第一篇：基于單片機的智能跟隨小車的設(shè)計與實現(xiàn)
基于單片機的智能跟隨小車的設(shè)計與實現(xiàn)
【摘要】本文設(shè)計了一種能夠通過傳感器實時采集信號、智能分析周圍環(huán)境以及路徑信息、自動控制方向等功能的智能小車。小車以STC89c52單片機控制為核心，利用車前三個反射式紅外發(fā)射―接收探頭檢測周圍信息，以及利用光電傳感器檢測前方物體，并將檢測信號反饋給單片機，實現(xiàn)小車的避障和跟隨功能?；赟TC89C52單片機的智能小車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性價比高，易于推廣和移植，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】STC89C52；避障；跟隨；光電傳感器
引言
隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，越來越多的智能車得到普及普及，和傳統(tǒng)汽相比，智能小車具有更好的安全性，機動性和廣泛的應(yīng)用性。智能小車，也就是輪式機器的智能化成果，是一種集傳感器應(yīng)用，智能芯片控制，驅(qū)動控制的高科技創(chuàng)意性設(shè)計。智能小車的功能是對指定的目標物進行跟蹤和實時的躲避障礙物，這是他與其他小車最大的區(qū)別也是最大的一個特點。小車通過紅外傳感器對目標物體進行實時識別和跟蹤，并且及時的躲避障礙物，具有靈敏性好，智能化程度高的特點。如果把它用在超市，將會極大地方便人們的生活。如果用在商城和機場，人們也不用提著沉重的行李箱滿地跑了。
1、總體方案設(shè)計
智能小車總體設(shè)計內(nèi)容：一是STC89C52芯片控制電路的設(shè)計；二是驅(qū)動電路的設(shè)計；三是光電傳感器電路的設(shè)計；四是避障系統(tǒng)的設(shè)計；五是電源穩(wěn)壓電路的設(shè)計；六是硬件的焊接組裝；七是軟件的編程調(diào)試。小車總共分為5個部分，以單片機為核心的主控模塊，電源模塊，紅外傳感模塊，驅(qū)動模塊，避障模塊。具體工作原理是：紅外傳感器在預(yù)設(shè)距離內(nèi)檢測前方是否有目標物體，如果有則自動進行跟隨。同時，紅外光電對管檢測前方障礙物，當檢測到前方有障礙物并且小于預(yù)設(shè)值時將把信息發(fā)回給單片機，控制驅(qū)動電路讓車輪停止轉(zhuǎn)動并后退繞過障礙物繼續(xù)跟隨。
2、系統(tǒng)的硬件設(shè)計
2.1主控模塊
主控模塊通過單片機利用程序來精確控制小車的運動，從而實現(xiàn)對小車的自動控制。STC89C52單片機具有控制簡單、方便、快捷等優(yōu)點，因此我們采用STC89C52單片機作為控制芯片。
2.2傳感器模塊
本設(shè)計所采用的傳感器是集發(fā)射與接收為一體的光電傳感器，具有很多其他傳感器所沒有的特性比如發(fā)射機距離遠，抗干擾能力強，結(jié)構(gòu)簡單，可調(diào)節(jié)等優(yōu)良的特點[1]。紅外傳感器是利用物體對近紅外線光束的反射原理，由同步回路感應(yīng)反射回來的光，據(jù)其強弱來檢測物體的存在與否。通過有無信號來輸出高低電平，然后把信號送給單片機處理，實現(xiàn)實時跟隨的功能。紅外探測法是避障模塊所使用的方法，就是利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同反射性質(zhì)的特點來進行避障[2]。由于紅外光遇到白光的時候會發(fā)生漫反射，光電傳感器就可以不斷向外發(fā)射紅外光，接收管就能接收到反射回來的信號，然后發(fā)送到單片機。若遇到黑色的物體將不會接收到信號而檢測到障礙物進而啟動躲避系統(tǒng)。傳感器模塊原理圖如圖2所示。
2.3驅(qū)動模塊
驅(qū)動模塊采用L298N驅(qū)動芯片，總共有四路輸入，四路輸出。INX均接單片機的P1口，IN1和IN3口控制輪子正轉(zhuǎn)，IN2和IN4口控制輪子逆轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)輸入信號的占空比來調(diào)節(jié)小車輪子轉(zhuǎn)動的速度。當小車左側(cè)遇到障礙物時，驅(qū)動電路控制右側(cè)輪子不動，左側(cè)輪子加速轉(zhuǎn)動，進行右轉(zhuǎn)；當小車右側(cè)遇到障礙物時，情況正好相反；當小車前方遇到障礙物時，驅(qū)動電路控制輪子停止，然后反轉(zhuǎn)后退，繞過障礙物繼續(xù)前進。
2.4電源模塊
電源供電模塊，使用的是直流穩(wěn)壓[3]電源，輸入的是直流+12V電壓，運用三線穩(wěn)壓器件7805，輸出+5V直流電壓。電源部分電路設(shè)計簡單方便，同時也充分發(fā)揮了穩(wěn)壓器保護電路的作用。
3、系統(tǒng)的軟件設(shè)計
軟件設(shè)計部分決定了智能小車能否實現(xiàn)其跟隨和避障的功能，是本次設(shè)計的關(guān)鍵部分。小車程序分為以下三部分：主程序部分，跟隨和避障程序部分，驅(qū)動程序部分[4]。主程序流程圖如圖3所示。
4、仿真測試
基于PROTEUS仿真軟件，我們設(shè)計了智能跟隨小車控制電路的仿真圖，如圖4所示。
由于PROTEUS軟件中沒有紅外傳感器，所以我們用從上到下編號1-6的六個開關(guān)代替?zhèn)鞲衅?，來實現(xiàn)探測目標的功能[5]。圖中四個電機的轉(zhuǎn)動方向代表四個輪子的轉(zhuǎn)動方向，同時速度的快慢也可以從圖中顯示出來。首先，閉合開關(guān)3，表示發(fā)現(xiàn)目標物體，四個輪子正轉(zhuǎn)，并且加速前進，閉合開關(guān)4，表示遇到障礙物，輪子停止轉(zhuǎn)動并且反向轉(zhuǎn)動直到障礙物離開檢測范圍。斷開開關(guān)3、4，閉合開關(guān)5，表示目標物體向左移動，此時左側(cè)輪子停止轉(zhuǎn)動，右側(cè)輪子正轉(zhuǎn)并且加速轉(zhuǎn)動，當小車右側(cè)出現(xiàn)目標物是動作與之相反。閉合開關(guān)6，表示左側(cè)有障礙物，這時右側(cè)輪子不動，左側(cè)輪子正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)向右轉(zhuǎn)向的目的。當小車右側(cè)出現(xiàn)障礙物時動作與之相反。
5、系統(tǒng)調(diào)試
先進行硬件調(diào)試，通過仿真好的電路圖[6]，用萬用表檢測已經(jīng)焊好的電路板上每一個節(jié)點是否有短路、斷路和接觸不良的情況，看各個節(jié)點電壓是否正常。當硬件調(diào)試沒有問題，完成了以后進行軟件調(diào)試，通過修改各個接口對應(yīng)的程序進行調(diào)試，最終完成軟件的修改，達到了預(yù)期的效果。
6、結(jié)束語
本次項目設(shè)計非常成功，通過老師的指導(dǎo)和我們的團隊合作，小車很好了實現(xiàn)了其跟隨和避障的功能效果。最然在開始我們對這個項目沒有任何的頭緒，但是經(jīng)過我們共同的努力成功完成了這個作品，每一個人都感到了團隊合作的艱辛和成功后的喜悅。通過實驗測試智能跟隨小車的靈敏性，效果良好，能夠很好的按照預(yù)期完成指定動作，并且運行穩(wěn)定。
參考文獻
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張文霞，女，1982年生，鄂爾多斯市人，在讀博士，講師，工作于內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院，研究方向為圖像處理及模式識別。
第二篇：畢業(yè)設(shè)計論文-基于單片機的循跡智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)
編號
南京航空航天大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計
題 目
基于單片機的智能小車的設(shè)
計與實現(xiàn)
學(xué)生姓名 學(xué) 號 系 部 專 業(yè) 班 級 指導(dǎo)教師
計算機科學(xué)與技術(shù)
講師
二〇一七年五月
南京航空航天大學(xué)
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信承諾書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）（題目：基于單片機的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)）是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果。盡本人所知，除了畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。
作者簽名：
年 月
日
（學(xué)號）：
畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙
基于單片機的智能小車的設(shè)計與實現(xiàn)
摘要
在以計算機技術(shù)為代表的高新技術(shù)的迅猛發(fā)展下，機械系統(tǒng)大步邁向智能化。輪式機器人是我們最常見到的智能化設(shè)備。從生產(chǎn)制造業(yè)的無人搬運車，到特種行業(yè)的災(zāi)難救援、排爆滅火機器人，再到軍事領(lǐng)域的偵查和防御機器人以及航天領(lǐng)域的星球表面探測器，處處可以見到智能小車的身影。
本文針對智能小車硬件和軟件的設(shè)計進行了詳細的介紹。在硬件方面，提出由電源模塊、車體模塊、單片機控制模塊、電機驅(qū)動控制模塊、電機模塊、傳感器模塊等構(gòu)成智能小車硬件系統(tǒng)。在軟件方面，利用Keil uVision 5集成開發(fā)工具進行C51高級語言的程序設(shè)計，開發(fā)出控制程序。智能小車利用搭載在車前端兩側(cè)的紅外傳感器，識別路況，并以STC11F32XE單片機為控制核心，根據(jù)接收的信息發(fā)出相應(yīng)的控制指令，通過--L298驅(qū)動控制模塊來驅(qū)動小車以實現(xiàn)循跡。本系統(tǒng)的硬件和軟件均采取了模塊化的設(shè)計結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)電路簡單，可靠性高，拓展性強。在實際調(diào)試過程中（無人為干擾下），智能小車能適應(yīng)直道、S彎、環(huán)形等路況，達到循跡智能小車設(shè)計的目的和要求。
關(guān)鍵詞：智能小車，軟件設(shè)計，單片機，循跡
i
畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙
Design and Implementation of Intelligent Car Based on Single-Chip Microcomputer
Abstract With the rapid development of new technology which is symbolized by computer technology, mechanical system has taken a step towards the intelligence.Wheeled robots are the most common intelligent devices in our life.Ranging from the unmanned van of manufacturing industry , to the special industry disaster relief, and the detection and defense robots in the military field and the surface detector in the aerospace field , the smart car figure can be seen everywhere.This article introduces the hardware and software design of the smart car in detail.In terms of the hardware, the hardware system of intelligent car is made up of power module, body module, single chip microcomputer module, motor drive module, motor module and sensor module.In the aspect the software, C51 high-level language programming can be designed by the employment of Keil uVision 5 integrated development tools,.thus developing a control program.The intelligent car uses the infrared sensor mounted on both sides of the front end of the car to identify the road condition and uses the STC11F32XE single chip as the control core, sending out the corresponding control instruction according to the received information , through the
第三篇：基于單片機設(shè)計智能小車的參考文獻
參考文獻
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第四篇：基于89C51單片機的智能小車設(shè)計
湖北輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院
單片機實訓(xùn)報告
題
姓
學(xué)
專 目：基于STC89C52的智能小車設(shè)計 名：劉
加
象 號：20110302113 業(yè)：電子信息工程技術(shù)
指導(dǎo)老師：何
伶
俐 日
期：2013-01-06
信息工程系電信教研室
目錄
引言...............................................................................................................................3 一 整體方案設(shè)計.........................................................................................................4 1.1整體方案設(shè)計的思路............................................4 1.2整體方案的流程圖..............................................4 二 智能小車系統(tǒng)概況.................................................................................................4 2.1恒壓恒流橋式2A驅(qū)動芯片L298N...................................................................4 2.2直流電機簡介..................................................5 2.3顯示模塊的綜合概括............................................7 三 模塊方案比較與論證：.........................................................................................9 3.1 電機模塊的選擇..............................................9 3.2 電機驅(qū)動模塊的選擇..........................................9 3.3 控制器模塊的選擇............................................9 四 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計...............................................................................................11 4.1 顯示模塊的設(shè)計.............................................11 4.2 直流電機的驅(qū)動模塊.........................................12 五 軟件的簡單介紹...................................................................................................14 5.1 KEIL的簡介..................................................14 5.2 PROTUES的簡介................................................14 5.3 STC_ISP_V483的簡介.........................................15 六 結(jié)論.......................................................................................................................18 七 致謝.......................................................................................................................18 參考文獻.....................................................................................................................19 附錄一：實物圖.........................................................................................................20 圖1實物圖.................................................................................................................20 圖2實物圖.................................................................................................................21 附錄二：總程序.........................................................................................................21
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湖北輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院
引言
隨科學(xué)技術(shù)的進步，智能化和自動化技術(shù)越來越普及，也廣泛應(yīng)用于機器人玩具制造領(lǐng)域，使智能機器人越來越多樣化。智能機器人是一個多種高新技術(shù)的集成體，它融合了機械、電子、傳感器、計算機硬件、軟件、人工智能等許多學(xué)科的知識，涉及到當今許多前沿領(lǐng)域的技術(shù)。而隨著社會的不斷發(fā)展，智能設(shè)備的不斷出現(xiàn)，無線遙控的運用也越來越廣泛。無線遙控器由于控制距離遠，抗干擾性強，已越來越多的出現(xiàn)在生活的各個方面。本文使用了一款通用的無線遙控電路，基于STC89C52作為控制核心，采用專用編碼解碼電路，由于其體積小、功能強大，因此可非常方便的移植到遙控機器人、遙控小車上等，并實現(xiàn)遠距離控制。在早期，遙控小車并不少見，但大多產(chǎn)品制造簡單，實現(xiàn)的功能少，往往只有一些簡單的功能，例如左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)，前進后退等，大多采用紅外控制，外加一些復(fù)雜的電路組合而成。遙控小車的使用者針對的是小孩子，但笨重的設(shè)備和昂貴的價格往往讓許多小孩的甜美夢想落空。在現(xiàn)在，用單片機進行無線遙控小車的方案，利用較少的外設(shè)實現(xiàn)了基本的功能。其較強的抗干擾性使得該遙控器具有很好的通用性其功能也日趨完善。其中包括防撞防爆系統(tǒng)和基本的方向控制，另外在行進中可以盡享柔美的音樂，看美麗的燈光隨音律而閃爍，讓孩子玩得更開心！此外，電路的簡化，材料的減少使得價格也降低了不少，真的是物美價廉，可以為孩子的童年再添一些笑語。
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湖北輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院
一 整體方案設(shè)計
1.1整體方案設(shè)計的思路
利用紅外線傳感器發(fā)射和接收信號模塊來控制單片機，讓單片機翻譯傳輸指令，從而實現(xiàn)相應(yīng)的功能。具體的過程如下：四路紅外傳感器，每一路發(fā)射一個信號，檢測接收到的信號，若出現(xiàn)高電平，則說明該方向前方有障礙物，則單片機控制電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)繞開障礙物繼續(xù)前行。同時還增加一個無線發(fā)射和無線接收模塊控制單片機，讓單片機翻譯傳輸指令，從而實現(xiàn)相應(yīng)的功能。無線發(fā)射模塊發(fā)出指令，無線接收模塊接收信號后，傳遞給單片機，單片機翻譯接收到信號后，傳輸給驅(qū)動電路驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)讓小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。1.2整體方案的流程圖
基于單片機STC89C52整體設(shè)計的智能小車，根據(jù)原來設(shè)計的思路上畫出了相對應(yīng)的流程路，由于是整體結(jié)構(gòu)圖，就只是畫出了大致的結(jié)構(gòu)流程，而細節(jié)將在后面做出介紹。
圖1整體方案的流程圖 二 智能小車系統(tǒng)概況
2.1恒壓恒流橋式2A驅(qū)動芯片L298N L298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動電路?？梢苑奖愕尿?qū)動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。L298N芯片可以驅(qū)動兩個二相電機，也可以驅(qū)動一個四相電機，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的IO
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口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。
L298N可接受標準TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4．5～7 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2．5～46 V。輸出電流可達2．5A，可驅(qū)動電感性負載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅(qū)動2個電動機，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅(qū)動一臺電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB連接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。表1是L298N功能邏輯圖。In3，In4的邏輯圖與表1相同。由表1可知EnA為低電平時，輸入電平對電機控制起作用，當EnA為高電平，輸入電平為一高一低，電機正或反轉(zhuǎn)。同為低電平電機停止，同為高電平電機剎停。等。
圖2單片機利用L298控制電機的原理圖
15腳是輸出電流反饋引腳，其它與L298相同。在通常使用中這兩個引腳也可以直接接地。上圖是其與51單片機連接的電路圖 2.2直流電機簡介 2.2.1直流電機的應(yīng)用
電動機簡稱電機，是使機械能與電能相互轉(zhuǎn)換的機械，直流電機把直流電能變?yōu)闄C械能。作為機電執(zhí)行元部件，直流電機內(nèi)部有一個閉合的主磁路。主磁通在主磁路中流動，同時與兩個電路交聯(lián)，其中一個電路是用以產(chǎn)生磁通的，稱為激磁電路；另一個電路是用來傳遞功率的，稱為功率回路或電驅(qū)回路?，F(xiàn)行的直流電機都是旋轉(zhuǎn)電驅(qū)式，也就是說，激磁繞組及其所包圍的鐵芯組成的磁極為定子，帶換向單元的電驅(qū)繞組和電驅(qū)鐵芯結(jié)合構(gòu)成直流電機的轉(zhuǎn)子。直流電機有以下4方面的優(yōu)點：
1)調(diào)速范圍廣，且易于平滑調(diào)節(jié)。
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2)3)4)過載、啟動、制動轉(zhuǎn)矩大。易于控制，可靠性高。調(diào)速時的能量損耗較小。
所以，在調(diào)速要求高的場所，如軋鋼機、輪船推進器、電機、電氣鐵道牽引、高爐送料、造紙、紡織、拖動、吊車、挖掘機械、卷揚機拖動等方面，直流電機均得到廣泛的應(yīng)用。
2.2.2直流電機的基本工作原理
直流電機工作原理：當電刷A,B接在電壓為U的直流電源上時，若電刷A是正電位，B是負電位，在N極范圍內(nèi)的導(dǎo)體ab中的電流是從a流向b，在S極范圍內(nèi)的導(dǎo)體cd中的電流是從c流向d。載流導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力的作用，因此ab與cd兩導(dǎo)體都受到電磁力的作用。根據(jù)磁場方向和導(dǎo)體中的電流方向，利用電機左手定則判斷，ab邊受力的方向是向左的，而cd邊則是向右的。由于磁場是均勻的，導(dǎo)體中流過的又是相同的電流，所以ab邊和cd邊所受電磁力的大小相等。這樣，線圈上就受到了電磁力的作用而按逆時針轉(zhuǎn)動。當線圈轉(zhuǎn)到磁極的中性面上時，線圈中的電流等于零，電磁力等于零，但是由于慣性的作用，線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動。線圈轉(zhuǎn)過半周之后，雖然ab與cd的位置調(diào)換了，ab邊轉(zhuǎn)到S極范圍內(nèi)，cd邊轉(zhuǎn)到N極范圍內(nèi)，但是由于換向片和電刷的作用，轉(zhuǎn)到N極下的cd邊中電流方向也變了，是從d流向c，在s極下的ab邊中的電流則是從b流向a。因此電磁力的方向仍然不變，線圈仍然受力按逆時針方向轉(zhuǎn)動?？梢姡謩e處在N,S極范圍內(nèi)的導(dǎo)體中電流方向總是不變的，因此線圈兩個邊的受力方向也不變，這樣線圈就可以按照受力方向不停地旋轉(zhuǎn)，通過齒輪或皮帶等機構(gòu)的傳動，便可以帶動其他機械工作。
從以上分析可以看到，要使線圈按照一定的方向旋轉(zhuǎn)，關(guān)鍵問題是當導(dǎo)體從一個磁極范圍轉(zhuǎn)到另一個異性磁極范圍時（也就是導(dǎo)體經(jīng)過中性面后），導(dǎo)體中電流的方向也要同時改變，換向器和電刷就是完成這一任務(wù)的裝置。在直流電機中，換向器和電刷把輸入的直流電變?yōu)榫€圈中的交流電?？梢?，換向器和電刷是直流電機中不可缺少的關(guān)鍵部件。
當然，在實際的直流電機中，不只有一個線圈，而是有許多線圈牢固地嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯槽中，當導(dǎo)體中通過電流在磁場中因受力而轉(zhuǎn)動時，就帶動整個轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這就是直流電機的基本工作原理。2.2.3直流電機的參數(shù)
轉(zhuǎn)矩-電機得以旋轉(zhuǎn)的力矩，單位為㎏?m或N?m。
轉(zhuǎn)矩系數(shù)-電機所產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的比例系數(shù)，一般表示每安培電驅(qū)電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小。
摩擦轉(zhuǎn)矩-電刷、軸承、換向單元等因摩擦而引起的轉(zhuǎn)矩損失。
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啟動轉(zhuǎn)矩-電機啟動時所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩。
轉(zhuǎn)速-電機旋轉(zhuǎn)的速度，工程單位為r/min，即轉(zhuǎn)每分。在國際單位制中為rad/s，即弧度每秒。
電樞電阻-電樞內(nèi)部的電阻，在有刷電機里一般包括電刷與換向器之間的接觸電阻，由于電阻中流過電流時會發(fā)熱，因此總希望電樞電阻盡量小。
電樞電感-因為電樞繞組由金屬線圈構(gòu)成，必然存在電感，從改善電機運行性能的角度來說，電樞電感越小越好。
電氣時間常數(shù)-電樞電流從零開始達到穩(wěn)定值的63.2%時所經(jīng)歷的時間。測定電氣時間常數(shù)時，電機應(yīng)處于堵轉(zhuǎn)的狀態(tài)并施加階躍性質(zhì)的驅(qū)動電壓。工程上，常常利用電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量J、電樞電阻Ra、電機反電動勢系數(shù)Ke和轉(zhuǎn)矩系數(shù)Kt求出機械時間常數(shù)：
Tm?（J*Ra）（/Ke*Kt）?1-1 轉(zhuǎn)動慣量-具有質(zhì)量的物體維持其固有運動狀態(tài)的一種性質(zhì)。
反電動勢系數(shù)-電機旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組內(nèi)部切割磁力線所感應(yīng)的電動勢相對于轉(zhuǎn)速的比例系數(shù)，也稱發(fā)電系數(shù)或感應(yīng)電動勢系數(shù)。
功率密度-電機每單位質(zhì)量所能獲得的輸出功率值。功率密度越大，電機的有效材料的利用率就越高。
轉(zhuǎn)子-rotor；定子-stator；電樞-armature；勵磁-excitation。2.3顯示模塊的綜合概括
顯示模塊包括：LCD1602,溫度傳感器DS18B20,時鐘芯片DS1302三個部分組成。
2.3.1LCD1602的簡介
1602B可以顯示2行16個字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7，和RS、R/W、EN三個控制端口，工作電壓為5V，并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{(diào)節(jié)和背光。該模塊也可以只用D4-D7作為四位數(shù)據(jù)分兩次傳送。這樣的話可以節(jié)省MCU的I/O口資源。1602B引腳說明如下：
表2.3 LCD液晶顯示器各引腳功能及結(jié)構(gòu)
編號 1 2 3 4 符號 VSS VDD VL RS
引腳說明 電源地 電源正極 對比度調(diào)節(jié) 數(shù)據(jù)/命令選擇
編號 9 10 11 12
符號 D2 D3 D4 D5
引腳說明 雙向數(shù)據(jù)口 雙向數(shù)據(jù)口 雙向數(shù)據(jù)口 雙向數(shù)據(jù)口
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讀/寫選擇 模塊使能端 雙向數(shù)據(jù)口 雙向數(shù)據(jù)口 14 15 16
D6 D7 BLK BLA
雙向數(shù)據(jù)口 雙向數(shù)據(jù)口 背光源地 背光源正極
注意事項：從該模塊的正面看，引腳排列從右向左為：15腳、16腳，然后才是1－14腳(線路板上已經(jīng)標明): VDD：電源正極，4.5－5.5V，通常使用5V電壓；
VL：LCD對比度調(diào)節(jié)端，電壓調(diào)節(jié)范圍為0－5V。接電源的正極時對比度最弱，接地電源時對比度最高，但對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，因此通常使用一個10K的電位器來調(diào)整對比度，或者直接串接一個電阻到地；
RS：MCU寫入數(shù)據(jù)或者指令選擇端。MCU要寫入指令時，使RS為低電平；MCU要寫入數(shù)據(jù)時，使RS為高電平；
R/W：讀寫控制端。R/W為高電平時，讀取數(shù)據(jù)；R/W為低電平時，寫入數(shù)據(jù)； E：LCD模塊使能信號控制端。寫數(shù)據(jù)時，需要下降沿觸發(fā)模塊。D0－D7：8位數(shù)據(jù)總線，三態(tài)雙向。如果MCU的I/O口資源緊張的話，該模塊也可以只使用4位數(shù)據(jù)線D4－D7接口傳送數(shù)據(jù)。本充電器就是采用4位數(shù)據(jù)傳送方式；
BLA：LED背光正極。需要背光時，BLA串接一個限流電阻接VDD，BLK接地，實測該模塊的背光電流為50mA左右；
BLK：LED背光地端。
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三 模塊方案比較與論證：
3.1 電機模塊的選擇
方案1：采用步進電機作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機。由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的定位，可以實現(xiàn)小車前進路程和位置的精確定位。雖然采用步進電機有諸多優(yōu)點，步進電機的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方案。
方案 2：直流電機：直流電機的控制方法比較簡單，只需給電機的兩根控制線加上適當?shù)碾妷杭纯墒闺姍C轉(zhuǎn)動起來，電壓越高則電機轉(zhuǎn)速越高。對于直流電機的速度調(diào)節(jié)，可以采用改變電壓的方法，也可采用PWM調(diào)速方法。PWM調(diào)速就是使加在直流電機兩端的電壓為方波形式，通過改變方波的占空比實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。
基于以上分析，我們選擇了方案二，使用直流電機作為電動車的驅(qū)動電機。3.2 電機驅(qū)動模塊的選擇
方案 1：采用SM6135W電機遙控驅(qū)動模塊。SM6135W是專為遙控車設(shè)計的大規(guī)模集成電路。能實現(xiàn)前進、后退、向右、向左、加速五個功能，但是其采用的是編碼輸入控制，而不是電平控制，這樣在程序中實現(xiàn)比較麻煩，而且該電機模塊價格比較高。
方案 2：采用電機驅(qū)動芯片L298N。L298N為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動，可直接的對電機進行控制，無須隔離電路。通過單片機的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機進行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，非常方便，亦能滿足直流減速電機的大電流要求。調(diào)試時在依照上表，用程序輸入對應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)的動作。表1是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系。
表3.2 L298N的引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系
EN A（B）
H H H L
IN1（IN3）
H L 同IN2（IN4）
X
IN2（IN4）
L H 同IN2（IN4）
X
電機運行情況
正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 快速停止 停止
基于以上分析，我們選擇了方案二，用L298N來作為電機的驅(qū)動芯片。3.3 控制器模塊的選擇
方案1：采用凌陽的SPCE061A小板作為主控制芯片，而且可以采用凌陽的小車模組，可以很快的完成其基本功能，當是用該小板存在一定的局限性，較難
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擴張功能，而且各個模塊的拼湊，沒有比集成在一塊板的穩(wěn)定性高。
方案2：采用STC89C52作為主控制芯片，該芯片有足夠的存儲空間，可以方便的在線ISP下載程序，能夠滿足該系統(tǒng)軟件的需要，該芯片提供了兩個計數(shù)器中斷，對于本作品系統(tǒng)已經(jīng)足夠，采用該芯片可以比較靈活的選擇各個模塊控制芯片，能夠準確的計算出時間，有很好的實時性。
基于以上分析，我們選擇了方案二，用STC89C52作為電機的主控制芯片。
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四 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
系統(tǒng)采用存儲空間較大的STC89C52作為主控制芯片，電動車電機驅(qū)動芯片采用L298N；并利用直流電機驅(qū)動小車，能較有效的控制其在特定位置轉(zhuǎn)彎及行駛出錯處理,該系統(tǒng)無論在結(jié)構(gòu)和技術(shù)上都具有較好的科學(xué)性。4.1 顯示模塊的設(shè)計
4.1.1 顯示模塊的仿真圖
顯示模塊中主要考慮的是顯示什么，綜合考慮后，我想到的首先是時間的顯示，于是我采用時鐘芯片DS1302來實現(xiàn)時間的顯示，單純的顯示時間似乎很無趣，于是我加入了溫度的顯示，溫度傳感器DS18B20結(jié)構(gòu)完善，連接簡單，功能齊全，易于控制。合并以上的思路，我確定出了顯示的模塊，具體的仿真圖如下：
圖3 顯示模塊的電路原理圖
4.1.2 顯示模塊的流程
顯示模塊是智能小車額外增加的功能，但它仍然是重要的組成部分，顯示模塊是如何工作的呢？其實，先是由按鍵控制時鐘芯片DS1302，進行時間的調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)的過程中，信號傳遞給STC89C52，單片機將其翻譯后發(fā)送信號給時鐘芯片DS1302，時鐘芯片DS1302會將時間的改變顯示在LCD1602上，同樣的道理，溫度傳感器DS18B20也是先將檢測到的信號傳遞給單片機，單片機再傳遞給LCD1602
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4.2 直流電機的驅(qū)動模塊
4.2.1 直流電機驅(qū)動模塊的仿真圖
圖4 直流電機驅(qū)動模塊的仿真圖
4.2.2 直流電機驅(qū)動模塊的流程圖
電機驅(qū)動模塊的核心是電機的驅(qū)動芯片及電機，電機選擇了直流電機，這樣可以方便控制，而電機的驅(qū)動芯片L298可以同時控制兩個直流電機，其中芯片中連接單片機的5引腳和7引腳用于控制直流電機1，而芯片中的10引腳和12引腳用于控制直流電機2.電機1接的是小車的左輪，電機2接的是小車的右輪，當兩個電機一起正向轉(zhuǎn)動時，小車前進；當兩個電機一起反向轉(zhuǎn)動時，小車后退；當電機1正轉(zhuǎn)，電機2反轉(zhuǎn)時，小車右轉(zhuǎn)；當電機1反轉(zhuǎn)，電機2正轉(zhuǎn)時，小車左轉(zhuǎn)。由于無線模塊只能控制鎖存的4條線路，不能將功能都進行有效控制，只能控制前進和后退，所以額外采用按鍵來控制左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。
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圖5 直流電機驅(qū)動模塊的流程圖
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五 軟件的簡單介紹
在這次研究中，主要用到了keil，protues，proter和STC_ISP_V480等軟件 5.1 Keil的簡介
單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的C語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于MCS-51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選（目前在國內(nèi)你只能買到該軟件、而你買的仿真機也很可能只支持該軟件），即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。5.2 protues的簡介
Protues軟件是英國Lab center electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。Protues軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：（1）原理布圖（2）PCB自動或人工布線（3）SPICE電路仿真。
支持當前的主流單片機，如51系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。軟件仿真功能如下：1）提供軟件調(diào)試功能 2）提供豐富的外圍接口器件及其仿真RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。這樣很接近實際。在訓(xùn)練學(xué)生時，可以選擇不同的方案，這樣更利于培養(yǎng)學(xué)生。3）提供豐富的虛擬儀器，利用虛擬儀器在仿真過程中可以測量外圍電路的特性，培養(yǎng)學(xué)生實際硬件的調(diào)試能力。4）具有強大的原理圖繪制功能。電路功能仿真特點如下：在PROTUES繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，可以在PROTUES的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。PROTUES 是單片機課堂教學(xué)的先進助手。PROTUES不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達到的效果。
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它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件高度對應(yīng)。這在相當程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運行結(jié)果等。
課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。由于PROTUES提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺。
隨著科技的發(fā)展，“計算機仿真技術(shù)”已成為許多設(shè)計部門重要的前期設(shè)計手段。它具有設(shè)計靈活，結(jié)果、過程的統(tǒng)一的特點?？墒乖O(shè)計時間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險。相信在單片機開發(fā)應(yīng)用中PROTUES也能獲得愈來愈廣泛的應(yīng)用。
軟件缺點:器件庫潰乏，庫中缺少很多重要芯片，嚴重影響電路仿真軟件出錯或亂碼，此時仿真效果不及硬件仿真。5.3 STC_ISP_V483的簡介
在運行STC_ISP_V483下載軟件之前，應(yīng)該先給出ISP的C程序源代碼ISP.C.要注意的是:此程序是在Keil-C中要建立工程文件,包含IAP.C函數(shù),并且在IAP.C和ISP.C中都要保留STC的定義.傳入用戶代碼時,需要與計算機進行通信,一般采用RS232串行通信,數(shù)據(jù)協(xié)議采用簡單協(xié)議。具體的使用方法：
一、先把學(xué)習(xí)實驗板和計算機連接好（接好串口線和電源）
二、打開STC-ISP v483，在MCU Type欄目下選中單片機，如STC89C52RC：根據(jù)您的9針的數(shù)據(jù)線連接情況選中COM端口，最好把波特率適當下調(diào)一些，按圖示選中各項：
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圖6STC-ISP v483的界面圖
三、先確認硬件連接正確，按下圖點擊“打開文件”并在對話框內(nèi)找到您要下載的HEX文件：
四、選中兩個條件項，這樣可以使您在每次編譯KEIL時HEX代碼能自動加載到STC-ISP，點擊“Download/下載”：
五、手動按下電源開關(guān)便即可把可執(zhí)行文件HEX寫入到單片機內(nèi)，下圖是正在寫入程序截圖：
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圖7 單片機程序下載截圖
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六 結(jié)論
根據(jù)本次設(shè)計要求，我們認真分析了設(shè)計課題的需求，還系統(tǒng)學(xué)習(xí)了51系列單片機的工作原理及其使用方法，并獨自設(shè)計智能小車的整個項目。
雖然條件艱苦，但經(jīng)過不懈鉆研和努力，購買到了所有所需的元器件，并系統(tǒng)的進行了多項試驗，最終做出了整個小車的硬件系統(tǒng)，然后結(jié)合課題任務(wù)和小車硬件進行了程序的編制，本系統(tǒng)能夠基本滿足設(shè)計要求，能夠較快較平穩(wěn)的是小車沿引導(dǎo)線行駛，但由于經(jīng)驗?zāi)芰τ邢?，該系統(tǒng)還存在著許多不盡人意的地方有待于進一步的完善與改進。
通過本次課題設(shè)計，不僅是對我們課本所學(xué)知識的考查，更是對我的自學(xué)能力和收集資料能力以及動手能力的考驗。本次畢業(yè)設(shè)計使我們對一個項目的整體設(shè)計有了初步認識，還認識了幾種傳感器。本次畢業(yè)設(shè)計使我們意識到了實驗的重要性，在硬件制作和軟件調(diào)試的過程中，出現(xiàn)了很多問題，最終都是通過實驗的方法來解決的。還有以前對程序只是一個很模糊的概念，通過這次的課題設(shè)計使我對程序完全有了一個新的認識，并能使用Keil軟件熟練的進行編程了。通過本次課題設(shè)計，極大的鍛煉了我們的思考和分析問題的能力，并對單片機有了一個更深的認識。
總之，在課題設(shè)計的過程中，無論是對于學(xué)習(xí)方法還是理論知識，我們都有了新的認識，受益匪淺，這將激勵我們在今后再接再厲，不斷完善自己的理論知識，提高實踐運作能力。
七 致謝
本設(shè)計能夠順利完成，還承蒙何老師以及身邊的組隊同學(xué)的指導(dǎo)和幫助。在設(shè)計過程中，何老師給予了悉心的指導(dǎo)，最重要的是給了我們組隊解決問題的思路和方法，并且在設(shè)計環(huán)境和器材方面給予了大力的幫助和支持，在此，我對何老師表示最真摯的感謝！同時感謝所有幫助過我的同學(xué)！
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參考文獻
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附錄一：實物圖
圖1實物圖
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圖2實物圖
附錄二：總程序
}
void dianji1(){
for(j=10;j--;j>0)left2=0;#include
if(num>=10)
num=0;
else
{
if(num<=m1)
left=1;
else if(num<10)
left=0;
}
}
{
}
}
void run(){ m=2;
m1=2;left1=1;
left3=1;left4=0;
}
void zuo(){
m=0;m1=1;left1=1;left2=0;left3=1;}
left4=0;void you()
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if(num1>=10)num1=0;else {
if(num1<=m)
right=1;else if(num1<10)
right=0;
}
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{ m=1;m1=0;left1=1;left2=0;left3=1;left4=0;} void timer0()interrupt 1 { TH0=0XF8;//1ms定時
TL0=0X30;num++;num1++;dianji2();dianji1();} void main(){ TMOD=0X01;TH0= 0XF8;//1ms定時
TL0= 0X30;TR0= 1;ET0= 1;EA = 1;while(1){
switch(P0&0x03){
case 0x00:
// 全部沒有壓線，直轉(zhuǎn)
run();
break;
case 0x01:
// 右壓線，左轉(zhuǎn)
zuo();
break;
case 0x02:
// 左壓線，右轉(zhuǎn)
you();
break;} } }
第 22 頁
第五篇：智能小車跟隨系統(tǒng)的設(shè)計與制作分析
本科畢業(yè)論文(設(shè)計)
題目： 智能小車跟隨系統(tǒng)的設(shè)計與制作
學(xué)院： 物理與電子科學(xué)學(xué)院
班級：
姓名：
指導(dǎo)教師： 職稱：
完成日期： 年 月 日
智能小車跟隨系統(tǒng)的設(shè)計與制作
摘要:
現(xiàn)在，小車跟隨系統(tǒng)正處于研發(fā)與試用階段，它有著多方面的優(yōu)勢：一方面,充分利用現(xiàn)有的道路資源，有效緩解交通阻塞；另一方面，可以大幅提高駕駛的安全性，減少交通事故的發(fā)生。因而推廣和應(yīng)用小車跟隨系統(tǒng)已經(jīng)成為解決交通問題的一個重要途徑。
本文的主要研究工作是設(shè)計和制作智能小車跟隨系統(tǒng)，整個系統(tǒng)包括硬件及軟件兩個部分。硬件部分包括控制電路，藍牙通信電路，路徑循跡電路，電源驅(qū)動電路，電機驅(qū)動電路等。軟件部分主要包括通過編程使得小車按設(shè)定路徑實現(xiàn)前進，左拐，右拐，加速，減速，并在小車前進的過程中不斷調(diào)整小車所在位置等功能。
本文是以電動小車為基礎(chǔ)，增加紅外傳感器，藍牙等。利用傳感器來有效地確定小車前進路徑、小車所在位置等信息。單片機接收并處理傳感器所產(chǎn)生的信號并加以一定的算法來判斷兩個小車的狀態(tài)及其相互間距。最后通過藍牙來進行小車間的通信，從而控制兩個小車加、減速度來使得小車間距相對恒定。該智能小車跟隨系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有：自動循跡；保持車距；緊急停車等。
關(guān)鍵詞：智能小車跟隨系統(tǒng)；藍牙通信；單片機；軟件設(shè)計
目 錄 引言..............................................................1 1.1 研究背景及意義..............................................1 1.2 智能車輛研究現(xiàn)狀............................................1 1.3 研究內(nèi)容....................................................1 2 功能分析..........................................................2 2.1 主控模塊....................................................2 2.2 循跡模塊....................................................3 2.3 電機驅(qū)動模塊................................................3 2.4 電源模塊....................................................3 2.5 通信模塊....................................................3 3 硬件設(shè)計..........................................................3 3.1 主控硬件設(shè)計................................................4 3.2 循跡硬件的設(shè)計..............................................4 3.3 驅(qū)動硬件設(shè)計................................................5 3.4 電源硬件設(shè)計................................................5 3.5 藍牙通信串口硬件設(shè)計........................................6 3.6 本章總結(jié)....................................................6 4 軟件的設(shè)計與實現(xiàn)..................................................6 4.1 概述........................................................6 4.2 軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計..............................................7 4.3 主要模塊的實現(xiàn)..............................................8 4.3.1循跡流程圖.............................................8 4.3.2 電機驅(qū)動流程圖.........................................9 4.3.3 位置判斷流程圖........................................10 4.3.4 藍牙通信流程圖........................................11 4.4 本章小結(jié)...................................................11 5 系統(tǒng)功能測試.....................................................11 5.1 系統(tǒng)功能測試...............................................12 2 5.2 測試結(jié)果分析...............................................13 6 結(jié)論與展望.......................................................13 6.1 結(jié)論.......................................................13 6.2 展望.......................................................13 參考文獻...........................................................14 致謝...............................................................15
1 引言
1.1 研究背景及意義
隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市的人口不斷增加，從而城市的交通壓力也越來越大。在中國的一些大中型城市，由于嚴重的堵車問題，上、下班路途中所消耗的時間可能會長達數(shù)個小時。此外，近些年來，交通事故頻繁發(fā)生，這已經(jīng)危害到了許多人的生命和財產(chǎn)。因此，想要解決交通問題已經(jīng)不能僅僅依靠交通管理部門，更需要從科技的角度來解決這一問題。幸運的是，在最近幾年傳感器、單片機技術(shù)突飛猛進，受此影響，智能小車跟隨技術(shù)正在逐步從可能轉(zhuǎn)為現(xiàn)實。智能小車跟隨技術(shù)是指通過車載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，通過現(xiàn)代通信技術(shù)使車間進行通信，同時加以一定的算法分析，使得后車緊跟前車行駛。這一特點使得它具有如下優(yōu)點：首先，充分利用道路資源，減少堵車事件發(fā)生的概率。此外，它還能夠在行駛過程中探測可能發(fā)生危險事故，由于計算機有著比人腦更快的反應(yīng)速度，從而能夠避免交通事故的發(fā)生。1.2 智能車輛研究現(xiàn)狀
智能車輛的發(fā)展過程可以分為以下三個階段：
第一階段：20世紀50年代。在這一時期，人們剛剛開始接觸研究智能車輛。盡管這一時期的智能小車系統(tǒng)僅能在一個固定的軌道上運行，自動化水平比較低，但已經(jīng)符合智能車輛的基本要求。
第二階段：80年代中后期。在這一階段，隨著計算機的應(yīng)用與傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，智能車的研究有了較大的進展，尤其在一些發(fā)達國家，取得了巨大的進步，促使智能車輛不斷深入各個實用領(lǐng)域。
第三階段：90年代至今，智能車輛的研究取得了更快的發(fā)展。尤其是近些年來，隨著各個國家在智能車輛的研究之中投入的人力、財力不斷加大，智能小車的發(fā)展越來越快。如今，智能車輛已經(jīng)不僅僅局限于科學(xué)研究和工廠使用，它也不斷地走入了許多人的日常生活中。1.3 研究內(nèi)容
本設(shè)計是基本AT89S52單片機的，通過藍牙使兩個智能電動車相互通信來組成智能小車跟隨系統(tǒng)。設(shè)計的主要內(nèi)容是對電動車進行硬件電路與軟件的設(shè)計。其中硬件電路主要包括控制電路，藍牙通信電路，路徑循跡電路，電源驅(qū)動電路，電機驅(qū)動電路等。其中，AT89S52單片機作為每個小車的控制核心，控制著電動車的各個模塊正常工作，并通過編程使得小車按照預(yù)定路徑實現(xiàn)前進，左拐，右 1 拐，緊急停車，加速，減速等功能。
本設(shè)計是以電動小車為基礎(chǔ)，增加紅外傳感器，藍牙等。利用傳感器來有效地確定小車前進路徑、小車所在位置等信息。單片機接收并處理傳感器所產(chǎn)生的信號并加以一定的算法來判斷各個小車的狀態(tài)及其相互間距。最后通過藍牙來進行小車間的通信，從而控制各個小車加、減速度來使得小車間距相對恒定。
綜上所述，本設(shè)計中整個系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單，性能相對較高。主要采用如下技術(shù)：首先是選擇適當?shù)膫鞲衅?。利用傳感器來實時監(jiān)測小車位置并傳送給單片機，單片機根據(jù)傳感器所傳回的信息來控制小車的兩個電機運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)循跡行走功能。其次，利用藍牙設(shè)備在兩個小車之間進行通信，由其中一個小車的單片機來判斷兩小車的相對位置，從而產(chǎn)生控制指令，來改變小車的行駛速度。2 功能分析
根據(jù)設(shè)計內(nèi)容的要求，采用基于單片機的控制方式，使用藍牙設(shè)備進行通信。圖2-1為系統(tǒng)框圖。
圖2-1 系統(tǒng)框圖
2.1 主控模塊
目前，具有人工智能的電子產(chǎn)品、設(shè)備通常采用的控制器都是單片機。現(xiàn)在市場上的單片機廠商很多，單片機種類也不盡相同，功能更是各具特色。本文設(shè)計的是一個相對簡單的控制系統(tǒng)，無需采用一些特殊功能的單片機。因此，根據(jù)實際條件，最終選擇在兩輛小車上各搭載一片ATMEL公司的AT89S52芯片作為每個小車的主控器件。圖2-2為AT89S52控制原理圖。
圖2-2 AT89S52控制原理圖
2.2 循跡模塊
循跡裝置類型選擇：采用集成QTI傳感器DM-S53401，它是一種通過光電接收管來探測其下表面反射光強度的傳感器。根據(jù)反射光強度的不同，從而導(dǎo)致傳感器輸出的變化。由于它的體積較小、具有日光過濾器，因而在小車中使用性能較好。
循跡硬件數(shù)目選擇：采用4路QTI傳感器循跡。在小車行駛過程中，根據(jù)軌道的設(shè)計，小車會遇到直行或左、右拐彎的路段，因而可以使用中間2路來判斷小車與直行道的相對位置，而用外側(cè)2路來判斷小車是否在拐彎路段。因此，4路循跡可以完成任務(wù)的要求，且設(shè)備數(shù)目最少。2.3 電機驅(qū)動模塊
電機選擇：采用直流伺服電機，它主要通過接收脈沖來運轉(zhuǎn)。相比于步進電機，直流伺服電機有著一定的優(yōu)勢：精度更高，克服了步進電機中的失步問題；高速性能好；抗過載能力強；運行穩(wěn)定；反應(yīng)時間短；發(fā)熱和噪聲都有著明顯的降低。2.4 電源模塊
電源選擇：采用干電池組加移動電源共同供電，即在采用4節(jié)1.5V干電池通過穩(wěn)壓單元降至5V后給單片機及其他設(shè)備（如傳感器、電機等）供電的基礎(chǔ)上，增加一個移動電源同時供電。一方面，可以保證小車電壓穩(wěn)定，設(shè)備正常運行而不會斷電。另一方面，也不像蓄電池所占體積那么大，安裝相對容易。2.5 通信模塊
通信設(shè)備選擇：采用藍牙裝置進行通信。盡管相比紅外通信，它的成本相對較高。但其有著諸多特有的優(yōu)點：通信距離相對較長，一般在10米左右，且可以轉(zhuǎn)彎，不用對準。傳輸速度快，且可以加密，更加安全。3 硬件設(shè)計
3.1 主控硬件設(shè)計
對于每個小車而言，主控電路的核心器件為AT89S52單片機，通過此單片機來控制小車完成預(yù)計的功能。其中，小車的啟動、復(fù)位、斷電都需要手動開關(guān)來控制。由QTI循跡模塊組成的循跡電路進行實時監(jiān)測，不斷判斷小車的位置，并將檢測到的信息發(fā)回給單片機，單片機經(jīng)過運算后，發(fā)送PWM波給電機，從而控制小車速度、啟停、轉(zhuǎn)彎、直線行駛等。除此之外，兩個小車的單片機還都需要連接一個藍牙設(shè)備，用于在兩個單片機之間傳遞信息。系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。
圖3-1 主控電路連接圖
3.2 循跡硬件的設(shè)計
由于本設(shè)計在循跡模塊中采用的是集成的QTI循跡模塊，故循跡裝置內(nèi)部電路無需再重新設(shè)計，僅需將集成的QTI循跡模塊正確連入AT89S52單片機中集可。具體電路連接圖見圖3-2。
圖3-2 QTI設(shè)備連接圖
3.3 驅(qū)動硬件設(shè)計
電機選擇：采用直流伺服電機。伺服電機具有如下特點：它在接收到一個PWM波形脈沖時就會旋轉(zhuǎn)一定的角度，通過不斷接收脈沖就可以使得小車持續(xù)運動。對于本設(shè)計所選用的電機而言，當接收到的脈沖是高電平持續(xù)時間為1.5ms而低電平持續(xù)時間是20ms時，電機不發(fā)生轉(zhuǎn)動；當?shù)碗娖綍r間保持不變，高電平持續(xù)時間越接近1.7ms時，電機順時針轉(zhuǎn)速越快，在1.7ms時，電機順時針旋轉(zhuǎn)速度達到最大；反之，高電平持續(xù)時間越接近1.3ms時，電機逆時針轉(zhuǎn)速越快，在1.3ms時，電機逆時針旋轉(zhuǎn)速度達到最大。
在小車運行過程中，單片機AT89S52通過P1.1和P1.2口發(fā)送脈沖波形來分別控制左右電機運轉(zhuǎn)，即將左右電機分別與P1.1和P1.2口相連即可。3.4 電源硬件設(shè)計
本系統(tǒng)中的單片機所需的供電電壓為+5V工作電壓，而電路板的設(shè)計是采用6-9V的直流電輸入，再通過穩(wěn)壓芯片來為單片機輸入5V的工作電壓。每節(jié)干電池所提供的電壓為1.5V，采用4節(jié)干電池串聯(lián)后可以得到直流電輸入口所要求的最小電壓6V。因此，選擇4節(jié)干電池串聯(lián)后接入單片機的供電口。此外，由 于干電池所供電壓并不穩(wěn)定，容易造成小車傳感器、藍牙等設(shè)備的掉電，從而影響小車的正常工作，故再額外通過USB-ISP線將輸出為5V的移動電源連接至小車的ISP下載口即可。3.5 藍牙通信串口硬件設(shè)計
本系統(tǒng)中兩輛小車需要在一定情況下進行通信，因而需要使用一個近距離的無線通信裝置。在本設(shè)計中，選用藍牙通信裝置HC-05來實現(xiàn)此功能。HC-05的引腳原理圖如如圖3-3所示。
圖3-3 藍牙引腳原理圖
此藍牙在配對成功后的使用方法與串口的使用方法一樣，故同樣是將藍牙接口TXD、RXD分別連至單片機的P3.0、P3.1口，VCC接高電平，GND接地即可正常使用。3.6 本章總結(jié)
本章主要分析了小車實現(xiàn)各個功能所需的硬件設(shè)備，硬件選擇，硬件設(shè)備連接等問題，主要包括主控硬件、循跡硬件、驅(qū)動硬件、電源硬件、藍牙硬件等，通過對硬件的分析與設(shè)計，為小車能正常運行做好的硬件方面的準備工作。4 軟件的設(shè)計與實現(xiàn) 4.1 概述 在基于單片機的系統(tǒng)設(shè)計中，除了要對系統(tǒng)硬件進行設(shè)計外，還要對系統(tǒng)的軟件進行設(shè)計。在本設(shè)計之中，大量的執(zhí)行工作需要對程序進行設(shè)計，這一工作對于系統(tǒng)而言尤為重要。
在編寫程序時，要注意一下幾點要求： 1.實時性，即軟件反應(yīng)、執(zhí)行速度快。
2.程序簡練，即要求既要完成目標，又要以最簡潔的方式表述出來。3.程序的靈活性與可拓展性，即程序擁有較強的適應(yīng)能力，在功能需要拓展時可以方便的修改。
4.可靠性，即在系統(tǒng)運行過程中因為軟件方面的故障而造成的系統(tǒng)錯誤盡可能的少。
此外，在用C語言進行程序設(shè)計時，具體步驟如下： 1.明確要求，確定軟件所要實現(xiàn)的功能。2.分析具體問題，建立數(shù)學(xué)模型。3.繪制出各個程序模塊的流程圖。
4.將各個程序組合在一起，構(gòu)成一個完整的程序。最后，在程序設(shè)計的過程中，應(yīng)注意一下幾點要求： 1.各個功能、模塊盡量層次化。2.存儲空間合理，節(jié)省內(nèi)存。
3.軟件流程要合理，軟件布局要清晰。4.2 軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
在本設(shè)計中，軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，將整個系統(tǒng)分成五大模塊，包括主程序模塊、循跡程序模塊、電機程序模塊、藍牙通信程序模塊、位置判斷程序模塊等，依次設(shè)計系統(tǒng)整體軟件結(jié)構(gòu)和各個模塊的軟件結(jié)構(gòu)，最后再將其匯總成為一個完整系統(tǒng)。系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示。
圖4-1系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖
4.3 主要模塊的實現(xiàn) 4.3.1循跡流程圖
循跡流程圖如圖4-2所示。
圖4-2循跡流程圖
小車在啟動后會直接進入循跡路段，正常直行情況下，有且只有中間兩路QTI裝置(中左與中右)將能夠探測到黑線。而在執(zhí)行前進過程中，會因為一些因素而造成略微偏離軌道，此時，小車的中間兩路QTI裝置可能將會存在其中一路脫離黑線。此時，則應(yīng)向單片機發(fā)出調(diào)整指令，改變小車的行駛狀態(tài)，使其回歸黑線中央行駛。當小車來到拐彎路段時，外部兩個QTI裝置(左與右)將會探測到黑線，表明小車來到拐彎路段，則應(yīng)向單片機發(fā)出調(diào)整指令，改變小車的行駛狀態(tài)，使其完成拐彎任務(wù)。而當小車到達定位處時，四路QTI循跡裝置將全部探測到黑線，此時則應(yīng)向單片機發(fā)出計數(shù)自加指令后使小車繼續(xù)向前行駛。4.3.2 電機驅(qū)動流程圖
電機驅(qū)動流程圖如4-3所示。
圖4-3電機驅(qū)動功能流程圖
在兩個小車進行通信時，按照預(yù)期，隨著兩個小車的位置變化，兩個小車的行駛速度也應(yīng)該隨之變化。在此設(shè)計中，整個軌道共有8個定位點。對于小車A，速度變化是從檢測到定位點時開始的，所以小車A的驅(qū)動流程圖應(yīng)從檢測到定位點開始。而對于小車B，速度變化是在中斷中產(chǎn)生的，所以小車B的驅(qū)動流程圖應(yīng)從中斷中開始。此外，本設(shè)計的要求是使小車B跟隨小車A行駛，使得小車A 與小車B的距離始終保持在大約等于兩個定位點間的距離。因此，想要確定兩個小車的速度，首先要計算兩個小車距離。本設(shè)計是通過計算兩小車共檢測到的定位點數(shù)之差來判斷兩個小車的距離。當兩個小車所探測到的定位點數(shù)相差為1，表示兩車距離適中，驅(qū)動電機使兩車都快速行駛；當兩個小車探測到的定位點數(shù)相同，表示兩車距離過近，驅(qū)動電機使前車快速行駛而后車慢速行駛，從而拉大兩車間距；而當兩個小車所探測到的定位點數(shù)相差大于1，表示兩車距離過遠，驅(qū)動電機使前車慢速行駛而后車快速行駛，以此來縮短兩車距離。另外，前車發(fā)生故障時，應(yīng)使得后車在與其距離過近時自動停車，防止出現(xiàn)兩車相撞的情況。4.3.3 位置判斷流程圖
位置判斷流程圖如圖4-4所示。
圖4-4 位置判斷流程圖
本設(shè)計中，兩個小車需要構(gòu)成一個協(xié)作的系統(tǒng)平臺，因此，需要不斷地判斷自己的位置。在此設(shè)計中，在完整軌道中平均選擇了8個定位點，在小車途經(jīng)這8個定位點時，單片機選擇一個變量來計算小車在行駛過程中所經(jīng)過的總點數(shù)，從而來大致判斷小車的所在位置。當計數(shù)達到8時，表示小車已經(jīng)運行了一整圈回到出發(fā)點，故計數(shù)清零。
軌道圖如圖4-5所示。
圖4-5 軌道圖
4.3.4 藍牙通信流程圖
在本設(shè)計中，兩個小車要通過相互協(xié)作來構(gòu)成一個智能小車系統(tǒng)，因此，在小車運行過程中，兩小車需要在必要的時刻相互通信并發(fā)送指令。在此系統(tǒng)中，小車A為整個系統(tǒng)的中樞，一切信息要在小車A的單片機中進行運算處理，再將控制命令由小車A發(fā)出。藍牙通信流程圖如圖4-6所示。
圖4-6 藍牙通信流程圖
4.4 本章小結(jié)
本章首先介紹了針對軟件設(shè)計的要求、過程等注意事項，然后系統(tǒng)的介紹了針對本設(shè)計的軟件結(jié)構(gòu)各個模塊的設(shè)計方案、思路，并列出了各個主要模塊的設(shè)計流程圖。5 系統(tǒng)功能測試
在完成系統(tǒng)的設(shè)計與制作后，必須要對所設(shè)計的系統(tǒng)進行測試。通過測試，檢測需要單片機所完成的功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)。5.1 系統(tǒng)功能測試
測試過程中，首先依次對各個小車進行單獨的模塊功能測試，然后再進行整個系統(tǒng)的功能測試。即首先分別對小車A、小車B進行單獨循跡功能的測試，查看小車A、B的性能。然后再將小車A、B通過藍牙連接相互通信，測試整個系統(tǒng)的性能。
小車A循跡功能單獨測試，結(jié)果如表5-1所示。
表5-1 小車A循跡測試結(jié)果
第一圈 第二圈 第三圈 第四圈 第五圈 1 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 6 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成
卡頓
完成 完成 卡頓
完成 完成 完成
卡頓
完成 卡頓
小車B循跡功能單獨測試，結(jié)果如表5-2所示。
表5-2 小車B循跡測試結(jié)果
第一圈 第二圈 第三圈 第四圈 第五圈 1 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成
卡頓
完成 完成 完成 完成
系統(tǒng)性能測試，結(jié)果如表5-3所示。
表5-3 系統(tǒng)功能測試結(jié)果
第一圈 第二圈 第三圈 第四圈 第五圈
運行正常 運行正常
小車A在定位點3處連續(xù)探測到2次定位標志，造成出錯
運行正常 運行正常
5.2 測試結(jié)果分析
小車A在運行過程中，由于傳感器、電機等設(shè)備問題，有時會造成中途卡頓，導(dǎo)致小車無法正常運行，但總體結(jié)果基本正確，不影響實驗結(jié)果。
小車B與小車A相比，運行較為流暢，基本可以正常運行，很少會出現(xiàn)故障，達到預(yù)期目標。
在整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行時，除了小車偶爾發(fā)生的卡頓意外，基本不會造成其他故障，基本可以達到預(yù)期的效果。
總體而言，主要是由于傳感器并不精確，在室內(nèi)光線、太陽光等燈光的影響下，偶爾會導(dǎo)致運行出現(xiàn)故障。但從整體來看，基本功能都可以正常實現(xiàn)，不影響觀測結(jié)果，系統(tǒng)基本能夠正常運行。6 結(jié)論與展望 6.1 結(jié)論
在本設(shè)計中，A、B兩個小車的控制核心都選用的是AT89S52單片機，這使得小車具有較好的穩(wěn)定性和持續(xù)性。循跡裝置選擇的是體積小、功耗低、應(yīng)用方便、集成度高的QTI傳感器DM-S53401。電機選擇的是兩輪獨立的直流伺服電機，通過控制兩個輪不同的轉(zhuǎn)速來改變方向。車間通信選擇的是藍牙通信裝置HC-05，它具有較高的可靠性，可以保證兩車順利的完成通信功能。
在小車運行的過程中，利用QTI傳感器來實時監(jiān)測小車的路面信息，單片機接收并處理傳感器監(jiān)測到的信號，將運動控制指令發(fā)送給電機，使得小車正常行駛。此外，兩個小車還通過藍牙裝置進行車間通信，并根據(jù)兩車的狀態(tài)調(diào)整小車的運動狀況。該系統(tǒng)最終能夠完成的功能有：循跡、變速、保持兩車間距穩(wěn)定、緊急停車。6.2 展望
本智能小車系統(tǒng)最主要的前景是運用到無人駕駛汽車上。一方面，可以通過小車系統(tǒng)的車間通信規(guī)劃行車路徑，充分利用現(xiàn)有的道路資源，提高道路利用率，減少堵車事件的發(fā)生；另一方面，還通過安裝各種傳感器感知路面狀況來避免交通事故的發(fā)生。參考文獻：
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致謝
歷時四個多月的本科畢業(yè)論文即將完成了，心中有著許多感慨。這幾個月來，從最初的選題、查找資料、撰寫開題報告、選擇零件設(shè)備、學(xué)習(xí)軟硬件的使用、測試、撰寫初稿、以及后期的論文修改，無時無處不存在盧教授的幫助和指導(dǎo)，這一幕幕都在我的腦海中留下了深深的印象，這讓我的心中有著無限的感激和感動。
由于考研復(fù)試占用了一定的設(shè)計論文的時間，所以在開始畢業(yè)設(shè)計的時侯時間已經(jīng)有點兒緊張。在回到學(xué)校開始做畢業(yè)設(shè)計的前兩個月，幾乎每天都呆在實驗室。在此，我非常感謝仝老師提供給我的實驗環(huán)境。如果沒有一個理想的實驗環(huán)境，我的論文和設(shè)計根本無法在短短的幾個月內(nèi)完成。
同時，在這一年里，我也查閱了不少的資料，這些資料使我的論文更加完整。所以，非常感謝大同大學(xué)圖書館，感謝參考文獻中的每一位作者。
最后，還要感謝我的同學(xué)、朋友在我做畢業(yè)設(shè)計時為我提供的幫助和支持！
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