電、發(fā)射、接收、待機(jī)Ⅰ、待機(jī)Ⅱ）。</p><p>　　發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時(shí)序由SPI口寫入nRF24L01緩存區(qū)，TX_PLD必須在CSN為低時(shí)連續(xù)寫入，而TX_ADDR在發(fā)射時(shí)寫入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10μs，延遲130μs后發(fā)射數(shù)據(jù);若自動(dòng)應(yīng)答開(kāi)啟，那么nRF24

78、L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號(hào)（自動(dòng)應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR一致）。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS置高，同時(shí)TX_PLD從TX FIFO中清除;若未收到應(yīng)答，則自動(dòng)重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動(dòng)重發(fā)已開(kāi)啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC)達(dá)到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā);MAX_RT或TX_DS置高時(shí)，使IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU。最后發(fā)射成功時(shí),

79、若CE為低則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1;若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射;若發(fā)送堆棧中無(wú)數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入空閑模式2。</p><p>　　接收數(shù)據(jù)時(shí),首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130μs進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來(lái)。當(dāng)接收方檢測(cè)到有效的地址和CRC時(shí)，就將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在RX FIFO中，同時(shí)中斷標(biāo)志位RX_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU去取數(shù)據(jù)。若此時(shí)

80、自動(dòng)應(yīng)答開(kāi)啟，接收方則同時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號(hào)。最后接收成功時(shí)，若CE變低，則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1。</p><p><b>　　3.4 避障模塊</b></p><p>　　圖3-6 超聲波HC-SR04避障模塊原理圖</p><p>　　3.4.1 超聲波HC-SR04簡(jiǎn)介</p><p>　　模塊性能

81、穩(wěn)定，測(cè)度距離精確，模塊高精度，盲區(qū)小。 產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域：機(jī)器人避障、物體測(cè)距、液位檢測(cè)、公共安防、停車場(chǎng)檢測(cè) 。</p><p><b>　　主要技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　使用電壓：DC---5V；</p><p>　　靜態(tài)電流：小于2Ma；</p><p><b>　　電平輸

82、出：高5V；</b></p><p><b>　　電平輸出：低0V；</b></p><p>　　感應(yīng)角度：不大于15度；</p><p>　　探測(cè)距離：2cm-450cm；</p><p>　　高精度：可達(dá)0.2cm。</p><p>　　3.4.2 超聲波的主要工作原理</p

83、><p>　　超聲波傳感器的工作原理是陶瓷的壓電效應(yīng)。超聲波傳感器在測(cè)量過(guò)程中，聲波信號(hào)由傳感器發(fā)出，經(jīng)液體或固體物體表面反射后折回由同一傳感器接收，可以測(cè)量聲波的整個(gè)運(yùn)行時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)物位的測(cè)量。</p><p>　　超聲測(cè)距大致有以下方法：一種是取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓(其幅值基本固定)與距離成正比，測(cè)量電壓即可測(cè)得距離；另一種是測(cè)量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時(shí)間間隔

84、t，如圖3-5所示，故被測(cè)距離為 。本系統(tǒng)測(cè)量采用第二種方案。由于超聲波的聲速與溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速基本不變。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。超聲波測(cè)距適用于高精度的中長(zhǎng)距離測(cè)量。因?yàn)槌暡ㄔ跇?biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為331.45米/秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，單片機(jī)使用12.0MHz晶振，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。</p><p>　　圖3-7 超聲波測(cè)距原理&l

85、t;/p><p>　　假定S為被測(cè)物體到測(cè)距儀之間的距離，測(cè)得的時(shí)間為 ，超聲波傳播速度為 表示，則有關(guān)系式(3-2):</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　在精度要求較高的情況下，需要考慮溫度對(duì)超聲波傳播速度的影響，按公式(3-3)對(duì)超聲波傳播速度加以修正，以減小誤差。溫度與聲速的關(guān)系參照表3-1。</p&g

86、t;<p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　式中：T為實(shí)際溫度單位為℃；</p><p>　　V為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度單位為 。</p><p>　　表3-1 溫度與聲速參照表</p><p><b>　　3.5 顯示模塊</b></p><

87、p>　　圖3-8 NOKIA5110顯示模塊原理圖</p><p>　　方案一：采用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有接線簡(jiǎn)單、成本低廉、配置簡(jiǎn)單靈活、編程容易、對(duì)外界環(huán)境要求較低、易于維護(hù)等特點(diǎn)。電壓和電流的顯示可以用數(shù)碼管，但數(shù)碼管顯示的信息量有限，只能顯示簡(jiǎn)單的數(shù)字，其電路復(fù)雜，占用的系統(tǒng)I/O資源較多，顯示信息少，不宜顯示大量信息。 </p><p>　　方案二：考慮到本系統(tǒng)中顯示的內(nèi)容

88、以及系統(tǒng)的實(shí)用性，采用液晶顯示(LCD)。液晶顯示具有功耗低、體積小、質(zhì)量輕、無(wú)輻射危害、平面直角顯示以及影響穩(wěn)定不閃爍、畫面效果好、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。點(diǎn)陣式LCD不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng)、動(dòng)畫、閃爍、文本特征顯示等功能。</p><p>　　因?yàn)镹OKIA5110液晶顯示模塊可以顯示出數(shù)字、字母、漢字等，一面了然、外觀比較好看。而且液晶顯示

89、功耗低、體積小、質(zhì)量輕、無(wú)輻射危害，與單片機(jī)連接較簡(jiǎn)單。故經(jīng)過(guò)比較選擇方案二 </p><p>　　3.5.1 NOKIA5110液晶顯示簡(jiǎn)介</p><p>　　圖3-9 NOKIA5110液晶顯示器原理圖</p><p>　　液晶顯示模塊引腳說(shuō)明如表3-2所示：</p><p>　　表3-2 NOKIA5110液晶顯示模塊的管腳</

90、p><p>　　NOKIA5110液晶顯示特點(diǎn)：</p><p>　　性價(jià)比高，可以顯示15個(gè)漢字、30個(gè)字符，價(jià)格相對(duì)便宜；</p><p>　　接口簡(jiǎn)單，僅四根I/O線即可驅(qū)動(dòng)；</p><p>　　速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍；</p><p>　　NOKIA5110工作電壓2.3V，

91、正常顯示時(shí)工作電流200uA以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動(dòng)設(shè)備。</p><p>　　3.5.2 液晶的主要工作原理</p><p>　　(1)SPI接口時(shí)序?qū)憯?shù)據(jù)/命令</p><p>　　NOKIA5110的通信協(xié)議是一個(gè)沒(méi)有MISO只有MOSI的SPI協(xié)議：</p><p>　　圖3-10 串行總線協(xié)議-傳送1個(gè)字節(jié)<

92、;/p><p>　　(2)NOKIA5110的初始化</p><p>　　接通電源后，內(nèi)部寄存器和RAM的內(nèi)容是不確定的，這需要一個(gè)RES低電平脈沖復(fù)位一下。</p><p>　　圖3-11 NOKIA5110復(fù)位時(shí)序</p><p><b>　　(3)顯示英文字符</b></p><p>　　英文字

93、符占用 個(gè)點(diǎn)陣，通過(guò)建立一個(gè)ASCII的數(shù)組font6x8[][6]來(lái)尋址。</p><p><b>　　(4)顯示漢字</b></p><p>　　顯示漢字可以采用兩種點(diǎn)陣方式，一種是12*12點(diǎn)陣，一種是16*16點(diǎn)陣。</p><p>　　3.6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　圖3-12 PNMOS管H橋電機(jī)驅(qū)

94、動(dòng)原理圖</p><p>　　方案一：采用直流電機(jī)，配合LM293驅(qū)動(dòng)芯片組合。優(yōu)點(diǎn)在于硬件電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。當(dāng)外加額定直流電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速幾乎相等。這類電機(jī)用于錄音機(jī)、錄相機(jī)、唱機(jī)或激光唱機(jī)等固定轉(zhuǎn)速的機(jī)器或設(shè)備中。也用于變速范圍很寬的驅(qū)動(dòng)裝置。容易受到外部因素干擾，影響穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸出。電路如圖3-13：</p><p>　　圖3-13 直流電機(jī)+LM293組合電路原理</p>

95、;<p>　　方案二：采用步進(jìn)電機(jī)，配合LM298驅(qū)動(dòng)芯片組合。步進(jìn)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)腳輸出，只要施加合適的脈沖序列，電機(jī)可以按照人們的預(yù)定的速度或方向進(jìn)行連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)，便于控速，但是軟件程序的編寫較直流電機(jī)稍顯復(fù)雜。但是LM298芯片的硬件電路比較復(fù)雜。如圖3-14：</p><p>　　圖3-14 步進(jìn)電機(jī)+LM298組合電路原理圖</p><p>　　方案三：采用直流電

96、機(jī)配合由雙極性管組成的H橋電路。用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電機(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橋電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開(kāi)關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很高，是一種廣泛采用的調(diào)速技術(shù)，其電路原理簡(jiǎn)圖如圖3-15所示。</p><p>　　圖3-15 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理簡(jiǎn)圖</p><p>　　綜合3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，鑒于本系

97、統(tǒng)設(shè)計(jì)體積較小，自身重量較輕，對(duì)電機(jī)功率輸出要求不高，決定選擇方案3。</p><p>　　所謂的H橋電路就是控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的。如圖3-9就是一種簡(jiǎn)單的H橋電路，它由2個(gè)IRF4905 P型場(chǎng)效應(yīng)管Q1、Q2與2個(gè)IRF3205 N型場(chǎng)效應(yīng)管Q3、Q3組成，所以它叫P-NMOS管H橋。</p><p>　　橋臂上的4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管相當(dāng)于四個(gè)開(kāi)關(guān)，P型管在柵極為低電平時(shí)導(dǎo)通，高電平時(shí)關(guān)閉；N型管

98、在柵極為高電平時(shí)導(dǎo)通，低電平時(shí)關(guān)閉。場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制型元件，柵極通過(guò)的電流幾乎為“零”。 </p><p>　　正因?yàn)檫@個(gè)特點(diǎn)，在連接好圖3-12電路后，PWM1置高電平（U=VCC）、PWM2置低電平（U=0）時(shí)，Q1、Q4關(guān)閉，Q2、Q3導(dǎo)通，電機(jī)左端低電平，右端高電平，所以電流正向流動(dòng)。設(shè)為電機(jī)正轉(zhuǎn)。PWM1置低電平、PWM2置高電平時(shí)，Q2、Q3關(guān)閉，Q1、Q4導(dǎo)通，電機(jī)左端高電平，右端低電平

99、，所以電流反向流動(dòng)。設(shè)為電機(jī)反轉(zhuǎn)。同時(shí)如果改變PWM1、PWM2的占空比，就可以改變電機(jī)兩段的電壓，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　3.7 紅外測(cè)速電路</p><p>　　圖3-16 紅外ST188測(cè)速原理圖</p><p>　　反射式光電傳感器的光源有多種，常用的有紅外發(fā)光二極管，普通發(fā)光二極管，以及激光二極管，前兩種光源容易受到外界光源的干擾，而激光

100、二極管發(fā)出的光的頻率較集中，不容易被干擾，但傳感器只能接收很窄的頻率范圍的光，且價(jià)格較貴。理論上光電傳感器只要位于被測(cè)區(qū)域反射表面可受到光源照射又能被接收管接收到的測(cè)量范圍就能進(jìn)行光電檢測(cè)，然而這是一種理想的結(jié)果。因?yàn)楣獾姆瓷涫艿蕉喾N因素的影響，如反射表面的形狀、顏色、光潔度，日光、日光燈照射等不確定因素。如果直接用發(fā)射和接收管進(jìn)行測(cè)量將因?yàn)楦蓴_產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)，采用對(duì)反射光強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。紅外反射光強(qiáng)法的測(cè)量

101、原理是將發(fā)射信號(hào)經(jīng)調(diào)制后送紅外管發(fā)射，光敏管接收調(diào)制的紅外信號(hào)，原理如圖3-17所示。</p><p>　　圖3-17 紅外發(fā)射接收原理</p><p>　　圖3-18 光強(qiáng)度相應(yīng)曲線</p><p>　　反射光強(qiáng)度的輸出信號(hào)電壓 Vout 是反射面與傳感器之間距離 x 的函數(shù)，設(shè)反射面物質(zhì)為同種物質(zhì)時(shí)，x與Vout 的響應(yīng)曲線是非線性的，如圖3-18所示。設(shè)定輸出

102、電壓達(dá)到某一閾值時(shí)作為目標(biāo)，不同的目標(biāo)距離閾值電壓是不同的。</p><p>　　同時(shí)，我們利用它對(duì)顏色敏感的特點(diǎn)，當(dāng)檢測(cè)物表面為黑色時(shí)，反射光很弱，接收端檢測(cè)到的光線可以忽略，使接收端呈現(xiàn)一種狀態(tài)，例如開(kāi)關(guān)管截止；當(dāng)被檢測(cè)物表面為白色時(shí)，反射光強(qiáng)烈，發(fā)射端發(fā)射的紅外線被接收端全部接收，使接收端呈現(xiàn)另一種相反的狀態(tài)，例如開(kāi)關(guān)管開(kāi)通。這兩種相反的狀態(tài)表現(xiàn)在電路中，就是高低電平組成的脈沖信號(hào)。</p>

103、<p><b>　　4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 程序設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　圖4-1 循跡控制系統(tǒng)程序流程圖</p><p>　　圖4-2 無(wú)線遙控器程序設(shè)計(jì)流程圖 </p><p><b>　　4.2 AD程序</b></p><p

104、>　　STC12C5A60AD/S2系列帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換口在P1口(P1.7-P1.0)，有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器,速度可達(dá)到250KHz(25萬(wàn)次/秒)。8路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測(cè)、電池、電壓檢測(cè)、按鍵掃描、頻譜檢測(cè)等。上電復(fù)位后P1口為弱上拉型I/O口，用戶可以通過(guò)軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D使用的口可繼續(xù)作為I/O口使用。</p><p>　　

105、在無(wú)線遙控器程序中設(shè)置P1^0~P1^2為AD轉(zhuǎn)換接口，其中P1^0檢測(cè)搖桿X軸AD值，P1^1檢測(cè)搖桿Y軸AD值，P1^2檢測(cè)基準(zhǔn)電壓TL431的AD值，從而測(cè)出電源電壓。模數(shù)轉(zhuǎn)換速度設(shè)置為90個(gè)時(shí)鐘轉(zhuǎn)換一次即A/D轉(zhuǎn)換速度大約140KHz。AD轉(zhuǎn)換結(jié)果取前8位值。</p><p><b>　　具體程序配置如下：</b></p><p>　　P1ASF=0X0f;&

106、lt;/p><p><b>　　AUXR1=0;</b></p><p>　　ADC_RES=0;</p><p>　　ADC_CONTR=0x80;</p><p>　　delayms(1);</p><p>　　ADC_CONTR=0x88|ch;</p><p><

107、b>　　采集程序如下：</b></p><p>　　void adstart()</p><p>　　{while(ADC_CONTR&0X10);</p><p>　　{ ADC_CONTR&=!0X80;</p><p>　　ADC_CONTR&=0XE7;</p><p&g

108、t;<b>　　if(ch==0)</b></p><p>　　{tx_buf[0]=ADC_RES;}</p><p>　　else if(ch==1)</p><p>　　{tx_buf[1]=ADC_RES;}</p><p>　　else if(ch==2)</p><p>　　{tx_b

109、uf[3]=ADC_RES;}</p><p>　　if(++ch>2)ch=0;</p><p>　　ADC_CONTR=0x88|ch;}}</p><p>　　在循跡控制系統(tǒng)程序中設(shè)置P1^0為AD轉(zhuǎn)換接口用于檢測(cè)總電源分壓電路AD值，從而算出實(shí)際總電源電壓。模數(shù)轉(zhuǎn)換速度設(shè)置為540個(gè)時(shí)鐘轉(zhuǎn)換一次即A/D轉(zhuǎn)換速度大約25KHz。AD轉(zhuǎn)換結(jié)果取前8位值。&

110、lt;/p><p><b>　　具體程序配置如下：</b></p><p>　　P1ASF=0X81;</p><p>　　ADC_RES=0;</p><p>　　ADC_CONTR=0x80;</p><p>　　SCON = 0x90;//187500</p><p>　

111、　delayms(1);</p><p><b>　　采集程序如下：</b></p><p>　　uchar getadcval(uchar ch)</p><p>　　{ ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDHH|ch|ADC_START;</p><p>　　_nop_();_nop_();_

112、nop_();_nop_();</p><p>　　while(!(ADC_CONTR&ADC_FLAG));</p><p>　　ADC_CONTR&=~ADC_FLAG;</p><p>　　return ADC_RES;}</p><p>　　4.3 nokia5110程序</p><p>　　n

113、okia5110使用SPI協(xié)議，顯示48*84點(diǎn)陣可以顯示6*16個(gè)字母，或者3*5個(gè)12*12的漢字。在無(wú)線遙控程序中，第一屏在第二行，第四行分別顯示“歡迎使用”，“無(wú)線遙控器”。然后在第二屏第一行顯示“無(wú)線發(fā)射”，第四行實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)的電池電壓，第六行顯示兩個(gè)AD采集的搖桿X、Y軸的AD值。</p><p><b>　　具體程序如下：</b></p><p>　　初

114、始化程序，第一屏顯示：</p><p>　　lcd_rst=0;</p><p>　　delay1us();</p><p>　　lcd_rst=1;</p><p><b>　　lcd_ce=0;</b></p><p>　　delay1us();</p><p><

115、;b>　　lcd_ce=1;</b></p><p>　　delay1us();</p><p>　　lcd_write_byte(0x21,0);</p><p>　　lcd_write_byte(0xc8,0);</p><p>　　lcd_write_byte(0x06,0);</p><p>