基于單片機(jī)的智能小車(chē)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的智能小車(chē)設(shè)計(jì)Design of the Smart Car Based on SCM長(zhǎng)長(zhǎng) 春春 工工 程程 學(xué)學(xué) 院院： ： 本 科 ： 電氣與信息學(xué)院 ： 電子信息工程 ： ： 副教授 ： 2008 年 6 月 20 日 學(xué)生姓名學(xué)歷層次所在院系所學(xué)專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)教師教師職稱(chēng)完成時(shí)間 摘 要本尋跡小車(chē)是以自己制作的小車(chē)作為車(chē)的車(chē)架，80c51 單片機(jī)為控制核心，加以步進(jìn)電機(jī)、光電傳感器和電源電路以及其他電路構(gòu)成。系統(tǒng)由 80c51 通過(guò) IO口控制小車(chē)的前進(jìn)后退以及轉(zhuǎn)向。在該系統(tǒng)中，由紅外光電傳感器實(shí)現(xiàn)路徑識(shí)別，通過(guò)對(duì)小車(chē)速度的控制，使小車(chē)能按照任意給定的黑色引導(dǎo)線平穩(wěn)地尋跡。實(shí)驗(yàn)證明：系統(tǒng)能很好地滿(mǎn)足尋跡小車(chē)對(duì)路徑識(shí)別性能和抗干擾能力的要求，速度調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間快，穩(wěn)態(tài)誤差小，具有較好的動(dòng)態(tài)性能。關(guān)鍵詞80c51 直流電機(jī) 光電傳感器 自動(dòng)尋跡小車(chē)Abstract：The smart car is aluminum alloy for the chassis, 80c51 MCU as its core, including stepper motor, plus photoelectric sensors, as well as other flame sensor and power circuit. MCU controls the car turning back forward or running on the white line. RPR220 reflective photo sensor seeks the trace. Far infrared flame sensor tracks the flame. In addition, the SCM system with Sunplus for voice broadcast can remind current status. The system transmits information through DF module. The cars status will be transmitted to the Remote Console. OCMJ4X8C LCD display and 2 keys for start control.Keywords: 80c51 DC motor Photo sensor Self-Guiding Model Car I目 錄1 引言.12 總體方案設(shè)計(jì).23 硬件設(shè)計(jì).33.1 硬件各單元方案設(shè)計(jì)與選擇.33.2 單元電路設(shè)計(jì).63.3 特殊元件介紹.124 軟件設(shè)計(jì).174.1 主程序流程圖.174.2 傳感器信息處理子程序.185 預(yù)期結(jié)果和創(chuàng)新成果.196 總結(jié).20參考文獻(xiàn).22謝 辭.23附錄.25 11 引言隨著汽車(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，全國(guó)各高校也都很重視該題目的研究1。可見(jiàn)其研究意義很大。本題目是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類(lèi)課題,主要實(shí)現(xiàn)小車(chē)的自動(dòng)尋跡功能。本設(shè)計(jì)采用 MCS-51 系列中的 80C51 單片機(jī)。以 80C51 為控制核心，控制小車(chē)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋跡。80C51 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好評(píng)。它是第三代單片機(jī)的代表。第三代單片機(jī)包括了 Intel 公司發(fā)展 MCS-51 系列的新一代產(chǎn)品，如8C15280C51FA/FB80C51GA/GB8C4518C452,還包括了PhilipsSiemensADMFujutsuOKIHarria-MetraATMEL 等公司以 80C51 為核心推出的大量各具特色與 80C51 兼容的單片機(jī)。新一代的單片機(jī)的最主要的技術(shù)特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn) Microcomputer 完善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如A/DPWMPCA(可編程計(jì)數(shù)器陣列)WDT(監(jiān)視定時(shí)器)高速 I/O 口計(jì)數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。這一代單片機(jī)中，在總線方面最重要的進(jìn)展是為單片機(jī)配置了芯片間的串行總線，為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更加靈活的方式。Philips 公司還為這一代單片機(jī) 80C51 系列8C592 單片機(jī)引入了具有較強(qiáng)功能的設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線-CAN(Controller Area Network BUS)2。新一代單片機(jī)為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展與配置打下了良好的基礎(chǔ)。 本設(shè)計(jì)就采用了比較先進(jìn)的 80C51 為控制核心，80C51 采用 CHOMS 工藝，功耗很低。該設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義，可以應(yīng)用于考古、機(jī)器人、醫(yī)療器械等許多方面。尤其是在足球機(jī)器人研究方面具有很好的發(fā)展前景；在考古方面也應(yīng)用到了超聲波傳感器進(jìn)行檢測(cè)。所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié)合，現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng)。 22 總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 2-1 所示：圖 2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)題目的分析，分析小車(chē)要實(shí)現(xiàn)既定功能所需要的模塊。首先考慮所用的電機(jī)型號(hào)，是用直流電機(jī)還是步進(jìn)電機(jī)，由于直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便，故選擇用直流電機(jī)。把小車(chē)直線行進(jìn)時(shí)分成三種狀態(tài)，當(dāng)前面?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)到白線時(shí)，小車(chē)在跑道的正上方，這時(shí)控制兩電機(jī)同速度全速運(yùn)行。當(dāng)檢測(cè)到有一個(gè)傳感器偏出白線時(shí)，小車(chē)處于微偏狀態(tài)，這時(shí)將一個(gè)電機(jī)速度調(diào)慢，另一電機(jī)速度調(diào)快，完成調(diào)整。當(dāng)檢測(cè)到有兩個(gè)電機(jī)偏出時(shí)，小車(chē)處于較大的偏離狀態(tài)，這時(shí)把一個(gè)電機(jī)的速度調(diào)至極低，另一電機(jī)全速運(yùn)行，從而在較短時(shí)間內(nèi)完成路線的調(diào)整。利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 L298 驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，使用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。把電平信號(hào)反饋給單片機(jī)，單片機(jī) MCS-51 根據(jù)反饋的信號(hào)，通過(guò)所編寫(xiě)的程序，判斷出小車(chē)行駛的狀態(tài)，通過(guò)單片機(jī)的引腳輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，控制直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片L298，這樣才能調(diào)整直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使其調(diào)整到最佳狀態(tài)。 33 硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件各單元方案設(shè)計(jì)與選擇從設(shè)計(jì)的要求看，系統(tǒng)的完成是分模塊設(shè)計(jì)的，在進(jìn)行方案比較論證時(shí)，也是對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行方案論證，本課題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)有車(chē)體設(shè)計(jì)、控制器模塊、電源模塊、穩(wěn)壓模塊、尋跡傳感器模塊、電機(jī)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊七部分，基于此，只對(duì)這七部分的方案選擇進(jìn)行說(shuō)明。3.1.1 車(chē)體設(shè)計(jì)方案 1：購(gòu)買(mǎi)玩具電動(dòng)車(chē)。購(gòu)買(mǎi)的玩具電動(dòng)車(chē)具有組裝完整的車(chē)架車(chē)輪、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路。但是一般來(lái)說(shuō)，玩具電動(dòng)車(chē)具有如下缺點(diǎn)：首先，這種玩具電動(dòng)車(chē)由于裝配緊湊，使得各種所需傳感器的安裝十分不方便。其次，玩具電動(dòng)車(chē)的電機(jī)多為玩具直流電機(jī)，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負(fù)載性能差，不易調(diào)速。而且這種電動(dòng)車(chē)一般都價(jià)格不菲。方案 2：自己制作電動(dòng)車(chē)。經(jīng)過(guò)反復(fù)考慮論證，我們制定了左右兩輪分別驅(qū)動(dòng)，后萬(wàn)向輪轉(zhuǎn)向的方案。即左右輪分別用兩個(gè)轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，車(chē)體尾部裝一個(gè)萬(wàn)向輪。在安裝時(shí)要保證兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)同軸。當(dāng)小車(chē)前進(jìn)時(shí)，左右兩驅(qū)動(dòng)輪與后萬(wàn)向輪形成了三點(diǎn)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得小車(chē)在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)后輪過(guò)低而使左右兩驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力不夠的情況。為了防止小車(chē)重心的偏移，后萬(wàn)向輪起支撐作用。綜上考慮，我選擇了方案 2。3.1.2 控制器模塊方案 1：采用可編程邏輯器件 CPLD 作為控制器。CPLD 可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、IO 資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展3。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。且從使用及經(jīng)濟(jì)的角度考慮我們放棄了此方案。方案 2：采用凌陽(yáng)公司的 16 位單片機(jī)，它是 16 位控制器，具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。處理速度高，尤其適用于語(yǔ)音處理和識(shí)別等領(lǐng)域2。但是當(dāng)凌陽(yáng)單片機(jī)應(yīng)用語(yǔ)音處理和辨識(shí)時(shí)，由于其占用的 CPU 資源較多而使得凌陽(yáng)單片機(jī)同時(shí)處理其它任務(wù)的速度和能力降低。 4方案 3：采用 MCS-51 系列中的 80C51 單片機(jī)作為主控制器。80C51 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好評(píng)。它是第三代單片機(jī)的代表。本設(shè)計(jì)就采用了比較先進(jìn)的 80C51 為控制核心，80C51 采用 CHOMS 工藝，功耗很低5。綜上考慮，我選擇了方案 3。3.1.3 電源模塊由于本系統(tǒng)需要電池供電，我考慮了如下幾種方案為系統(tǒng)供電：方案 1： 采用 10 節(jié) 1.5V 干電池供電，電壓達(dá)到 15V，經(jīng) 7812 穩(wěn)壓后給支流電機(jī)供電，然后將 12V 電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。但由于干電池電量有限，使用大量的干電池會(huì)給系統(tǒng)調(diào)試帶來(lái)很大的不便。方案 2：采用 3 節(jié) 4.2V 可充電式鋰電池串聯(lián)得到 12.6V 給直流電機(jī)供電，經(jīng)過(guò) 7812 的電壓變換后給直流電機(jī)供電，然后將 12V 電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。鋰電池的電量比較足，并且可以充電和重復(fù)利用，因此，這種方案比較可行。但鋰電池的價(jià)格過(guò)于昂貴，使用鋰電池會(huì)大大超出我們的預(yù)算8。方案 3：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)和其他芯片供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。雖然蓄電池的體積過(guò)于龐大，在小型電動(dòng)車(chē)上使用極為不方便，但我們可以在車(chē)體設(shè)計(jì)時(shí)留出了足夠的空間，并且蓄電池的價(jià)格比較低10。綜上考慮，我選擇了方案 3。3.1.4 穩(wěn)壓模塊方案 1： 采用兩片 7812 將電壓穩(wěn)壓至 12V 后給直流電機(jī)供電，然后采用一片 7809 將電壓穩(wěn)定至 9V，最后經(jīng) 7805 將電壓穩(wěn)至 5V，給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電，但由于 7809和 7805 壓降過(guò)大，使得 7809 和 7805 消耗的功率過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致 7809 和 7805 發(fā)熱量過(guò)大4。方案 2：采用兩片 7812 將電壓穩(wěn)壓至 12V 后給直流電機(jī)供電，然后采用 2576 將電壓穩(wěn)壓至 5V。2576 的輸出電流最大可到 3A，完全滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。綜上考慮，我選擇了方案 2。3.1.5 尋跡傳感器模塊方案 1：用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。光敏電阻的阻值可以跟隨周?chē)h(huán)境光線的變化而 5變化。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱5。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過(guò)比較器就可以輸出高低電平。方案 2：用 RPR220 型光電對(duì)管。RPR220 是一種一體化反射型光電探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個(gè)高靈敏度硅平面光電三極管。此器件雖性能優(yōu)良但成本較高7。方案 3：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。綜上考慮各種方案的實(shí)用性與靈敏性，我選擇了方案 3。3.1.6 電機(jī)模塊本系統(tǒng)為智能電動(dòng)車(chē)，對(duì)于電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，其驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇就顯得十分重要。由于本實(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的準(zhǔn)確定位和精確測(cè)量，我們綜合考慮了一下兩種方案。方案 1：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由于其轉(zhuǎn)過(guò)的角度可以精確的定位，可以實(shí)現(xiàn)小車(chē)前進(jìn)路程和位置的精確定位。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車(chē)等有一定速度要求的系統(tǒng)6。經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方案。方案 2：采用直流減速電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力。我們所選用的直流電機(jī)減速比為 1：74，減速后電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 100r/min。我們的車(chē)輪直徑為 6cm，因此我們的小車(chē)的最大速度可以達(dá)到：V=2rv=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s能夠較好的滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求，因此我們選擇了方案 2。3.1.7 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊方案 1：針對(duì)步進(jìn)電機(jī)用分立元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。由分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。方案 2：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 6橋驅(qū)動(dòng)芯片，它的相應(yīng)頻率高，一片 L298N 可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良9。綜上考慮，我選擇了方案 2。3.1.8 最終方案經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，我最終確定了如下方案：（1）自己手工制作車(chē)體。（2）采用 MCS-51 單片機(jī)作為主控制器。（3）用蓄電池經(jīng) 7812 穩(wěn)壓后為直流電機(jī)供電，將 12V 電壓經(jīng) 2576 降壓、穩(wěn)壓后為單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。（4）用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。（5）采用直流減速電機(jī)作為電動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。（6）L298N 作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。3.2 單元電路設(shè)計(jì)單元電路設(shè)計(jì)3.2.1 光電傳感器電路我們?cè)O(shè)計(jì)并論證了兩種光電對(duì)管檢測(cè)及調(diào)理電路，電路原理圖分別如圖 3-1 和圖 3-2 所示：470R110KR21KR420R3V1VT1VCCV2123JP1VCC圖 3-1 光電傳感器電路圖 3.1 所示電路中，R1 起限流電阻的作用，當(dāng)有光反射回來(lái)時(shí)，光電對(duì)管中的二極管V2 導(dǎo)通，R2 的上端變?yōu)楦唠娖?，此時(shí) VT1 飽和導(dǎo)通，二極管集電極輸出低電平。當(dāng)沒(méi)有光反射回來(lái)時(shí)，光電對(duì)管中的二極管 V2 不導(dǎo)通，VT1 截至，其集電極輸出高電平。VT1 在該電路中起到濾波整形的作用。經(jīng)試驗(yàn)和示波器驗(yàn)證，該電路工作性能一般，輸出還有雜散干擾波的成分。如果輸出加 7施密特觸發(fā)器就可以實(shí)現(xiàn)良好的輸出波形。但是這種電路用電量比較大，給此種傳感器調(diào)理電路供電的電池壓降較快。究其原因，是因?yàn)楣饷舳O管 V2 和三極管 VT1 導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通電流較大。因此我們考慮用比較器的方案。V1V25.1KR4150R15.1KR210KR3VCC23418U1ALM 393N123JP1VCCV3圖 3-2 光電傳感器電路在圖 3-2 中，可調(diào)電阻 R3 可以調(diào)節(jié)比較器的門(mén)限電壓，經(jīng)示波器觀察，輸出波形相當(dāng)規(guī)則，可以直接夠單片機(jī)查詢(xún)使用。而且經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證給此電路供電的電池的壓降較小。因此我們選擇此電路作為我們的傳感器檢測(cè)與調(diào)理電路。3.2.2 最小系統(tǒng)電路80C51 是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。用80C51 單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖 3.1 80C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)：(1) 有可供用戶(hù)使用的大量 I/O 口線。(2) 內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限。(3) 應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有特殊性。1、時(shí)鐘電路80C51 雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外部附加電路。80C51 單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTAL1、XTAL2 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設(shè)計(jì)采用最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式，即用外接晶 8體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在 1.2MHZ 到 12MHZ 之間選擇。電容值無(wú)嚴(yán)格要求，但電容取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，CX1、CX2可在 20pF 到 100pF 之間取值，但在 60pF 到 70pF 時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。所以本設(shè)計(jì)中，振蕩晶體選擇 6MHZ,電容選擇 65pF9。在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用 NPO 電容。30pFC130pFC280C51XTAL1XTAL2(內(nèi)內(nèi)內(nèi)內(nèi))XTAL2XTAL1VSS80C51內(nèi)內(nèi)內(nèi)內(nèi)圖 3-3 時(shí)鐘電路2、復(fù)位電路80C51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳 RST 通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)11。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要 Vcc 的上升時(shí)間不超過(guò) 1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。時(shí)鐘頻率用 6MHZ 時(shí) C 取 22uF,R取 1K。除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò) RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通而實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動(dòng)復(fù)位電路見(jiàn)圖 3-4。時(shí)鐘頻率選用 6MHZ 時(shí)，C 取 22uF,Rs 取 200，RK取1K12。 9VccRST/VPDVss80C51VccRST/VPDVss80C511KR110KR21KR22FC222FC122FCRESET+5V+5V圖 3-4 復(fù)位電路3.2.3 驅(qū)動(dòng)控制電路我們采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)如圖 3-5 所示：D4D2D8D6D3D1D7D5A-+B 1A-+B 2VDDVDDOUT3OUT4GNDVDDOUT1OUT2GNDVDDGNDOUT4OUT3IN4IN3EN BVC CGNDIN2EN AIN1VDDOUT2OUT1GNDIS EN A1OUT12OUT23VS S4IN15EN A6IN27GND8VS S (+5V)9IN310EN B11IN412OUT313OUT414IS EN B15U1L298N圖 3-5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路L298N 的 5、7、10、12 四個(gè)引腳接到單片機(jī)上，通過(guò)對(duì)單片機(jī)的編程就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)直流電機(jī)的 PWM 調(diào)速以及正反轉(zhuǎn)等功能。3.2.4 鍵盤(pán)電路 鍵盤(pán)中需要 09 幾個(gè)數(shù)字鍵，在加上一個(gè)開(kāi)始按鈕和一個(gè)停止按鈕，所以本設(shè)計(jì)采用3*4 矩陣鍵盤(pán)電路來(lái)完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。1、鍵盤(pán)電路工作原理鍵盤(pán)電路一般由鍵盤(pán)接口電路、按鈕及鍵盤(pán)掃描構(gòu)成。由鍵盤(pán)按鍵輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)對(duì)鍵盤(pán)電路的掃描后，運(yùn)行參數(shù)輸入到單片機(jī)內(nèi)，供單 10片機(jī)后續(xù)的運(yùn)算和處理。鍵盤(pán)電路的基本工作原理是利用動(dòng)片觸點(diǎn)和靜片觸點(diǎn)的接觸和斷開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)按鍵兩引腳的通斷。當(dāng)按鍵按下時(shí)，按鍵內(nèi)的復(fù)位彈簧被壓縮，動(dòng)片觸點(diǎn)與靜片觸點(diǎn)相連，鍵盤(pán)的兩個(gè)引腳被接通。當(dāng)鍵盤(pán)松開(kāi)后，復(fù)位彈簧將動(dòng)片彈開(kāi)，使動(dòng)片觸點(diǎn)與靜片接觸點(diǎn)脫離接觸，鍵盤(pán)兩個(gè)引腳斷開(kāi)13。本設(shè)計(jì)中使鍵盤(pán)接口 80C51 單片機(jī)的 p1 口相連，當(dāng)沒(méi)有按鍵被按下時(shí)，由于上拉電阻的作用，所以將按鍵上拉為高電平，每當(dāng)有按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)引腳接地，相應(yīng)按鍵兩個(gè)引腳連通接地，變?yōu)榈碗娖健Ｖ骺啬K中的鍵盤(pán)電路是采用 34 矩陣式鍵盤(pán)輸入。由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。P1 口低三位為行號(hào),高四位為列號(hào)。矩陣式鍵盤(pán)按鍵的位置由行號(hào)和列號(hào)唯一決定。行線通過(guò)上拉電阻接到+5V 上。平時(shí)無(wú)按鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)由與此電平相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平為高，行線電平則為高；列線電平為低，行線電平則為低。上述內(nèi)容為判斷按鍵是否被按下的關(guān)鍵所在。2、鍵盤(pán)掃描工作原理鍵盤(pán)掃描方式我采用的是列掃描。現(xiàn)將列掃描工作原理進(jìn)行闡述：80C51 的 P1 口作為鍵盤(pán)接口電路，其中 P1.0P1.2 作為行線，P1.3P1.6 作為列線。行線接上拉電阻。P1.3P1.6 四條列掃描線輪流輸出低電平，然后讀 P1.0P1.2，如果沒(méi)有按鍵被按下，則 P1.0P1.2 均為高電平，當(dāng)其中有某一按鍵按下時(shí)，相應(yīng)的 P1.0P1.2 中某一引腳就會(huì)變?yōu)榈碗娖健Ｈ纾篜1.3P1.6 輸入為 1110 時(shí)，P1.0P1.2 輸出為 110 時(shí)，則 P1.2 引腳輸出為低電平，作為輸入引腳的 P1.6 口為低電平，那么就是 P1.2 行線和 P1.6 列線的交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的按鍵被按下了14。3、鍵盤(pán)按鍵編碼鍵盤(pán)電路的按鈕個(gè)數(shù)不止一個(gè)，對(duì)不同電路結(jié)構(gòu)鍵盤(pán)電路，確定鍵值方法有很多，可以采用行列對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制值作為鍵值，如上段中 P1.2 和 P1.6 交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的按鍵值為1110，110。這種編碼方式獲得的鍵值分散性大。所以一般采用按順序?qū)︽I盤(pán)進(jìn)行編碼，即將按鍵行列對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼作為掃描碼，通過(guò)查表再轉(zhuǎn)換成鍵值，鍵盤(pán)任意按鍵的掃描碼=3行號(hào)+列號(hào)。設(shè)計(jì)的鍵盤(pán)電路如圖 3-6 所示。 11S10S21S32S43S87S76S65S54S98S109S11UpS12.9.1K9.1K9.1KVCCP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6圖 3-6 鍵盤(pán)電路3.2.5 電源電路電源管理單元是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成單元。本系統(tǒng)采用72V、2000mAh、Ni-Cd 蓄電池供電。為滿(mǎn)足系統(tǒng)各單元正常工作的需要，系統(tǒng)將電壓值分為 5V、6.5V 和 7.2V 三個(gè)檔。三個(gè)電壓檔的具體實(shí)現(xiàn)及其功能如下： 采用穩(wěn)壓管芯片 L7805CV 將電源電壓穩(wěn)壓到 5V，穩(wěn)壓電路如圖 3-7 所示，給單片機(jī)系統(tǒng)電路、路徑識(shí)別的光電傳感器電路和驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 電路供電； 將電源電壓 72V 經(jīng)過(guò)一個(gè)二極管降至 65V 左右后給舵機(jī)供電； 將電源電壓 72V 直接供給直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)。Vout3Vin1GND2U27805100pFC60.1uFC90.1uFC7100pFC8VCC圖 3-7 穩(wěn)壓電源電路3.3 特殊元件介紹3.3.1 光電傳感器14光電傳感器由于反應(yīng)速度快, 能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量,而且精度高、分辨力高、可靠性好，加之半導(dǎo)體光敏器件具有體積小、重量輕、功耗低、便于集成等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于軍事、 12宇航、通信、檢測(cè)與工業(yè)自動(dòng)化控制等多種領(lǐng)域中。當(dāng)前，世界上光電傳感領(lǐng)域的發(fā)展可分為兩大方向：原理性研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)。隨著光電技術(shù)的日趨成熟，對(duì)光電傳感器實(shí)用化的開(kāi)發(fā)成為整個(gè)領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)和關(guān)鍵。光電傳感器又稱(chēng)光傳感器, 是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種傳感器, 敏感波長(zhǎng)在可見(jiàn)光(0.38-0.76um)附近, 包括紅外線(0.76-1000um)和紫外線波長(zhǎng)(0.005-0.4um)。常見(jiàn)的光電傳感器有光電管、光敏電阻、光敏晶體管、光電禍合器、顏色傳感器、紅外光傳感器、紫外線傳感器、光纖傳感器和CCD圖像傳感器。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件3 部分組成。其基本原理是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)，把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電效應(yīng)是指用光照射某一物體，可以看作是一連串帶有一定能量為的光子轟擊在這個(gè)物體上，此時(shí)光子能量就傳遞給電子，并且是一個(gè)光子的全部能量一次性地被一個(gè)電子所吸收，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化，從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)。通常把光電效應(yīng)分為3 類(lèi)：（1 ）在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱(chēng)為外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等；（2 ）在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱(chēng)為內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻、光敏晶體管等；（3 ）在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)，如光電池等。光電傳感器通常采取的方法是紅外探測(cè)法。紅外探測(cè)法，即利用紅外線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)程中不斷地向地面發(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；如果遇到黑線則紅外光被吸收，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)確定黑線的位置和小車(chē)的行走路線。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過(guò) 3cm。光電傳感器的應(yīng)用：應(yīng)用概述：用光電元件作敏感元件的光電傳感器，其種類(lèi)繁多，用途廣泛。按光電傳感器的輸出量性質(zhì)可分為兩類(lèi)：（1）把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流而制成的光電測(cè)量?jī)x器，可用來(lái)測(cè)量光的強(qiáng)度以及物體的溫度、透光能力、位移及表面狀態(tài)等物理量。例如：測(cè)量光強(qiáng)的照度計(jì)，光電高溫計(jì)，光電比色計(jì)和濁度計(jì)，預(yù)防火災(zāi)的光電報(bào)警器，構(gòu)成檢查被加工零件的直徑、長(zhǎng)度、橢圓度及表面粗糙度等自動(dòng)檢測(cè)裝置和儀器，其敏感元件均用光電元件。半導(dǎo) 13體光電元件不僅在民用工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，在軍事上更有它重要的地位。例如用硫化鉛敏電阻可做成紅外夜視儀、紅外線照相儀及紅外線導(dǎo)航系統(tǒng)等；（2）把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成繼續(xù)變化的光電流。利用光電元件在受光照或無(wú)光照射時(shí) 有 或無(wú)電信號(hào)輸出的特性制成的各種光電自動(dòng)裝置。光電元件用作開(kāi)關(guān)式光電轉(zhuǎn)換元件。例如電子計(jì)算機(jī)的光電輸入器，開(kāi)關(guān)式溫度調(diào)節(jié)裝置及轉(zhuǎn)速測(cè)量數(shù)字式光電測(cè)速儀等。光電傳感器可用于檢測(cè)直接引起光量變化的非電量, 如光強(qiáng)、光照度、輻射測(cè)溫、氣體成分分析等也可用來(lái)檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光電量變化的其它非電量,如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動(dòng)、速度、加速度, 以及物體形狀、工作狀態(tài)的識(shí)別等。光電傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn), 因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。應(yīng)用舉例：1 測(cè)量工件表面的缺陷2 測(cè)量轉(zhuǎn)速3 光電式數(shù)字轉(zhuǎn)速表3.3.2 主控制器 80C51 單片機(jī)1580C51 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(gè)尺寸有限的集成電路芯片上2。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(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行 I/O 口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。它們都是通過(guò)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(duì)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。1 微處理器該單片機(jī)中有一個(gè) 8 位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理。2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)為 128 個(gè)字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)，用來(lái)存儲(chǔ)程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱(chēng)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。3 程序存儲(chǔ)器 14由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲(chǔ)器的容量不夠，則需用擴(kuò)展片外的只讀存儲(chǔ)器，片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)。4 中斷系統(tǒng)具有 5 個(gè)中斷源，2 級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。5 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器片內(nèi)有 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器， 具有四種工作方式。6 串行口1 個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式。可用來(lái)進(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行 I/O 口，甚至與多個(gè)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。7 P1 口、P2 口、P3 口、P4 口為 4 個(gè)并行 8 位 I/O 口。8 特殊功能寄存器共有 21 個(gè)，用于對(duì)片內(nèi)的個(gè)功能的部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的 RAM 區(qū)。由上可見(jiàn)，80C51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類(lèi)全，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。特別值得一提的是該單片機(jī) CPU 中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的 1 位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位微計(jì)算機(jī)有自己的 CPU、位寄存器、I/O 口和指令集。1 位機(jī)在開(kāi)關(guān)決策、邏輯電路仿真、過(guò)程控制方面非常有效；而 8 位機(jī)在數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算處理方面有明顯的長(zhǎng)處。MCS-51 單片機(jī)中 8 位機(jī)和 1 位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相承，它是單片機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破，這也是MCS-51 單片機(jī)在設(shè)計(jì)的精美之處。圖 3-8 80c51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 153.3.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 L298N16L298 啊一種專(zhuān)用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成芯片，內(nèi)部為雙 H 橋結(jié)構(gòu)，L298 的 H 橋驅(qū)動(dòng)器功率集成電路包含有四個(gè)各自獨(dú)立的推挽式驅(qū)動(dòng)器（即四個(gè)半橋） ，可單獨(dú)使用，例如用來(lái)驅(qū)動(dòng)單極性的步進(jìn)電機(jī)繞組或控制四臺(tái)不可逆直流電機(jī)。它也可兩兩組成雙 H 橋，每個(gè) H 橋有各自的使用（ENABLE）控制端。每個(gè)半橋有自己的輸入控制端，控制端信號(hào)是 TTL 電平。芯片內(nèi)有邏輯部分電源。L298 下橋臂 NPN 晶體管的發(fā)射極引出外引腳，用來(lái)連接電流檢測(cè)電阻。每個(gè)橋有一個(gè)電源引腳。L298 可與 L297 或 L6505 步進(jìn)電機(jī)電流控制器集成電路配合構(gòu)成一個(gè)完整的二相步進(jìn)電機(jī)恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路。L298 采用 15 腳 Multiwatt 塑料封裝，通過(guò)散熱片可用螺絲固定在散熱器上，內(nèi)部包含：兩個(gè) H 橋的高電壓打電流全橋式驅(qū)動(dòng)器 A 和 B，每個(gè)全橋包括 4 只 NPN 型晶體管、邏輯電路供電穩(wěn)壓器、邏輯控制電路等。引腳排列如下圖所示：圖 3-9 L298 結(jié)構(gòu)及外部引腳圖L298 引腳功能如下：引腳 1：SENSING A，連接電流檢測(cè)電阻，信號(hào)反饋給電極控制芯片，實(shí)習(xí)恒流控制。引腳 15：SENSING B，連接電流檢測(cè)電阻，信號(hào)反饋給電極控制芯片，實(shí)習(xí)恒流控制。引腳 2：OUTPUT1,全橋驅(qū)動(dòng)器 A 的輸出端。引腳 3：OUTPUT2,全橋驅(qū)動(dòng)器 A 的輸出端。引腳 4：VS，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源。引腳 5：INPUT1，控制全橋驅(qū)動(dòng)器 A 的工作狀態(tài)。引腳 7：INPUT2，控制全橋驅(qū)動(dòng)器 A 的工作狀態(tài)。引腳 8：GND，地。 16引腳 9：VSS，邏輯電源。引腳 10：INPUT3，控制全橋驅(qū)動(dòng)器 B 的工作狀態(tài)。引腳 12：INPUT4，控制全橋驅(qū)動(dòng)器 B 的工作狀態(tài)。引腳 13：OUTPUT1,全橋驅(qū)動(dòng)器 B 的輸出端。引腳 14：OUTPUT2,全橋驅(qū)動(dòng)器 B 的輸出端。4 軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明：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，軟件設(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)，軟件更為重要。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)。為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常把整個(gè)過(guò)程分成若干個(gè)部分，每一部分叫做一個(gè)模塊。所謂“模塊”，實(shí)質(zhì)上就是所完成一定功能，相對(duì)獨(dú)立的程序段，這種程序設(shè)計(jì)方法叫模塊程序設(shè)計(jì)法。模塊程序設(shè)計(jì)法的主要優(yōu)點(diǎn)是：1、 單個(gè)模塊比起一個(gè)完整的程序易編寫(xiě)及調(diào)試；2、 模塊可以共存，一個(gè)模塊可以被多個(gè)任務(wù)在不同條件下調(diào)用；3、 模塊程序允許設(shè)計(jì)者分割任務(wù)和利用已有程序，為設(shè)計(jì)者提供方便。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序定時(shí)子程序、避障子程序中斷子程序顯示子程序調(diào)速子程序算法子程序構(gòu)成。 174.1 主程序流程圖圖 4-1 主程序流程圖4.2 傳感器信息處理子程序圖 4-2 傳感器信息處理流程圖4.3系統(tǒng)初始化子程序圖 4-3 系統(tǒng)初始化流程圖 184.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序圖 4-4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序流程圖5 預(yù)期結(jié)果和創(chuàng)新成果通過(guò)系統(tǒng)的模塊仿真及實(shí)際的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋跡小車(chē)所要實(shí)現(xiàn)的功能，沿著固定的軌跡行駛，不會(huì)出現(xiàn)行駛過(guò)程中脫離軌跡向別的方向行駛。通過(guò)自己的創(chuàng)新改造，也可以設(shè)計(jì)出讓小車(chē)在一個(gè)蹺蹺板上行駛，在走到中心位置的時(shí)候，通過(guò)角度傳感器傳回的信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)的速度，使其減速慢行，不斷的在中心處前進(jìn)和后退，以達(dá)到蹺蹺板的平衡，并且能保持一段時(shí)間。另外自動(dòng)尋跡小車(chē)也可以用攝像頭實(shí)現(xiàn)尋跡，現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)的無(wú)人駕駛汽車(chē)的控制就是利用攝像頭傳回路面信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)人們對(duì)汽車(chē)行駛路徑的監(jiān)視。 196 總結(jié)本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)尋跡小車(chē)在傳感器的配合下具有自動(dòng)尋跡的功能，可以說(shuō)基本實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易小車(chē)的智能化。自動(dòng)尋跡小車(chē)系統(tǒng)以迅猛發(fā)展的汽車(chē)電子為背景，涵蓋了控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科。主要由路徑識(shí)別、角度控制及車(chē)速控制等功能模塊組成。在該系統(tǒng)中，由紅外光電傳感器實(shí)現(xiàn)路徑識(shí)別，通過(guò)對(duì)小車(chē)速度的控制，使小車(chē)能按照任意給定的黑色引導(dǎo)線平穩(wěn)地尋跡。實(shí)驗(yàn)證明：系統(tǒng)能很好地滿(mǎn)足尋跡小車(chē)對(duì)路徑識(shí)別性能和抗干擾能力的要求，速度調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間快，穩(wěn)態(tài)誤差小，具有較好的動(dòng)態(tài)性能。本設(shè)計(jì)所采用的紅外探測(cè)法，即利用紅外線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)程中不斷地向地面發(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；如果遇到黑線則紅外光被吸收，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)確定黑線的位置和小車(chē)的行走路線。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過(guò) 3cm。本設(shè)計(jì)所做的改進(jìn)就是使用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器，其原理也是利用紅外探測(cè)法，在車(chē)的前面和后面各安裝一個(gè)，這樣能更好的保證小車(chē)在前進(jìn)和后退過(guò)程中不會(huì)行駛到軌跡外面去。用一個(gè)字節(jié)來(lái)代表車(chē)底的 2 個(gè)光電傳感器，用每一個(gè)位來(lái)代表當(dāng)前傳感器的檢測(cè)狀態(tài)， 20以此把小車(chē)直線行進(jìn)時(shí)分成三種狀態(tài)，當(dāng)前面?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)到白線時(shí)，小車(chē)在跑道的正上方，這時(shí)控制兩電機(jī)同速度全速運(yùn)行；當(dāng)檢測(cè)到有一個(gè)傳感器偏出白線時(shí)，小車(chē)處于微偏狀態(tài)，這時(shí)將一個(gè)電機(jī)速度調(diào)慢，另一電機(jī)速度調(diào)快，完成調(diào)整；當(dāng)檢測(cè)到有兩個(gè)電機(jī)偏出時(shí)，小車(chē)處于較大的偏離狀態(tài)，這時(shí)把一個(gè)電機(jī)的速度調(diào)至極低，另一電機(jī)全速運(yùn)行，從而在較短時(shí)間內(nèi)完成路線的調(diào)整。我們的尋跡小車(chē)在完成設(shè)計(jì)要求的前提下，充分考慮到了外觀、成本等問(wèn)題，在性能和價(jià)格之間作了比較好的平衡。由于設(shè)計(jì)要求并不復(fù)雜，我們沒(méi)有在電路中增加冗余的功能，但是我們保留了各種硬件接口和軟件子程序接口，方便以后的擴(kuò)展和進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)。另外，我們的車(chē)體底盤(pán)經(jīng)過(guò)充分的論證和專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)，兼顧了美觀、廉價(jià)、穩(wěn)固、可靠等各方面的因素，具有較高的穩(wěn)定性和推廣意義。總之，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我主要得到了以下幾方面的收獲：1、通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步學(xué)習(xí)和鞏固單片機(jī)及其相關(guān)的知識(shí)，并能在設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)內(nèi)容。2、進(jìn)一步熟悉和掌握 MCS-51 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其外圍電路的設(shè)計(jì)，掌握匯編語(yǔ)言的編程方法，為即將進(jìn)入社會(huì)參加工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。3、培養(yǎng)掌握收集資料、消化資料和綜合資料的能力。4、通過(guò)獨(dú)立研究與實(shí)驗(yàn)，基本完成了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了小車(chē)的自動(dòng)尋跡功能。智能車(chē)輛是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動(dòng)行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)它集中地運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、傳感、信息、通訊、導(dǎo)航、人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù)是典型的高新技術(shù)綜合體。在很多文獻(xiàn)中有“自動(dòng)小車(chē)”的字樣出現(xiàn)，有自動(dòng)往返小車(chē)的設(shè)計(jì)、自動(dòng)消防小車(chē)設(shè)計(jì)等，這些小車(chē)都離不開(kāi)“自動(dòng)” ，現(xiàn)在的國(guó)內(nèi)外都在研究和開(kāi)發(fā)自動(dòng)無(wú)人駕駛汽車(chē)，自動(dòng)尋跡小車(chē)就是無(wú)人駕駛汽車(chē)的一小部分，只要能設(shè)計(jì)好自動(dòng)尋跡小車(chē)，就會(huì)對(duì)無(wú)人駕駛汽車(chē)的開(kāi)發(fā)和研究有很大貢獻(xiàn)。 21參考文獻(xiàn)1 郝鴻安.常用數(shù)字集成電路應(yīng)用手冊(cè)M.北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1987 年 12 月。2 石東海主編.單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)從入門(mén)到精通M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003 年 5 月。3 陳永真主編.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽試題精解選M.北京：電子工業(yè)出版社，2007 年 6 月。4 黃智偉主編.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2006 年 6 月。5全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì)編著.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品匯編M.北京：北京理工大學(xué)出版社，2004 年 8 月。6 黃智偉主編. 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽電路設(shè)計(jì)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006 年 12月。7 黃智偉主編. 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007 年 2月。8 黃智偉主編. 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽技能訓(xùn)練M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007 年 2月。9 黃智偉主編. 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽制作實(shí)訓(xùn)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007 年 2月。10徐愛(ài)鈞編著.8051 單片機(jī)實(shí)踐教程asm51 匯編語(yǔ)言與 C51 高級(jí)語(yǔ)言應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2005 年 7 月。 2211谷樹(shù)忠，閆勝利編著.Protel 2004 實(shí)用教程原理圖與 PCB 設(shè)計(jì)M.北京電子工業(yè)出版社，2005 年 2 月。12 華成英編著.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2006 年 6 月。13 http:/ http:/ 萬(wàn)方數(shù)據(jù)資源統(tǒng)一服務(wù)系統(tǒng)。http:/16 21IC 中國(guó)電子網(wǎng)。http:/謝 辭畢業(yè)設(shè)計(jì)是大四的最后一門(mén)課程，主要來(lái)促使學(xué)生進(jìn)一步理解和掌握電子信息工程專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)理論以及相關(guān)學(xué)科知識(shí)，使學(xué)生復(fù)習(xí)、鞏固所學(xué)過(guò)的理論與專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并予以適當(dāng)?shù)纳罨?；熟悉和掌握本?zhuān)業(yè)工程設(shè)計(jì)的程序、方法與技術(shù)規(guī)范；指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握實(shí)驗(yàn)測(cè)試、數(shù)據(jù)分析處理等科學(xué)研究與應(yīng)用的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題、進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力；培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索、開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新和獨(dú)立工作的能力，以及嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科學(xué)作風(fēng)和奉獻(xiàn)精神。使學(xué)生在知識(shí)、技能和素質(zhì)等方面，特別是專(zhuān)業(yè)技能和研究技能方面得到全面鍛煉與提高，造就一批具有良好心理承受能力，不怕挫折，勇于進(jìn)取，高素質(zhì)高質(zhì)量的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型人才。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的查閱資料、整理材料、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以及對(duì)論文的寫(xiě)作，今天終于可以順利的完成論文的最后的謝辭了，四年多的努力與付出，隨著論文的完成，美好的大學(xué)生活也隨之劃下了完美的句點(diǎn)。 懷著復(fù)雜的心理，寫(xiě)下了如下這一段謝詞。 論文得以完成，要感謝的人實(shí)在太多了，首先要感謝倪虹霞老師，因?yàn)檎撐氖窃谀呃蠋煹南ば闹笇?dǎo)下完成的。雖然倪老師對(duì)單片機(jī)控制方面的知識(shí)并不是十分精通，但她仍然耐心 23的幫我查閱資料，幫我檢查電路圖與論文，可以說(shuō)本論文從選題到完成，每一步都是在倪老師的指導(dǎo)下完成的，傾注了倪老師大量的心血。 倪老師指引我論文寫(xiě)作的方向和架構(gòu)，并對(duì)本論文初稿進(jìn)行逐字批閱，指正出其中錯(cuò)誤之處，使我有了思考的方向，他的循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪，他的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)，將一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣。倪老師要指導(dǎo)很多同學(xué)的論文，加上本來(lái)就有教學(xué)任務(wù)，工作量之大可想而知，但在一次次的回稿中，精確到每一個(gè)字的批改給了我深刻的印象，使我在論文之外明白了做學(xué)問(wèn)所應(yīng)有的態(tài)度。 在此，謹(jǐn)向倪老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！謝謝倪老師在我撰寫(xiě)論文的過(guò)程中給與我的極大地幫助。 同時(shí)，論文的順利完成，離不開(kāi)其它各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。在整個(gè)的論文寫(xiě)作中，各位老師、同學(xué)和朋友積極的幫助，在我寫(xiě)作中提供了利于論文寫(xiě)作的建議和意見(jiàn)，在他們的幫助下，論文得以不斷的完善，最終幫助我完整的寫(xiě)完了整個(gè)論文。 另外，要感謝在大學(xué)期間所有傳授我知識(shí)的老師，是你們的悉心教導(dǎo)使我有了良好的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，這也是論文得以完成的基礎(chǔ)。 通過(guò)此次的論文，我學(xué)到了很多知識(shí)，跨越了傳統(tǒng)方式下的教與學(xué)的體制束縛，在論文的寫(xiě)作過(guò)程中，通過(guò)查資料和搜集有關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動(dòng)手能力。并且由原先的被動(dòng)的接受知識(shí)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)的尋求知識(shí)，這可以說(shuō)是學(xué)習(xí)方法上的一個(gè)很大的突破。在以往的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式下，我們可能會(huì)記住很多的書(shū)本知識(shí)，但是通過(guò)畢業(yè)論文，我們學(xué)會(huì)了如何將學(xué)到的知識(shí)轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會(huì)了怎么更好的處理知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的問(wèn)題。 在論文的寫(xiě)作過(guò)程中也學(xué)到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先做學(xué)問(wèn)要一絲不茍，對(duì)于發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的任何問(wèn)題和偏差都不要輕視，要通過(guò)正確的途徑去解決，在做事情的過(guò)程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就退縮，只要堅(jiān)持下去就可以找到解決問(wèn)題的方法。而且要學(xué)會(huì)與人合作，這樣做起事情來(lái)就可以事半功倍。 總之，此次論文的寫(xiě)作過(guò)程，我收獲了很多，即為大學(xué)四年劃上了一個(gè)完美的句號(hào)，也為將來(lái)的人生之路做好了一個(gè)很好的鋪墊。 再次感謝我的大學(xué)和所有幫助過(guò)我并給我鼓勵(lì)的老師，同學(xué)和朋友，謝謝你們！ 24 25附錄 主程序清單:zhond EQU 3BH ZHODU EQU 3CH ZHON EQU 3EH MAICHO EQU 3FH JINWEB EQU 40H BHCS EQU 41H DPAN EQU 42H FENCHU EQU 43H FENCUN EQU 44H PAND EQU 45H FENMC EQU 51H ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP ST0 ORG 001BH AJMP ST1 ORG 0100H MAIN: MOV LIMIW,#00H MOV MIAO,#00H MOV FENMI,#00H MOV FMIAO,#00H MOV METER,#00H MOV FENZH,#00H MOV POINT,#0BH MOV SHIMI,#00H MOV SHIFN,#00H MOV JISHK,#00H MOV ZHOND,#00H MOV ZHODU,#00H MOV ZHON,#00H MOV MAICHO,#00H MOV JINWEB,#03H MOV BHCS,#00H MOV SP,#6FH MOV TMOD,#21H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H MOV TH1,#9CH 26 MOV TL1,#9CH SETB EA SETB ET0 SETB ET1 MOV P1,#0AAH ACALL XIANSHI QIDONG: JB P0.0,QIDONG ACALL DELAY JB P0.0,QIDONG MOV SUDU,#03H CLR P2.6 CLR P2.7 SETB TR1 START: JNB P2.3,START ACALL DELAY JNB P2.3,START MOV SUDU,#07H SETB TR0 MOV JISHK,#01H CALL DELAA CALL DELAA CALL DELAA CALL DELAA CALL DELAAJIANCE: MOV C,P2.0 MOV 22H,C MOV C,P2.1 MOV 23H,C MOV C,P2.2 MOV 24H,C MOV C,P2.3 MOV 25H,C MOV C,P2.4 MOV 26H,CZHANGAI: JB 25H,STOP JNB 22H,YOUZHUAN JNB 23H,YOUZHUAN JNB 24H,ZUOZHUAN JNB 26H,ZUOZHUAN AJMP JIANCEZUOZHUAN: 27 CLR P0.5 CLR P0.4 MOV SUDU,#05H ACALL DELAA SETB P0.4 SETB P0.5 MOV SUDU,#07H AJMP JIANCEYOUZHUAN: CLR P0.6 CLR P0.7 MOV SUDU,#05H ACALL DELAA SETB P0.7 SETB P0.6 MOV SUDU,#07H AJMP JIANCESTOP: ACALL DELAY JNB 25H,ZHANGAI CLR TR0 MOV A,FENMI MOV FENMC,A MOV A,#02H ADD A,FENMC MOV FENMC,AHERE: CJNE A,FENMI,HERE CLR TR1 SETB P2.6 ACALL DELAA SETB P2.7 ajmp $