1、蔽障循跡智能小車(chē)一.導(dǎo)言1.1智能汽車(chē)的作用和意義自從第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來(lái)，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍布機(jī)械、電子、冶金、交通、航空航天、國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域。近年來(lái)，機(jī)器人的智能水平不斷提高，人們的生活方式被迅速改變。在人類(lèi)不斷探索、改造和認(rèn)識(shí)自然的過(guò)程中，制造出能夠代替人類(lèi)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)系統(tǒng)、圖像處理技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)發(fā)達(dá)，對(duì)于各種視覺(jué)技術(shù)，而基于圖像的理解技術(shù)還很落后。機(jī)器視覺(jué)只能通過(guò)大量的運(yùn)算來(lái)識(shí)別結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的一些簡(jiǎn)單目標(biāo)。視覺(jué)傳感器的核心器件是攝像管或CCD，目前的CCD可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦。但是CCD傳感器的價(jià)格、體積、使用量都不占優(yōu)勢(shì)。因此，在不需要清

2、晰圖像而只需要粗糙感覺(jué)的系統(tǒng)中考慮使用接近傳感器時(shí)，接近傳感器的種類(lèi)越來(lái)越多，其中視覺(jué)傳感器成為自動(dòng)行走和駕駛的重要組成部分。典型應(yīng)用視野是一種實(shí)用有效的自主智能導(dǎo)航方法。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)引導(dǎo)功能和避障功能，機(jī)器人必須感知引導(dǎo)線(xiàn)和障礙物，感知引導(dǎo)線(xiàn)相當(dāng)于賦予機(jī)器人視覺(jué)功能。避障控制系統(tǒng)是基于AVG自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)系統(tǒng)。基于AVG-自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)系統(tǒng)，智能車(chē)能夠自動(dòng)識(shí)別路線(xiàn)，判斷并自動(dòng)避開(kāi)障礙物，選擇正確的路線(xiàn)。使用傳感器感知路線(xiàn)和障礙物，做出判斷并采取相應(yīng)的行動(dòng)。這款智能車(chē)可以說(shuō)是機(jī)器人的典型代表。可以分為三個(gè)部分:傳感器檢測(cè)部分、CPU和執(zhí)行部分。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能，機(jī)器人還可以擴(kuò)展跟蹤、感知引導(dǎo)線(xiàn)和障

3、礙物等功能。它能自動(dòng)識(shí)別汽車(chē)的行駛路線(xiàn)，選擇正確的路線(xiàn)，并檢測(cè)障礙物自動(dòng)避讓。基于上述要求，感知和檢測(cè)部分考慮到汽車(chē)一般不需要感知清晰的圖像，只需要粗略的感知。智能車(chē)的執(zhí)行部分由DC電機(jī)驅(qū)動(dòng)，主要控制汽車(chē)的方向和速度。二、方案設(shè)計(jì)和論證2.1總體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是基于AT89C52單片機(jī)的汽車(chē)跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用兩組高靈敏度的紅外反射式光電傳感器檢測(cè)路面的黑跡，并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)送到單片機(jī)進(jìn)行處理，利用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波，可以在最短的時(shí)間內(nèi)完成跟蹤。同時(shí)，紅外傳感器用于躲避障礙物。當(dāng)檢測(cè)到紅綠燈時(shí)，用固定頻率的紅外信號(hào)指示不同的紅綠燈，使控制系統(tǒng)更加智能。在軟件程序中，采用了一定的控制算法，使得汽

4、車(chē)在通道中第一次遇到十字黑線(xiàn)時(shí)減速，第二次遇到十字黑線(xiàn)時(shí)可以以更慢的速度轉(zhuǎn)彎。因此，本系統(tǒng)由紅外光電傳感器、單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)單元組成，保證小車(chē)能在預(yù)定的軌道上運(yùn)行。本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn):1.自制PWM調(diào)速四輪結(jié)構(gòu)車(chē)。2.采用6V電池供電，DC穩(wěn)壓電路工作穩(wěn)定。3.采用紅外發(fā)射傳感器接收和識(shí)別黑線(xiàn)標(biāo)志，具有較高的準(zhǔn)確性和靈敏度。2.2主控系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我認(rèn)為這個(gè)設(shè)計(jì)是一個(gè)多輸入的復(fù)雜程序控制問(wèn)題。據(jù)此，擬定并綜合論證了如下兩個(gè)方案:方案一:選擇一片CPLD(如EPM7128LC84-15)作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制和處理功能。CPLD具有速度快、編程容易、資源豐富、

5、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。可以用VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)和開(kāi)發(fā)。但CPLD在控制上不如單片機(jī)。同時(shí)CPLD的處理速度很快，汽車(chē)的行駛速度不能太高，所以對(duì)系統(tǒng)處理信息的要求不會(huì)太高。在這一點(diǎn)上，MCU已經(jīng)可以勝任了。如果采用這種方案，控制上會(huì)出現(xiàn)很多不必要的問(wèn)題。因此，我們不采納這個(gè)方案，然后提出第二個(gè)想法。方案二:以單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的核心，用它來(lái)控制移動(dòng)的小車(chē)，使其達(dá)到既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)的自動(dòng)控制，而在這一點(diǎn)上，單片機(jī)顯示了它的優(yōu)勢(shì)簡(jiǎn)單、方便、快捷的控制。這樣，單片機(jī)就能充分發(fā)揮其資源豐富、控制功能強(qiáng)大、可尋址操作功能和價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)。因此，這是一個(gè)理想的方案。根據(jù)這種設(shè)計(jì)

6、的特點(diǎn)多開(kāi)關(guān)量輸入的復(fù)雜程序控制系統(tǒng)，需要善于處理多開(kāi)關(guān)量輸入的標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)，但不能使用I/O口和程序存儲(chǔ)器簡(jiǎn)化的小型單片機(jī)，D/A和A/D功能也不必選擇。根據(jù)這些分析，我選擇了STC89C52RA單片機(jī)作為本次設(shè)計(jì)的主控器件。52單片機(jī)具有強(qiáng)大的位操作指令，I/O口可逐位尋址，程序空間高達(dá)8K，對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)綽綽有余。更可貴的是52單片機(jī)很便宜。在考慮了很多因素之后，比如傳感器，兩個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)等等。我們決定采用單片機(jī)，充分利用STC89C52的資源。2.3傳感器選擇方案方案一:用LED發(fā)光，用光電二極管接收；當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的可見(jiàn)光照射黑帶時(shí)，光被黑帶吸收，光電二極管檢測(cè)到信號(hào)。高阻抗，使輸出

7、低。當(dāng)LED發(fā)出的可見(jiàn)光照射到地面上時(shí)，LED發(fā)出的可見(jiàn)光被反射回來(lái)，被光電二極管檢測(cè)到，其阻抗迅速下降。此時(shí)，輸出端處于高電平。但由于光電二極管受環(huán)境中可見(jiàn)光影響較大，電路的穩(wěn)定性很差，但檢測(cè)信號(hào)可以通過(guò)運(yùn)算放大器進(jìn)行處理。方案二:采用反射式紅外光電傳感器。由TCRT5000反射式紅外二極管組成的路徑識(shí)別傳感器模塊在探測(cè)距離和靈敏度上可以滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。該器件具有以下特點(diǎn):當(dāng)LED發(fā)出的光反射回來(lái)時(shí)，三極管導(dǎo)通，輸出低電平。光電二極管調(diào)理電路簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用LED進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)樾詢(xún)r(jià)比合理。2.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇方案方案1:采用分立元件的H橋驅(qū)動(dòng)電路。方案二:采用集成H橋

8、驅(qū)動(dòng)電路芯片。由于集成H橋驅(qū)動(dòng)電路芯片體積小，穩(wěn)定性高，所以選用集成驅(qū)動(dòng)電路芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，型號(hào)為L(zhǎng)298N。2.5電機(jī)方案選擇方案一:采用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是具有快速啟動(dòng)和停止的能力，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和調(diào)速，啟動(dòng)性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。工作電壓可達(dá)36V，4A。可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)DC發(fā)動(dòng)機(jī)。適用于機(jī)器人設(shè)計(jì)和智能汽車(chē)設(shè)計(jì)。如果沒(méi)有超過(guò)步進(jìn)電機(jī)提供的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩值，步進(jìn)電機(jī)可以立即啟動(dòng)或反轉(zhuǎn)。調(diào)速方式:DC電機(jī)采用PWM信號(hào)平滑調(diào)速。方案二:采用普通DC減速電機(jī)，DC電機(jī)調(diào)速特性?xún)?yōu)良，調(diào)速平穩(wěn)、方便，調(diào)節(jié)范圍廣，過(guò)載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，能實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反

9、轉(zhuǎn)，能滿(mǎn)足各種特殊運(yùn)行要求。綜上所述，我們選擇DC減速電機(jī)。2.6供電方案選擇方案一:直接使用AA干電池供電。它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，但是供電能力差，不容易長(zhǎng)時(shí)間供電。方案二:使用3500mA干電池，DC穩(wěn)壓整流電路的輸入端口接9mA干電池，經(jīng)過(guò)電容濾波和L7805、L7806穩(wěn)壓后輸出5v、6v左右的電壓。它能保證長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的輸出電壓。這樣就可以提供持續(xù)穩(wěn)定的電流，穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定工作的要求，選擇了第一種方案。三種主要設(shè)備介紹3.1 STC 89 c 52簡(jiǎn)介STC89C52引腳功能描述VCC(40針):電源電壓VSS(20針):接地P0端口(P0.0P0.7，39

10、32引腳):P0端口是一個(gè)開(kāi)漏的8位雙向I/O端口。作為輸出端口，每個(gè)引腳可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。將“1”寫(xiě)入端口P0時(shí)，它可以用作高阻抗輸入。當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0端口還可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的多路復(fù)用總線(xiàn)。此時(shí)，P0口的上拉電阻有效。在Flash ROM編程中，P0端口接收指令字節(jié)；檢查程序時(shí)，輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，需要外部上拉電阻。P1端口(P1.0P1.7，1 8針):P1端口是一個(gè)8位雙向I/O端口，帶有部分上拉電阻。P1的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè)TTL輸入。向端口寫(xiě)入1時(shí)，端口被器件的上拉電阻拉至高電位，可用作輸入端口。當(dāng)P1端口作為輸入端口時(shí)，因

11、為有一個(gè)上拉電阻，被外界拉低的管腳會(huì)輸出一個(gè)電流。此外，P1.0和P1.1也可用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部技術(shù)輸入(P1.0/T2)和觸發(fā)輸入(P1.1/T2EX)。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參見(jiàn)下表:編程和驗(yàn)證閃存ROM時(shí)，P1接收低8位地址。表XX P1.0和P1.1引腳復(fù)用功能當(dāng)編程或驗(yàn)證閃速ROM時(shí)，P3也接收一些控制信號(hào)。除了作為通用I/O端口之外，P3端口還具有其他復(fù)用功能，如下表所示:表XX P3端口引腳復(fù)用功能完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。看門(mén)狗計(jì)時(shí)完成后，RST引腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。專(zhuān)用寄存器AUXR(地址8EH)中的DISRTO位可以禁用此功能。在DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高

12、電平有效。XTAL1(19針):振蕩器反相放大器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路的輸入。XTAL2(18引腳):振蕩器反相放大器的輸入。特殊功能寄存器3.2 L298N的介紹L298N是一款高壓大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片的主要特點(diǎn)是:工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V輸出電流大，瞬時(shí)峰值電流可達(dá)3A，連續(xù)工作電流為2A；具有兩個(gè)H橋的高壓大電流全橋驅(qū)動(dòng)器可用于驅(qū)動(dòng)DC電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、繼電器、線(xiàn)圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)控制；有兩個(gè)使能控制端子，允許或禁止設(shè)備工作而不受輸入信號(hào)的影響；有一個(gè)邏輯電源輸入端，使部分邏輯電路工作在低電壓；可以外接檢測(cè)電阻，將變化反饋到控制電路。L298N的功能L298N

13、的操作參數(shù)L298N的邏輯控制L298N主要用于通過(guò)單片機(jī)的I/O輸入來(lái)改變芯片的控制端的電平，即可以使電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止。輸入引腳和輸出引腳之間的邏輯關(guān)系如下所示表3.3電機(jī)控制L298N邏輯真值表3.3 TCRT 5000簡(jiǎn)介T(mén)CRT5000光電傳感器模塊是基于TCRT5000紅外光電傳感器的紅外反射式光電開(kāi)關(guān)。傳感器由高發(fā)射功率的紅外光電二極管和高靈敏度的光電晶體管組成，輸出信號(hào)經(jīng)施密特電路整形，穩(wěn)定可靠。+:連接DC DC5V陽(yáng)極-:連接DC DC5V負(fù)極s:信號(hào)輸出，光電晶體管飽和。此時(shí)，模塊的輸出處于高電平，表示二極管點(diǎn)亮。應(yīng)用場(chǎng)合:電能表脈沖數(shù)據(jù)采樣、碎紙機(jī)紙張檢測(cè)、障礙物檢測(cè)

14、、黑白線(xiàn)檢測(cè)。基本參數(shù):尺寸:長(zhǎng)32毫米 37毫米；寬度7.5mm；5毫米厚工作電壓:DC 3V5.5V，推薦工作電壓為5V。探測(cè)距離:1mm8mm適用，焦距2.5 mm。傳感器的紅外發(fā)射二極管持續(xù)發(fā)射紅外線(xiàn)。當(dāng)發(fā)射的紅外線(xiàn)沒(méi)有反射回來(lái)或反射回來(lái)但強(qiáng)度不夠高時(shí)，光電晶體管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，模塊輸出處于低電平，說(shuō)明二極管一直處于關(guān)斷狀態(tài)；當(dāng)被檢測(cè)物體出現(xiàn)在檢測(cè)區(qū)域時(shí)，紅外線(xiàn)以足夠的強(qiáng)度反射回來(lái)，光電晶體管飽和。此時(shí)，模塊的輸出處于高電平，表示二極管點(diǎn)亮。靈敏度可調(diào)的跟蹤電路。當(dāng)比較器正向輸入端的電壓低于反向輸入端的電壓時(shí)，輸出低電平，LED點(diǎn)亮，表示接收到反射光。3.4簡(jiǎn)介3.4 LM339用于

15、智能小車(chē)的電路分析模塊LM339引腳圖和功能介紹LM339集成塊配有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器。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)輸入和一個(gè)輸出。兩個(gè)輸入端中的一個(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。比較兩個(gè)電壓時(shí)，任一輸入端加一個(gè)固定電壓作為參考電壓(也叫閾值電平，可以選擇LM339輸入共模中的任意一點(diǎn))，另一端加一個(gè)要比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端電壓時(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)于輸出端接了一個(gè)低電位。如果兩個(gè)輸入端子之間的電壓差大于10mV，輸出可以可靠地從一種狀態(tài)切換到另一種狀

16、態(tài)。因此，在微弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合使用LM339是比較理想的。LM339的輸出相當(dāng)于沒(méi)有集電極電阻的晶體管。使用時(shí)，應(yīng)在正電源上連接一個(gè)電阻(稱(chēng)為上拉電阻，選擇3-15K)。選擇不同電阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端的高電位值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體管關(guān)斷時(shí)，其集電極電壓基本取決于上拉電阻和負(fù)載的值。此外，比較器的輸出可以連接在一起。3.5 l 7805 cv和L7806CV的介紹L7805L7805是最常用的穩(wěn)壓芯片。它很容易使用。用一個(gè)非常簡(jiǎn)單的電路，就可以輸入一個(gè)DC穩(wěn)壓電源。它的輸出電壓正好是5v，正好是51系列單片機(jī)運(yùn)行所需的電壓。有ka7805、ads7805、cw7805等多個(gè)系列。，性能略有差異

17、。用的最多的是LM7805。在這里，我簡(jiǎn)單介紹一下他使用的三個(gè)圖釘。其中1接整流器輸出的+電壓，2接公共地(也就是負(fù)極)，3是我們需要的正5V輸出電壓。L7806L7806是一種固定式正電壓調(diào)節(jié)器電路，屬于三端正電壓調(diào)節(jié)器系列。產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，涉及各種穩(wěn)壓電源、充電器、數(shù)碼產(chǎn)品和家用電器。L7806芯片參數(shù):密封和包裝四。硬件設(shè)計(jì)。4.1主控芯片AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)板電路本智能車(chē)采用的單片機(jī)最小系統(tǒng)板是我們自制的AT89C52最小系統(tǒng)板，具有體積小、重量輕、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，可以很好的放置在智能車(chē)內(nèi)。示意圖如下。小型系統(tǒng)PCB板4.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片L298N作

18、為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。L298N是高壓大電流全橋驅(qū)動(dòng)芯片，響應(yīng)頻率高。一個(gè)L298N可以分別控制兩個(gè)DC減速電機(jī)，它還有一個(gè)控制使能端子。用它做驅(qū)動(dòng)芯片，操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定，性能優(yōu)異。L298N的管腳5和7是一個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸入，管腳10和12是另一個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸入，管腳2和3是一個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸出，管腳13和14是另一個(gè)電機(jī)的控制信號(hào)輸出。通過(guò)單片機(jī)控制L298N的輸入，可以實(shí)現(xiàn)DC減速電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而控制小車(chē)的前進(jìn)和后退。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖如下。驅(qū)動(dòng)模塊PCB板4.3紅外線(xiàn)黑線(xiàn)檢測(cè)模塊電路由于有六個(gè)紅外傳感器排成一排，均勻安裝在車(chē)底，當(dāng)光線(xiàn)照射在路面上發(fā)生反射時(shí)，由于黑線(xiàn)和白紙的反射系數(shù)

19、不同，可以根據(jù)接收到的反射光強(qiáng)度來(lái)判斷黑線(xiàn)是否在前進(jìn)。一般情況下，當(dāng)黑線(xiàn)位于中間的兩個(gè)紅外傳感器之間時(shí)，無(wú)論汽車(chē)向哪一側(cè)傾斜，都可以檢測(cè)到汽車(chē)的偏移方向。或者汽車(chē)向左傾斜時(shí)，右側(cè)傳感器檢測(cè)到黑線(xiàn)，輸出低電平給電機(jī)；否則，它輸出高電平。紅外跟蹤電路原理圖紅外跟蹤PCB板跟蹤電路由紅外二極管構(gòu)成。當(dāng)檢測(cè)到黑線(xiàn)時(shí)，打開(kāi)紅外接收器，否則關(guān)閉紅外二極管。通過(guò)比較器LM339的電壓比較，將電平狀態(tài)送到單片機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理。示意圖如下。電路分析原理圖紅外電路分析PCB板4.4穩(wěn)壓電源電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊:這個(gè)題目要求汽車(chē)的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定、靈活、簡(jiǎn)單，可以選擇兩個(gè)輪子。考慮到現(xiàn)在大部分車(chē)都是兩個(gè)輪子，我選擇兩個(gè)

20、輪子的設(shè)計(jì)，讓設(shè)計(jì)更貼近生活需求。驅(qū)動(dòng)部分:DC驅(qū)動(dòng)電機(jī)，前后電機(jī)采用L298N雙通道電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)，其扭矩完全可以達(dá)到仿真效果。安裝電池:將電池放置在車(chē)身下方，降低車(chē)身重心，提高穩(wěn)定性，同時(shí)增加驅(qū)動(dòng)輪的抓地力，減少車(chē)輪空轉(zhuǎn)帶來(lái)的誤差。電源模塊:用兩節(jié)3500mA電池給電機(jī)供電，然后用穩(wěn)壓芯片把電池電壓降壓給單片機(jī)。一套電源可以減輕汽車(chē)的負(fù)荷。電機(jī)電源電路應(yīng)用說(shuō)明:基本思路是使能信號(hào)輸入使能端，即高電平接通，PWM信號(hào)輸入控制輸入端A，方向信號(hào)輸入控制輸出端b，在一個(gè)PWM周期內(nèi)，電機(jī)只承受單極性電壓，電機(jī)的選擇方向由控制信號(hào)決定，電機(jī)轉(zhuǎn)速由PWM決定，PWM占空比0%-100%對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速

21、0-MAX。因此，當(dāng)接收到來(lái)自檢測(cè)模塊的信號(hào)時(shí)，單片機(jī)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理，并根據(jù)該信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的PWM波，從而可以根據(jù)該信號(hào)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。穩(wěn)壓電源電路圖穩(wěn)壓電源PCB板設(shè)計(jì)5.1主程序#include#定義uchar無(wú)符號(hào)字符#定義uint無(wú)符號(hào)整數(shù)uchar PWM _ left = 0；/變量定義，變量與速度的比較uchar push _ left = 0；/左電機(jī)占空比N/10速度調(diào)節(jié)uchar PWM _ right = 0；/與速度相比的變量uchar push _ right = 0；/右電機(jī)占空比N/10速度調(diào)節(jié)bit Right _ moto _ stop = 1；bit

22、 Left _ moto _ stop = 1；uint time = 0；uint a=0，flag=0，flag 1 = 0；sbit left_1_led=p10；/四通道跟蹤模塊接口的第一個(gè)通道sbit left_2_led=p11；/四通道跟蹤模塊接口的第二通道sbit right_1_led=p12；/四通道跟蹤模塊接口的第二通道sbit right_2_led=p13；/四通道跟蹤模塊接口的第三通道uint a，d，y，z，q，w，c；sbit out 1 = p20；sbit out 2 = p21；sbit out 3 = p22；sbit out 4 = p23；sbit

23、ENA = p16；sbit enb = p17；sbit in right = p24；sbit in left = p25；延遲(uint a)；int左轉(zhuǎn)(uint z)ENA = 1；enb = 1；out1 = 1out 2 = 0；out 3 = 1；out 4 = 0；延遲(z)；返回0；int右轉(zhuǎn)(uint y)ENA = 1；enb = 1；out 1 = 0；out 2 = 1；out 3 = 0；out 4 = 1；延遲(y)；返回0；國(guó)際貨幣基金組織ENA = 0；enb = 0；out 1 = 0；out 2 = 0；out 3 = 0；out 4 = 0；延遲(d)

24、；返回0；無(wú)效go(單位q)ENA = 1；enb = 1；out 1 = 0；out 2 = 1；out 3 = 1；out 4 = 0；延遲(q)；int back(uint w)ENA = 1；enb = 1；out1 = 1out 2 = 0；out 3 = 0；out 4 = 1；延遲(w)；返回0；int右后衛(wèi)(int c)ENA = 0；enb = 1；out 1 = 0；out 2 = 0；out 3 = 0；out 4 = 1；延遲(c)；返回0；無(wú)效張碧()if(inright=1&inleft=1)go(50)；if(inright=0)右轉(zhuǎn)(50)；if(inleft=

25、0)左轉(zhuǎn)(50)；if(inright=0&inleft=0)back right(2000)；void荀集() if(Left _ 1 _ led = = 0 & & Left _ 2 _ led = = 0 & & Right _ 1 _ led = = 0 & & Right _ 2 _ led = = 0)/0go(50)；else if(Left _ 1 _ led = = 0 & & Left _ 2 _ led = = 0 & & Right _ 1 _ led = = 0 & & Right _ 2 _ led = = 1)/0001右轉(zhuǎn)(20)；延遲(5)；else if(L

26、eft _ 1 _ led = = 0 & & Left _ 2 _ led = = 0 & & Right _ 1 _ led = = 1 & & Right _ 2 _ led = = 0)/0010右轉(zhuǎn)(20)；/(9,6)延遲(1)；else if(Left _ 1 _ led = = 0 & & Left _ 2 _ led = = 0 & & Right _ 1 _ led = = 1 & & Right _ 2 _ led = = 1)/0011右轉(zhuǎn)(20)；延遲(3)；else if(Left _ 1 _ led = = 0 & & Left _ 2 _ led = = 1 &

27、 & Right _ 1 _ led = = 0 & & Right _ 2 _ led = = 0)/0100左轉(zhuǎn)(30)；延遲(3)；else if(Left _ 1 _ led = = 0 & & Left _ 2 _ led = = 1 & & Right _ 1 _ led = = 0 & & Right _ 2 _ led = = 1)/0101右轉(zhuǎn)(30)；延遲(2)；else if(Left _ 1 _ led = = 0 & & Left _ 2 _ led = = 1 & & Right _ 1 _ led = = 1 & & Right _ 2 _ led = = 1)/

28、0111左轉(zhuǎn)(30)；延遲(1)；else if(Left _ 1 _ led = = 1 & & Left _ 2 _ led = = 0 & & Right _ 1 _ led = = 0 & & Right _ 2 _ led = = 0)/1000左轉(zhuǎn)(30)；延遲(3)；else if(Left _ 1 _ led = = 1 & & Left _ 2 _ led = = 0 & & Right _ 1 _ led = = 0 & & Right _ 2 _ led = = 1)/1001go(30)；延遲(3)；/原始延遲為6else if(Left _ 1 _ led = = 1

29、 & & Left _ 2 _ led = = 0 & & Right _ 1 _ led = = 1 & & Right _ 2 _ led = = 0)/1010左轉(zhuǎn)(30)；延遲(3)；else if(Left _ 1 _ led = = 1 & & Left _ 2 _ led = = 0 & & Right _ 1 _ led = = 1 & & Right _ 2 _ led = = 1)/1011右轉(zhuǎn)(20)；延遲(3)；else if(Left _ 1 _ led = = 1 & & Left _ 2 _ led = = 1 & & Right _ 1 _ led = = 0

30、& & Right _ 2 _ led = = 0)/1100左轉(zhuǎn)(20)；延遲(5)；else if(Left _ 1 _ led = = 0 & & Left _ 2 _ led = = 0 & & Right _ 1 _ led = = 0 & & Right _ 2 _ led = = 1)/1101左轉(zhuǎn)(20)；延遲(5)；else if(Left _ 1 _ led = = 1 & & Left _ 2 _ led = = 1 & & Right _ 1 _ led = = 1 & & Right _ 2 _ led = = 0)/1110左轉(zhuǎn)(20)；延遲(5)；/else if

31、(Left _ 1 _ led = = 1 & & Left _ 2 _ led = = 1 & & Right _ 1 _ led = = 1 & & Right _ 2 _ led = = 1)/1111/tiaosu()；/go(20)；/delay(5)；/ 中間延遲(單位a)uint x，y；for(x = a；x 0；x -)for(y = 110；y 0；y-)；返回0；/*/* PWM調(diào)節(jié)電機(jī)速度*/*/*左電機(jī)速度調(diào)節(jié)*/*調(diào)整push_val_left的值以改變電機(jī)速度和占空比*/void pwm_out_left_moto(無(wú)效)if(左_機(jī)動(dòng)_停止)if(pwm_lef

32、t=100)PWM _ left = 0；else ENA = 0；/*/*右電機(jī)速度調(diào)節(jié)*/void pwm_out_right_moto(void)if(右_馬達(dá)_停止)if(pwm_right=100)PWM _ right = 0；else enb = 0；/*/* */*定時(shí)器已初始化*/*/void init0(void)TMOD = 0 x 01；TH0 = 0XF8/1ms時(shí)序TH0 = 0XF8TL0 = 0X30TL0 = 0X30TR0 = 1；ET0 = 1；EA = 1；void init1(void)TMOD = 0 x 10；/設(shè)置定時(shí)器0的工作模式1TH1 =(

33、65536-50000)/256；/計(jì)時(shí)器的初始值TL1 =(65536-50000)% 256；IT0 = 1；IT1 = 1；EX0 = 1；/打開(kāi)外部中斷0EX1 = 1；/打開(kāi)外部中斷1ET1 = 1；/啟動(dòng)定時(shí)器0中斷TR1 = 1；/起始定時(shí)器0EA = 1；/打開(kāi)總中斷/*/*定時(shí)器0中斷服務(wù)子函數(shù)產(chǎn)生PWM信號(hào)*/使用2使定時(shí)器0()中斷1無(wú)效TH0 = 0XF8/1毫秒時(shí)序TL0 = 0X30time+；PWM _ left+；PWM _ right+；PWM _ out _ left _ moto()；PWM _ out _ right _ moto()；空行程(整數(shù)m，整

34、數(shù)n)push _ left = m；/PWM調(diào)整參數(shù)1-10 1最慢，10最快。改變這個(gè)值可以改變它的速度。push _ right = n；/PWM調(diào)整參數(shù)1-10 1最慢，10最快。改變這個(gè)值可以改變它的速度。out 1 = 0；/左側(cè)電機(jī)前進(jìn)。out 2 = 1；out 3 = 1；out 4 = 0；/右電機(jī)向前移動(dòng)虛空調(diào)和() while(flag=1)跑(30，30)；延遲(30)；訊奇()；if(Left _ 1 _ led = = 1 & & Left _ 2 _ led = = 1 & & Right _ 1 _ led = = 1 & & Right _ 2 _ led

35、= = 1) a = 1；flag = 0；while(a=1)run(99，99)；延遲(30)；訊奇()；if(Left _ 1 _ led = = 1 & & Left _ 2 _ led = = 1 & & Right _ 1 _ led = = 1 & & Right _ 2 _ led = = 1) a = 2；void main() init 0()；init 1()；P1 = 0 x ff；P2 = 0 x ff；while(1) if(Left _ 1 _ led = = 1 & & Left _ 2 _ led = = 1 & & Right _ 1 _ led = = 1

36、 & & Right _ 2 _ led = = 1) flag = 1； /1111else標(biāo)志= 0；延遲(3)；如果(標(biāo)志=0)訊奇()；其他條素()；不及物動(dòng)詞調(diào)試:6.1硬件調(diào)試部件的固定小車(chē)主要由五個(gè)模塊的電路板組成，各板之間用導(dǎo)線(xiàn)連接。小車(chē)沿軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生顛簸，導(dǎo)致電路板位移，電路板上的元器件受到擾動(dòng)，使小車(chē)運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，尤其是L298N。所以我們不僅在板材上打孔鎖緊螺絲，還在板材之間用熱熔膠固定，減少震動(dòng)。TCRT5000探針由TCRT5000組成的軌跡識(shí)別電路是本設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。在最初的調(diào)試中，車(chē)頭的晃動(dòng)(即轉(zhuǎn)向)往往顯得無(wú)效。后來(lái)用電壓表測(cè)量電壓比較器輸入端的電壓，發(fā)

37、現(xiàn)參考電壓達(dá)到了3.5V，而紅外探頭檢測(cè)黑線(xiàn)時(shí)只有3.6V。兩者的電壓幾乎相同，所以單片機(jī)遇到黑線(xiàn)較淺或反光的區(qū)域會(huì)誤判。因此，我們?cè)趦煞N極端情況下測(cè)量了紅外探頭的電壓輸出:黑色和白色。在測(cè)量了黑白兩種極端情況下紅外探頭的電壓后，我通過(guò)調(diào)整電阻將參考電壓調(diào)整為5V。這個(gè)電壓值和輸出的電壓值無(wú)論是黑還是白都相差很遠(yuǎn)，所以單片機(jī)會(huì)減少誤判的現(xiàn)象。改進(jìn)后測(cè)試正常，汽車(chē)可以靈活搖頭，實(shí)現(xiàn)更多功能。L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊首次通電，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的單向電機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)找到馬達(dá)時(shí)，它不運(yùn)行。測(cè)試后發(fā)現(xiàn)某信號(hào)線(xiàn)接觸不良，重新連接后運(yùn)行正常。這個(gè)模塊是商用模塊，所以性能比較穩(wěn)定，調(diào)試非常成功。6.2

38、軟件調(diào)試6.2.1調(diào)試平臺(tái)介紹Keil V4用于此編程。KeilSoftware公司推出的UVision4是一個(gè)可用于各種8051MCU的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)。IDE也是PK51和其他開(kāi)發(fā)工具包的重要組成部分。除了添加源代碼、函數(shù)導(dǎo)航器、模板編輯和改進(jìn)的搜索功能，uVision4還提供了配置向?qū)Чδ埽铀倭藛?dòng)代碼和配置文件的生成。此外，外部仿真器可以模擬目標(biāo)MCU，包括指令集、片內(nèi)外設(shè)和外部信號(hào)。UVision4提供了邏輯分析器，可以根據(jù)MCUI/O引腳和外設(shè)狀態(tài)變化來(lái)監(jiān)控程序變量。UVision4支持各種最新的8051微處理器，包括AnalogDevices的ADuC83x和ADuC84

39、x以及英飛凌的XC866。界面如下圖所示。程序調(diào)試調(diào)試完硬件，第一次下載軟件到系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，發(fā)現(xiàn)車(chē)子過(guò)不了彎，會(huì)出軌。后來(lái)我仔細(xì)分析了自己的算法。本來(lái)我是把車(chē)設(shè)置成遇到彎道后完全掉頭的，但是他們有些著急，車(chē)?yán)@不過(guò)彎。在這一點(diǎn)上，我想用有限的轉(zhuǎn)向角來(lái)解決急轉(zhuǎn)彎的問(wèn)題。想到日常汽車(chē)在狹窄的道路上轉(zhuǎn)彎，我想到了向后調(diào)整車(chē)身位置的方法。也就是說(shuō)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)小車(chē)在現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向角度下無(wú)法轉(zhuǎn)彎時(shí)，小車(chē)會(huì)反相，從而快速調(diào)整小車(chē)的位置。改進(jìn)算法后，我又進(jìn)行了一次測(cè)試，這次汽車(chē)成功繞過(guò)了90度彎道。根據(jù)測(cè)試結(jié)果可以看出，基本實(shí)現(xiàn)了小車(chē)跟蹤避障功能。然而，測(cè)試仍然失敗。這種分析有兩個(gè)原因。第一，車(chē)讀太快，轉(zhuǎn)彎時(shí)剎車(chē)失

40、靈。第二，畫(huà)在紙上的跑道會(huì)有褶皺，這些地方容易出現(xiàn)誤判。知道了這些原因，我把現(xiàn)在的車(chē)的速度降下來(lái)，重新測(cè)試了一遍。結(jié)果表明，即使跟蹤軌跡發(fā)生變化，小車(chē)也能很好地完成跟蹤。但是賽車(chē)不能根據(jù)賽道的情況自主改變速度。這也是這個(gè)設(shè)計(jì)的一個(gè)缺陷。實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，車(chē)的程序跑偏了。經(jīng)過(guò)對(duì)方案的調(diào)整和改進(jìn)，該車(chē)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。它可以很好的完成沿著黑色賽道的行進(jìn)，改變賽道的形狀和轉(zhuǎn)彎角度，賽車(chē)依然可以完成循跡。七、體驗(yàn)。在智能車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、論文撰寫(xiě)過(guò)程中，我感覺(jué)很多同學(xué)都給予了無(wú)數(shù)的指導(dǎo)和大力支持。在這個(gè)過(guò)程中，我們不僅學(xué)到了知識(shí)，也學(xué)到了治學(xué)的態(tài)度，那就是嚴(yán)謹(jǐn)，把知識(shí)變成自己的，去其糟粕，留其精華，用自己的方式解決問(wèn)題，而不是人云亦云。智能汽車(chē)是傳感技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)快速發(fā)展的產(chǎn)物，使得機(jī)械和電子信息的分離不再明顯。自動(dòng)控制在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。智能這個(gè)詞是我們科技發(fā)展的重要產(chǎn)物。本次實(shí)習(xí)涉及的主要部分有傳感器巡檢車(chē)、驅(qū)動(dòng)部分、以單片機(jī)為核心的控制芯片、穩(wěn)壓及電路分析部分。各部分的成功參與、相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)等。，是建立在系統(tǒng)閱讀大量資料，認(rèn)真分析課題需求，系統(tǒng)學(xué)習(xí)單片機(jī)工