SHANDONG畢業(yè)設(shè)計說明書多功能智能探測小車學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院專業(yè)電子信息工程學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師2012年6月摘要主控制系統(tǒng)的功能主要是啟動小車、電機(jī)控制、LCD速度顯示。系統(tǒng)主要由紅外避障模塊、聲控模塊、光電尋跡、電機(jī)驅(qū)動及語音播報模塊組成。傳感器檢測控制系統(tǒng)通過各傳感器檢測引導(dǎo)線將控制信號送入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)判斷、處理后，控制驅(qū)動電機(jī)和舵機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，以達(dá)到控制小車行進(jìn)方向和速度的目的，使自動裝載小車成功避障。動力系統(tǒng)，采用PWM波控制電機(jī)與舵機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，同時采用PID方法實現(xiàn)對速度的閉環(huán)控制，使智能車系統(tǒng)能平穩(wěn)的運(yùn)行。LCD液晶速度顯示器實時顯示智能車的運(yùn)行速度。采用AT89C51單片機(jī)作為智能小車控制核心。系統(tǒng)能實現(xiàn)對線路進(jìn)行尋跡，小車可以前進(jìn)或后退，遇到障礙物可以自行停止并可以實現(xiàn)反向運(yùn)行，系統(tǒng)可以利用聲音控制小車的啟停。整個系統(tǒng)小巧緊湊，控制準(zhǔn)確，性價比高，人機(jī)互動性好。關(guān)鍵詞AT89C51單片機(jī)；紅外避障；線路尋跡；直流減速電機(jī)ABSTRACTTHEMAINCONTROLFUNCTIONOFTHESYSTEMISTOSTARTTHECAR,MOTORCONTROL,LCDSPEEDDISPLAYSYSTEMISMAINLYBYINFRAREDOBSTACLEAVOIDANCEMODULE,VOICEMODULE,OPTOELECTRONICSANDMOTORDRIVETRACINGMODULESENSORMEASUREMENTANDCONTROLSYSTEMTHROUGHTHEGUIDELINESOFTHEVARIOUSSENSORSTODETECTTHECONTROLSIGNALINTOTHEMICROCONTROLLER,MCUJUDGMENT,TREATMENT,ANDCONTROLTHEOPERATIONALSTATUSOFTHEDRIVEMOTORANDSTEERINGINORDERTOACHIEVETHEPURPOSEOFCONTROLOFTHECARMOVINGDIRECTIONANDSPEED,AUTOMATICLOADINGCAROBSTACLEAVOIDANCEPOWERSYSTEMS,PWMWAVECONTROLTHEMOTORANDTHESTEERINGGEARRUNNINGSTATE,WHILEUSINGTHEPIDMETHODTOACHIEVECLOSEDLOOPCONTROLOFSPEED,SMARTCARSYSTEMRUNNINGSMOOTHLYTHELCDSPEEDDISPLAYREALTIMEDISPLAYSPEEDOFTHESMARTCARUSEDASASINGLECHIPSMARTCARAT89C51CONTROLCORESYSTEMCANREALIZETHETRACINGLINES,CARSCANGOFORWARDORBACKWARD,ENCOUNTEREDOBSTACLESCANSTOPANDREVERSEOPERATIONCANBEACHIEVED,THESYSTEMCANUSEVOICETOCONTROLTHESTARTANDSTOPCARCOMPACTTHEENTIRESYSTEMTOCONTROLTHEACCURATE,COSTEFFECTIVE,GOODHUMANCOMPUTERINTERACTIONKEYWORDAT89C51MCUINFRAREDOBSTACLEAVOIDANCE；TRACING；DCMOTORSPEED目錄摘要IIABSTRACTIII目錄IV第一章引言111課題的目的意義112設(shè)計要求113總體設(shè)計方案1第二章單元硬件電路設(shè)計721光電對管尋跡模塊722電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計823紅外避障模塊824單片機(jī)AT89C51核心模塊925RS485接口電路的設(shè)計926黑線檢測模塊電路設(shè)計1027紅外線發(fā)射接收對管11第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計1231主程序流程圖1232傳感器數(shù)據(jù)處理及尋跡程序流程13第四章系統(tǒng)的具體設(shè)計與實現(xiàn)1441路面檢測模塊1442LCD顯示模塊1443測速模塊1444控速模塊1445復(fù)位電路模塊1546模式選擇模塊1547最小系統(tǒng)圖16第五章結(jié)論18參考文獻(xiàn)19致謝及聲明20第一章引言11、課題的目的意義智能化作為現(xiàn)代社會的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個特定的環(huán)境里自動的運(yùn)作，無需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。同遙控小車不同，遙控小車需要人為控制轉(zhuǎn)向、啟停和進(jìn)退，比較先進(jìn)的遙控車還能控制其速度，而智能小車，則可以通過計算機(jī)編程來實現(xiàn)其對行駛方向、啟停以及速度的控制，無需人工干預(yù)，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中地運(yùn)用了計算機(jī)、傳感、信息、通信、導(dǎo)航、人工智能及自動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。該智能小車可以作為機(jī)器人的典型代表。它可以分為三大組成部分傳感器檢測部分、執(zhí)行部分、CPU。機(jī)器人要實現(xiàn)自動避障功能，還可以擴(kuò)展循跡等功能，感知導(dǎo)引線和障礙物。可以實現(xiàn)小車自動識別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并檢測到障礙物自動躲避?；谏鲜鲆螅瑐鞲袡z測部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可，所以可以舍棄昂貴的CCD傳感器而考慮使用價廉物美的紅外反射式傳感器來充當(dāng)。智能小車的執(zhí)行部分，是由直流電機(jī)來充當(dāng)?shù)模饕刂菩≤嚨男羞M(jìn)方向和速度。單片機(jī)驅(qū)動直流電機(jī)一般有兩種方案第一，勿需占用單片機(jī)資源，直接選擇有PWM功能的單片機(jī)，這樣可以實現(xiàn)精確調(diào)速；第二，可以由軟件模擬PWM輸出調(diào)制，需要占用單片機(jī)資源，難以精確調(diào)速，但單片機(jī)型號的選擇余地較大?？梢灶A(yù)計，我國飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)實力將為智能車輛的研究提供一個更加廣闊的前景。因此，對智能小車進(jìn)行深入細(xì)致的研究，不但能加深課堂上學(xué)到的理論知識，更能將理論轉(zhuǎn)化為實際運(yùn)用，為將來打下堅實的基礎(chǔ)。12設(shè)計要求（1）檢測距離小車左右兩側(cè)1080CM以內(nèi)的障礙物，并根據(jù)此距離的大小使小車車輪轉(zhuǎn)向不同的角度，以避開障礙物。（2）使小車沿著黑線行走，偏離軌道時，可以自動調(diào)整。（3）檢測車輪轉(zhuǎn)速，通過比較測速電路測得的實際轉(zhuǎn)速與理論轉(zhuǎn)速的差距，判斷小車是在較為平坦的地面行駛，還是在下坡或爬坡。若實際速度小于理論速度，則說明小車在爬坡，此時應(yīng)增大PWM占空比，增大車輪電機(jī)驅(qū)動電壓來使小車加速，幫助小車爬坡。相反，若實際速度大于理論速度，則說明小車正在下坡，此時減小PWM占空比，減小車輪電機(jī)驅(qū)動電壓來使小車減速，節(jié)省功率消耗。通過測速、調(diào)速過程，實現(xiàn)小車轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。13總體設(shè)計方案（1）主板設(shè)計框圖如圖圖1主板設(shè)計框圖（2）車體設(shè)計方案1使用玩具電動車。購買的玩具電動車具有組裝完整的車架車輪、電機(jī)及其驅(qū)動電路。但是一般的說來，玩具電動車具有如下缺點(diǎn)首先，這種玩具電動車由于裝配緊湊，使得各種所需傳感器的安裝十分不方便。其次，這種電動車一般都是前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動，不能適應(yīng)該題目的方格地圖，不能方便迅速的實現(xiàn)原地保持坐標(biāo)轉(zhuǎn)90度甚至180度的彎角。再次，玩具電動車的電機(jī)多為玩具直流電機(jī)，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負(fù)載性能差，不易調(diào)速。而且這種電動車一般都價格不菲。因此我們放棄了此方案。方案2自己制作電動車。經(jīng)過反復(fù)考慮論證，我們制定了左右兩輪分別驅(qū)動，后萬向輪轉(zhuǎn)向的方案。即左右輪分別用兩個轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，車體前部裝一個萬向輪。這樣，當(dāng)兩個直流電機(jī)轉(zhuǎn)向相反同時轉(zhuǎn)速相同時就可以實現(xiàn)電動車的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實現(xiàn)小車坐標(biāo)不變的90度和180度的轉(zhuǎn)彎。在安裝時我們保證兩個驅(qū)動電機(jī)同軸。當(dāng)小車前進(jìn)時，左右兩驅(qū)動輪與后萬向輪形成了三點(diǎn)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進(jìn)時比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)后輪過低而使左右兩驅(qū)動輪驅(qū)動力不夠的情況。為了防止小車重心的偏移，前萬向輪起支撐作用。3電機(jī)的選擇對于智能小車來說，其驅(qū)動輪的驅(qū)動電機(jī)的選擇就顯得十分重要。由于本題目要實現(xiàn)對尋跡路線的準(zhǔn)確定位和精確測量，我們綜合考慮了一下兩種方案。方案1采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)。由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的AT89C51循跡紅外對管時鐘電路復(fù)位電路報警電路電機(jī)驅(qū)動避障紅外對管定位，可以實現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，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采用直流減速電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動機(jī)提供原始動力，帶動變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力，價格比步進(jìn)電機(jī)要便宜好多。我們所選用的直流電機(jī)減速比為174，減速后電機(jī)的轉(zhuǎn)速為100R/MIN。我們的車輪直徑為6CM，因此我們的小車的最大速度可以達(dá)到V2RV2314003100/600314M/S，達(dá)到設(shè)計要求。能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，因此我們選擇了此方案。4電機(jī)驅(qū)動模塊由于電動車采用了前面使用萬向輪，兩個后輪各一個電機(jī)驅(qū)動的驅(qū)動方式，所以可使電動車旋轉(zhuǎn)360度，這樣即使前后方都碰到障礙物的時候，電動車也可以通過在原地不斷旋轉(zhuǎn)的方式找到避免撞擊障礙物的線路。在電動機(jī)的控制上有兩種方案可供選擇。方案1利用9012、2SC8050、及電機(jī)構(gòu)成驅(qū)動電路。如果單片機(jī)89C51控制口輸出高電平，9012截止，2SC8050截止，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。單片機(jī)89C51控制口輸出低電平時，9012導(dǎo)通，2SC8050導(dǎo)通，電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。該電路比較簡單，輸出功率足夠大，足以推動電機(jī)工作，并且電機(jī)工作時三極管性能非常穩(wěn)定。但該方案中單片機(jī)部分和電機(jī)供電部分沒有完全隔離，而電動機(jī)在切換時會產(chǎn)生巨大的反電動勢，經(jīng)常燒壞單片機(jī)，功耗很大。方案2利用LM298及其外部輔助電路和電機(jī)構(gòu)成驅(qū)動電路。單片機(jī)控制口接LM298的兩個輸入控制端IN1,IN2。L298的兩個輸出端OUT12,OUT210接電機(jī)。電機(jī)轉(zhuǎn)動狀態(tài)編碼左電機(jī)右電機(jī)1IN11IN22IN12IN2左電機(jī)右電機(jī)電動車運(yùn)行狀態(tài)1010正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)前行1001正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)1000正轉(zhuǎn)停以左電機(jī)為中心原地左轉(zhuǎn)0110反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)0010停正轉(zhuǎn)以右電機(jī)為中心原地右轉(zhuǎn)0101反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)后退1111殺停殺停立刻停止根據(jù)上表可知，只要設(shè)定兩塊L298的1IN1,1IN2,2IN1,2IN2四個控制端口的不同編碼，就可得到電動車的前進(jìn)，后退，旋轉(zhuǎn)等不同的運(yùn)行狀態(tài)；且L298的最大輸出電流為22A，可使電動車快速運(yùn)行。故采用方案2。5控制器模塊方案1采用可編程邏輯期間CPLD作為控制器。CPLD可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、IO資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。且從使用、功耗及經(jīng)濟(jì)的角度考慮我們放棄了此方案。方案2采用16位單片機(jī)，它是16位控制器，具有體積小、驅(qū)動能力高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。處理速度高，尤其適用于語音處理和識別等領(lǐng)域。但是當(dāng)凌陽單片機(jī)應(yīng)用語音處理和辨識時，由于其占用的CPU資源較多而使得凌陽單片機(jī)同時處理其它任務(wù)的速度和能力降低。本系統(tǒng)主要是進(jìn)行尋跡運(yùn)行的檢測以及電機(jī)的控制。如果單純的使用凌陽單片機(jī)，在語音播報的同時小車的控制容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性和編程的簡潔性考慮，我們放棄了單純使用凌陽單片機(jī)而考慮其它的方案。方案3AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFLASHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，F(xiàn)LASH程序存儲器支持并行和串行在系統(tǒng)編程（ISP）。并行編程方式提供了高速的分組編程（頁編程）方式，可節(jié)省編程成本和上市時間。ISP允許在軟件控制下對成品中的器件進(jìn)行重復(fù)編程。應(yīng)用固件的產(chǎn)生/更新能力實現(xiàn)了ISP的大范圍應(yīng)用從方便使用的角度考慮，我們選擇了方案3。6線路跟蹤電路方案1采用CCD單色攝像頭，配計算機(jī)主板及圖像采集卡。對白背景下，黑線的識別，目前做的比較成熟，效果相當(dāng)好。但成本高，很難找到合適的載體。方案2采用顏色傳感器。目前顏色傳感器的應(yīng)用，越來越廣泛，效果也可以。但幾百元的價格及相對復(fù)雜的處理電路，并且還需要光源，所以也不是一個很好的選擇。方案3采用紅外光電發(fā)射接收管。該傳感器不但價格便宜，容易購買，而且處理電路簡單易行，實際使用效果很好，能很順利地引導(dǎo)小車按規(guī)定的線路尋跡。我們選擇方案3。第二章單元硬件電路設(shè)計21光電對管尋跡模塊圖2所示電路中，R5（220）起限流電阻的作用，當(dāng)有光反射回來時，光電對管中的三極管導(dǎo)通，R9（10K）的上端變?yōu)楦唠娖剑藭rVT1飽和導(dǎo)通，三極管集電極輸出低電平。當(dāng)沒有光反射回來時，光電對管U2中的三極管不導(dǎo)通，VT1截至，其集電極輸出高電平。VT1在該電路中起到濾波整形的作用。經(jīng)試驗和示波器驗證，該電路工作性能一般，輸出還有雜散干擾波的成分。如果輸出加施密特觸發(fā)器就可以實現(xiàn)良好的輸出波形。但是這種電路用電量比較大，給此種傳感器調(diào)理電路供電的電池壓降較快。究其原因，是因為光敏三極管和三極管VT1導(dǎo)通時的導(dǎo)通電流較大?？紤]用比較器的方案，圖中可調(diào)電阻R1可以調(diào)節(jié)比較器的門限電壓，經(jīng)示波器觀察，輸出波形相當(dāng)規(guī)則，可以直接夠單片機(jī)查詢使用。而且經(jīng)試驗驗證給此電路供電的電池的壓降較小。因此我們選擇此電路作為我們的傳感器檢測與調(diào)理電路。此光電對管電路簡單，工作性能穩(wěn)定。圖2光電尋跡檢測及放大電路圖22電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計我們采用電機(jī)驅(qū)動芯片L298N作為電機(jī)驅(qū)動，驅(qū)動電路的設(shè)計如圖3所示M1OTR2D4PGN5V678EABI0US9L圖3L298N驅(qū)動電路L298N的5、7、10、12四個引腳接到單片機(jī)上，通過對單片機(jī)的編程就可以實現(xiàn)兩個直流電機(jī)的PWM調(diào)速以及正反轉(zhuǎn)等功能。23紅外避障模塊通過紅外線的發(fā)射和接收來檢測是否有障礙物的存在，接著對信號的反饋信息交由單片機(jī)進(jìn)行處理。以下是單片機(jī)控制的紅外檢測電路的工作原理及相關(guān)的電路園路圖由D1發(fā)射紅外線，D2接收紅外信號。由芯片LM567第R、C腳為譯碼中心頻率設(shè)定端，一般通過調(diào)整其外接可變電阻W改變捕捉的中心頻率。圖中紅外載波信號來自LM567的第5角，也即載波信號與捕捉中心頻率一致，這時小車通過的單片機(jī)處理的結(jié)果是小車沿正確路線行走，這樣就能夠極大的提高抗干擾特性。保持舵機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)能夠穩(wěn)定。減少外界的非障礙物的干擾。當(dāng)接收到的紅外載波信號和捕捉中心頻率一致時，說明不是干擾，LM567的第8OUT角輸出低電平。觸發(fā)三極管的導(dǎo)通狀態(tài)，使紅外發(fā)射管發(fā)射，采用一體紅外接收頭接受信號。遇到障礙物時送給單片機(jī)一個高電平觸發(fā)，由單片機(jī)進(jìn)行處理，進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。紅外避障模塊的電路原理圖如下圖4所示圖4紅外避障電路圖24單片機(jī)AT89C51核心模塊圖5基于AT89C51的單片機(jī)系統(tǒng)25RS485接口電路的設(shè)計AT89C51單片機(jī)的串行通信口P30（RXD）和P31（TXD）的電平符合TTL/CMOS標(biāo)準(zhǔn)（邏輯“0”的電平范圍為0V08V,邏輯“1”的電平為24V5VVCC）,它們首先通過光電隔離器件6N137隔離，以保護(hù)單片機(jī)不受傳輸通道的干擾影響，其中T01和T02是為了增加光隔輸入端的驅(qū)動能力。光隔6N137的左側(cè)電源與單片機(jī)相同，右側(cè)必須采用另一組獨(dú)立的5V電源，且兩組電源不能供電。單片機(jī)側(cè)RS485接口電路如圖6所示。圖6單片機(jī)側(cè)RS485接口電路26黑線檢測模塊電路設(shè)計根據(jù)紅外發(fā)射及接收的原理，由于此模塊電路與避障模塊電路類似，只是此模塊使用集紅外發(fā)射接收一體的ST188作為紅外發(fā)射和接收裝置，電路所用其他器件參數(shù)基本一只，因此在此不做詳細(xì)分析。實際電路如圖7所示圖7黑線檢測模塊硬件電路圖27紅外線發(fā)射接收對管紅外發(fā)射管工作電流一般為100MA左右，使用中長時間超過額定電流工作會造成期間損壞，此電路中限流電阻為220歐，則工作電流5/220為22MA左右；此電路實際測試中，感應(yīng)距離15CM左右（從液晶上能看到電壓變化），此距離為單程距離，從照片中可以看到；如果要增加感應(yīng)距離，方法有三個一個是加大發(fā)射電流（減小限流電阻），二是用單片機(jī)定時進(jìn)行脈沖發(fā)射，改變占空比，三是接收電流加三極管放大，提高接收電路靈敏度；此電路所用STC12C5A60S2為1TCPU，具有P1口內(nèi)部ADC功能，傳統(tǒng)51需改時延，并自己增加ADC模塊紅外線發(fā)射接收對管的工作圖如圖8所示圖8紅外發(fā)射接收管電路第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計31主程序流程圖本設(shè)計的軟件的主程序流程圖如圖9所示初始化硬件初始化I/0口開前面避障中斷掃描前面?zhèn)鞲衅髑懊姹苷鲜欠裼兄袛嚅_后面避障中斷掃描后面?zhèn)鞲衅骱竺姹苷鲜欠裼兄袛嗲斑M(jìn)后退開始是否有聲音中斷停止是否有聲音中斷停止YN小車目前狀態(tài)小車目前狀態(tài)NNYYNY走停走停圖9系統(tǒng)軟件流程圖32傳感器數(shù)據(jù)處理及尋跡程序流程小車循跡時采用4個傳感器來檢測小車的運(yùn)行情況根據(jù)小車上傳感器檢測到的結(jié)果來調(diào)整小車的循跡運(yùn)行，由單片機(jī)來處理檢測到得情況，最后給電機(jī)發(fā)出指令來控制小車尋著正確的路徑來走。根據(jù)不用方案的比較，我們采用的是將車底的4個光電傳感器用一個字節(jié)來代表。把這個字節(jié)的每一個位用來代表當(dāng)前傳感器的檢測狀態(tài)。最后用用單片機(jī)來處理檢測到的結(jié)果。調(diào)整小車的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)小車底部的4個光電傳感器的檢測到的結(jié)果，我們把小車沿直線行進(jìn)時的狀態(tài)分成三種狀態(tài)，當(dāng)車底中間四個光電傳感器都檢測到白線時，小車在跑道的正上方，這時單片機(jī)就控制兩電機(jī)以相同的速度沿檢測到的白線全速運(yùn)行。當(dāng)檢測到有一個傳感器或者同側(cè)的兩個傳感器偏出白線時，這時小車處于微偏狀態(tài)，這時通過單片機(jī)調(diào)節(jié)將一個電機(jī)速度調(diào)慢，將另一電機(jī)速度調(diào)快，進(jìn)而完成調(diào)整。當(dāng)傳感器檢測到有三個電機(jī)偏出時，此時的小車處于較大的偏離狀態(tài)，這時把一個電機(jī)的速度調(diào)至極低，另一電機(jī)全速運(yùn)行，從而可以在較短時間內(nèi)完成路線的調(diào)整。讓小車沿正確的路線行走。用這種通過用檢測到的傳感器的狀態(tài)由單片機(jī)處理的三種不同級別的調(diào)速的尋跡算法同單純的判斷檢測到光電對管的位置并作出判斷的方法相比而言，由傳感器的狀態(tài)來控制的單片機(jī)的程序思路要清晰一些，而且程序執(zhí)行結(jié)果較好。該檢測傳感器子程序的流程圖如圖10所示圖10傳感器信息處理子程序流程圖第四章系統(tǒng)的具體設(shè)計與實現(xiàn)41路面檢測模塊路面檢測時應(yīng)用一個金屬感應(yīng)器，將金屬傳感器安裝在車盤下，使之離地的距離略小于或約為四毫米。當(dāng)金屬傳感器檢測到鐵片時將對單片機(jī)發(fā)送中斷信號，由單片機(jī)執(zhí)行中斷命令，改變輸給電機(jī)驅(qū)動信號的電壓占空比來控制小車的速度。42LCD顯示模塊在顯示模塊中采用1602LCD，采用單片機(jī)的總線模式連接。同時為節(jié)約電源，LCD的背光也用單片機(jī)進(jìn)行控制。圖11LCD顯示接口電路43測速模塊測速模塊是通過霍爾元件感應(yīng)磁鐵來產(chǎn)生脈沖當(dāng)霍爾元件在離磁場較近時輸出會是高電平，其它時候是低電平，將每一個車輪均勻放四個小磁鐵，計算一秒所得的脈沖數(shù)，從而計算出一秒小車輪子轉(zhuǎn)動圈數(shù)，再測量出小車車輪周長即可計算出小車當(dāng)前速度，累加可得到當(dāng)前路程。再根據(jù)總的時間就可以計算出小車的速度。44控速模塊由單片機(jī)得到的信號來控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，即使用小車自身的電機(jī)驅(qū)動原理圖來實現(xiàn)小車的速度控制，控速模塊引用小車的電機(jī)驅(qū)動來實現(xiàn)。45復(fù)位電路模塊單片機(jī)的復(fù)位電路通過手動來實現(xiàn)，復(fù)位電路圖12所示。圖1246模式選擇模塊對單片機(jī)中的兩個中斷口使用和感應(yīng)鐵片、感應(yīng)速度所使用的中斷口一樣，通過一個與非門和按鈕控制。來實現(xiàn)單片機(jī)對小車運(yùn)轉(zhuǎn)模式的選擇，模式選擇的原理圖13所示圖1347最小系統(tǒng)圖從電路的整機(jī)電路圖的實際效果的設(shè)計，對智能探測小車的各個部分進(jìn)行分離設(shè)計，在前面章節(jié)對小車的各個的模塊進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計和檢驗，而后對整個系統(tǒng)的設(shè)計做出規(guī)劃，最終得到出小車系統(tǒng)的最小系統(tǒng)原理圖，該系統(tǒng)主要用到的是單片機(jī)，所以主要的部分是最小系統(tǒng)圖，各管腳的連接如圖14所示，PA0至PA7端口接有上拉電阻，保證了單片機(jī)的正常工作。復(fù)位電路的S1為復(fù)位按鍵，可對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作。復(fù)位是單片機(jī)的初始化的操作，只要給RESET引腳加上2個機(jī)器周期以上的高電平信號，就可以使單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位的主要功能是將單片機(jī)初始化為0000H使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常程序以外，由于程序運(yùn)行出錯和操作出錯而導(dǎo)致系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)的，為了擺脫死鎖狀態(tài)，也需按復(fù)位鍵來從新啟動。系統(tǒng)中還采用振蕩電路來實現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的時鐘頻率，晶振加電容的主要目的是濾波，這樣可以使得晶振輸出的波形更加平滑，方便給予單片機(jī)適用的信號，至于大小應(yīng)該是一個經(jīng)驗值，這樣的濾波效果最好，上下小幅度改變電容大小對系統(tǒng)影響不大。上電接電容是為了緩沖信號的改變，是保護(hù)芯片的設(shè)計。加1K電阻是防止VCC直接和地導(dǎo)通造成短路，損壞元器件。是單片機(jī)系統(tǒng)在規(guī)定的時鐘頻率下工作，保護(hù)單片機(jī)的正常工作秩序，從而實現(xiàn)最小系統(tǒng)圖的功能。最小系統(tǒng)圖實現(xiàn)了單片機(jī)本身通過與各單元電路的連接來實現(xiàn)控制整個小車，其中分別將于測速模塊、顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、紅外探測模塊及循跡模塊進(jìn)行綜合，在通訊協(xié)議方面采用RS485接口來實現(xiàn)單片機(jī)與各部分之間的對話，最小系統(tǒng)圖實現(xiàn)了控制系統(tǒng)于各部分之間的連接關(guān)系，進(jìn)而為實現(xiàn)整機(jī)電路做出大體上的規(guī)劃。而后就可以完成整個小車核心部分的設(shè)計，進(jìn)而對小車的整機(jī)電路進(jìn)行完善，最后達(dá)到設(shè)計要求完成設(shè)計。以下是對設(shè)計的要求進(jìn)行分析和檢測得到的單片機(jī)核心的原理圖，原理圖中的插座就可以與相應(yīng)的單元電路進(jìn)行連接實現(xiàn)智能探測小車的功能要求，最小系統(tǒng)圖如下頁圖中所示圖14給出了小車內(nèi)部的核心的最小系統(tǒng)圖。該最小系統(tǒng)圖如圖14所示圖14第5章結(jié)論在對智能探測小車進(jìn)行相關(guān)設(shè)計時，主要是對小車的整個系統(tǒng)的要求進(jìn)行拆分，對各個部件的要求進(jìn)行相應(yīng)的分析和討論，在老師的輔導(dǎo)下和同學(xué)幫助下，設(shè)計的要求通過查找相關(guān)的資料進(jìn)行可行性的分析和研究，最后得出最合理的設(shè)計方案，為小車的設(shè)計奠定了最重要的基礎(chǔ)。通過查找各種資料先對多功能智能探測小車進(jìn)行初步了解，進(jìn)而通過對多功能智能探測小車的理解，在此過程中熟悉了51單片機(jī)的一些特性、指令系統(tǒng)、程序設(shè)計，學(xué)習(xí)MCS51系列單片機(jī)硬件資源的應(yīng)用、MCS51單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展及接口技術(shù)。通過對MCS51單片機(jī)的了解和學(xué)習(xí)對最小系統(tǒng)圖的設(shè)計做了很好的鋪墊，通過查找相關(guān)智能小車的資料來規(guī)劃智能探測小車的工作原理了解了像對小車的各個模塊的設(shè)計是很重要的，以下給出相應(yīng)單元電路模塊的簡單的設(shè)計理念，如下1顯示模塊LCD接口的設(shè)計、采用1602LCD，由單片機(jī)的總線模式連接。為節(jié)約電源，LCD的背光用單片機(jī)進(jìn)行控制。2紅外探測避障電路的設(shè)計、循跡電路的設(shè)計、通過NE555產(chǎn)生一個38KHZ的方波，觸發(fā)三極管的導(dǎo)通狀態(tài)，使紅外發(fā)射管發(fā)射，采用一體紅外接收頭接受信號。遇到障礙物時送給單片機(jī)一個高電平觸發(fā)，進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。3測速模塊的設(shè)計通過霍爾元件感應(yīng)磁鐵來產(chǎn)生脈沖當(dāng)霍爾元件在