第第頁小車智能尋跡系統設計目錄TOC\o"1-1"\h\u9838小車智能尋跡系統設計 1278341緒論 1259042系統的總體設計 391843小車智能循跡系統的硬件設計 4101425系統實物調試 833696結論 927652參考文獻 10摘要:現階段科學技術的迅速發展，智能化水平的提高，大學生對于科技創新能力的重視逐漸增加。智能小車領域逐漸出現在人們的視野中，單片機也成為檢測技術中重要的核心。怎么將單片機技術與智能小車結合也變得很重要。本文研究的小車系統，是結合數據采集、智能循跡、電機驅動所設計的一款智能循跡小車系統。我所設計的小車是以STC89C52為核心。整體從三個方向出發。首先是將硬件部分設計完成，由單片機最小系統、紅外循跡、電機驅動等部分組成。其次是對軟件部分的設計，主要包括主程序設計、循跡程序設計等程序。該小車通過對信號的收集和處理，實現智能尋跡。關鍵詞:單片機,數據處理,電機驅動,循跡1緒論第一章主要是對本次畢業設計的設計背景以及為什么要進行此設計做出闡述。1.1小車智能循跡系統的設計背景以及意義智能小車是我們在大學階段最先接觸的一種電子設計，因其二次改造性與對電子元器件的學習性都非常重要，所以小車項目是我們入門電子技術的一個標準。經過對多種智能小車資料的查詢，智能小車有很多種類，可以按照用戶之前設定的功能來進行小車的自動控制的功能。目前汽車行業的芯片緊張，導致很多車企無法生產汽車，當我們是學生的時候，就要對小車的運行原理進行學習。并且智能小車是充滿新鮮感的，這大大有利于它的推廣，提高它在市場的價值。基于這種背景下，設計一個小車智能循跡系統對于我們自身來講意義也是十分重大的，對大學時期學過的電子知識的總結與二次深度學習，既能夠保證畢業之后專業技術能力的提升，也能夠使得工作更加順利。單片機這種芯片已經成為大部分技術領域的主控芯片，掌握了單片機，對于自己在各個領域的學習都有幫助。同時掌握單片機這種芯片的使用，也可以是我們的生活更加智能化，更加方便。1.2發展現狀及趨勢當今世界又再次進入了芯片短缺的現狀，直接影響很多企業，例如長安汽車近期發布其兩個地區的汽車代工廠因芯片短缺導致汽車暫時停產等。所以目前汽車發展形勢過于單一，我國近年越來越注重科技創新的發展，未來汽車的智能化發展是必然的。本智能小車系統的發展前景就是用于未來的智能汽車上了。目前汽車的無人駕駛技術還不夠完善，安全性不夠高，如果我們可以合理的利用智能小車的尋跡功能就可以增強自動駕駛的安全性。我國雖然在智能汽車方面上獲得了一些小的成果，但與發達國家的水平差距還是不少。未來，汽車將會變得更加智能，這是一種大趨勢。所以，在未來我們將會這方面投入更大的精力。我們更應該學以致用，深入研究，為祖國發展做出貢獻。1.3設計的主要內容本設計要求采用51單片機作為核心控制器，進行循跡小車的控制。設計如下:通過C51語言單片機通過編程控制電機運行。通過紅外傳感器檢測地面黑線狀況來控制小車轉彎。通過調整給定參數來控制小車的前進、后退。在給定的時間內按照給定的路線行進，避免障礙物。系統包括紅外模塊電路、循跡模塊電路、電機驅動電路、LED電路、輔助電源等。具體設計:循跡模塊電路：采用紅外循跡模塊；單片機型號選擇：STC89C52；LED電路：顯示系統通訊情況；控制電路：選取MOS管驅動模塊對小車進行控制；電源電路：電池供電。2系統的總體設計2.1小車智能循跡系統的設計的總體結構如圖1所示。小車智能循跡系統的設計主要包括傳感器對周圍區域環境進行檢測，并對采集的信號進行處理，然后把處理結果傳輸到控制器中。本設計基于STC89C52單片機的智能車輛跟蹤系統，圍繞其最小系統進行了設計和開發，使車輛能夠自由行走并能成功避開障礙物。通過C語言程序控制實現小車可自由行走并能成功避開障礙物的功能。圖1系統總體結構框圖2.2主控芯片的選取小車智能循跡系統根據設計的要求以及自身實際能力的掌握，選取STC89C52單片機作為系統的主控芯片。單片機的耐用性高，壽命長，低功耗。STC89S52作為傳統51系列單片機的一種，功能齊全，價格也不高，完全適用于本次設計。2.3循跡檢測部分的構成本系統的紅外檢測部分由兩路紅外對管組成，利用紅外的功能是想要實現對車身前后左右等相關距離區域的數據信息進行檢測，實現單片機的采集轉化功能以及為循跡算法提供數據基礎。2.4電機驅動電路的構成電機驅動主要應用N溝道MOSFET組建H橋驅動電路，H橋是一種直流電機控制電路，因為它的電路外形與字母H相似，故被稱為“H橋”。4個開關組成H的4條豎直腿，而電機就是H中的一橫。2.5電源電路的構成采用鋰電池作為電源。鋰電池綠色環保，重量輕，能提供的電壓也符合此次設計的要求。3小車智能循跡系統的硬件設計3.1STC89C52單片機最小系統設計小車智能循跡系統的把51系列單片機中的STC89C52作為為主控芯片。STC89C52芯片具有比較強的穩定性，并且AD轉換的精度很高、轉換的速度也很快。該芯片的特點符合這次設計所需要的，并且這種芯片的價格也比較低，可以節約成本。單片機最小系統如圖2所示。最小系統包括晶振電路和復位電路。晶振提供相對的是相對穩定頻率的時鐘，單片機依靠這個時鐘進行我們所寫程序的工作。晶振可以變大也可以變小，但是有一個限定的范圍，這都要看具體的環境具體分析。晶振電路如圖3所示。復位電路如圖4所示，使用復位電路的原因：單片機的復位電路如同電腦的重啟部分，當電腦宕機時，按下重啟鍵，使停止的程序恢復正常。單片機系統運行時，如果被環境干擾出現程序跑飛的現象，按下復位鍵內部的程序自主重新開始。圖2單片機最小系統圖3單片機晶振電路圖4單片機復位電路3.2循跡電路小車智能循跡系統的紅外檢測部分由兩路紅外對管組成。循跡電路如圖5所示。紅外循跡用的原理是不一樣的障礙物對紅外線的反射情況不同，白色反射最強，黑色反射最弱。一般我們把黑色膠帶粘在地上，通過紅外循跡模塊，我們可以知道小車在不在軌道上。紅外循跡模塊檢測到前方有障礙物時，紅外接收管會收到紅外線（即使前方沒有障礙物，它也會感受到障礙物，但是接收到的紅外線越強，U3的電壓就越接近于0V），紅外循跡模塊指示燈亮，DO為低電平（DO連到單片機）。在使用時要調節電位器來改變U3的靈敏度。圖5循跡電路3.3電機驅動電路智能循跡小車的采用H橋驅動模塊驅動步進電機的方案實現設備的主要功能。電機驅動電路如圖6所示。圖6電機驅動電路3.4LED電路LED作為一款將電能轉化為光能的器件，它的應用領域廣泛，在常規電路中常用于提供電路運作信息（比如電源指示以及網絡狀態指示）。想要使LED正常運作，需要在LED電路中連接上拉電阻用于限流，否則單片機的高電平會將LED擊穿從而造成損壞，LED的正常工作電流在5~20mA之間。本設計需要用到知道系統是否正常工作。所以需要用到LED對系統的狀態進行提示。本系統采用紅色的小燈對系統狀態進行提示。LED電路如圖7所示。圖7LED電路3.5供電電路小車智能循跡系統的設計應用便攜式的想法，使用電池供電的方式，從電池盒中獲取5V電壓，系統電源電路如圖8所示。圖8電源電路4小車智能循跡系統的軟件設計4.1主程序設計在設計主程序的時候不需要十分詳細的程序內容，只需要搭建出程序的大體框架即可，因為后續我們會對程序中的子函數進行詳細的編寫。主程序的主要目的是為了讓使用者知道全體設計的具體內容以及功能。主程序流程圖如圖9所示。程序初始階段時，先設置單片機內部寄存器，設置控制變量、系統參數與工作頻率，并使A/D模塊、檢測模塊初始化。讓程序使檢測模塊開始運行，檢測模塊收到系統檢測電路發送來的數據，根據數據與一開始預定的值作比較使小車進行智能的行走以及實現相關功能。圖9主程序流程圖4.2PWM子程序設計此設備主要的輸出量源于PWM驅動電機實現小車的智能循跡功能。在這一部分設計的時候，首先我們要知道PWM是什么，它是一種周期是

10ms，即頻率為100Hz的波形，不過每個周期內，高低電平脈沖寬度都不一樣，這就是PWM的本質。大家要了解一個概念，叫做“占空比”。占空比是指高電平的時間占一個周期的比例。比方說第一部分波形的占空比是30%，第二部分波形占空比是50%，第三部分波形占空比是70%，這就是PWM的解釋。通過改變一個周期內高低電平維持的時間長短就可以控制是電機的轉速了，這就是PWM的工作原理。4.3中斷子程序設計中斷的存在有利于系統更好的處理優先程序，提高效率。中斷可以理解為當前系統正在運行程序A，但是程序B比程序A重要，所以我們要停止程序A，去執行程序B。當程序B執行完畢后，繼續執行程序A沒完成的部分。寫程序時利用定時器1的中斷思想，并初始化中斷。中斷在本次設計中主要是為了在檢測到紅外信號時，能夠及時的反饋給主程序，這樣進入中斷程序，控制小車的行駛方向以及啟停功能。實現智能化的控制。5系統實物調試5.1程序部分調試5.1.1程序編譯和調試本節主要講述如何對程序進行編寫，以及編程軟件的使用，在主程序設計完之后，我們要對相關子程序進行封裝，這樣便于后期維護和修該。軟件使用過程中主要需要注意晶振的選擇，以及芯片型號的選擇。之后可以進行軟件的debug調試，主要是為了看一下程序運行到哪一個步驟，之后是否按照之前預設的時序在如期的進行，最后如果程序調試完畢，需要生成debug文件進行程序燒錄前的最后準備，如圖10所示。圖10hex文件產生5.1.2HEX文件的燒入本節主要講述程序是如何下載到單片機的內部，讓單片機按照控制時序來進行工作。利用程序軟件編譯后可直接進行下載，也可以利用軟件生成HEX文件，使用燒錄器像單片機內部下載程序。使用過程需要按照軟件的操作規范進行操作，具體操作如圖11所示。圖11程序下載5.1.3電路板的焊接與調試在焊接的過程中，首先我們需要準備相關工具，例如焊槍、焊錫、松香等。在焊接過程最好是采用部分模塊化焊接，因為這樣焊接的好處是我們焊接完成一部分就可以立即對其電源和模塊功能進行簡單的測試，以便于找出焊接不完善的地方，及時發現，及時補焊。5.2實物展示硬件實物通常我們使用萬能洞洞板的形式，好處是能夠節約設計成本，也方便實物調試時更改走線，時間周期也更加充裕。焊接時采用焊錫連線的形式或者利用導線進行飛線的形式均可，在設計時難免會遇到模塊形式的器件，例如本設計的單片機模塊，因此我們選擇直接購買現成模塊。實物如圖12所示。圖12系統實物圖5.3實物調試系統實物組裝成功后，需要對小車進行調試。將小車放在黑色膠帶上，按軌跡直行或轉彎，當小車前面有障礙物時，小車避開障礙物移動，避開障礙物后，又回到黑色軌跡上正常運行。如圖13所示。圖13調試圖6結論在整個畢業設計過程中，唐飛老師給予了我很多幫助。由于在校學習并不認真，導致我的基礎薄弱，經常遇到弄不懂的問題，導致設計無法繼續下去。多虧老師和室友對我的指點迷津，讓我解決了問題。通過這次畢業設計，提高了我對單片機知識的理解以及我的動手能力。本設計主要是為了研究一個智能循跡小車系統。這種智能的小車智能循跡系統的設計可以完成對循跡信號的實時采集、交替測量、數據處理、以完成小車的智能循跡。逐步完成硬件部分、軟件部分以及實物的調試，最后完成最后的論文。參考文獻[1]沈紅衛.單片機應用實例[M].北京：中國工信出版社，2018[2]譚浩強，單片機C語言第四版[M].中國電力出版社，2017[3]YHoseynpoor，TPAshraf，SSajedi.MaximumPowerPointTrackingandReactivePowerControlofSingleStageGridConnectedPhotovoltaicSystem[J].ResearchJournalofAppliedSciencesEngineeringandTechnology，2015，13(2)：85~90[4]徐澤瑋.關于循跡技術的思考[J].中國電源網，2017，10(3)：63~65[5]計長安，張秀斌.C語言開發教程[J].電工技術，2015，14(5)：55~57[6]王體民，馮長征.三極管驅動電路[J].汽車電器，2016，7(2)：21~29[7]齊發.阻抗匹配技術[J].電子設計應用，2017，11(3)：33~34[8]艾斌，楊洪興，沈輝，廖顯伯.單片機開發實例[J]，太陽能學報，2018，17(4)：8~11.[9]李德孚.STM32應用實例[J]，智能硬件，2017，21(5)：22~25[10]WLiu，CLiu，LMa，YLin，JMa..MaximumPowerPointTrackingofPhotovoltaicGenerationBasedonForecastingModel[J]，JournalofSoftware，2016，8(10)[11]NMutoh，TInoue.AControlMethodtoChargeSeries-ConnectedUltraelectricDouble-LayerCapacitorsSuitableforPhotovoltaicGenerationSystemsCombiningMPPTControlMethod[J]，IEEETransactionsonIndustrialElectronics，2017，54(1)[12]喬興宏，吳必軍，王坤林等.基于模糊控制的檢測系統[J]，可再生能源，2017，12(3)：66~67[13]夏曉敏，王坤林，吳必軍.單片機仿真技術，計算機仿真，2016，10(5)：33~34[14]程節順.控制系統穩定性分析[J]，微計算機信息，20