基于STC12C5A08S2單片機(jī)履帶小車(chē)的功率控制畢業(yè)論文

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1、 摘摘要要本文設(shè)計(jì)是基于 STC12C5A08S2 單片機(jī)履帶小車(chē)的功率控制。利用紅外傳感器控制履帶車(chē)自動(dòng)避開(kāi)前方障礙和自動(dòng)尋跡動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)小車(chē)的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎功能。本設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)小車(chē)的自主控制直流電機(jī)運(yùn)行達(dá)到智能的目的，綜合多個(gè)科目知識(shí)，從電系統(tǒng)路到軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)完善，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，硬件制作簡(jiǎn)易，具有較高的可行性和可靠性，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)足要求。同時(shí)該履帶小車(chē)可以作為玩具的發(fā)展方向，為中國(guó)的高端玩具的技術(shù)缺乏進(jìn)行彌補(bǔ)。采用的主要技術(shù)有：（1）傳感器的有效使用，（2）單片機(jī)的應(yīng)用， （3）對(duì)電機(jī)的控制。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：履帶小車(chē)；單片機(jī)；STC12CA60S2；尋跡；避障 AbstractThi

2、s design is based on SCM STC12C5A08S2crawler for power control. Use infrared sensors to control of tracked vehicle can automatically avoid obstacles ahead and automatic tracing action, realize the car forward, backward, turning function. This design mainly car of the autonomic control of DC motor op

3、eration to achieve intelligent, integrated many subjects knowledge, from the electrical system to improve the way software system design, the system has the advantages of compact structure, simple hardware manufacture, with high feasibility and reliability, experimental test results meet the require

4、ments. At the same time the track car can be used as a toy development direction for Chinas high-end toys, the lack of technology to make amends. The main techniques are: (1) sensor is effective use, (2) the application of SCM, (3) for motor control.Key words: crawler; MCU; STC12CA60S2; tracing; obs

5、tacle avoidance 目錄目錄第一章第一章 前言前言.1第二章第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì).22.1 履帶車(chē)控制設(shè)計(jì).22.2 控制核心方案設(shè)計(jì).22.3 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) .3第三章第三章 履帶車(chē)電路設(shè)計(jì)履帶車(chē)電路設(shè)計(jì).43.1 主控電路設(shè)計(jì) .43.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng).43.1.2 復(fù)位電路.43.2 穩(wěn)壓電源模塊 .53.3 LED 顯示模塊設(shè)計(jì) .63.4 驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) .73.4.1 驅(qū)動(dòng)芯片選型.83.4.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì).93.5 循跡電路設(shè)計(jì) .103.5.1 循跡傳感器.103.5.2 避障傳感器設(shè)計(jì).113.6 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) .123.7 履帶車(chē)車(chē)體

6、 .13第四章第四章 行駛方案設(shè)計(jì)行駛方案設(shè)計(jì).144.1 循跡方案設(shè)計(jì).154.1.1 循跡流程圖.164.1.2 循跡程序設(shè)計(jì).174.2 避障方案.184.2.1 避障流程圖.19 4.2.2 避障程序設(shè)計(jì).204.3 總體方案 .22第五章第五章 制作與調(diào)試制作與調(diào)試.245.1 PCB 設(shè)計(jì)與制作.245.2 履帶車(chē)的安裝調(diào)試 .245.3 履帶車(chē)總體調(diào)試運(yùn)行 .25第六章第六章 結(jié)論結(jié)論.26結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ).27致謝致謝.28參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).29附錄附錄.30 1 第一章第一章 前言前言目前我們能見(jiàn)到各式各樣的履帶車(chē)，其中最為大家熟悉的是坦克。坦克是最早應(yīng)用履帶的成熟車(chē)輛，發(fā)展到現(xiàn)

7、在已經(jīng)有很多功用的車(chē)輛使用履帶，如：收割機(jī)，挖掘機(jī)，玩具車(chē)等。履帶在特定的路面上有著非常好的機(jī)動(dòng)性、附著性。隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車(chē)的研究也就越來(lái)越受人關(guān)注。全國(guó)電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車(chē)這方面的題目，我校也有飛思卡爾智能車(chē)的項(xiàng)目，并屢次在全國(guó)智能車(chē)大賽上獲獎(jiǎng)。可見(jiàn)其研究意義很大。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，指導(dǎo)教師已經(jīng)有充分的準(zhǔn)備。本題目是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類(lèi)課題。履帶智能車(chē)與平常四輪車(chē)有著很大的區(qū)別，履帶車(chē)有靈活的轉(zhuǎn)向和強(qiáng)大的通過(guò)性，能適應(yīng)各種復(fù)雜場(chǎng)景，現(xiàn)今很多機(jī)器人行動(dòng)部分也是采用履帶的形式，實(shí)現(xiàn)行動(dòng)自如。本設(shè)計(jì)是履帶車(chē)的行動(dòng)控制研究，是智能車(chē)研究領(lǐng)域的

8、重要組成部分，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科綜合研究。根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車(chē)的基礎(chǔ)上，加裝光電、紅外線(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)履帶車(chē)位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)履帶車(chē)的智能控制。這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)履帶車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿(mǎn)足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。本設(shè)計(jì)采用 STC12CA60S2 系列中的 08S2 單片機(jī)。以 08S2 為控制核心，利用紅外傳感器檢測(cè)道路上的障礙，控制電動(dòng)小汽車(chē)的自動(dòng)避障，以及利用光電傳感器檢測(cè)道路軌跡自動(dòng)尋跡功能。08S2 是一款八位單片機(jī)，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的

9、好評(píng)。08S2 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)，內(nèi)部集成MAX810 專(zhuān)用復(fù)位電路，2 路 PWM，8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合，正適合履帶車(chē)的應(yīng)用1。 2第二章第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 履帶車(chē)控制設(shè)計(jì)履帶車(chē)控制設(shè)計(jì)這里用循跡傳感器和避障傳感器實(shí)現(xiàn)履帶小車(chē)的控制。這兩種傳感器是制作智能車(chē)普遍采用的傳感器，性能較穩(wěn)定。紅外傳感器比光電傳感器的探測(cè)距離要大很多。循跡傳感器可用于履帶車(chē)的探測(cè)距離較近循跡控制，循跡是指小車(chē)在白色地板上循黑線(xiàn)行走，由于黑線(xiàn)和白色地板對(duì)光線(xiàn)的反射系數(shù)不同，可以根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來(lái)判斷“道路”

10、，沒(méi)接收到反射光傳感器輸出低電平，反之輸出高電平，經(jīng)過(guò)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理，執(zhí)行相應(yīng)的行駛狀態(tài)。避障傳感器課用于履帶車(chē)的探測(cè)距離較遠(yuǎn)避障控制，即利用紅外線(xiàn)在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車(chē)行駛過(guò)程中不斷地向前方發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車(chē)上的接收管接收；反之小車(chē)上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來(lái)的紅外光為依據(jù)來(lái)確定小車(chē)是否執(zhí)行避障。如：當(dāng)左側(cè)紅外傳感器檢測(cè)到障礙，向單片機(jī)發(fā)送低電平信號(hào)，單片機(jī)執(zhí)行避障程序2。2.2 控制核心方案設(shè)計(jì)控制核心方案設(shè)計(jì) 方案一：選用一片 CPLD（如 EPM7128LC84-15）作為系統(tǒng)的核心部件

11、，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。CPLD 具有速度快、編程容易、資源豐富、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用 VHDL 語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)開(kāi)發(fā)。但 CPLD 在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢(shì)。同時(shí)，CPLD 的處理速度非?？?，而小車(chē)的行進(jìn)速度不可能太高，那么對(duì)系統(tǒng)處理信息的要求也就不會(huì)太高，在這一點(diǎn)上，MCU 就已經(jīng)可以勝任了。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。為此，我們不采用該種方案，進(jìn)而提出了第二種設(shè)想。方案二: 3采用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，用其控制行進(jìn)中的小車(chē)，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車(chē)的自動(dòng)控制，而在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來(lái)它的優(yōu)勢(shì)控制簡(jiǎn)單、方便、快

12、捷。這樣一來(lái)，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，這種方案是一種較為理想的方案。針對(duì)本設(shè)計(jì)特點(diǎn)多開(kāi)關(guān)量輸入的復(fù)雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長(zhǎng)處理多開(kāi)關(guān)量的標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)，而不能用精簡(jiǎn) I/O 口和程序存儲(chǔ)器的小體積單片機(jī)，D/A、A/D 功能也不必選用。根據(jù)這些分析,我選定了 STC12C5A08S2 單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控裝置，該款單片在實(shí)驗(yàn)課程中多次使用，性能穩(wěn)定。該單片機(jī)具有功能強(qiáng)大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，程序空間多達(dá) 8K，對(duì)于本設(shè)計(jì)也綽綽有余，更可貴的是該單片機(jī)價(jià)格非常低廉3。在綜合考慮了傳感器、兩部電機(jī)的驅(qū)動(dòng)等諸多因素后，

13、我們決定采用一片單片機(jī)，充分利用 STC12C5A08S2 單片機(jī)的資源。2.3 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)智能履帶車(chē)控制系統(tǒng)由主控模塊、穩(wěn)壓電源模塊、傳感器信號(hào)模塊、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊等部分組成,控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1 所示4。穩(wěn)壓電源模塊主控模塊驅(qū)動(dòng)模塊傳感器信號(hào)模塊LED 顯示模塊減速電機(jī)圖 2.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 4第三章第三章 履帶車(chē)電路設(shè)計(jì)履帶車(chē)電路設(shè)計(jì)3.1 主控電路設(shè)計(jì)主控電路設(shè)計(jì)主控電路主要包括兩部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)和復(fù)位電路。這兩部分構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的核心控制整體的運(yùn)轉(zhuǎn)。3.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)主控電路只需要連接單片機(jī)最小系統(tǒng)即可，引出單片機(jī)的 I/O 口，采用 12

14、MHZ 的外部晶振。具體電路如 3.1 所示5。圖 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.2 復(fù)位電路 該模塊用于單片機(jī)的復(fù)位以及外部中斷時(shí)使用。當(dāng)要把按鍵 RESET 用作復(fù)位功能時(shí)， 5必須把 J7 處的跳帽接在 1、2 上；當(dāng)要把它做外部中斷使用時(shí)，必須把 J7 的跳帽接在2、3 上，這時(shí)當(dāng)按下 RESET 按鍵時(shí)該電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)單脈沖。電路圖如 3.2 所示。圖 3.2 復(fù)位電路3.2 穩(wěn)壓電源模塊穩(wěn)壓電源模塊本次設(shè)計(jì)只需要兩種電壓供給，一種是 6V12V 的驅(qū)動(dòng)模塊供電，一種是單片機(jī)和傳感器的+5V 穩(wěn)壓供電。驅(qū)動(dòng)模塊可直接用 7.2V 的高容量電池直接供電，這種電池經(jīng)過(guò)測(cè)試實(shí)際電壓一般在

15、8V 左右，能個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊提供充足電量。5V 穩(wěn)壓電路采用MC7805CT 制作，MC7805CT 是一個(gè)三角穩(wěn)壓器，最大輸入電壓 40V，輸出電壓 5V，電流1A，完全勝任本次 7.2V 的輸入穩(wěn)壓電路。接法如圖 3.3 所示。圖 3.3 穩(wěn)壓電源電路圖 J4 處接 7.2V 的電池電源，經(jīng)過(guò) MC7805CT 穩(wěn)壓之后為 5V 的輸出，可供單片機(jī)和傳感器使用。接上 J3 和 J5 跳帽能給驅(qū)動(dòng)電路供電。 在電源電路中，串聯(lián)了一個(gè) IN4001 整流器，并聯(lián)了 2 個(gè)電容，這里是用于對(duì)電 6源進(jìn)行處理，外接電源的性質(zhì)比較復(fù)雜不穩(wěn)定，而單片機(jī)需要一個(gè) 5V 穩(wěn)定的直流電源，本設(shè)計(jì)電源用的是 7.

16、2V 的高容量電池，我用 IN4001 整流，得到品質(zhì)較好的直流電源，二極管在這里能平穩(wěn)電壓消除毛刺，然后經(jīng)過(guò) 5V 穩(wěn)壓器得到單片機(jī)所需要的電壓6。3.3 LED 顯示模塊設(shè)計(jì)顯示模塊設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)顯示數(shù)據(jù)比較簡(jiǎn)單主要體現(xiàn)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示方法，顯示模塊采用共陰極接法的數(shù)碼管顯示，段碼數(shù)據(jù)線(xiàn)接在單片機(jī) P0 端口，4 個(gè)位選分別接在 P20-P23 端口上。其原理圖如 3.4 所示。圖 3.4 數(shù)碼管顯示電路從上面電路圖我們能看出數(shù)碼管 7 段碼輸入直接由單片機(jī)輸出，而 4 位碼的控制沒(méi)有直接由單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，而是由 4 個(gè)三極管作為開(kāi)關(guān)控制選片，當(dāng)單片機(jī) P20 到P23 輸出高電平時(shí)三極管導(dǎo)

17、通，位碼管教接地導(dǎo)通，輸出低電平時(shí)三極管高阻態(tài)，相應(yīng)的數(shù)碼管也不會(huì)被點(diǎn)亮。單片機(jī)作為核心控制器需要穩(wěn)定的工作環(huán)境，單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力較弱，如果直接有 I/O 控制，增加了單片機(jī)的負(fù)荷，數(shù)碼管電阻較小，沒(méi)有開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，會(huì)造成單片機(jī) I/O 口短接，影響單片機(jī)工作，導(dǎo)致?lián)p壞單片機(jī)7。 73.4 驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線(xiàn)性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)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 3.5 所示8。圖 3.5 H 橋式電路用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式

18、下，效率非常高，H 型橋式電路保證了簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開(kāi)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)?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，我選用了 L298N 如圖 3.6 所示。圖 3.6 L298N 實(shí)物圖 8這種調(diào)速方式有調(diào)速特性?xún)?yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。3.4.1 驅(qū)動(dòng)芯片選型驅(qū)動(dòng)模塊采用專(zhuān)用芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，L298N 是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片外部引腳圖如 3.7 所示。圖 3.7 L298

19、N 外部引腳其響應(yīng)頻率高，一片 L298N 可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)。以下為 L298N 輸入輸出關(guān)系如表 1 所示。表 1 L298N 輸入輸出關(guān)系ENAIN1IN2電機(jī)運(yùn)行情況HHL正轉(zhuǎn)HLH反轉(zhuǎn)HIN2IN1快速停止LXX停止 93.4.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路如圖 3.8 所示 ，驅(qū)動(dòng)電路 IN1 到 IN4 依次接單片機(jī) P1_0 到 P1_3 端口，IN1 和 IN2 控制電機(jī) 1，IN3 和 IN4 控制電機(jī) 2。圖 3.8 驅(qū)動(dòng)電路圖電路中除了使用了驅(qū)動(dòng)芯片 L298N，還使用了發(fā)光二極管和續(xù)流二極管。發(fā)光二級(jí)管可以指示電極正反轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，方便設(shè)計(jì)中觀(guān)察狀態(tài)變化，容易調(diào)試。電路

20、中還加裝了續(xù)流二極管。續(xù)流二極管經(jīng)常和儲(chǔ)能元件一起使用，防止電壓電流突變，提供通路，續(xù)流二極管不是一個(gè)實(shí)質(zhì)的元件，而是在電路中起到續(xù)流作用。本設(shè)計(jì)中履帶車(chē)在時(shí)間跑動(dòng)中會(huì)控制電機(jī)頻繁的正反轉(zhuǎn)，直流電機(jī)也相當(dāng)于發(fā)電機(jī)電機(jī)兩級(jí)間會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)電流消失時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)對(duì)電路中其他元件產(chǎn)生反向電壓，當(dāng)方向電壓高于元件的反擊穿電壓時(shí)會(huì)損壞一些元器件，如三極管，晶閘管。這里我分別在量電機(jī)極端接上續(xù)流二極管作為保護(hù)電路。這些續(xù)流二極管構(gòu)成回路消耗感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的能量，從而保護(hù)整個(gè)電路中其他元件9。 103.5 循跡電路設(shè)計(jì)循跡電路設(shè)計(jì) 傳感器是智能車(chē)的“眼睛” ，它能給我提供智能車(chē)的周?chē)男畔?，在本次設(shè)計(jì)

21、中采用兩種傳感器：循跡傳感器和避障傳感器。循跡傳感器探測(cè)距離短，但探測(cè)效果較好，識(shí)別黑白色的能力較強(qiáng)，成本低。而避障方面采用紅外傳感器，探測(cè)距離較遠(yuǎn)，能有效識(shí)別大多數(shù)顏色和黑色的差別提供穩(wěn)定信號(hào)，成本稍高點(diǎn)。3.5.1 循跡傳感器LM324為四運(yùn)放集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝。內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)算放大器，有相位補(bǔ)償電路。電路功耗很小，工作電壓范圍寬，可用正電源330V，或正負(fù)雙電源15V15V工作，其內(nèi)部電路如圖3.9所示10。圖 3.9 LM324 內(nèi)部電路在黑線(xiàn)檢測(cè)電路中用來(lái)確定紅外接收信號(hào)電平的高低，以電平高低判定黑線(xiàn)有無(wú)。在電路中，LM324的一個(gè)輸入端需接滑動(dòng)變阻器，通過(guò)改變滑動(dòng)變

22、阻器的阻值來(lái)提供合適的比較電壓，單個(gè)集成運(yùn)放如圖3.10所示。圖 3.10 集成運(yùn)放的管腳圖循跡電路圖如圖 3.11 所示，當(dāng) TCRT5000 感光導(dǎo)通的時(shí)候 R1 和 R2 接地，3 處的電 11壓接近 0,R3 位滑動(dòng)電阻，2 處的電壓設(shè)為 3V，3 處小于 2 處，LM342 的 OUT 端會(huì)輸出低電平，供單片機(jī)檢測(cè)。反之 LM324 處輸出高電平。圖 3.11 循跡電路圖本次設(shè)計(jì)采用 3 路循跡模塊，依次排在小車(chē)前方，左中右 3 路接單片機(jī) P1_4 到P1_6。循跡對(duì)應(yīng)如表 2 所示。表 2 循跡端口狀態(tài)對(duì)應(yīng)表P1_4P1_5P1_6左中右101前進(jìn)011左轉(zhuǎn)110右轉(zhuǎn)3.5.2

23、避障傳感器設(shè)計(jì)該傳感器檢測(cè)距離為 0-80CM，于淘寶購(gòu)買(mǎi)。該傳感器屬于市場(chǎng)產(chǎn)品，這里只介紹用法。實(shí)物圖如 3.12 所示。 12圖 3.12 避障傳感器使用于本次設(shè)計(jì)的避障任務(wù)，避障模塊采用了 2 個(gè)傳感器分別放于小車(chē)前方的左側(cè)和右側(cè)，調(diào)節(jié)該傳感器的檢測(cè)距離為 15cm。當(dāng)遇到障礙時(shí)傳感器會(huì)給出低電平。左避障傳感器接于單片機(jī) P3_5 端口，右避障傳感器接于單片機(jī) P3_6 端口。3.6 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)由于單片機(jī)輸出電流較小不能驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，這里借助 S9013 PNP 型三極管放大電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，三極管 Q 起開(kāi)關(guān)作用，其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通，集電極和發(fā)射極導(dǎo)通

24、，蜂鳴器發(fā)聲；而基極低電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。在本設(shè)計(jì)中只要 P1.7 輸出不同的頻率方波信號(hào)，蜂鳴器也能發(fā)出各種頻率聲音，電路圖如圖3.13 所示。圖 3.13 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路在以上電路中我在蜂鳴器上并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管。蜂鳴器本質(zhì)上是一個(gè)感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個(gè)續(xù)流二極管提供續(xù)流。否則，在蜂鳴器兩端會(huì)產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動(dòng)三極管11。 133.7 履帶車(chē)車(chē)體履帶車(chē)車(chē)體本題目要求小車(chē)的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定、靈活、簡(jiǎn)單，自己手工制作的履帶車(chē)通常會(huì)出現(xiàn)兩側(cè)履帶松緊度不一樣，跑邊，履帶脫輪等現(xiàn)象。綜合這些因素在網(wǎng)上找到 PR5 小車(chē)底盤(pán)符合設(shè)計(jì)需要，模型如圖 3.14

25、 所示。圖 3.14 履帶車(chē)底盤(pán)模型小車(chē)上裝有電池、電機(jī)、電子器件等，使得電機(jī)負(fù)擔(dān)較重。該底盤(pán)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，從圖 3.7 中可以看出在直流電機(jī)和輪車(chē)軸之間加裝了減速齒輪，這樣不僅使電機(jī)的符合減輕，也符合我的設(shè)計(jì)需要。電池的安裝：將電池放置在車(chē)體前排車(chē)輪的上部位置，使車(chē)體的重心靠近前排車(chē)輪，進(jìn)行大轉(zhuǎn)彎時(shí)小車(chē)能以前排輪為圓心轉(zhuǎn)彎，排除履帶車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)側(cè)滑不確定性。 14第四章第四章 行駛方案設(shè)計(jì)行駛方案設(shè)計(jì)在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，行駛設(shè)計(jì)在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。對(duì)于本系統(tǒng)，行駛方案和軟件控制更為重要。在單片機(jī)控制

26、系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制兩個(gè)基本類(lèi)型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過(guò)程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計(jì)算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。本系統(tǒng)中我采用了 5 個(gè)傳感器，3 路循跡傳感器，2 路避障傳感器?？傮w控制方案如圖 4.1 所示。 左避障右避障左循跡中循跡右循跡單片機(jī)報(bào)警顯示電機(jī)驅(qū)動(dòng)左側(cè)前進(jìn)左側(cè)后退右側(cè)前進(jìn)右側(cè)后退圖 4.1 總體系統(tǒng) 154.1 循跡方案設(shè)計(jì)循跡方案設(shè)計(jì)小車(chē)進(jìn)入循跡模式后，即開(kāi)始不停地掃描與探測(cè)器連接的單片機(jī) I/O 口，一旦檢測(cè)到某個(gè) I/O 口有信號(hào)，即進(jìn)入判斷處理程序，先確定 3 個(gè)探測(cè)器中的哪一個(gè)探測(cè)到了黑線(xiàn)，如果左面?zhèn)鞲衅?/p>

27、探測(cè)到黑線(xiàn)，即小車(chē)左半部分壓到黑線(xiàn)，車(chē)身向右偏出，此時(shí)應(yīng)使小車(chē)向左轉(zhuǎn)；如果左面和中間傳感器同時(shí)探測(cè)到黑線(xiàn)，此種情況為向左急轉(zhuǎn)彎；如果是右面?zhèn)鞲衅魈綔y(cè)到了黑線(xiàn)，即車(chē)身右半部壓住黑線(xiàn)，小車(chē)向左偏出了軌跡，則應(yīng)使小車(chē)向右轉(zhuǎn)。如果右面和中間傳感器同時(shí)探測(cè)到黑線(xiàn)，此種情況為向右急轉(zhuǎn)彎。在經(jīng)過(guò)了方向調(diào)整后，如果中間傳感器探測(cè)黑線(xiàn)，左右沒(méi)有探測(cè)到黑線(xiàn)小車(chē)再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測(cè)黑線(xiàn)重復(fù)上述動(dòng)作，履帶車(chē)控制如表 3 所示12。表 3 小車(chē)驅(qū)動(dòng)控制對(duì)應(yīng)表單片機(jī)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制小車(chē)的運(yùn)行方法P1.0P1.1P1.2P1.3狀態(tài)P1.4P1.5P1.61001前進(jìn)1011001前進(jìn)1111001前進(jìn)00001

28、10后退XXX1000左轉(zhuǎn)0110001右轉(zhuǎn)1101010快速左轉(zhuǎn)0010101快速右轉(zhuǎn)110 164.1.1 循跡流程圖由于第二級(jí)方向控制為第一級(jí)的后備，則兩個(gè)等級(jí)間的轉(zhuǎn)向力度必須相互配合。第二級(jí)通常是在超出第一級(jí)的控制范圍的情況下發(fā)生作用，它也是最后一層保護(hù)，所以它必須要保證小車(chē)回到正確軌跡上來(lái)，流程如圖 4.2 所示。檢測(cè)黑線(xiàn)進(jìn)入循跡是否檢測(cè)到黑線(xiàn)狀態(tài)判斷處理左急轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)右急轉(zhuǎn)繼續(xù)前進(jìn)NY圖 4.2 循跡流程圖 174.1.2 循跡程序設(shè)計(jì)循跡方面我使用了 3 個(gè)傳感器，通過(guò)尋黑線(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)履帶車(chē)的智能控制，本次設(shè)計(jì)目的實(shí)現(xiàn)對(duì)履帶車(chē)的控制，在這里使用 3 路傳感器不僅能達(dá)到循跡目的也能顯示

29、出對(duì)履帶車(chē)的控制效果。void ww()/循跡if(P14=0&P15=1&P16=1)/右轉(zhuǎn) P10=1;P11=0;P12=0;P13=0;P17=0; else if(P14=0&P15=0&P16=1)/右急轉(zhuǎn) P10=1;P11=0;P12=1;P13=0;P17=0; else if(P14=1&P15=1&P16=0)左轉(zhuǎn) P10=0;P11=0;P12=0;P13=1;P17=0;else if (P14=1&P15=0&P16=0)/左急轉(zhuǎn) P10=0;P11=1;P12=0;P13=1;P17=0; else if(P14=1&P15=0&P16=1) /中尋黑前進(jìn) P10

30、=1;P11=0;P12=0;P13=1;P17=0; else if(P14=1&P15=1&P16=1)/不尋黑前進(jìn) P10=1;P11=0;P12=0;P13=1;P17=0;elseP10=1;P11=0; P12=0; P13=1; 以上程序我采用了簡(jiǎn)單明了的 if 語(yǔ)句將我設(shè)計(jì)的路線(xiàn)循跡情況和對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的控制對(duì)應(yīng)起來(lái)，類(lèi)似查詢(xún)表格方式。這樣設(shè)計(jì)程序使用 else if 語(yǔ)句我可以很容易添加運(yùn)行狀態(tài)，使程序調(diào)試相對(duì)容易，減小工作量。 184.2 避障方案避障方案如圖 4.3 所示，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，本設(shè)計(jì)使用的紅外傳感器的探測(cè)夾角較小，當(dāng)小車(chē)與障礙物平行行駛，或者與障礙物的夾角過(guò)小時(shí)，小

31、車(chē)將識(shí)別不到障礙，導(dǎo)致小車(chē)一側(cè)于障礙物解除碰撞。 圖 4.3 傳感器角度示意圖解決這個(gè)問(wèn)題可以再小車(chē)左右 2 個(gè)方向增加 2 個(gè)傳感器探測(cè)，但這樣對(duì)傳感器的資源浪費(fèi)較大，加大了電源的負(fù)荷，程序相對(duì)復(fù)雜。而我采用的方案是在小車(chē)前方水平避障傳感器的安裝使其約有 10 度的夾角，左右都是向外擴(kuò)張 10 度，此紅外傳感器的探測(cè)距離調(diào)試約為 15cm，那么斜側(cè) 10 度夾角后前方探測(cè)距離變?yōu)?14.77cm 約為15cm 可以認(rèn)為保持不變，而 2 側(cè)多出了 3cm 的橫向安全距離，當(dāng)橫向距離小于 3cm時(shí)候小車(chē)也會(huì)執(zhí)行避障程序13。軟件設(shè)計(jì)上，避障動(dòng)作是先檢測(cè)到障礙執(zhí)行避障程序，小車(chē)先后退一小段距離，在

32、這期間蜂鳴器報(bào)警，然后如果是右傳感器探測(cè)到障礙，小車(chē)將向左轉(zhuǎn)向，反之向右轉(zhuǎn)向，之后再檢測(cè)障礙，如果有障礙繼續(xù)循環(huán)動(dòng)作，沒(méi)有障礙時(shí)小車(chē)將檢測(cè)循跡“黑線(xiàn)”檢查道路，如果無(wú)道路小車(chē)會(huì)向前直行。單片機(jī)通過(guò)傳感器控制驅(qū)動(dòng)電路運(yùn)行方法如表 4 所示。表 4 避障狀態(tài)對(duì)應(yīng)表左傳感器右傳感器執(zhí)行P1.0P1.1P1.2P1.3第一步0110P3.5=1P3.6=0第二步1010第一步0110P3.5=0P3.6=1第二步0101 194.2.1 避障流程圖在整體程序中，小車(chē)避障的優(yōu)先級(jí)最高，無(wú)論履帶車(chē)當(dāng)前是什么行駛狀態(tài)，檢測(cè)到障礙時(shí)，就跳入避障環(huán)節(jié)，避障完成后才執(zhí)行其他循跡，前進(jìn)動(dòng)作。在其他智能設(shè)計(jì)中，我們都

33、要考慮各個(gè)環(huán)節(jié)先后循序，使其符合應(yīng)用場(chǎng)合，流程如圖 4.4 所示。檢測(cè)障礙判斷是否有障礙左避障信號(hào)右避障信號(hào)執(zhí)行右轉(zhuǎn)避障程序執(zhí)行左轉(zhuǎn)避障程序前進(jìn)開(kāi)始YYN圖 4.4 避障流程 204.2.2 避障程序設(shè)計(jì) 整個(gè)電路中我采用 12MHZ 的外部晶振電路，在流程圖中能簡(jiǎn)明的看出各個(gè)狀態(tài)執(zhí)行步驟，如果按照這個(gè)步驟以 12MHZ 的頻率執(zhí)行，程序檢測(cè)不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，但實(shí)際我們?nèi)搜蹖⒖床蝗魏蝿?dòng)作，速度太快。所以各個(gè)步驟我們需要設(shè)定他們的執(zhí)行時(shí)間，比如避障時(shí)履帶車(chē)會(huì)倒退，那么我們需要設(shè)定它倒退的時(shí)間。在這里我們可以使用定時(shí)器也可以使用軟件延時(shí)14。在這里我使用了自己比較熟悉的軟件延時(shí)，使用軟件延時(shí)的優(yōu)點(diǎn)在于

34、非常方便調(diào)試，避障整個(gè)程序設(shè)計(jì)過(guò)程中需要進(jìn)行多次試驗(yàn)，編寫(xiě) delay（）延時(shí)函數(shù)，可以再程序任意地方進(jìn)行調(diào)用，如以下避障程序中：P10=0;P11=1;P12=1;P13=0;delay(5000);這是小車(chē)倒退執(zhí)行語(yǔ)句，P10P13=0110,這個(gè)倒退狀態(tài)需要執(zhí)行 delay(5000)這么長(zhǎng)時(shí)間?？梢愿淖兝ㄌ?hào)內(nèi)的數(shù)值進(jìn)行調(diào)試，使小車(chē)倒退行駛我們需要的距離。該程序優(yōu)點(diǎn)在于方便調(diào)試也比較簡(jiǎn)單，適合和我一樣初次設(shè)計(jì)只能車(chē)的同學(xué)。完整程序如下：void k()/避障后退函數(shù)if(kk=0)/檢測(cè)右傳感器信號(hào)P17=1;m=1;mm=1;xianshi(f);/避障顯示P10=0;P11=1;P1

35、2=1;P13=0;/后退delay(5000);kk=1;delay(5000);P17=0 else if(hh=0)P17=1;n=1;mm=1;xianshi(f);P10=0;P11=1;P12=1;P13=0;delay(5000);hh=1;delay(5000);P17=0; 21else m=0;n=0;mm=0; 以下是避障第二步程序，當(dāng)小車(chē)執(zhí)行完后退動(dòng)作后，將執(zhí)行相應(yīng)的左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)，在以下程序中我們也能看到使用軟件延時(shí) delay(5000),使小車(chē)轉(zhuǎn)向合適的角度，這里使用的是履帶車(chē)原地轉(zhuǎn)向，比如右側(cè)正轉(zhuǎn)左側(cè)反轉(zhuǎn)。void ff()/左轉(zhuǎn)P10=1;P11=0;P12=1

36、;P13=0;delay(5000);void yy()/右轉(zhuǎn) P10=0;P11=1;P12=0;P13=1;delay(5000); 避障一直是全世界研究智能的重要課題，這里的避障方式先后退再轉(zhuǎn)向的方式，這樣避免了直接轉(zhuǎn)向碰撞障礙物的情況，這種方式好比先把自己置于安全的地方，然后去觀(guān)察情況，執(zhí)行動(dòng)作。在設(shè)計(jì)中模仿自然規(guī)律，進(jìn)行多學(xué)科融合，這樣設(shè)計(jì)的東西在使用的時(shí)候才會(huì)更穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的。 224.3 總體方案總體方案總體流程如圖 4.5 所示。檢測(cè)障礙開(kāi)始判斷是否有障礙檢測(cè)黑線(xiàn)避障直行判斷是否有黑線(xiàn)循跡YNNY圖 4.5 總體方案在主程序設(shè)計(jì)上我沒(méi)有安排左右避障 23的先后順序，在傳感器

37、的安裝上采用的外張角放置，實(shí)際行駛中兩側(cè)幾乎不可能同時(shí)探測(cè)到障礙物，因此只需要獨(dú)立設(shè)置兩種方式的避障行駛方案即可，經(jīng)過(guò)實(shí)際行駛測(cè)試，小車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，沒(méi)有出現(xiàn)死循環(huán)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制的目的15。void main() uint y;f=0;P17=0; while(1) xianshi(f);k();/檢測(cè)障礙 while (m) if(m=1) /進(jìn)入避障 f+; for(y=0;y50;y+) delay(100);k();for(y=0;y50;y+) delay(100);ff(); while (n) if(n=1) /進(jìn)入避障 f+; for(y=0;y50;y+) delay(10

38、0);k(); for(y=0;y50;y+) delay(100);yy(); ww();/進(jìn)入循跡 delay(5000); 24第五章第五章 制作與調(diào)試制作與調(diào)試5.1 PCB 設(shè)計(jì)與制作設(shè)計(jì)與制作本次履帶車(chē)設(shè)計(jì)主控電路由單片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)成，所采用的單片機(jī)為 51 內(nèi)核單片機(jī)，電路板使用上在可以直接采用學(xué)校 51 單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)板，該板由湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室制作。PCB 板如圖 5.1 所示。圖 5.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)板從 PCB 能很容易找出單片機(jī)的安裝位置和 I/O 口的引出位置，只需要安裝單片機(jī)和數(shù)碼管即可。最小系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這樣避免單獨(dú)制作 PCB 板，極大節(jié)約設(shè)計(jì)

39、成本。5.2 履帶車(chē)的安裝調(diào)試履帶車(chē)的安裝調(diào)試該 PCB 板四角有螺柱孔，用四根螺柱安裝在小車(chē)前方，與傳感器靠近，減少傳感器傳送距離。而驅(qū)動(dòng)電路置于小車(chē)尾部， 25電機(jī)上方。通過(guò)調(diào)節(jié)傳感器后方的變阻器的大小來(lái)調(diào)節(jié)紅外傳感器的探測(cè)距離，通過(guò)修改延時(shí)程序調(diào)整履帶車(chē)行駛狀態(tài)。最終履帶車(chē)制作成功，其實(shí)物如圖 5.2 所示。圖 5.2 履帶車(chē)5.3 履帶車(chē)總體調(diào)試運(yùn)行履帶車(chē)總體調(diào)試運(yùn)行將所有部件全部組裝成功后，燒寫(xiě)好程序放在預(yù)定軌道上行駛，反復(fù)幾次后發(fā)現(xiàn)小車(chē)循跡避障個(gè)模塊功能變?nèi)?，探測(cè)距離變短，導(dǎo)致偏離跑道，最后出現(xiàn)小車(chē)行駛斷斷續(xù)續(xù)。剛開(kāi)始以為程序問(wèn)題。通過(guò)查找一些制作智能車(chē)常出現(xiàn)的故障，發(fā)現(xiàn)電量不足時(shí)

40、單片機(jī)會(huì)出現(xiàn)程序燒寫(xiě)較慢，甚至無(wú)法擦除燒寫(xiě)，斷續(xù)工作等故障。之后采用7.2V 鋰電池代替 6 節(jié) 9V 干電池，這些故障都得到排除。但小車(chē)在直角彎時(shí)候，有時(shí)轉(zhuǎn)向不足，有待提高，現(xiàn)實(shí)精確控制，表 6 為實(shí)際小車(chē)運(yùn)行情況。表 6 小車(chē)運(yùn)行情況履帶車(chē)運(yùn)行次數(shù)成功循跡次數(shù)成功避障次數(shù)111212333434545 26第六章第六章 結(jié)論結(jié)論設(shè)計(jì)中所用到的外設(shè)有 5 個(gè)紅外傳感器，兩個(gè)直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)履帶車(chē)的功率控制。剖開(kāi)來(lái)說(shuō)也就是對(duì)電機(jī)的控制。從網(wǎng)上查找智能車(chē)制作經(jīng)驗(yàn)，基本都由單片機(jī)為內(nèi)核實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)的控制。而 80C51 為我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的單片機(jī)，從而確定整個(gè)設(shè)計(jì)圍繞單片控制來(lái)做，為減少硬件設(shè)計(jì)帶來(lái)的

41、問(wèn)題，采用課程試驗(yàn)單片機(jī) STC12C5A08S2，該單片功能強(qiáng)大完全滿(mǎn)足本次設(shè)計(jì)需要。 整個(gè)設(shè)計(jì)初期有老師知道，由于初次制作智能車(chē)，我大量搜集了相關(guān)制作經(jīng)驗(yàn)，并了解履帶車(chē)獨(dú)有的行駛模式，與老師答疑確定控制方案。主要由三路控制，傳感器、單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)。硬件上在電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中加裝了減速齒輪，行駛速度約為20cm/s。由電機(jī)驅(qū)動(dòng)分別控制左右電機(jī)，解決轉(zhuǎn)彎時(shí)單片機(jī)控制小車(chē)左右不同轉(zhuǎn)向的問(wèn)題。 在轉(zhuǎn)彎設(shè)計(jì)中，最大的難題是直角彎。小車(chē)很容易沖出跑道，這里利用履帶車(chē)原地轉(zhuǎn)彎的模式能解決這個(gè)問(wèn)題，該功能是普通 4 輪車(chē)所難實(shí)現(xiàn)的。但實(shí)際測(cè)試中也會(huì)出行速度問(wèn)題原地轉(zhuǎn)向過(guò)慢沖出跑道問(wèn)題。需要通過(guò)跟精準(zhǔn)的控制完

42、全實(shí)現(xiàn)，在以后設(shè)計(jì)還有很大提升空間。 電源選擇方面，開(kāi)始使用了和履帶車(chē)底盤(pán)配套的 6 節(jié)干電池盒 9V 電源，但實(shí)際調(diào)試中只有十幾分鐘就出現(xiàn)單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路工作不穩(wěn)定，出現(xiàn)斷續(xù)行駛的情況，剛開(kāi)始以為程序問(wèn)題。通過(guò)查找一些制作智能車(chē)常出現(xiàn)的故障，發(fā)現(xiàn)電量不足時(shí)單片機(jī)會(huì)出現(xiàn)程序燒寫(xiě)較慢，甚至無(wú)法擦除燒寫(xiě)，斷續(xù)工作等故障。將電源換為高容量的鋰電池，整個(gè)小車(chē)比以前動(dòng)力強(qiáng)勁，不在出現(xiàn)行駛“發(fā)虛”的情況。程序的編寫(xiě)采用了 C 語(yǔ)言，使用 Keil 軟件進(jìn)行調(diào)試。該軟件同時(shí)也支持匯編語(yǔ)言，但匯編相對(duì)邏輯更嚴(yán)密。整個(gè)編程過(guò)程中得到老師和同學(xué)的極大幫助，讓我感受到“旁觀(guān)者清”的概念，很多時(shí)候自己一個(gè)思路做下去很

43、難發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，但有多個(gè)思路看問(wèn)題時(shí)就能發(fā)現(xiàn)許多不足，所以團(tuán)隊(duì)合作也很重要。最后整個(gè)設(shè)計(jì)圓滿(mǎn)結(jié)束，實(shí)現(xiàn)對(duì)履帶車(chē)的功率控制。 27結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ)從開(kāi)始與指導(dǎo)老師協(xié)商選定課題到整個(gè)課題思路的設(shè)計(jì)對(duì)于我來(lái)說(shuō)是個(gè)巨大的項(xiàng)目，本設(shè)計(jì)持續(xù) 3 個(gè)月，從對(duì)智能車(chē)一竅不通到最后圓滿(mǎn)完成設(shè)計(jì)效果，感覺(jué)到自己有極大的提高。此次設(shè)計(jì)主要應(yīng)用到 C 語(yǔ)言編程，數(shù)字電路，模擬電路等知識(shí)，用到Keil 和 protel99se 兩個(gè)軟件，設(shè)計(jì)中很好的將這些知識(shí)統(tǒng)一聯(lián)系起來(lái)，融會(huì)貫通。解決了平時(shí)理論學(xué)習(xí)中很少遇到的實(shí)際問(wèn)題，在履帶車(chē)設(shè)計(jì)中不僅要查找硬件問(wèn)題，還要查找軟件問(wèn)題。例如電源問(wèn)題。雖然最后得到解決，但這個(gè)排障的過(guò)程讓我收

44、獲不少。本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)履帶車(chē)功率控制的目的實(shí)現(xiàn)了循跡、避障的控制，能自主糾正行駛方向，當(dāng)遇到障礙能報(bào)警，并記錄障礙，發(fā)出報(bào)警聲。盡管這次設(shè)計(jì)做的不是很完美，但通過(guò)這次設(shè)計(jì)任務(wù)我覺(jué)得自己有很大提高，能把很多知識(shí)結(jié)合使用，體會(huì)到所學(xué)有用之處，相信在以后工作和學(xué)習(xí)中能做的更好。 28致謝致謝歷時(shí)三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)告一段落。經(jīng)過(guò)自己不斷的搜索努力以及老師和校外指導(dǎo)老師羅五四的耐心指導(dǎo)和曹智同學(xué)的幫助下，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成。在這段時(shí)間里，老師給予了悉心的指導(dǎo)，最重要的是給了我解決問(wèn)題的思路和方法，并且在設(shè)計(jì)環(huán)境和器材方面給予了大力的幫助和支持，他的指導(dǎo)使我受益非淺，同時(shí)也得到曹智同學(xué)的大力幫助。通過(guò)這次

45、畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專(zhuān)業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這三個(gè)月的設(shè)計(jì)是對(duì)過(guò)去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過(guò)程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。在此，我對(duì) 老師表示最真摯的感謝！同時(shí)感謝所有幫助過(guò)我的同學(xué)！ 29參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 李廣弟,單片機(jī)基礎(chǔ)M,北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2001:56-54.第二章第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 履帶車(chē)控制設(shè)計(jì)履帶車(chē)控制設(shè)計(jì)這里用循跡傳感器和避障傳感器

46、實(shí)現(xiàn)履帶小車(chē)的控制。這兩種傳感器是制作智能車(chē)普遍采用的傳感器，性能較穩(wěn)定。紅外傳感器比光電傳感器的探測(cè)距離要大很多。循跡傳感器可用于履帶車(chē)的探測(cè)距離較近循跡控制，循跡是指小車(chē)在白色地板上循黑線(xiàn)行走，由于黑線(xiàn)和白色地板對(duì)光線(xiàn)的反射系數(shù)不同，可以根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來(lái)判斷“道路” ，沒(méi)接收到反射光傳感器輸出低電平，反之輸出高電平，經(jīng)過(guò)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理，執(zhí)行相應(yīng)的行駛狀態(tài)。避障傳感器課用于履帶車(chē)的探測(cè)距離較遠(yuǎn)避障控制，即利用紅外線(xiàn)在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車(chē)行駛過(guò)程中不斷地向前方發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車(chē)上的接收管接收；反之小車(chē)上的接

47、收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來(lái)的紅外光為依據(jù)來(lái)確定小車(chē)是否執(zhí)行避障。如：當(dāng)左側(cè)紅外傳感器檢測(cè)到障礙，向單片機(jī)發(fā)送低電平信號(hào)，單片機(jī)執(zhí)行避障程序。 302.2 控制核心方案設(shè)計(jì)控制核心方案設(shè)計(jì) 方案一：選用一片 CPLD（如 EPM7128LC84-15）作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。CPLD 具有速度快、編程容易、資源豐富、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用 VHDL 語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)開(kāi)發(fā)。但 CPLD 在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢(shì)。同時(shí)，CPLD 的處理速度非常快，而小車(chē)的行進(jìn)速度不可能太高，那么對(duì)系統(tǒng)處理信息的要求也就不會(huì)太高，在這一點(diǎn)上，MCU 就已經(jīng)可以勝任了。若采用該方案

48、，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。為此，我們不采用該種方案，進(jìn)而提出了第二種設(shè)想。方案二:采用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，用其控制行進(jìn)中的小車(chē)，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車(chē)的自動(dòng)控制，而在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來(lái)它的優(yōu)勢(shì)控制簡(jiǎn)單、方便、快捷。這樣一來(lái)，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，這種方案是一種較為理想的方案。針對(duì)本設(shè)計(jì)特點(diǎn)多開(kāi)關(guān)量輸入的復(fù)雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長(zhǎng)處理多開(kāi)關(guān)量的標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)，而不能用精簡(jiǎn) I/O 口和程序存儲(chǔ)器的小體積單片機(jī)，D/A、A/D 功能也不必選用。根據(jù)這些分析,我

49、選定了 STC12C5A08S2 單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控裝置，該款單片在實(shí)驗(yàn)課程中多次使用，性能穩(wěn)定。該單片機(jī)具有功能強(qiáng)大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，程序空間多達(dá) 8K，對(duì)于本設(shè)計(jì)也綽綽有余，更可貴的是該單片機(jī)價(jià)格非常低廉。在綜合考慮了傳感器、兩部電機(jī)的驅(qū)動(dòng)等諸多因素后，我們決定采用一片單片機(jī)，充分利用 STC12C5A08S2 單片機(jī)的資源。2.3 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)智能履帶車(chē)控制系統(tǒng)由主控模塊、穩(wěn)壓電源模塊、傳感器信號(hào)模塊、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊等部分組成,控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1 所示。 31穩(wěn)壓電源模塊主控模塊驅(qū)動(dòng)模塊傳感器信號(hào)模塊LED 顯示模塊減速電機(jī)圖 2.1

50、控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第三章第三章 履帶車(chē)電路設(shè)計(jì)履帶車(chē)電路設(shè)計(jì)3.1 主控電路設(shè)計(jì)主控電路設(shè)計(jì)主控電路主要包括兩部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)和復(fù)位電路。這兩部分構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的核心控制整體的運(yùn)轉(zhuǎn)。3.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)主控電路只需要連接單片機(jī)最小系統(tǒng)即可，引出單片機(jī)的 I/O 口，采用 12MHZ 的外部晶振。具體電路如 3.1 所示。 32圖 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.2 復(fù)位電路 該模塊用于單片機(jī)的復(fù)位以及外部中斷時(shí)使用。當(dāng)要把按鍵 RESET 用作復(fù)位功能時(shí)，必須把 J7 處的跳帽接在 1、2 上；當(dāng)要把它做外部中斷使用時(shí)，必須把 J7 的跳帽接在2、3 上，這時(shí)當(dāng)按下 RESET 按鍵時(shí)該電路

51、會(huì)產(chǎn)生一個(gè)單脈沖。電路圖如 3.2 所示。圖 3.2 復(fù)位電路 333.2 穩(wěn)壓電源模塊穩(wěn)壓電源模塊本次設(shè)計(jì)只需要兩種電壓供給，一種是 6V12V 的驅(qū)動(dòng)模塊供電，一種是單片機(jī)和傳感器的+5V 穩(wěn)壓供電。驅(qū)動(dòng)模塊可直接用 7.2V 的高容量電池直接供電，這種電池經(jīng)過(guò)測(cè)試實(shí)際電壓一般在 8V 左右，能個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊提供充足電量。5V 穩(wěn)壓電路采用MC7805CT 制作，MC7805CT 是一個(gè)三角穩(wěn)壓器，最大輸入電壓 40V，輸出電壓 5V，電流1A，完全勝任本次 7.2V 的輸入穩(wěn)壓電路。接法如圖 3.3 所示。圖 3.3 穩(wěn)壓電源電路圖 J4 處接 7.2V 的電池電源，經(jīng)過(guò) MC7805CT

52、穩(wěn)壓之后為 5V 的輸出，可供單片機(jī)和傳感器使用。接上 J3 和 J5 跳帽能給驅(qū)動(dòng)電路供電。 在電源電路中，串聯(lián)了一個(gè) IN4001 整流器，并聯(lián)了 2 個(gè)電容，這里是用于對(duì)電源進(jìn)行處理，外接電源的性質(zhì)比較復(fù)雜不穩(wěn)定，而單片機(jī)需要一個(gè) 5V 穩(wěn)定的直流電源，本設(shè)計(jì)電源用的是 7.2V 的高容量電池，我用 IN4001 整流，得到品質(zhì)較好的直流電源，二極管在這里能平穩(wěn)電壓消除毛刺，然后經(jīng)過(guò) 5V 穩(wěn)壓器得到單片機(jī)所需要的電壓。3.3 LED 顯示模塊設(shè)計(jì)顯示模塊設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)顯示數(shù)據(jù)比較簡(jiǎn)單主要體現(xiàn)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示方法，顯示模塊采用共陰極接法的數(shù)碼管顯示，段碼數(shù)據(jù)線(xiàn)接在單片機(jī) P0 端口，4 個(gè)

53、位選分別接在 P20-P23 端口上。其原理圖如 3.4 所示。 34圖 3.4 數(shù)碼管顯示電路從上面電路圖我們能看出數(shù)碼管 7 段碼輸入直接由單片機(jī)輸出，而 4 位碼的控制沒(méi)有直接由單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，而是由 4 個(gè)三極管作為開(kāi)關(guān)控制選片，當(dāng)單片機(jī) P20 到P23 輸出高電平時(shí)三極管導(dǎo)通，位碼管教接地導(dǎo)通，輸出低電平時(shí)三極管高阻態(tài)，相應(yīng)的數(shù)碼管也不會(huì)被點(diǎn)亮。單片機(jī)作為核心控制器需要穩(wěn)定的工作環(huán)境，單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力較弱，如果直接有 I/O 控制，增加了單片機(jī)的負(fù)荷，數(shù)碼管電阻較小，沒(méi)有開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，會(huì)造成單片機(jī) I/O 口短接，影響單片機(jī)工作，導(dǎo)致?lián)p壞單片機(jī)。3.4 驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)采用

54、功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線(xiàn)性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)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 3.5 所示。 35圖 3.5 H 橋式電路用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動(dòng)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 型橋式電路保證了簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開(kāi)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)?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，我選用了 L298N 如圖 3.6 所示。圖 3.6 L298N 實(shí)物圖這種調(diào)速方式有調(diào)速特性?xún)?yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，

55、還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。 363.4.1 驅(qū)動(dòng)芯片選型驅(qū)動(dòng)模塊采用專(zhuān)用芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，L298N 是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片外部引腳圖如 3.7 所示。圖 3.7 L298N 外部引腳其響應(yīng)頻率高，一片 L298N 可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)。以下為 L298N 輸入輸出關(guān)系如表 1 所示。表 1 L298N 輸入輸出關(guān)系ENAIN1IN2電機(jī)運(yùn)行情況HHL正轉(zhuǎn)HLH反轉(zhuǎn)HIN2IN1快速停止LXX停止3.4.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路如圖 3.8 所示 ，驅(qū)動(dòng)電路 IN1 到 IN4

56、 依次接單片機(jī) P1_0 到 P1_3 端口， 37IN1 和 IN2 控制電機(jī) 1，IN3 和 IN4 控制電機(jī) 2。圖 3.8 驅(qū)動(dòng)電路圖電路中除了使用了驅(qū)動(dòng)芯片 L298N，還使用了發(fā)光二極管和續(xù)流二極管。發(fā)光二級(jí)管可以指示電極正反轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，方便設(shè)計(jì)中觀(guān)察狀態(tài)變化，容易調(diào)試。電路中還加裝了續(xù)流二極管。續(xù)流二極管經(jīng)常和儲(chǔ)能元件一起使用，防止電壓電流突變，提供通路，續(xù)流二極管不是一個(gè)實(shí)質(zhì)的元件，而是在電路中起到續(xù)流作用。本設(shè)計(jì)中履帶車(chē)在時(shí)間跑動(dòng)中會(huì)控制電機(jī)頻繁的正反轉(zhuǎn)，直流電機(jī)也相當(dāng)于發(fā)電機(jī)電機(jī)兩級(jí)間會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)電流消失時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)對(duì)電路中其他元件產(chǎn)生反向電壓，當(dāng)方向電壓高于元件

57、的反擊穿電壓時(shí)會(huì)損壞一些元器件，如三極管，晶閘管。這里我分別在量電機(jī)極端接上續(xù)流二極管作為保護(hù)電路。這些續(xù)流二極管構(gòu)成回路消耗感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的能量，從而保護(hù)整個(gè)電路中其他元件。3.5 循跡電路設(shè)計(jì)循跡電路設(shè)計(jì) 傳感器是智能車(chē)的“眼睛” ，它能給我提供智能車(chē)的周?chē)男畔?，在本次設(shè)計(jì)中采用兩種傳感器：循跡傳感器和避障傳感器。循跡傳感器探測(cè)距離短，但探測(cè)效果較好， 38識(shí)別黑白色的能力較強(qiáng)，成本低。而避障方面采用紅外傳感器，探測(cè)距離較遠(yuǎn)，能有效識(shí)別大多數(shù)顏色和黑色的差別提供穩(wěn)定信號(hào)，成本稍高點(diǎn)。3.5.1 循跡傳感器LM324為四運(yùn)放集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝。內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)算放大器，有相位

58、補(bǔ)償電路。電路功耗很小，工作電壓范圍寬，可用正電源330V，或正負(fù)雙電源15V15V工作，其內(nèi)部電路如圖3.9所示。圖 3.9 LM324 內(nèi)部電路在黑線(xiàn)檢測(cè)電路中用來(lái)確定紅外接收信號(hào)電平的高低，以電平高低判定黑線(xiàn)有無(wú)。在電路中，LM324的一個(gè)輸入端需接滑動(dòng)變阻器，通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器的阻值來(lái)提供合適的比較電壓，單個(gè)集成運(yùn)放如圖3.10所示。圖 3.10 集成運(yùn)放的管腳圖循跡電路圖如圖 3.11 所示，當(dāng) TCRT5000 感光導(dǎo)通的時(shí)候 R1 和 R2 接地，3 處的電壓接近 0,R3 位滑動(dòng)電阻，2 處的電壓設(shè)為 3V，3 處小于 2 處，LM342 的 OUT 端會(huì)輸出低電平，供單片機(jī)檢

59、測(cè)。反之 LM324 處輸出高電平。 39圖 3.11 循跡電路圖本次設(shè)計(jì)采用 3 路循跡模塊，依次排在小車(chē)前方，左中右 3 路接單片機(jī) P1_4 到P1_6。循跡對(duì)應(yīng)如表 2 所示。表 2 循跡端口狀態(tài)對(duì)應(yīng)表P1_4P1_5P1_6左中右101前進(jìn)011左轉(zhuǎn)110右轉(zhuǎn)3.5.2 避障傳感器設(shè)計(jì)該傳感器檢測(cè)距離為 0-80CM，于淘寶購(gòu)買(mǎi)。該傳感器屬于市場(chǎng)產(chǎn)品，這里只介紹用法。實(shí)物圖如 3.12 所示。 40圖 3.12 避障傳感器使用于本次設(shè)計(jì)的避障任務(wù)，避障模塊采用了 2 個(gè)傳感器分別放于小車(chē)前方的左側(cè)和右側(cè)，調(diào)節(jié)該傳感器的檢測(cè)距離為 15cm。當(dāng)遇到障礙時(shí)傳感器會(huì)給出低電平。左避障傳感器

60、接于單片機(jī) P3_5 端口，右避障傳感器接于單片機(jī) P3_6 端口。3.6 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)由于單片機(jī)輸出電流較小不能驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，這里借助 S9013 PNP 型三極管放大電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，三極管 Q 起開(kāi)關(guān)作用，其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通，集電極和發(fā)射極導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)聲；而基極低電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。在本設(shè)計(jì)中只要 P1.7 輸出不同的頻率方波信號(hào)，蜂鳴器也能發(fā)出各種頻率聲音，電路圖如圖3.13 所示。圖 3.13 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路在以上電路中我在蜂鳴器上并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管。蜂鳴器本質(zhì)上是一個(gè)感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個(gè)續(xù)流二極管提供續(xù)流。否則，

61、在蜂鳴器兩端會(huì)產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動(dòng)三極管。 413.7 履帶車(chē)車(chē)體履帶車(chē)車(chē)體本題目要求小車(chē)的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定、靈活、簡(jiǎn)單，自己手工制作的履帶車(chē)通常會(huì)出現(xiàn)兩側(cè)履帶松緊度不一樣，跑邊，履帶脫輪等現(xiàn)象。綜合這些因素在網(wǎng)上找到 PR5 小車(chē)底盤(pán)符合設(shè)計(jì)需要，模型如圖 3.14 所示。圖 3.14 履帶車(chē)底盤(pán)模型小車(chē)上裝有電池、電機(jī)、電子器件等，使得電機(jī)負(fù)擔(dān)較重。該底盤(pán)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，從圖 3.7 中可以看出在直流電機(jī)和輪車(chē)軸之間加裝了減速齒輪，這樣不僅使電機(jī)的符合減輕，也符合我的設(shè)計(jì)需要。電池的安裝：將電池放置在車(chē)體前排車(chē)輪的上部位置，使車(chē)體的重心靠近前排車(chē)輪，進(jìn)行大轉(zhuǎn)彎時(shí)小車(chē)能以前排輪為圓心轉(zhuǎn)彎

62、，排除履帶車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)側(cè)滑不確定性。 42第四章第四章 行駛方案設(shè)計(jì)行駛方案設(shè)計(jì)在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，行駛設(shè)計(jì)在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。對(duì)于本系統(tǒng)，行駛方案和軟件控制更為重要。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制兩個(gè)基本類(lèi)型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過(guò)程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計(jì)算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。本系統(tǒng)中我采用了 5 個(gè)傳感器，3 路循跡傳感器，2 路避障傳感器?？傮w控制方案如圖 4.1 所示。 左避障右避障左循跡中循跡右循跡單片機(jī)報(bào)警顯示電

63、機(jī)驅(qū)動(dòng)左側(cè)前進(jìn)左側(cè)后退右側(cè)前進(jìn)右側(cè)后退圖 4.1 總體系統(tǒng) 434.1 循跡方案設(shè)計(jì)循跡方案設(shè)計(jì)小車(chē)進(jìn)入循跡模式后，即開(kāi)始不停地掃描與探測(cè)器連接的單片機(jī) I/O 口，一旦檢測(cè)到某個(gè) I/O 口有信號(hào)，即進(jìn)入判斷處理程序，先確定 3 個(gè)探測(cè)器中的哪一個(gè)探測(cè)到了黑線(xiàn)，如果左面?zhèn)鞲衅魈綔y(cè)到黑線(xiàn)，即小車(chē)左半部分壓到黑線(xiàn)，車(chē)身向右偏出，此時(shí)應(yīng)使小車(chē)向左轉(zhuǎn)；如果左面和中間傳感器同時(shí)探測(cè)到黑線(xiàn)，此種情況為向左急轉(zhuǎn)彎；如果是右面?zhèn)鞲衅魈綔y(cè)到了黑線(xiàn)，即車(chē)身右半部壓住黑線(xiàn)，小車(chē)向左偏出了軌跡，則應(yīng)使小車(chē)向右轉(zhuǎn)。如果右面和中間傳感器同時(shí)探測(cè)到黑線(xiàn)，此種情況為向右急轉(zhuǎn)彎。在經(jīng)過(guò)了方向調(diào)整后，如果中間傳感器探測(cè)黑線(xiàn)，左

64、右沒(méi)有探測(cè)到黑線(xiàn)小車(chē)再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測(cè)黑線(xiàn)重復(fù)上述動(dòng)作，履帶車(chē)控制如表 3 所示。表 3 小車(chē)驅(qū)動(dòng)控制對(duì)應(yīng)表單片機(jī)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制小車(chē)的運(yùn)行方法P1.0P1.1P1.2P1.3狀態(tài)P1.4P1.5P1.61001前進(jìn)1011001前進(jìn)1111001前進(jìn)0000110后退XXX1000左轉(zhuǎn)0110001右轉(zhuǎn)1101010快速左轉(zhuǎn)0010101快速右轉(zhuǎn)110 444.1.1 循跡流程圖由于第二級(jí)方向控制為第一級(jí)的后備，則兩個(gè)等級(jí)間的轉(zhuǎn)向力度必須相互配合。第二級(jí)通常是在超出第一級(jí)的控制范圍的情況下發(fā)生作用，它也是最后一層保護(hù)，所以它必須要保證小車(chē)回到正確軌跡上來(lái)，流程如圖 4.2 所示。

65、檢測(cè)黑線(xiàn)進(jìn)入循跡是否檢測(cè)到黑線(xiàn)狀態(tài)判斷處理左急轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)右急轉(zhuǎn)繼續(xù)前進(jìn)NY圖 4.2 循跡流程圖 454.1.2 循跡程序設(shè)計(jì)循跡方面我使用了 3 個(gè)傳感器，通過(guò)尋黑線(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)履帶車(chē)的智能控制，本次設(shè)計(jì)目的實(shí)現(xiàn)對(duì)履帶車(chē)的控制，在這里使用 3 路傳感器不僅能達(dá)到循跡目的也能顯示出對(duì)履帶車(chē)的控制效果。void ww()/循跡if(P14=0&P15=1&P16=1)/右轉(zhuǎn) P10=1;P11=0;P12=0;P13=0;P17=0; else if(P14=0&P15=0&P16=1)/右急轉(zhuǎn) P10=1;P11=0;P12=1;P13=0;P17=0; else if(P14=1&P15=1&P1

66、6=0)左轉(zhuǎn) P10=0;P11=0;P12=0;P13=1;P17=0;else if (P14=1&P15=0&P16=0)/左急轉(zhuǎn) P10=0;P11=1;P12=0;P13=1;P17=0; else if(P14=1&P15=0&P16=1) /中尋黑前進(jìn) P10=1;P11=0;P12=0;P13=1;P17=0; else if(P14=1&P15=1&P16=1)/不尋黑前進(jìn) P10=1;P11=0;P12=0;P13=1;P17=0;elseP10=1;P11=0; P12=0; P13=1; 以上程序我采用了簡(jiǎn)單明了的 if 語(yǔ)句將我設(shè)計(jì)的路線(xiàn)循跡情況和對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的控制對(duì)應(yīng)起來(lái)，類(lèi)似查詢(xún)表格方式。這樣設(shè)計(jì)程序使用 else if 語(yǔ)句我可以很容易添加運(yùn)行狀態(tài)，使程序調(diào)試相對(duì)容易，減小工作量。 464.2 避障方案避障方案如圖 4.3 所示，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，本設(shè)計(jì)使用的紅外傳感器的探測(cè)夾角較小，當(dāng)小車(chē)與障礙物平行行駛，或者與障礙物的夾角過(guò)小時(shí)，小車(chē)將識(shí)別不到障礙，導(dǎo)致小車(chē)一側(cè)于障礙物解除碰撞。 圖 4.3 傳感器角度示意圖解決這個(gè)問(wèn)題可以再小車(chē)左右 2 個(gè)方向增加 2