智能化自尋跡程控車(chē)模外形及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含4張CAD圖紙+文檔全套】
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外文翻譯
英文原文：
Flexible Manufacturing System
A logical step from the concepts of group layout and of NC machine tools and robotics are computer-controlled interlinked outstation machining complexes, or 11exibe manufacturing systems(FMS)as they have bedclothes call.do.Such systems can be looked upon as highly automated cells manufacturing families of components.
The concept of FMS is not a new one; the first proposals were made in the mid 1960s. In recent years we have seen a growth in the number of systems, particularly in Japan, such that it is estimated that in excess of a hundred systems have been installed worldwide. A flexible manufacturing system contains a number of features as follows:
1. Interlinked NC workstations operating on a limited range or family of work pieces. In early propos-ales the machines were of modular construction, but in recent systems general-purpose NC machines, in particular machining centers, are most commonly used.
2. Automatic transportation, loading at unloading of work pieces and tools, using automatic guided vehicles (AGVs), robots, etc.
3. Work pieces mounted on pallets ft* transportation, pattly to overcome the problems of new setups at each workstation.
4. Centralized NC or DNC, together with overall computer control of the system.
5. Operation for significant periods of time with little or no manual intervention.
With FMS the tern flexibility means the ability to aptness a variety of components without having to adjust machine setups. Or change tooling. High flexibility implies that a large family of different components can be produced by the particular system. Figure 5. 17 show that several variants of the basic FMS con-kept exist. These are;
l.Flexible manufacturing cells(FMs): These are basically machining centum but with the addition of a pallet pool or magazine(Fig.5. t8 ).The aim is to machine the work piece with one stupefies type of machine can be operated unmanned for long periods of time, with the palletized work pieces transformed au-somatically to and from the machine. Flexible manufacturing cells of this type must be served by machines or operators engaged in blank preparation and polarization of work pieces. These cells are highly flexible in operation, having the ability to deal with a wide range of pats (40 to 800), in small batches of from 15 to 500.
2. Flexible transfer lines (fall): These, systems consist of a number of NC or head-changeable ma chine tools connected by automatic material transfer systems. The system can machine different components but without flexible routing of the workpieces.The family of components is relatively small (< 20) and the components must be quite similar to one another, as the overall flexibility of tote system is too low for a larger variety to be accommodated@. In consequence, the work cycles at each station nulls are quite well balanced. Production quantities must be quite large for economic use of these system (1 500 to 15000 per annum for each component).
3. Flexible manufacturing systems (FMS), in these systems NC workstations are linked by automatic work piece transfer and handing. With flexible routing and automatic work piece loading and unloading. A-chining times at each station can differ considerably. The number of different components that can be pro-cussed by these systems is 'ohm 10 'o 150 in general and moderate quantities can be produced (15 to 500 components per annum for type)
1．Work Handling for FMS
Work pieces are usually mounted on standard pallets for processing in FMS and these pallets locate automatically at each workstation in the system. A variety of work-handling devices are used to transport parts, pallets, and tools around the system. Some of these ate as follows:
1. Tow carts: These are the most cannon devices used; they consist of a simple platform on castors and are towed around the system by engagement with under floor, continuously moving chains. Cats stop at workstations by means of a mechanism total releases the tow pin at the appropriate time. Branches and loops are canalled in a similar manner to railway systems. 11te main advantage of tow carts is their simplicity and low cost, since no on-board power is required for their movement or control. Facilities must be available at each workstation to load and unload pallets from the carts. Also, the circulation of carts must be unidirectional.
2. Automatic guided vehicles (AGVs). These devices are usually designed to follow wins buried in the floor of the plant or lines painted on tote floor. On-board power and control is required for bolt move mint and steering ate for tote handling of pallets. Automatic guided vehicles ate more expensive than tow cats and are both larger and heavier. Tale main advantage of AGVs is their greater flexibility of opera-ton. These devices may move in either direction, but for ease of control, circulation is usually restricted to one direction only in practice.
3. Rail cats: These carts move on rails and are generally restricted to backward and forward motion along straight tracks. Power and control instructions ate ttunsferred by overhead conductors or extra rails. Rail carts often accommodate two pallets to allow for pallet exchange at the system workstations.
4. Roller conveyors: Most of tote early FMS developments utilized powered-roller conveyors for moving work pieces from statuette to station. The use of these convents in modern systems is less common. Roller conveyors are expensive to install and occupy valuable floor space. In addition, these conveyors are relatively inflexible in operation and difficult to alter if the overall system is expanded.
5. Industrial robots: Robots are used in FMS but not extensively unless the cell consists of only a few machines. They may be used as second at) handling devices, particularly for turned work pieces, which may be transported around the system in hatches on pallets by other handling devices and then transferred to the machine tool by robots at each workstation. Gripper designs suitable for handling a wide variety of components are important in this case.
2． Layouts for FMS
A variety of different layouts for the machine tools in FMS have been adopted, The choice depends on the scope of the system and the type of handling devices used for transporting work pieces from workstation to workstation. The use of rail carts mean that a straight track must be used, with machines located at the side of tote track. Early systems using roller conveyors usually employed a simple loop configura-tio11, with branches to the workstations.
The increased use of tow carts and AGVs has resulted in more complex multicolor or tree-type layouts being used. The latter type is most suitable for AGVs and is particularly useful if expansion of the system with additional workstations is anticipated. Figure 5.19 shows a typical multicolor layout using tow carts, and Fig.5.20 shows a typical layout where AGVs are used for work handling.
3． Factory of the Future
On the basis of the advances made to date in all aspects of manufacturing technology and computer controls, we may envisage the factory of the future as a fully automated facility in which human beings would not be directly involved with production on the shop i1oor (hence the term unmanned factories).All manufacturing, material handling, assembly, and inspection would be done by automated and computer-controlled machinery and equipment.
Similarly, activities such as processing incoming orders, production planning and scheduling, cost accounting, and various decision-making processes (usually performed by management) would also be done automatically by computers. The role of human beings would be confined to activities such as supervising, maintaining (especially preventive maintenance), and upgrading machines and equipment; ship-ping and receiving supplies and finished products ; providing security for the plant facilities ; and programming, upgrading, and monitoring computer programs, and monitoring, maintaining, and upgrading hard-ware.
Industries such as some food, petroleum, and chemical already operate automatically with little human intervention. These are continuous processes and, unlike piece part manufacturing, are easier to automate fully. Even so, the direct involvement of fewer people in manufacturing products is already apparent: Surveys show that; only 10-15 percent of the workforce is directly involved in production. Most of the workforce is involved in gathering and processing information.
Virtually unmanned manufacturing cells already make products such as engine blocks, axles, and housings for clutches and air compressors .For large-scale, flexible manufacturing systems, however, highly trained and skilled personnel will always be needed to plan, maintain, and oversee operation.
The reliability of machines, control systems, and power supply is crucial to full factory automation. A local or general breakdown in machinery, computers, power, or communications networks will, without rapid human intervention cripple production. The computer-integrated factory of the future should be capable of automatically rerouting materials and production flows to other computers in case of such emergencies.
譯文：
柔性制造系統(tǒng)
以成組布局的方式，將由計(jì)算機(jī)控制的多臺(tái)數(shù)控機(jī)床及機(jī)器人結(jié)合成多工位成套加工設(shè)備，即稱(chēng)為柔性制造系統(tǒng)（FMS），這種系統(tǒng)被視為對(duì)各類(lèi)零件族進(jìn)行加工的高度自動(dòng)化制造單元。
FMS并非是新的頓念，首先是在二十世紀(jì)60年代中期提出的。近年來(lái)FMS的數(shù)量不斷增加，尤其是日本。據(jù)估計(jì)，世界上建立起來(lái)的FMS已經(jīng)超過(guò)了一百套。柔性制造系統(tǒng)具有以下一些特征：
l。將對(duì)范圍有效的零件或某族零件進(jìn)行加工的多臺(tái)效控工作站互相聯(lián)結(jié)。早期規(guī)劃時(shí)FMS中的機(jī)床都采用單元結(jié)構(gòu)、而近年來(lái)生產(chǎn)的FMS基本上采用通用數(shù)控機(jī)床，尤其是加工中心。
2．通過(guò)自動(dòng)運(yùn)輸小車(chē)（AGVs）機(jī)械手等設(shè)備時(shí)工件及刀具進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)送和裝卸。
3．為便于傳輸，將工件裝在托盤(pán)上，部分解決了工件裝到每個(gè)工作站上去需進(jìn)行重新調(diào)整的問(wèn)題。
4．?dāng)?shù)控系統(tǒng)或直接數(shù)控系統(tǒng)與系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)總體控制一起實(shí)行集中管理。
5．主要的加工過(guò)程無(wú)須人工干預(yù)或較少人工干預(yù)。
柔性制造系統(tǒng)這一術(shù)語(yǔ)中的柔性意味著該系統(tǒng)在不必調(diào)整機(jī)床設(shè)備或更換工藝裝備的情況下就能加工各類(lèi)零件。柔性大是指萊某一特定的系統(tǒng)能加工某一大零件族的不同零件。圖5。I 7示表示了現(xiàn)有的基本的FMS概念引出的一些派生系統(tǒng)，即：
1．柔性制造單元（FMS）：它基本上是帶有托盤(pán)庫(kù)或托盤(pán)站的加工中心（圖5，1 8）。其目的是在一次安裝下便可加工出工件。這種柔性制造單元可長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管。裝在托盤(pán)中的工件可自動(dòng)送達(dá)以及運(yùn)離該加工機(jī)床。這種類(lèi)型的柔性制造單元必須由機(jī)械裝置或操作人員進(jìn)行毛坯準(zhǔn)備前將工件裝在托盤(pán)上。柔性制造單元的加工柔性高，可小批量（15到5 00）地加工多種零件（40 ~8 00種）。
2．柔性自動(dòng)線〈LTLs）。這些系統(tǒng)是由多臺(tái)數(shù)控機(jī)床或可更換主軸箱的機(jī)床所組成，機(jī)床之間通過(guò)物料自動(dòng)輸送系統(tǒng)相聯(lián)接。此系統(tǒng)可加工不同的零件，但工件的加工路線不能變動(dòng)?？杉庸さ牧慵宸N類(lèi)比較少（＜20）而且它們之間必須十分相似，這是因?yàn)檫@類(lèi)系統(tǒng)的柔性太小，所加工的工件不可變化太太。所以每個(gè)工作站上的加工時(shí)間必須相等。要使這些系統(tǒng)加工經(jīng)濟(jì)則產(chǎn)量必頌大（每種零件的年產(chǎn)量應(yīng)為1500到15000件）。
3．柔性制造系統(tǒng)（FMS）。此類(lèi)系統(tǒng)的數(shù)控工作站由工件的自動(dòng)榜送和搬運(yùn)系統(tǒng)相聯(lián)接，能夠改變加工路線，并可自動(dòng)裝卸工件。每個(gè)工作站的加工時(shí)間可能相差較大。柔性制造系統(tǒng)可加工的零件種類(lèi)一放為10~ 150種，適于中等批量的生產(chǎn)〈每一類(lèi)零件的年產(chǎn)量為15 到 500件〉。圖5。17 各種FMS的概念柔性自動(dòng)化。
柔性自動(dòng)線：機(jī)床內(nèi)部聯(lián)系；多用途加工；周期地輸送工件；控制物料流動(dòng)；加工設(shè)備的部分運(yùn)用性，其調(diào)整時(shí)間較短。
柔性制造系統(tǒng)：機(jī)床外部聯(lián)系，單用途和／或多用途加工；非周期輸送工作；物料按各種順序自動(dòng)流動(dòng)；對(duì)手少量的試件無(wú)需進(jìn)行手工調(diào)整。
柔性制造單元：沒(méi)有內(nèi)部聯(lián)系的獨(dú)立設(shè)置的機(jī)床；單級(jí)加工；機(jī)床裝載工作，具有一個(gè)緩沖工位的機(jī)床；帶有工件庫(kù)的機(jī)床； 自動(dòng)換刀。圖5，l 8 典型的用于無(wú)人操作的加工中心，它帶有托盤(pán)、刀庫(kù)及CNC控制可與主計(jì)算機(jī)通訊。自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)；刀庫(kù)；CNC控制單元；自動(dòng)除屑裝置；托盤(pán)庫(kù)。
1．柔性制造系統(tǒng)的工件輸送裝置
FMSs中通常將工件安裝在托盤(pán)上以便進(jìn)行加工，托盤(pán)在系統(tǒng)的每一工位上自動(dòng)定位。采用了各種輸送裝置以便在系統(tǒng)中運(yùn)送工件、托盤(pán)及刀具，其中輸送裝置是：
1．牽引車(chē)：這是最常用的輸送裝置，它由自位輪上的簡(jiǎn)單平臺(tái)組成，通過(guò)地下連續(xù)移動(dòng)的傳輸鏈牽引繞系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)一機(jī)械裝置在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間松開(kāi)牽引銷(xiāo)使?fàn)恳?chē)在各工位停下。運(yùn)輸線路的分支及其回路的控制叫方式類(lèi)似于鐵路系統(tǒng)。由于牽引車(chē)的運(yùn)動(dòng)或控制不需要車(chē)上能源，所以拖車(chē)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉。每－工作站上都必須有從牽引車(chē)上裝卸托盤(pán)的設(shè)備，同樣，拖車(chē)的循環(huán)必須是不定向的。
2．自動(dòng)引導(dǎo)小車(chē)（AGVs）。這種運(yùn)輸車(chē)通常是設(shè)計(jì)為沿埋于車(chē)間地下的線路或沿涂敷在地面上的線路來(lái)運(yùn)行。其運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)向以及運(yùn)送托盤(pán)都需消耗運(yùn)輸車(chē)車(chē)上的能量和控制。自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)比牽引車(chē)的造價(jià)高、體積大、同時(shí)也更重要一些。AGVs的主要優(yōu)點(diǎn)是工作柔性較大，可沿任意方向運(yùn)動(dòng)，但是為便于控制；實(shí)際上這種運(yùn)輸車(chē)通常只能沿一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。
3．有軌小車(chē)：有軌小車(chē)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，一般僅能沿直線導(dǎo)軌作前后運(yùn)動(dòng)。通過(guò)上部的導(dǎo)線或附加的導(dǎo)軌來(lái)傳送能量及控制指令。有軌小車(chē)通?？扇菁{兩個(gè)托盤(pán)，從而可在系統(tǒng)的工作站上交換托盤(pán)。
4．滾珠式輸送器：大部分早期的FMS使用機(jī)動(dòng)的滾柱式輸送器來(lái)完成工件在系統(tǒng)工作站之間的輸送、現(xiàn)代的FMS已很少使用了。滾柱式輸送器安裝費(fèi)用較高，占用廠房空間較大。另外，其工作柔性較差，如果整個(gè)系統(tǒng)要擴(kuò)大，則很難改動(dòng)。
5．工業(yè)機(jī)器人：工業(yè)機(jī)器人可用于FMS，但除了僅由少數(shù)幾臺(tái)機(jī)床構(gòu)成的制造單元采用它外，并沒(méi)有廣泛采用。機(jī)器人也可以作為輔助傳輸裝置，特別是對(duì)于車(chē)削件，工件可分批裝在托盤(pán)上，并由其它輸送裝置控制其繞系統(tǒng)輸送，到每一工作站后再由機(jī)器人將其傳送到機(jī)床上。重要的是設(shè)計(jì)適合于在這種情況下搬運(yùn)各種了件的抓手裝置。
2柔性封造系統(tǒng)的總體布局
FMSs已采用了各種不同的機(jī)床布局方式。選用哪種布局方式取決于該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍及工件持送設(shè)備的類(lèi)型。使用有執(zhí)小車(chē)則意味著必須使用直線導(dǎo)軌，而機(jī)床位于在該導(dǎo)軌側(cè)面。早期的柔性制造系統(tǒng)使用滾柱式輸送器，通常采用簡(jiǎn)單的環(huán)形布置格局，其中有許多支路通向各工作站牽引車(chē)和自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)用得越來(lái)越多，使得柔性制造系統(tǒng)采用了更為復(fù)雜的多環(huán)路布局方式或樹(shù)形布局方式。樹(shù)形布局方式最適于使用自動(dòng)引導(dǎo)小車(chē)，可以預(yù)料，對(duì)于以增加工作站來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)尤為有用。圖F。l 9表示了一種典型的使用牽引車(chē)的多環(huán)路布局形式，圖5．20表示了一種典型的使用自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)輸送工件的布局方式。
圖5.19 系統(tǒng)有8臺(tái)臥式加工中心和4 臺(tái)主軸箱更換裝置的典型牽引車(chē)布形式裝卸工件；牽引車(chē)運(yùn)輸軌道；直線式往復(fù)來(lái)回料車(chē)；計(jì)算機(jī)房；回料車(chē)更換主軸箱；計(jì)箕機(jī)房；刀具倉(cāng)。
圖5.20 典型的自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)的布局方式。系統(tǒng)有5臺(tái)臥式加工中心、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、自動(dòng)托盤(pán)站和檢索系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)盤(pán)式倉(cāng)庫(kù)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。加工中心；自動(dòng)托盤(pán)站和檢索系統(tǒng)：控制室；轉(zhuǎn)盤(pán)式倉(cāng)庫(kù)；AGV軌道。
3．柔性明造系纜中的刀具
柔性制造系統(tǒng)若要使用大量的刀具、就勢(shì)必會(huì)限制系統(tǒng)的柔性。系統(tǒng)必紹有足夠的刀具可用于加工各種類(lèi)型的零件。如前所述，系統(tǒng)配置一些相同類(lèi)型的機(jī)床則可提而其柔性，但如果要使其中的任何一臺(tái)機(jī)床都可加工任意工件的話(huà)，這就意味著所有的機(jī)床都必須能使用各種所需的刀具。這就要求每臺(tái)機(jī)床都帶有容量很大的刀庫(kù)，如可容納250把甚至更多刀具的刀庫(kù)。如果沒(méi)有這么大的刀庫(kù)容量，，就必須采用其他會(huì)減小系統(tǒng)總體柔性的辦法，這些措施有：
1．讓一些機(jī)床只加工某些范圍的零件；
2．限制加工零件子族的次數(shù)，在允許的時(shí)間內(nèi)在系統(tǒng)中換刀。長(zhǎng)遠(yuǎn)的解決辦法也許需要在系統(tǒng)中采取一種可行的自動(dòng)換刀方法，但這將引起很高的額外投資和研制費(fèi)用?？刹扇〉姆椒ㄓ校?
l．可互換的轉(zhuǎn)盤(pán)式刀庫(kù)；
2．在每一工位上自動(dòng)將刀具從固定轉(zhuǎn)盤(pán)式刀庫(kù)運(yùn)至移動(dòng)圓盤(pán)傳送帶上；
3．單獨(dú)自動(dòng)搬運(yùn)刀具和工件，并將它們一起送至每一工作站。
4未來(lái)的工廠
根據(jù)目前機(jī)械制造技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)各領(lǐng)域所取得的成就，我們可以設(shè)想未來(lái)的工廠將是無(wú)人直接參與加工車(chē)間生產(chǎn)的全自動(dòng)化工廠（即無(wú)人工廠）。所有的機(jī)械加工、材料輸送、產(chǎn)品裝配和檢測(cè)都將由自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械設(shè)備來(lái)完成。同樣，諸如處理新的訂單，制定生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度，估算成本及作出各種決策（通常由管理部門(mén)完成）也將由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。人的作用將僅限于管理、保養(yǎng)維修（尤其是預(yù)防性保養(yǎng)）及機(jī)床設(shè)備的改進(jìn)、接收和裝運(yùn)外來(lái)件和成品、為廠內(nèi)設(shè)備供安全保障；編制、改進(jìn)并監(jiān)控計(jì)箕機(jī)程序以及監(jiān)控、推護(hù)及改進(jìn)硬件。
某些食品，油料和化工行業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了幾乎無(wú)需人工干預(yù)的自動(dòng)化生產(chǎn)。這些都是連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，而不是離散制造，更易于實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。即使如此，產(chǎn)品的制造過(guò)程中很明顯只有較少人工直接參與。調(diào)查表明只有！ 10%～15％的勞動(dòng)力直接參與生產(chǎn)過(guò)程。而大部分勞動(dòng)力是收集和處理各種信息。
實(shí)際上，無(wú)人制造單元已用于生產(chǎn)諸如發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體，軸以及離合器和空氣壓縮機(jī)的外殼等產(chǎn)品。然而，大規(guī)模的柔性制造系統(tǒng)將一直需要受過(guò)良好訓(xùn)練、技術(shù)熱練的人來(lái)計(jì)劃，維護(hù)和管理生產(chǎn)。
機(jī)床、控制系統(tǒng)和能源供給可靠性對(duì)全自動(dòng)化工廠而言是至關(guān)重要的。如果沒(méi)有及時(shí)人工干預(yù)，機(jī)械裝置、計(jì)算機(jī)、能源和通訊網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的局部或整體故障將破壞整個(gè)生產(chǎn)。未來(lái)的計(jì)算機(jī)集成工廠應(yīng)能在出現(xiàn)這種緊急情況的時(shí)候自動(dòng)將物料和生產(chǎn)流轉(zhuǎn)送至其他機(jī)床，并在另處的計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行生產(chǎn)。
5對(duì)勞動(dòng)力的沖擊
這樣，通常參與傳統(tǒng)制造業(yè)的低技能的直接勞動(dòng)力將轉(zhuǎn)化為間接勞動(dòng)力，他們需要經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)編程、信息處理、CAD/CAM及其它高技術(shù)工作的專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)和再培訓(xùn)，這是計(jì)算機(jī)集成制造的基本要素。人們正在研制對(duì)用戶(hù)更為友好的計(jì)算機(jī)軟件，從而使勞動(dòng)力的再培訓(xùn)容易得多。
有關(guān)無(wú)人工廠的影響的觀點(diǎn)分歧很多。所以，很難預(yù)測(cè)未來(lái)制造技術(shù)的必然趨勢(shì)。盡管經(jīng)濟(jì)性的考慮及利弊權(quán)衡是關(guān)鍵的因素，但沒(méi)有建立計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的工廠將處危難之中。人們普遍認(rèn)識(shí)到，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中，快速的適應(yīng)能力對(duì)制造廠的生存來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。
南華大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題目
智能化自尋跡程控車(chē)模外形及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)（論文）題目來(lái)源
自選課題
設(shè)計(jì)（論文）題目類(lèi)型
工程設(shè)計(jì)類(lèi)
起止時(shí)間
2006.12.25~2007.6.5
一、 設(shè)計(jì)（論文）依據(jù)及研究意義：
本設(shè)計(jì)利用紅外反射式傳感器實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)尋跡導(dǎo)航的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)尋跡是基于自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)（AGV—auto-guided vehicle）機(jī)器人系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)識(shí)別路線，判斷并自動(dòng)規(guī)避障礙，以及選擇正確的路線。實(shí)驗(yàn)中采用與地面顏色有較大差別的線條作引導(dǎo)，使用反射式紅外傳感器感知導(dǎo)引線和判斷障礙物。系統(tǒng)控制核心采用AT89系列單片機(jī),系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)采用控制方式為直流電機(jī)。該技術(shù)可以應(yīng)用于無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)，無(wú)人工廠、倉(cāng)庫(kù)、服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域
.
二、設(shè)計(jì)（論文）主要研究的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)：（技術(shù)方案、路線）
1．車(chē)體設(shè)計(jì)
底盤(pán)設(shè)計(jì)
電機(jī)選擇
驅(qū)動(dòng)方式
2．控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
預(yù)期目標(biāo)：
根據(jù)設(shè)計(jì)要求選定的參數(shù)，依照車(chē)模的結(jié)構(gòu)和尺寸，進(jìn)行計(jì)算及校核，總圖及零件圖的繪制。
技術(shù)路線：
1．根據(jù)任務(wù)書(shū)上的要求，搜集資料，進(jìn)行程控小車(chē)的外形設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．用pro/e繪制全部的三維圖及其裝配圖
三、設(shè)計(jì)（論文）的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)：
重點(diǎn)：1．程控車(chē)車(chē)模外形造型
2．控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)
難點(diǎn)：1．控制系統(tǒng)電路及程序設(shè)計(jì)
四、設(shè)計(jì)（論文）研究方法及步驟（進(jìn)度安排）：
1．2006年12月15日—2007年1月25日通過(guò)老師對(duì)智能自尋跡程控車(chē)造型內(nèi)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的講解，對(duì)這一設(shè)計(jì)有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，圖書(shū)館查
找相關(guān)資料，加強(qiáng)理論知識(shí)以及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)知識(shí)。
2．2007年3月21日—2007年4月10日進(jìn)行程控小車(chē)控制系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)
3．2007年4月11日—2007年4月30日車(chē)模外形設(shè)計(jì)和造型
4．2007年5 月1 日—2007年5月31日專(zhuān)題研究
5．2007年6月1 日—2007年6月5日編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，整理資料，準(zhǔn)備答辯。
五、 進(jìn)行設(shè)計(jì)（論文）所需條件：
1．裝有pro/e軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。
2．與設(shè)計(jì)所需理論技術(shù)有關(guān)的書(shū)籍和資料
3．制作程控小車(chē)所需的材料
四、 指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
簽名： 年 月 日
南 華 大 學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)
學(xué) 院： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院
題 目： 智能化自尋跡程控車(chē)模外形及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
起止時(shí)間： 20** 年 12 月 25 日至 20** 年 6月 5 日
學(xué) 生 姓 名：
專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí)：
指 導(dǎo) 老 師：
教研室主任：
院 長(zhǎng)：
20** 年 12月 25 日
設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及要求：
一、 設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容
題目：智能化自尋跡程控車(chē)模外形及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
研究?jī)?nèi)容： 1）車(chē)體設(shè)計(jì)
2）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1． 紅外遙控裝置能控制單片機(jī)，使之發(fā)出進(jìn)、退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)控制（并給出動(dòng)作指示）。
2． 使用紅外對(duì)管設(shè)計(jì)尋跡電路（即自動(dòng)區(qū)別黑白道標(biāo)記）。
3．根據(jù)尋跡信號(hào)設(shè)計(jì)單片機(jī)對(duì)電機(jī)的控制電路。
4．單片機(jī)采用匯編及C51進(jìn)行編制，程序的下載為ISP方式。
二、 要求：
本課題主要培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)和繪圖等實(shí)際能力，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)初步具備工程設(shè)計(jì)的實(shí)際能力。
1、程控小車(chē)的總體設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)小車(chē)外形輪廓，利用計(jì)算機(jī)繪制A0圖紙一張。
2、編寫(xiě)控制小車(chē)自動(dòng)尋跡的原程序一份，
3、整理，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，內(nèi)容包括程控小車(chē)的外形設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)，不少于20000字，英文摘要500字左右，計(jì)算機(jī)打印。
4、翻譯有關(guān)英文資料1-2篇，不少于3000字，計(jì)算機(jī)打印.
指導(dǎo)教師： 年 月 日
南華大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題目
智能化自尋跡程控車(chē)模外形及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)（論文）題目來(lái)源
自選課題
設(shè)計(jì)（論文）題目類(lèi)型
工程設(shè)計(jì)類(lèi)
起止時(shí)間
20**.12.25~20**.6.5
一、 設(shè)計(jì)（論文）依據(jù)及研究意義：
本設(shè)計(jì)利用紅外反射式傳感器實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)尋跡導(dǎo)航的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)尋跡是基于自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)（AGV—auto-guided vehicle）機(jī)器人系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)識(shí)別路線，判斷并自動(dòng)規(guī)避障礙，以及選擇正確的路線。實(shí)驗(yàn)中采用與地面顏色有較大差別的線條作引導(dǎo)，使用反射式紅外傳感器感知導(dǎo)引線和判斷障礙物。系統(tǒng)控制核心采用AT89系列單片機(jī),系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)采用控制方式為直流電機(jī)。該技術(shù)可以應(yīng)用于無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)，無(wú)人工廠、倉(cāng)庫(kù)、服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域
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二、設(shè)計(jì)（論文）主要研究的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)：（技術(shù)方案、路線）
1．車(chē)體設(shè)計(jì)
底盤(pán)設(shè)計(jì)
電機(jī)選擇
驅(qū)動(dòng)方式
2．控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
預(yù)期目標(biāo)：
根據(jù)設(shè)計(jì)要求選定的參數(shù)，依照車(chē)模的結(jié)構(gòu)和尺寸，進(jìn)行計(jì)算及校核，總圖及零件圖的繪制。
技術(shù)路線：
1．根據(jù)任務(wù)書(shū)上的要求，搜集資料，進(jìn)行程控小車(chē)的外形設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．用pro/e繪制全部的三維圖及其裝配圖
三、設(shè)計(jì)（論文）的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)：
重點(diǎn)：1．程控車(chē)車(chē)模外形造型
2．控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)
難點(diǎn)：1．控制系統(tǒng)電路及程序設(shè)計(jì)
四、設(shè)計(jì)（論文）研究方法及步驟（進(jìn)度安排）：
1．20**年12月15日—20**年1月25日通過(guò)老師對(duì)智能自尋跡程控車(chē)造型內(nèi)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的講解，對(duì)這一設(shè)計(jì)有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，圖書(shū)館查
找相關(guān)資料，加強(qiáng)理論知識(shí)以及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)知識(shí)。
2．20**年3月21日—20**年4月10日進(jìn)行程控小車(chē)控制系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)
3．20**年4月11日—20**年4月30日車(chē)模外形設(shè)計(jì)和造型
4．20**年5 月1 日—20**年5月31日專(zhuān)題研究
5．20**年6月1 日—20**年6月5日編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，整理資料，準(zhǔn)備答辯。
五、 進(jìn)行設(shè)計(jì)（論文）所需條件：
1．裝有pro/e軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。
2．與設(shè)計(jì)所需理論技術(shù)有關(guān)的書(shū)籍和資料
3．制作程控小車(chē)所需的材料
四、 指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
簽名： 年 月 日
南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘要
本文介紹了利用紅外反射式傳感器實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)尋跡導(dǎo)航的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)尋跡是基于自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)（AGV—auto-guided vehicle）機(jī)器人系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)識(shí)別路線，判斷并自動(dòng)規(guī)避障礙，以及選擇正確的路線。實(shí)驗(yàn)中采用與地面顏色有較大差別的線條作引導(dǎo)，使用反射式紅外傳感器感知導(dǎo)引線和判斷障礙物。系統(tǒng)控制核心采用AT89S51單片機(jī),系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)采用控制方式為單向PWM的直流電機(jī)。該技術(shù)可以應(yīng)用于無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)，無(wú)人工廠、倉(cāng)庫(kù)、服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域
關(guān)鍵詞：自動(dòng)尋跡；紅外傳感器 ；單片機(jī)
Abstrct
This article introduces the design and execution of auto-searching for track by usage of the reflected infrared sensor on the auto-guided car. The auto-searching for track is on the base of the AGV-auto-guided vehicle system. It makes the car discern the routs, judge and evade the obstacles automatically. So the car can choose the right routes. In the experiment we take use of the guiding wire whose color distinguishes from the background to guide the car and the inflected infrared sensor to discern the guiding wire and obstacles. The AT89S51 Single Chip Microcomputer is used for the control core in this system, and the one-way PWM direct current electromotor for the motive force or power system. This technology could serve to driverless mobile, robot factory, warehouse, service robot and etc.
Key Word:Auto-searching for track; infrared sensor; Single Chip Microcomputer
2
目錄
摘要 i
Abstrct ii
引言 4
第一章 設(shè)計(jì)方案與論證 5
第二章 外形設(shè)計(jì) 6
２.1繪圖軟件的選擇 6
2.2設(shè)計(jì)方法分析 7
2.3產(chǎn)品外觀造型的三大美學(xué)因素 7
2.3.1造型 7
2.3.2顏色 8
2.3.3材料與結(jié)構(gòu) 8
第三章 單片機(jī)介紹 9
第四章 電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制 23
4.1H 型橋式驅(qū)動(dòng)電路 23
4.2P W M 控制 27
4.3通過(guò)軟件避免直通短路 28
4.4小結(jié) 29
第五章 單元電路的設(shè)計(jì) 30
5.1黑帶檢測(cè)方案選擇 30
5.2傳感器選擇 31
5.3 紅外反射式光電傳感器特性與工作原理 32
5.4具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 33
５.４.1.硬件結(jié)構(gòu) 34
５.４.2.電路原理 35
５.４.３程序及流程圖 38
６．１總結(jié) 43
參考文獻(xiàn) 46
致謝 47
外文翻譯 48
南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
引言
自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來(lái)，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國(guó)防等領(lǐng)域。近年來(lái)機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們?cè)诓粩嗵接憽⒏脑?、認(rèn)識(shí)自然的過(guò)程中，制造能替代人勞動(dòng)的機(jī)器一直是人類(lèi)的夢(mèng)想。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的感覺(jué)傳感器種類(lèi)越來(lái)越多，其中視覺(jué)傳感器成為自動(dòng)行走和駕駛的重要部件。視覺(jué)的典型應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽灾魇街悄軐?dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)于視覺(jué)的各種技術(shù)而言圖像處理技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后，機(jī)器視覺(jué)需要通過(guò)大量的運(yùn)算也只能識(shí)別一些結(jié)構(gòu)化環(huán)境簡(jiǎn)單的目標(biāo)。視覺(jué)傳感器的核心器件是攝像管或CCD，目前的CCD已能做到自動(dòng)聚焦。但CCD傳感器的價(jià)格、體積和使用方式上并不占優(yōu)勢(shì)，因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺(jué)的系統(tǒng)中考慮使用接近覺(jué)傳感器是一種實(shí)用有效的方法。
機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線和障礙物，感知導(dǎo)引線相當(dāng)給機(jī)器人一個(gè)視覺(jué)功能。自動(dòng)尋跡是基于自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)（AGV—auto-guided vehicle）系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)識(shí)別路線，判斷并自動(dòng)規(guī)避障礙，選擇正確的行進(jìn)路線。采用與地面顏色有較大差別的線條作引導(dǎo)，使用傳感器感知導(dǎo)引線和障礙判斷
第一章 設(shè)計(jì)方案與論證
采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S51型單片機(jī)作為我們的控制單元，因?yàn)樵撔蛦纹瑱C(jī)價(jià)格便宜，功能比較強(qiáng)大，性?xún)r(jià)比高，而且在市場(chǎng)上很容易買(mǎi)到。通過(guò)紅外傳感器、電感式接觸開(kāi)關(guān)等器件來(lái)采集各類(lèi)信息，送入主控單元單片機(jī)，處理數(shù)據(jù)后完成相應(yīng)動(dòng)作，以達(dá)到自身控制。其中尋跡（黑帶檢測(cè)）采用市面上通用的發(fā)射管及接收頭，經(jīng)過(guò)單片機(jī)調(diào)制后發(fā)射。鐵片檢測(cè)采用電感式接近開(kāi)關(guān)LJ18A3-8- Z/BX檢測(cè)。此系統(tǒng)比較靈活，更重要的是采用軟件方法來(lái)解決復(fù)雜的硬件電路部分，使系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)潔化，各類(lèi)功能易于實(shí)現(xiàn)，能很好地滿(mǎn)足題目的要求。黑帶尋跡采用紅外線發(fā)射和接受原理。鐵片檢測(cè)采用電感式接近開(kāi)關(guān)LJ18A3-8-Z/BX檢測(cè)，產(chǎn)生的高低電平信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后控制小車(chē)停轉(zhuǎn)。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來(lái)解決復(fù)雜的硬件電路部分，使系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)潔化，各類(lèi)功能易于實(shí)現(xiàn)。
第二章 外形設(shè)計(jì)
圖２.1
最終效果如圖２.1所示。
２.1繪圖軟件的選擇
我選用的是現(xiàn)在最流行的三維繪圖軟件PRO/E，這是一個(gè)方位的3D產(chǎn)品開(kāi)發(fā)軟件，它集零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、墨菊開(kāi)發(fā)、NC加工、鈑金件設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、逆向工程、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)模擬、壓力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等功能于一體。其中工業(yè)設(shè)計(jì)模塊（CAID）主要用于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)。以前在零件未制造出來(lái)時(shí)，是無(wú)法觀看零件的形狀的，只能通過(guò)二維平面圖形進(jìn)行想象?，F(xiàn)在，隨著三維軟件的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)者可以在零件未制造出來(lái)之前，觀看和評(píng)價(jià)零件的幾何外形，現(xiàn)在，3ds max軟件可以生成實(shí)體模型，但用3ds max軟件生成的模型在實(shí)際工程中是“中看不中用”。用PRO/E軟件生成的試題模型，不僅外觀真實(shí)，而且相當(dāng)實(shí)用，PRO/E中文野火版中各階段的的各個(gè)工作數(shù)據(jù)庫(kù)的產(chǎn)生都要依賴(lài)與實(shí)體建模生成的數(shù)據(jù)。而該課題設(shè)計(jì)的遙控玩具汽車(chē)，又涉及到大量的曲面設(shè)計(jì)，而PRO/E正好有著強(qiáng)大的曲面設(shè)計(jì)功能，故在遙控玩具汽車(chē)外形設(shè)計(jì)這塊，我主要是選用PRO/E來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.2設(shè)計(jì)方法分析
設(shè)計(jì)準(zhǔn)備：先得到掃描的數(shù)據(jù)庫(kù)，將數(shù)據(jù)資料導(dǎo)入Pro/ENGINEER軟件進(jìn)行描線。
制作結(jié)構(gòu)外觀設(shè)計(jì)時(shí)，首先根據(jù)產(chǎn)品需求，確定它的整體外觀尺寸。設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)，需要考慮硬件尺寸，因?yàn)樵谕鈿だ锩嫘枰胖盟辛慵缍ㄎ籔CB的孔位、指示燈的位置，上下蓋的固定位置等。
然后在基礎(chǔ)線上取面，拆分出各個(gè)零部件，拆分方式以ID的外形圖為依據(jù)
，若擔(dān)心強(qiáng)度不足，可以通過(guò)在內(nèi)部拉加強(qiáng)筋來(lái)解決，效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好過(guò)單一的增加壁厚。然后制作裝配圖，將拆分出的各個(gè)零部件按裝配順序分別引入，選擇用參考中心重合的對(duì)齊方式，放入電子內(nèi)部零件。將各個(gè)零件引入裝配圖時(shí)，應(yīng)根據(jù)需要將有些零部件先做成一個(gè)組件，然后再把組件引入裝配圖。
遙控玩具汽車(chē)外型設(shè)計(jì)總圖復(fù)雜，用到的建模功能非常多，需要使用掃描特征、混合特征、延伸、拉伸曲面以及曲面合并等工具來(lái)實(shí)現(xiàn)
2.3產(chǎn)品外觀造型的三大美學(xué)因素
一件產(chǎn)品的美并不是由唯一的因素造成的，它會(huì)牽涉到造型、色彩、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等多方面的美學(xué)因素，以及受到獨(dú)特的地區(qū)生活習(xí)慣，社會(huì)文化和流行特征的影響。我們很難用一套固定的模式，表達(dá)所有不同種類(lèi)產(chǎn)品的造型美感，只能用以下的三大美學(xué)因素分類(lèi)說(shuō)明。
2.3.1造型
造型就是外型，產(chǎn)品造型是否美觀，總是客戶(hù)第一眼看見(jiàn)的。所以，造型將是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心而造型設(shè)計(jì)所需的基礎(chǔ)幾何技法有點(diǎn)、線、面、形狀韻律、造型、模塊、紋理、對(duì)稱(chēng)、平衡、統(tǒng)一、空間和體積。這是第一階段的美學(xué)規(guī)律。而造型設(shè)計(jì)第二階段所需的高級(jí)技法有對(duì)比、調(diào)和、漸變、質(zhì)量和重點(diǎn)。，當(dāng)然，還有一部分的造型美技法，需要我們?cè)谏钪械拿缹W(xué)體驗(yàn)，以上的技法必須予以混合運(yùn)用，才能達(dá)到良好的效果。
2.3.2顏色
顏色就是色彩，它是構(gòu)成產(chǎn)品形態(tài)的美的重要組成部分，而造型設(shè)計(jì)也需要熟悉色彩學(xué)。色彩的配置在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中是非常重要的部分，有一些應(yīng)用，如對(duì)比，調(diào)和等。對(duì)造型設(shè)計(jì)者而言，除了需要了解色彩的基本常識(shí)以外，我們還必須了解色彩心理學(xué)，這更加有助于設(shè)計(jì)時(shí)的配色參考重點(diǎn)。色彩的心理感受有以下幾類(lèi)，冷暖色感、輕重色感、軟硬色感、前后色感、大小色感、華樸色感、活沉色感和燥靜色感?；谖覀冞@個(gè)設(shè)計(jì)是遙控玩具汽車(chē)，它的消費(fèi)群體主要是廣大的兒童，所以在它外型的顏色搭配上，我們應(yīng)該更多地選用暖色調(diào)。而在配色時(shí)，針對(duì)它的消費(fèi)群體的特殊性，配色的主題應(yīng)該為動(dòng)感，這種最鮮艷的色彩組合通常中央都有原色（黃色）。黃色代表帶給萬(wàn)物生機(jī)的太陽(yáng)，活力和永恒的動(dòng)感。當(dāng)黃色加入白色后，它的光亮的特質(zhì)就會(huì)增加，并產(chǎn)生出格外耀眼的全盤(pán)效果，動(dòng)感色的應(yīng)用：高度對(duì)比的配色設(shè)計(jì)，如黃色和它的補(bǔ)色紫色，就含有活力和行動(dòng)的意味，尤其是出現(xiàn)在圓形的空間里面，身處于黃色或其它的任何一個(gè)明色的環(huán)境，幾乎是不會(huì)感到沮喪的，這點(diǎn)很符合小朋友的心理。
2.3.3材料與結(jié)構(gòu)
商品的美感與構(gòu)成它的材料、結(jié)構(gòu)和質(zhì)感是分不開(kāi)的。由于本設(shè)計(jì)的材料比較明確，那就是塑料。所以在材料對(duì)造型美感的影響我們可以忽略。
第三章 單片機(jī)介紹
AT89S51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及弓}腳。它集Flash程序存儲(chǔ)器既可在線編程(ISP)也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，，ATMEL公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位AT89S51單片機(jī)可為您提供許多高性?xún)r(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。
主要性能參數(shù):
·MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容
·4k字節(jié)在系統(tǒng)編程(ISP)Flash閃速存儲(chǔ)器
·1000次擦寫(xiě)周期
· 4. 0-5.5V的工作電壓范圍
·全靜態(tài)工作模式:OHz-33MHz
·三級(jí)程序加密鎖
·128X8字節(jié)內(nèi)部 RAM
·32個(gè)可編程I/0口線
·2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器
·6個(gè)中斷源
·全雙工串行UART通道
·低功耗空閑和掉電模式
·中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)
·看門(mén)狗(WDT)及雙數(shù)據(jù)指針
·掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性
·靈活的在系統(tǒng)編程(ISP一字節(jié)或頁(yè)寫(xiě)模式)
圖3.1
功能特性概述:
AT89S51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能:4k字竹Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM, 32個(gè)I/O口線，看門(mén)狗(WDT ),兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89S51可降至OHz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電力式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。
圖3.2
邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)"1”可一作為高阻抗輸入端用。
在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。
在Flash編程時(shí)，PO口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。
Pl口:P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯
門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)，F(xiàn)lash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。
表3.1
P2口:P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電組的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(I)。
在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(例如執(zhí)行MOVX @DPTR指令)時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(如執(zhí)行MOVX @Ri指令)時(shí)，P2口線上的內(nèi)容(也即特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中 P2寄存器的內(nèi)容)，在整個(gè)訪問(wèn)期間小改變。
Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其它控制信號(hào)
P3口:P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流(I)。
P3口除了作為一般的I/0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示:P3口還接收一此用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。
表3.2
RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。WDT溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFR AUXR的DISRTO位(地址8EH )可打開(kāi)或關(guān)閉該功能。DISRTO位缺省為RESET輸出高電平打開(kāi)狀態(tài)。
ALE/PROG:當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是:每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。
對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖(PROG )如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器(SFR)的8FH單元的DO位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效。
PSEN:程序儲(chǔ)存允許(PSEN)輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S51由外部程序存儲(chǔ)器取指令(或數(shù)據(jù))時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，沒(méi)有兩次有效的PSET信號(hào)。
EA/VPP:外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器(地址為OOOOH-FFFFH ) ， EA端必須保持低電平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài) 如EA端為高電平(接Vcc端)，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程電壓Vpp。
XTAL1:振蕩器反相放人器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。
XTAL2:振蕩器反相放人器的輸出端
特殊功能寄存器:
特殊功能寄存器的于片內(nèi)的空間分布如表3.3所示
這此地址并沒(méi)有全部占用，沒(méi)有占用的地址亦小可使用，讀這此地址將得到一個(gè)隨意的數(shù)值。而寫(xiě)這此地址單元將不能得到預(yù)期的結(jié)果。
表3.3 AT89S51特殊功能寄存器分布圖及復(fù)位值
表3.3
不要軟件訪問(wèn)這些未定義的單元，這些單元是留作以后產(chǎn)品擴(kuò)展用途的，復(fù)位后這此新的位將為0。
中斷寄存器:
各中斷允許控制位于IE寄存器，5個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)控制位于IP寄存器。
表3.4 AUXR輔助寄存器
表3.4
雙時(shí)鐘指針寄存器:為更方便地訪問(wèn)內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，提供了兩個(gè)16位數(shù)據(jù)指針寄存器:DPO位于SFR(特殊功能寄存器)區(qū)塊中的地址82H, 83H和DPl位于地址84H, 85H, 當(dāng) SFR 中的位DPS=0選擇DPO，而DPS=1則選擇DPlo用戶(hù)應(yīng)在訪問(wèn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)指針寄存器前初始化DPS位。
表3.5
電源空閑標(biāo)志:電源空閑標(biāo)志(POF)在特殊功能寄存器SFR中PCON的第4位(PCON. 4 )，電源打開(kāi)時(shí)POF置“1”，它可山軟件設(shè)置睡眠狀態(tài)并不為復(fù)位所影響。
存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu):MCS-51單片機(jī)內(nèi)核采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間分開(kāi)的結(jié)構(gòu)，均具有64KB外部程序和數(shù)據(jù)的尋址空間。
程序存儲(chǔ)器:如果EA引腳接地(GND ),全部程序均執(zhí)行外部存儲(chǔ)器在AT89S51，假如EA接至Vcc(電源+)，程序首先執(zhí)行地址從OOOOH-OFFFH (4KB)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，再執(zhí)行地址為1000H-FFFFH (60KB)的外部程序存儲(chǔ)器。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器:AT89S51的具有128字節(jié)的內(nèi)部RAM，這128字節(jié)可利用直接或間接尋址方式訪問(wèn)，堆棧操作可利用間接尋址方式進(jìn)行，128字節(jié)均可設(shè)置為堆棧區(qū)空間。
看門(mén)狗定時(shí)器(WDT ):WDT是為了解決CPU程序運(yùn)行時(shí)可能進(jìn)入混亂或死循環(huán)而設(shè)置，它山一個(gè)14bit計(jì)數(shù)器和看門(mén)狗復(fù)位SFR (WDTRST)構(gòu)成。外部復(fù)位時(shí)，WDT默認(rèn)為關(guān)閉狀態(tài)，要打開(kāi)WDT，用戶(hù)必須按順序?qū)1EH和OE1H寫(xiě)到WDTRST寄存器(SFR地址為0A6H ) ,當(dāng)啟動(dòng)了WDT，它會(huì)隨晶體振蕩器在每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)，除硬件復(fù)位或WDT溢出復(fù)位外沒(méi)有其它力法關(guān)閉WDT,當(dāng)WDT溢出，將使RST引腳輸出高電平的復(fù)位脈沖
使用看門(mén)狗(WDT ):打開(kāi)WDT需按次序?qū)慜1EH和OE1H到WDTRST寄存器(SFR的地址為OA6H ),當(dāng)WDT打開(kāi)后，需在一定的時(shí)候?qū)慜1EH和OE1H到WDTRST寄存器以避免WDT計(jì)數(shù)溢出。14位WDT計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)到16383 (3FFFH), WDT將溢出并使器件復(fù)位。WDT打開(kāi)時(shí)，它會(huì)隨晶體振蕩器在每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)，這意味著用戶(hù)必須在小于每個(gè)16383機(jī)器周期內(nèi)復(fù)位WDT，也即寫(xiě)O1EH和OE1H到WDTRST寄存器，WDTRST為只寫(xiě)寄存器o WDT計(jì)數(shù)器既不可讀也不可寫(xiě)，當(dāng) WDT溢出時(shí)，通常將使RST引腳輸出高電平的復(fù)位脈沖。復(fù)位脈沖持續(xù)時(shí)間為98xTOSC，而TOSC=1/FOSC(晶體振蕩頻率)為使WDT工作最優(yōu)化，必須在合適的程序代碼時(shí)間段周期地復(fù)位WDT防止WDT溢出。
掉電和空閑狀態(tài)時(shí)的WDT:掉電時(shí)期，晶體振蕩停止, WDT也停止。掉電模式下，用戶(hù)不能再?gòu)?fù)位WDT。有兩種方法可退出掉電模式:硬件復(fù)位或通過(guò)激活外部中斷。當(dāng)硬件復(fù)位退出掉電模式時(shí)，處理WDT可通常的上電復(fù)位一樣。當(dāng)由中斷退出掉電模式則有所不同，中斷低電平狀態(tài)持續(xù)到晶體振蕩穩(wěn)定，當(dāng)中斷電平變?yōu)楦呒错憫?yīng)中斷服務(wù)。為防止中斷誤復(fù)位，當(dāng)器件復(fù)位，中斷引腳持續(xù)為低時(shí)，WDT并未開(kāi)始計(jì)數(shù)，直到中斷引腳被拉高為止。這為在掉電模式下的中斷執(zhí)行中斷服務(wù)程序而設(shè)置為保證WDT在退出掉電模式時(shí)極端情況下溢出，最好在進(jìn)入掉電模式前復(fù)位WDT在進(jìn)入空閑模式前，WDT打開(kāi)時(shí)，WDT是否繼續(xù)計(jì)數(shù)由SFR中的AUXR的WDIDLE位決定，在IDLE期間(位WDIDLE=0)默認(rèn)狀態(tài)是繼續(xù)計(jì)數(shù)。為防止AT89S51從空閑模式中復(fù)位，用戶(hù)應(yīng)周期性地設(shè)置定時(shí)器，重新進(jìn)入空閑模式。當(dāng)位WDIDLE被置位，在空閑模式中WDT將停止計(jì)數(shù)，直到從空閑(IDLE)模式中退出重新開(kāi)始計(jì)數(shù)
·UAR7，一通用異步通信:AT89S51的DART操作與AT89C51一樣，有關(guān)更詳細(xì)的資料請(qǐng)參考ATMEL公司的網(wǎng)站(www.atmel.com)，從主頁(yè)選擇“Products"—"8051-Architecture Flash Microcontroller"—"Product Overview"
·定時(shí)器0和定時(shí)器1:AT89S51的定時(shí)器0和定時(shí)器1操作與AT89C51一樣，有關(guān)更詳細(xì)的資料請(qǐng)參考ATMEL公司的網(wǎng)站(www.atmel.com)，從主頁(yè)選擇“Products"——"8051-Architecture Flash Microcontroller"——"Product Overview"。
·中斷:AT89S51共有5個(gè)中斷向量: 2個(gè)外中斷(INTO和INT1)，2個(gè)定時(shí)中斷(TimerO和Timer1)和一個(gè)串行中斷。這些中斷如圖1。這些中斷源各自的禁止和使能位參見(jiàn)特殊功能寄存器的IE。 IE也包含總中斷控制位EA, EA清0，將關(guān)閉所有中斷。值得注意的是表4 中的IE.6和IE.5沒(méi)有定義，用戶(hù)不要訪問(wèn)這些位，它是保留為以后的AT89產(chǎn)品作擴(kuò)展用途定時(shí)器0和定時(shí)器1的中斷標(biāo)志TFO和TF1，它是定時(shí)器溢出時(shí)的S5P2時(shí)序周期被置位，該標(biāo)志保留至下個(gè)時(shí)序周期。
表3.6:中斷控制寄存器
表3.6
圖3.3 中斷源方框圖
圖3.3
·品體振蕩器特性:
AT89S51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見(jiàn)圖5外接石英晶體(或陶瓷諧振器)及電容C1, C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容C1, C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF士10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF士lOpF。用戶(hù)也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖5右圖所示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘，發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。
圖3.4晶體接線圖和外接時(shí)鐘線路圖
圖3.4
·空閑節(jié)電模式:
在空閑工作模式狀態(tài)，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時(shí)片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變。空閑模式可由任何允許的中斷請(qǐng)求或硬件復(fù)位終止。
需要注意的是，當(dāng)硬件復(fù)位來(lái)終止空閑工作模式時(shí)，CPU通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開(kāi)始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)時(shí)鐘周期)有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止 CPU訪問(wèn)片內(nèi)RAM，而允許訪問(wèn)其它端口。為了避免在復(fù)位結(jié)束時(shí)可能對(duì)端口產(chǎn)生意外寫(xiě)入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條對(duì)端口或外部存儲(chǔ)器的寫(xiě)入指令。
·掉電模式: 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的方法是硬件復(fù)位或山處于使能狀態(tài)的外中斷INTO和INT1激活。復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM中的內(nèi)容，在Vcc恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無(wú)效，且必須保持一定時(shí)間以使振蕩器重啟動(dòng)并穩(wěn)定工作。
表3.7空閑和掉電期間外部引腳狀態(tài)
表3.7
·程序存儲(chǔ)器的加密:AT89S51可使用對(duì)芯片上的3個(gè)加密位LB1, LB2, LB3進(jìn)行編程(P或不編程(U)來(lái)得到如下表所示的功能:
注:表中的U—表示未編程，P—表示編程
表3.8
當(dāng)加密位LB1被編程時(shí)，在復(fù)位期間，EA端的邏輯電平被采樣并鎖存，如果單片機(jī)上電后一直沒(méi)有復(fù)位，則鎖存起的初始值是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，且這個(gè)隨機(jī)數(shù)會(huì)一直保存到真正復(fù)位為止。為使單片機(jī)能正常工作，被鎖存的EA電平值必須與該引腳當(dāng)前的邏輯電平一致。此外，加密位只能通過(guò)整片擦除的方法清除。
·Flash閃速存儲(chǔ)器的并行編程:AT89S51單片機(jī)內(nèi)部有4k字節(jié)的可快速編程的Flash存儲(chǔ)陣列。編程方法可通過(guò)傳統(tǒng)的EPROM編程器使用高電壓(+12V)和協(xié)調(diào)的控制信號(hào)進(jìn)行編程AT89S51的代碼是逐一字節(jié)進(jìn)行編程的。
編程方法:編程前，須按編程模式表所示設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)，AT89S51編程方法如下:
1.在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)。
2.在數(shù)據(jù)線上加上要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)字節(jié)。
3.激活相應(yīng)的控制信號(hào)。
4.將EA/Vpp端加上+12V編程電壓。
5.每對(duì)Flash存儲(chǔ)陣列寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)或每寫(xiě)入一個(gè)程序加密位，加上一個(gè)ALE/PROG編程脈沖。每個(gè)字節(jié)寫(xiě)入周期是自身定時(shí)的，人多數(shù)約為50us。改變編程單元的地址和寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，重復(fù)1-5步驟，直到全部文件編程結(jié)束。
·數(shù)據(jù)查詢(xún):AT89S51單片機(jī)用數(shù)據(jù)查詢(xún)方式來(lái)檢測(cè)一個(gè)寫(xiě)周期是否結(jié)束，在一個(gè)寫(xiě)周期中，如需讀取最后寫(xiě)入的那個(gè)字節(jié)，則讀出的數(shù)據(jù)的最高位(P0.7)是原來(lái)寫(xiě)入字節(jié)最高位的反碼。寫(xiě)周期完成后，有效的數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)在所有輸出端上，此時(shí)，可進(jìn)入下一個(gè)字節(jié)的寫(xiě)周期，寫(xiě)周期開(kāi)始后，可在任意時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢(xún)。
· Ready/Busy:字節(jié)編程的進(jìn)度可通過(guò)“RDY/BSY輸出信號(hào)監(jiān)測(cè)，編程期間，ALE變?yōu)楦唠娖健癏”后P3.0端電平被拉低，表示正在編程狀態(tài)(忙狀態(tài))。編程完成后，P3.0變?yōu)楦唠娖奖硎緶?zhǔn)備就緒狀態(tài)。
·程序校驗(yàn):如果加密位LB1, LB2沒(méi)有進(jìn)行編程，則代碼數(shù)據(jù)可通過(guò)地址和數(shù)據(jù)線讀回原編寫(xiě)的數(shù)據(jù)，各加密位也可通過(guò)直接回讀進(jìn)行校驗(yàn)。
·讀片內(nèi)簽名字節(jié): AT89S51單片機(jī)內(nèi)有3個(gè)簽名字節(jié)，地址為OOOH, 100H和200H。用于聲明該器件的廠商和型號(hào)等信息，讀簽名字節(jié)的過(guò)程和正常校驗(yàn)相仿，只需將P3.6和P3.7保持低電平，返回值意義如下:
(OOOH) =1EH聲明產(chǎn)品由ATMEL公司制造
(100H) =51H聲明為AT89S51單片機(jī)
(200H) =06H
·芯片擦除:在并行編程模式，利用控制信號(hào)的正確組合并保持ALE/PROG引腳200ns-500ns的低電平脈沖寬度即可完成擦除操作。在串行編程模式，芯片擦除操作是利用擦除指令進(jìn)行。在這種力式，擦除周期是自身定時(shí)的，人約為500ms擦除期間，用串行方式讀任何地址數(shù)據(jù)，返回值均為OOH。
·Flash閃速存儲(chǔ)器的串行編程:將RST接至Vcc,程序代碼存儲(chǔ)陣列可通過(guò)串行ISP接口進(jìn)行編程，串行接口包含SCK線、MOSI(輸入)和MISO輸出)線。將RST拉高后，在其它操作前必須發(fā)出編程使能指令，編程前需將芯片擦除。芯片擦除則將存儲(chǔ)代碼陣列全寫(xiě)為FFH外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)需接至XTAL1端或在XTAL1和XTAL2接上晶體振蕩器。最高的串行時(shí)鐘(SCK)不超過(guò)1/16晶體時(shí)鐘,當(dāng)晶體為33MHz時(shí)，最大SCK頻率為2MHz。
第四章 電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制
一個(gè)電動(dòng)小車(chē)整體的運(yùn)行性能，首 先取決于它的電池系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 電動(dòng)小車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由控制器、功率變換器及電動(dòng)機(jī)三個(gè)主要部分組成。 電動(dòng)小車(chē)的驅(qū)動(dòng)不但要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 具有高轉(zhuǎn)矩重量比、寬調(diào)速范圍、高可靠 性，而且電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性受電源功 率的影響，這就要求驅(qū)動(dòng)具有盡可能寬 的高效率區(qū)。我們所使用的電機(jī)一般為 直流電機(jī)，主要用到永磁直流電機(jī)、伺服 電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)三種。直流電機(jī)的控制 很簡(jiǎn)單，性能出眾，直流電源也容易實(shí) 現(xiàn)。這里主要介紹這種直流電機(jī)的驅(qū) 動(dòng)及控制。
4.1H 型橋式驅(qū)動(dòng)電路
直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用最廣泛的就 是H型全橋式電路，這種驅(qū)動(dòng)電路可以 很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分 別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。 它的基本原理圖如圖4.1所示。
全橋式驅(qū)動(dòng)電路的4只開(kāi)關(guān)管都工 作在斬波狀態(tài)，S1、S2為一組，S3、S4 為另一組，兩組的狀態(tài)互補(bǔ)，一組導(dǎo)通則 另一組必須關(guān)斷。當(dāng)S1、S2導(dǎo)通時(shí)，S3、 S4關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓，可以實(shí) 現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動(dòng)；當(dāng)S3、S4導(dǎo) 通時(shí)，S1、S2關(guān)斷，電機(jī)兩端為反向電 壓，電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動(dòng)。
圖4.1
在小車(chē)動(dòng)作的過(guò)程中，我們要不斷 地使電機(jī)在四個(gè)象限之間切換，即在正 轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間切換，也就是在S1、S2導(dǎo) 通且S3、S4關(guān)斷，到S1、S2關(guān)斷且S3、 S4導(dǎo)通，這兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在這種 情況下，理論上要求兩組控制信號(hào)完全 互補(bǔ)，但是，由于實(shí)際的開(kāi)關(guān)器件都存在 開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間，絕對(duì)的互補(bǔ)控制邏輯 必然導(dǎo)致上下橋臂直通短路，比如在上 橋臂關(guān)斷的過(guò)程中，下橋臂導(dǎo)通了。這個(gè)過(guò)程可用圖4.2說(shuō)明。
圖4.2
因此，為了避免直通 短路且保證各個(gè)開(kāi)關(guān)管動(dòng)作之間的協(xié)同 性和同步性，兩組控制信號(hào)在理論上要 求互為倒相的邏輯關(guān)系，而實(shí)際上卻必須相差一個(gè)足夠的死區(qū)時(shí)間，這個(gè)矯正過(guò)程既可以通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)，即在上下橋 臂的兩組控制信號(hào)之間增加延時(shí)，也可 以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)（具體方法參看后文）。
驅(qū)動(dòng)電流不僅可以通過(guò)主開(kāi)關(guān)管流通，而且還可以通過(guò)續(xù)流二極管流通。當(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電機(jī)便工作在發(fā)電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子電流必須通過(guò)續(xù)流二極管流通，否則電機(jī)就會(huì)發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)燒毀。
開(kāi)關(guān)管的選擇對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的影響很大，開(kāi)關(guān)管的選擇宜遵循以下原則：
(1)由于驅(qū)動(dòng)電路是功率輸出，要求開(kāi)關(guān)管輸出功率較大；
(2)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通 和關(guān)斷時(shí)間應(yīng)盡可能小；
(3)小車(chē)使用的電源電壓不高，因此開(kāi)關(guān)管的飽和壓降應(yīng)該盡量低。
在實(shí)際制作中，我們選用大功率達(dá)林頓管TIP122或場(chǎng)效應(yīng)管IRF530，效果都還不錯(cuò)，為了使電路簡(jiǎn)化，建議使用集成有橋式電路的電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片，如L298、LMD18200，性能比較穩(wěn)定可靠。
由于電機(jī)在正常工作時(shí)對(duì)電源的干擾很大，如果只用一組電源時(shí)會(huì)影響單片機(jī)的正常工作，所以我們選用雙電源供電。一組 5V給單片機(jī)和控制電路供電， 另外一組9V給電機(jī)供電。在控制部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分之間用光耦隔開(kāi)，以免影響控制部分電源的品質(zhì)，并在達(dá)林頓管的基極加三極管驅(qū)動(dòng)，可以給達(dá)林頓管提供足 夠大的基極電流。圖4.3所示為采用TIP122的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路，IOB8口為“0”，IOB9口輸入PWM波時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過(guò) 改變PWM的占空比可以調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。而當(dāng)IOB9口為“0”，IOB8口輸入PWM 波時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，同樣通過(guò)改變PWM的占空比來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。
圖4.3
圖4.4為采用內(nèi)部集成有兩個(gè)橋式電 路的專(zhuān)用芯片L298所組成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)芯片L298是驅(qū)動(dòng)二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專(zhuān)用芯片，我們利用它內(nèi)部的 橋式電路來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，這種方法有一系列的優(yōu)點(diǎn)。每一組PWM波用來(lái)控制一個(gè)電機(jī)的速度，而另外兩個(gè)I/O口可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制比較簡(jiǎn)單，電路 也很簡(jiǎn)單，一個(gè)芯片內(nèi)包含有8個(gè)功率管，這樣簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜性，如圖所示IOB10、IOB11控制第一個(gè)電機(jī)的方向，IOB8輸入的PWM控制第一個(gè) 電機(jī)的速度；IOB12、IOB13控制第二個(gè)電機(jī)的方向，IOB9輸入的PWM控制第二個(gè)電機(jī)的速度。
圖4.4
LMD18200是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出的專(zhuān)用于直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的H橋組件，同一芯片上集成有CMOS控制電路和DMOS功率器件。此種芯片瞬間驅(qū)動(dòng)電 流可達(dá)6A，正常工作電流可達(dá)3A，具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，無(wú)“shot-through”電流，而且此種芯片內(nèi)部還具有過(guò)流保護(hù)的測(cè)量電路，只需要在 LMD18200的8腳輸出端測(cè)出電壓和給定的電壓比較即可保護(hù)電路過(guò)流，從而實(shí)現(xiàn)電路的過(guò)流保護(hù)功能。由LMD18200組成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖5所 示。LMD18200的5腳為PWM 波輸入端，通過(guò)改變PWM的占空比就可調(diào)節(jié)電機(jī)的速度，改變3腳的高低電平即可控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。此電路和以上幾種驅(qū)動(dòng)電路比較具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率 大，穩(wěn)定性好，實(shí)現(xiàn)方便，安全可靠。
圖4.5
4.2P W M 控制
PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制，通常 配合橋式驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速， 非常簡(jiǎn)單，且調(diào)速范圍大，它的原理就 是直流斬波原理。如圖1所示，若S3、S4 關(guān)斷，S1、S2受PWM控制，假設(shè)高電平 導(dǎo)通，忽略開(kāi)關(guān)管損耗，則在一個(gè)周期 內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間為t，周期為T(mén)，波形如圖 4.6，則電機(jī)兩端的平均電壓為： U=Vcc t/ T=αVcc ，其中，α=t/T稱(chēng)為占空比，Vcc為電源電壓（電源電壓減去兩個(gè)開(kāi)關(guān) 管的飽和壓降）。
圖4.6
電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)兩端的電壓成比例，而電機(jī)兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此電機(jī)的速度與占空比成比例，占空比越大，電機(jī)轉(zhuǎn)得越快，當(dāng)占空比α＝1時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大。
PWM控制波形的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)模擬 電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，例如用555搭成的觸發(fā)電路，但是，這種電路的占空比不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，不能用于自動(dòng)控制小車(chē)的調(diào) 速。而目前使用的大多數(shù)單片機(jī)都可以直接輸出這種PWM波形，或通過(guò)時(shí)序模擬輸出，最適合小車(chē)的調(diào)速。我們使用的是ATMEL公司的AT89S51單片機(jī)，它是 16位單片機(jī)，頻率最高達(dá)到49MHz，可提供2路PWM 直接輸出，頻率可調(diào)，占空比16級(jí)可調(diào)，控制電機(jī)的調(diào)速范圍大，使用方便。SPCE061單片機(jī)有32個(gè)I/O口， 內(nèi)部設(shè)有2個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，完全可以模擬任意頻率、占空比隨意調(diào)節(jié)的PWM信號(hào)輸出，用以控制電機(jī)調(diào)速。
在實(shí)際制作過(guò)程中，我們認(rèn)為控制信號(hào)的頻率不需要太高，一般在400Hz以下為宜，占空比16級(jí)調(diào)節(jié)也完全可以滿(mǎn)足調(diào)速要求，并且在小車(chē)行進(jìn)的過(guò)程中，占 空比不應(yīng)該太高，在直線前進(jìn)和轉(zhuǎn)彎 的時(shí)候應(yīng)該區(qū)別對(duì)待。若車(chē)速太快，則在 轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，方向不易控制；而車(chē)速太慢，則很浪費(fèi)時(shí)間。這時(shí)圖6可以根據(jù)具體情況慢慢調(diào)節(jié)。在2003年“簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車(chē)”的實(shí)際制作中，我們的小車(chē)驅(qū)動(dòng) 信號(hào)的占空比一般在8/16以下。
4.3通過(guò)軟件避免直通短路
從前面的分析可知，橋式驅(qū)動(dòng)電路中，由于開(kāi)關(guān)管有開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間，因此存在上下橋臂直通 短路的問(wèn)題。直通短路的存在，容易使開(kāi)關(guān)管發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)燒毀開(kāi)關(guān)管，同時(shí)也增加了開(kāi)關(guān)管的能量損耗，浪費(fèi)了小車(chē)寶貴的能量。由于現(xiàn)在的許多集成驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi) 部已經(jīng)內(nèi)置了死區(qū)保護(hù)（如LMD18200），這里主要介紹的是利用開(kāi)關(guān)管等分立元件以及沒(méi)有死區(qū)保護(hù)的集成芯片制作驅(qū)動(dòng)電路時(shí)增加死區(qū)的方法。
死區(qū)時(shí)間的問(wèn)題，只有在正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)的時(shí)候才存在，而在正轉(zhuǎn)啟動(dòng)或反轉(zhuǎn)啟動(dòng)的時(shí)候并沒(méi)有，因此不需要修正。如果開(kāi)關(guān) 管的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間非常小，或者在硬件電路中增加延時(shí)環(huán)節(jié)，都可以降低開(kāi)關(guān)管的損耗和發(fā)熱。當(dāng)然，通過(guò)軟件避免直通短路是最好的辦法，它的操作簡(jiǎn)單，控制 靈活。通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)死區(qū)時(shí)間，就是在突然換向的時(shí)候，插入一個(gè)延時(shí)的環(huán)節(jié)，待開(kāi)關(guān)管關(guān)斷之后，再開(kāi)通應(yīng)該開(kāi)通的開(kāi)關(guān)管。圖2.1為利用軟件修正死區(qū)時(shí)間的流程 圖，在開(kāi)關(guān)管每次換向的時(shí)候，不立即進(jìn)行方向的切換，而是先使開(kāi)關(guān)管關(guān)斷一段時(shí)間，使其完全關(guān)斷后再換向打開(kāi)另外的開(kāi)關(guān)管。這個(gè)關(guān)斷時(shí)間由單片機(jī)軟件延時(shí) 實(shí)現(xiàn)。
圖4.7
4.4小結(jié)
以上主要分析了電機(jī)的全橋式驅(qū)動(dòng)電路，這是直流電機(jī)調(diào)速使用最多的調(diào)速方法。目前市場(chǎng)上 有很多種電機(jī)驅(qū)動(dòng)的集成電路，效率高，電路簡(jiǎn)單，使用也比較廣泛，但是其驅(qū)動(dòng)方法大多與全橋式驅(qū)動(dòng)一樣。PWM控制方法配合橋式驅(qū)動(dòng)電路，是目前直流電機(jī) 調(diào)速最普遍的方法。
第五章 單元電路的設(shè)計(jì)
5.1黑帶檢測(cè)方案選擇
方案一：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接收。
當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的可見(jiàn)光照射到黑帶時(shí)，光線被黑帶吸收，光敏二極管為檢測(cè)到信號(hào)，呈高阻抗，使輸出端為低電平。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的可見(jiàn)光照射到地面時(shí)，它發(fā)出的可見(jiàn)光反射回來(lái)被光敏二極管檢測(cè)到，其阻抗迅速降低，此時(shí)輸出端為高電平。但是由于光敏二極管受環(huán)境中可見(jiàn)光影響較大，電路的穩(wěn)定性很差。
方案二：采用光敏電阻接受可見(jiàn)光檢測(cè)。
該電路采用T性網(wǎng)絡(luò)，可避免使用太大的反饋電阻，并且便于提高輸入阻抗。六組光敏電阻用于檢測(cè)可見(jiàn)光信號(hào)。但光敏電阻檢測(cè)到黑帶時(shí)，輸出端為低電平，但用光是電路輸出端顯示為高電平，信號(hào)返回給單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)控制前輪的轉(zhuǎn)向。但由于需要正負(fù)電源，同時(shí)光敏電阻易受環(huán)境影響，穩(wěn)定性也很差。
圖3 光敏電阻檢測(cè)黑帶
方案三：利用紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線二極管進(jìn)行接收。采用六組紅外光敏耦合三極管發(fā)射和接受紅外信號(hào)，外面可見(jiàn)光對(duì)接收信號(hào)的影響較小，再用射極輸出器對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離。接收的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)經(jīng)LM339進(jìn)行比較，產(chǎn)生高電平或低電平返回給AT89S51。
LM339集成塊采用C-14型封裝，圖４為其外型及管腳排列圖。LM339類(lèi)似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱(chēng)為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱(chēng)為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱(chēng)為門(mén)限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開(kāi)路。當(dāng) “-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，把 LM339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只上拉電阻。輸入信號(hào)Uin，即待比較電壓，它加到同相輸入端，在反相輸入端接一個(gè)參考電壓（門(mén)限電平）Ur。當(dāng)輸入電壓 Uin>Ur時(shí)，輸出為高電平UOH。
本方案經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，易于實(shí)現(xiàn)，可靠性好，因此采用方案三。黑帶檢測(cè)電路圖如圖2.2所示。輸出信號(hào)進(jìn)入LM339。穩(wěn)定性能得到提升。當(dāng)小車(chē)低部的某邊紅外線收發(fā)對(duì)管遇到黑帶時(shí)輸入電平為低電平，反之為高電平。結(jié)合中斷查詢(xún)方式，通過(guò)程序控制小車(chē)往哪個(gè)方向行走。
圖5.1 LM339外型及管腳排列圖
5.2傳感器選擇
實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的視覺(jué)和接近覺(jué)功能有多種方式：1）可使用CCD攝像頭進(jìn)行圖象采集和識(shí)別方法，但是不適用在小體積系統(tǒng)使用，并且還涉及圖象采集、圖象識(shí)別等領(lǐng)域。2）電容式接近傳感器，基于檢測(cè)對(duì)象表面靠近傳感元件時(shí)的電容變化。3）超聲波傳感器，根據(jù)波從發(fā)射到接收的傳播過(guò)程中所受到的影響來(lái)檢測(cè)物體的接近程度。4）紅外反射式光電傳感器，它包括一個(gè)可以發(fā)射紅外光的固態(tài)發(fā)光二極管和一個(gè)用作接收器的固態(tài)光敏二極管（或光敏三極管）。
根據(jù)使用場(chǎng)合的具體情況，傳感器要感知的對(duì)象是物體的有無(wú)和物體的接近程度，與精確的測(cè)距系統(tǒng)有相似之處，但又有不同，只要求判斷出簡(jiǎn)單的閾值或提供遠(yuǎn)、近分檔的距離。因此使用較簡(jiǎn)單的接近傳感器實(shí)現(xiàn)小車(chē)尋跡和避障是有依據(jù)可循的并且是可行的。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，系統(tǒng)中使用了八個(gè)紅外反射式光電傳感器，其中三個(gè)用于尋跡，三個(gè)用于障礙判斷，兩個(gè)用于主動(dòng)輪測(cè)速。
自單片機(jī)問(wèn)世以來(lái)，的確給人們的生產(chǎn)，生活帶來(lái)很大方便，現(xiàn)如今的智能化時(shí)代，由單片機(jī)派生出的各類(lèi)程序控制器也應(yīng)接不暇。為此，我采用微型可編程控制器 PROG-110設(shè)計(jì)并制作了此自尋跡程控車(chē)。該實(shí)驗(yàn)車(chē)是基于閉環(huán)控制原理設(shè)計(jì)制作的，它能夠檢測(cè)并且跟蹤已有的軌跡（指白色亮線），達(dá)到自動(dòng)尋跡目的。產(chǎn)品還具有音樂(lè)、閃光、訊響等多種功能，是集機(jī)械、電子、編程和娛樂(lè)于一體的智能玩具車(chē)模。
5.3 紅外反射式光電傳感器特性與工作原理
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，而激光二極管發(fā)出的光的頻率較集中，傳感器只接收很窄的頻率范圍信號(hào)，不容易被干擾但價(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同時(shí)又能被接收管接收到的范圍就能進(jìn)行檢測(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2.3 所示。
vout
發(fā) 射
反 4
射
接收電路
表
面 x/mm
x 10
紅外發(fā)射接收原理 光強(qiáng)度相應(yīng)曲線
圖5.2
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2.3所示。設(shè)定輸出電壓達(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。
5.4具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
接近覺(jué)傳感器應(yīng)用場(chǎng)合不同選擇不同，感覺(jué)的距離范圍不同，可從幾毫米到幾米。對(duì)于自動(dòng)尋跡和小車(chē)輪子的測(cè)速傳感器，反射距離都在１cm左右，探測(cè)環(huán)境都在陰影之下，不易受到日光的干擾。因此，這兩種探測(cè)的傳感器都選用FS-359F反射紅外傳感器，048W型封裝。該封裝形狀規(guī)則，便于安裝。對(duì)于障礙物的檢測(cè)，可以使用超聲波傳感器，效果也較好，但電路系統(tǒng)龐大，還需占用大量MCU時(shí)間。
上文的激光傳感器雖然性能不錯(cuò)，但價(jià)格較貴。從需要5—10cm垂直探測(cè)距離的要求來(lái)看，普通的紅外反射式傳感器又很難勝任。在對(duì)６個(gè)型號(hào)的傳感器測(cè)試后，選用了價(jià)格、性能基本適合的043W封裝的反射紅外傳感器。在使用約40ｍA的發(fā)射電流，沒(méi)有強(qiáng)烈日光干擾（在有日光燈的房間里）探測(cè)距離能達(dá)８cm，完全能滿(mǎn)足探測(cè)距離要求。紅外傳感器的電路有多種形式，在這
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