自動(dòng)循跡小車畢業(yè)設(shè)計(jì)-

自動(dòng)循跡小車xxxxxx學(xué)院 xxx 系 xxx 專業(yè) xx 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）姓名 xx 學(xué)號(hào) xxxxxxxx 指導(dǎo)教師（簽名） xxx 二 年 月 日煙臺(tái)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文)誠(chéng) 信 承 諾 書本人慎重承諾：我所撰寫的設(shè)計(jì)（論文） 是在老師的指導(dǎo)下自主完成，沒有剽竊或抄襲他人的論文或成果。如有剽竊、抄襲，本人愿意為由此引起的后果承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的研究成果歸屬學(xué)校所有。 學(xué)生(簽名) 年 月 日 目 錄目 錄1摘 要：2前 言3一.任務(wù)要求4（一）任務(wù)4二.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案5（一）小車循跡原理5（二）控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)6三系統(tǒng)方案7（一）尋跡傳感器模塊71紅外傳感器ST188簡(jiǎn)介72比較器LM324簡(jiǎn)介83具體電路94傳感器安裝10（二）控制器模塊11（三）電源模塊13（四）電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊141電機(jī)142驅(qū)動(dòng)14（五）自動(dòng)循跡小車總體設(shè)計(jì)161總體電路圖162系統(tǒng)總體說明18四軟件設(shè)計(jì)18（一） PWM控制18（二） 總體軟件流程圖19（三）小車循跡流程圖19（四）中斷程序流程圖21（五）單片機(jī)測(cè)序22五致謝.25六參考資料27自動(dòng)循跡小車摘要：本設(shè)計(jì)是一種基于單片機(jī)控制的簡(jiǎn)易自動(dòng)尋跡小車系統(tǒng)，包括小車系統(tǒng)構(gòu)成軟硬件設(shè)計(jì)方法。小車以AT89C51 為控制核心, 用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波，控制小車速度。利用紅外光電傳感器對(duì)路面黑色軌跡進(jìn)行檢測(cè),并將路面檢測(cè)信號(hào)反饋給單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)采集到的信號(hào)予以分析判斷,及時(shí)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)以調(diào)整小車轉(zhuǎn)向,從而使小車能夠沿著黑色軌跡自動(dòng)行駛,實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)尋跡的目的。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89C51 光電傳感器 直流電機(jī) 自動(dòng)循跡小車前言隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。全國(guó)電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國(guó)各高校也都很重視該題目的研究?？梢娖溲芯恳饬x很大。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，指導(dǎo)教師已經(jīng)有充分的準(zhǔn)備。本題目是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題。設(shè)計(jì)的智能電動(dòng)小車應(yīng)該能夠?qū)崟r(shí)顯示時(shí)間、速度、里程，具有自動(dòng)尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車。根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車的基礎(chǔ)上，加裝光電、紅外線、超聲波傳感器及金屬探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的智能控制。這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。本設(shè)計(jì)采用MCS-51系列中的80C51單片機(jī)。以80C51為控制核心，利用超聲波傳感器檢測(cè)道路上的障礙，控制電動(dòng)小汽車的自動(dòng)避障，快慢速行駛，以及自動(dòng)停車，并可以自動(dòng)記錄時(shí)間、里程和速度，自動(dòng)尋跡和尋光功能。80C51是一款八位單片機(jī)，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評(píng)。它是第三代單片機(jī)的代表。第三代單片機(jī)包括了Intel公司發(fā)展MCS-51系列的新一代產(chǎn)品，如8C15280C51FA/FB80C51GA/GB8C4518C452,還包括了PhilipsSiemensADMFujutsuOKIHarria-MetraATMEL等公司以80C51為核心推出的大量各具特色與80C51兼容的單片機(jī)。新一代的單片機(jī)的最主要的技術(shù)特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)Microcomputer完善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如A/DPWMPCA(可編程計(jì)數(shù)器陣列)WDT(監(jiān)視定時(shí)器)高速I/O口計(jì)數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。這一代單片機(jī)中，在總線方面最重要的進(jìn)展是為單片機(jī)配置了芯片間的串行總線，為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更加靈活的方式。Philips公司還為這一代單片機(jī)80C51系列8C592單片機(jī)引入了具有較強(qiáng)功能的設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線-CAN(Controller Area Network BUS).新一代單片機(jī)為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展與配置打下了良好的基礎(chǔ)。 一任務(wù)要求（一）任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)基于直流電機(jī)的自動(dòng)尋跡小車，使小車能夠自動(dòng)檢測(cè)地面黑色軌跡，并沿著黑色車軌跡行駛。系統(tǒng)方案方框圖如圖1-1所示。檢測(cè)（黑線）驅(qū)動(dòng)電機(jī)軟件控制控制小車圖1-1 系統(tǒng)方案方框圖二系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案（一）小車循跡原理這里的循跡是指小車在白色地板上循黑線行走，由于黑線和白色地板對(duì)光線的反射系數(shù)不同，可以根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷“道路”。通常采取的方法是紅外探測(cè)法。紅外探測(cè)法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限。小車供電后,紅外光電二極管發(fā)出紅外光，光線照在路面上反射回來被光電二極管接收，半導(dǎo)體二極管在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生電勢(shì)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。該智能小車在畫有黑線的白紙 “路面”上行駛，由于黑線和白紙對(duì)光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷“道路”黑線。當(dāng)小車檢測(cè)到黑線時(shí)，紅外線部分被黑線吸收，反射回的紅外線極少被光電二極管接收，轉(zhuǎn)換成比較弱的電信號(hào)；當(dāng)小車未檢測(cè)到黑線時(shí)，紅外線大部分被反射，反射回的紅外線被光電二極管接收，轉(zhuǎn)換成比較強(qiáng)的電信號(hào)。最終，這些電信號(hào)經(jīng)過比較器處理后傳入單片機(jī)，再由單片機(jī)進(jìn)一步做信號(hào)處理。（二）控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)自動(dòng)循跡小車控制系統(tǒng)由主控制電路模塊、穩(wěn)壓電源模塊、紅外檢測(cè)模塊、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊等部分組成,控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1 所示。穩(wěn)壓電源模塊主控芯片AT89C51L298減速電機(jī)光電傳感器電壓比較器圖2-1控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 1、 主控制電路模塊：用AT89C51單片機(jī)、復(fù)位電路，時(shí)鐘電路整個(gè)系統(tǒng)主要由主控中心（單片機(jī)）、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、按鍵控制電路、數(shù)碼管顯示電路及LED模仿交通信號(hào)燈電路等功能模塊組成。遇到特殊情況時(shí)可以通過按鍵電路控制實(shí)時(shí)交通實(shí)際情況，系統(tǒng)框圖如圖1所示。2、 紅外檢測(cè)模塊：光電傳感器ST188,比較器LM324紅外線光電傳感器（簡(jiǎn)稱光電傳感器，又稱光電開關(guān)）是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。光電開關(guān)是傳感器大家族中的成員，它把發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達(dá)到探測(cè)的目的。由于光電開關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可以在許多場(chǎng)合得到應(yīng)用。3、 電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊:電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N、兩個(gè)直流電機(jī)L298N是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。其引腳排列如圖1中U4所示，1腳和15腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī)，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之間分別接2個(gè)電動(dòng)機(jī)。5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ENA，ENB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。在許多場(chǎng)合得到應(yīng)用。4、 電源模塊：雙路開關(guān)電源模塊電源是可以直接貼裝在印刷電路板上的電源供應(yīng)器，其特點(diǎn)是可為專用集成電路（ASIC）、數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)、微處理器、存儲(chǔ)器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA) 及其他數(shù)字或模擬負(fù)載提供供電。一般來說，這類模塊稱為負(fù)載點(diǎn) (POL)電源供應(yīng)系統(tǒng)或使用點(diǎn)電源供應(yīng)系統(tǒng) (PUPS)。由于模塊式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)甚多，因此模塊電源廣泛用于交換設(shè)備、接入設(shè)備、移動(dòng)通訊、微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領(lǐng)域和汽車電子、航空航天等。三系統(tǒng)方案（一）尋跡傳感器模塊ST系列反射式光電傳感器是經(jīng)常使用的傳感器。這個(gè)系列的傳感器種類齊全、價(jià)格便宜、體積小、使用方便、質(zhì)量可靠、用途廣泛。我們采用ST188作為紅外檢測(cè)傳感器。在黑線檢測(cè)的測(cè)試中，若檢測(cè)到白色區(qū)域，發(fā)射管發(fā)射的紅外線沒有反射到接收管，測(cè)量接收管的電壓為48V ，若檢測(cè)到黑色區(qū)域，接收管接受到發(fā)射管發(fā)射的紅外線，電阻發(fā)生變化，所分得的電壓也就隨之發(fā)生變化，測(cè)的接收管的電壓為05V，測(cè)試基本滿足要求。判斷有無黑線我們用的一塊比較器LM324， 比較基準(zhǔn)電壓由30K的變阻器調(diào)節(jié)，各個(gè)接收管的參數(shù)都不一致，每個(gè)傳感器的比較基準(zhǔn)電壓也不盡相同，我們?yōu)槊總€(gè)傳感器配備了一個(gè)變阻器。1.紅外傳感器ST188簡(jiǎn)介含一個(gè)反射模塊（發(fā)光二極管）和一個(gè)接收模塊（光敏三極管）。通過發(fā)射紅外信號(hào)，看接收信號(hào)變化判斷檢測(cè)物體狀態(tài)的變化。A、K之間接發(fā)光二極管，C、E之間接光敏三極管（二者在電路中均正接，但要串聯(lián)一定阻值的電阻） 圖 3-1 ST188實(shí)物圖 圖 3-2 ST188管腳圖及內(nèi)部電路2.比較器LM324簡(jiǎn)介L(zhǎng)M324為四運(yùn)放集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝。內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)算放大器，有相位補(bǔ)償電路。電路功耗很小，工作電壓范圍寬，可用正電源330V，或正負(fù)雙電源15V15V工作。在黑線檢測(cè)電路中用來確定紅外接收信號(hào)電平的高低，以電平高低判定黑線有無。在電路中，LM324的一個(gè)輸入端需接滑動(dòng)變阻器，通過改變滑動(dòng)變阻器的阻值來提供合適的比較電壓。 圖 3-3 LM324內(nèi)部電路 圖 3-4 集成運(yùn)放的管腳圖3.具體電路通過ST188檢測(cè)黑線，輸出接收到的信號(hào)給LM324 ，接收電壓與比較電壓比較后，輸出信號(hào)變?yōu)楦叩碗娖?，再輸入到單片機(jī)中，用以判定是否檢測(cè)到黑線。圖3-5 傳感器模塊電路圖4.傳感器安裝 在小車具體的循跡行走過程中，為了能精確測(cè)定黑線位置并確定小車行走的方向，需要同時(shí)在底盤裝設(shè)4個(gè)紅外探測(cè)頭，進(jìn)行兩級(jí)方向糾正控制，提高其循跡的可靠性。這4個(gè)紅外探頭的具體位置如圖3-6所示。 圖3-6 傳感器安裝圖圖中循跡傳感器全部在一條直線上。其中X1與Y1為第一級(jí)方向控制傳感器，X2與Y2為第二級(jí)方向控制傳感器，并且黑線同一邊的兩個(gè)傳感器之間的寬度不得大于黑線的寬度。小車前進(jìn)時(shí)，始終保持(如圖3-6中所示的行走軌跡黑線)在X1和Y1這兩個(gè)第一級(jí)傳感器之間，當(dāng)小車偏離黑線時(shí)，第一級(jí)傳感器就能檢測(cè)到黑線，把檢測(cè)的信號(hào)送給小車的處理、控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)對(duì)小車軌跡予以糾正。若小車回到了軌道上，即4個(gè)探測(cè)器都只檢測(cè)到白紙，則小車會(huì)繼續(xù)行走；若小車由于慣性過大依舊偏離軌道，越出了第一級(jí)兩個(gè)探測(cè)器的探測(cè)范圍，這時(shí)第二級(jí)探測(cè)器動(dòng)作，再次對(duì)小車的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行糾正，使之回到正確軌道上去。可以看出，第二級(jí)方向探測(cè)器實(shí)際是第一級(jí)的后備保護(hù)，從而提高了小車循跡的可靠性。 （二）控制器模塊采用Atmel 公司的AT89C51 單片機(jī)作為主控制器。它是一個(gè)低功耗，高性能的8 位單片機(jī)，片內(nèi)含32k 空間的可反復(fù)擦寫100,000 次Flash 只讀存儲(chǔ)器，具有4K 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32 個(gè)I/O口，2個(gè)8位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，且可在線編程、調(diào)試，方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試。時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 如圖3-7（與單片機(jī)構(gòu)成最小系統(tǒng)）1） 采用外部時(shí)鐘，晶振頻率為12MHZ。沒有晶振,就沒有時(shí)鐘周期,沒有時(shí)鐘周期,就無法執(zhí)行程序代碼,單片機(jī)就無法工作。 單片機(jī)工作時(shí),是一條一條地從RoM中取指令,然后一步一步地執(zhí)行。單片機(jī)訪問一次存儲(chǔ)器的時(shí)間,稱之為一個(gè)機(jī)器周期,這是一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)。個(gè)機(jī)器周期包括12個(gè)時(shí)鐘周期。如果一個(gè)單片機(jī)選擇了12MHz晶振,它的時(shí)鐘周期是1/12us,它的一個(gè)機(jī)器周期是12(1/12)us,也就是1us。 MCS51單片機(jī)的所有指令中,有一些完成得比較快,只要一個(gè)機(jī)器周期就行了,有一些完成得比較饅,得要2個(gè)機(jī)器周期,還有兩條指令要4個(gè)機(jī)器周期才行。為了衡量指令執(zhí)行時(shí)間的長(zhǎng)短,又引入一個(gè)新的概念:指令周期。所謂指令周期就是指執(zhí)行一條指令的時(shí)間。 提供時(shí)序的頻率! 提供單片機(jī)工作的時(shí)序,其實(shí)就相當(dāng)于你電腦CPU主頻一個(gè)原理的。2） 采用按鍵復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位有上電復(fù)位和按鈕手動(dòng)復(fù)位兩種。如圖（a）所示為上電復(fù)位電路，圖（b）所示為上電按鍵復(fù)位電路。上電復(fù)位是利用電容充電來實(shí)現(xiàn)的，即上電瞬間RST端的電位與VCC相同，隨著充電電流的減少，RST的電位逐漸下降。圖(a)中的R是施密特觸發(fā)器輸入端的一個(gè)10K下拉電阻，時(shí)間常數(shù)為1010-610103=100ms。只要VCC的上升時(shí)間不超過1ms，振蕩器建立時(shí)間不超過10ms，這個(gè)時(shí)間常數(shù)足以保證完成復(fù)位操作。上電復(fù)位所需的最短時(shí)間是振蕩周期建立時(shí)間加上2個(gè)機(jī)器周期時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)RST的電平應(yīng)維持高于施密特觸發(fā)器的下閾值。上電按鍵復(fù)位（b）所示。當(dāng)按下復(fù)位按鍵時(shí)，RST端產(chǎn)生高電平，使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位后，其片內(nèi)各寄存器狀態(tài)改變，片內(nèi)RAM內(nèi)容不變。由于單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)功能部件均受特殊功能寄存器控制，程序運(yùn)行直接受程序計(jì)數(shù)器PC指揮。各寄存器復(fù)位時(shí)的狀態(tài)決定了單片機(jī)內(nèi)有關(guān)功能部件的初始狀態(tài)。另外，在復(fù)位有效期間（即高電平），80C51單片機(jī)的ALE引腳和引腳均為高電平，且內(nèi)部RAM不受復(fù)位的影響。圖要點(diǎn)一下查看大圖才清楚哦O(_)O向左轉(zhuǎn)|向右轉(zhuǎn)圖3-7 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路（三）電源模塊 電源采用雙路開關(guān)電源。明偉牌D-30W雙路開關(guān)電源。輸出（5V、12V）。實(shí)物圖如圖3-8所示。 圖3-8雙路開關(guān)電源該開關(guān)電源尺寸為129X98X38mm，交流輸入轉(zhuǎn)換由開關(guān)選擇，具有過流短路保護(hù)功能，能自冷散熱。低價(jià)位、高可靠。輸入電壓范圍-85132VAC/175264VAC，4763Hz開關(guān)選擇；沖擊電流-冷起動(dòng)電流15A/115V 30A/230V；直流電壓可調(diào)范圍-額定輸出電壓的10%；啟動(dòng)、上升、保持時(shí)間-200ms，100ms,30ms；耐壓性-輸入輸出間；輸入與外殼1.5KVAC，輸出與外殼，0.5KVAC，歷時(shí)一分鐘；工作溫度、濕度- -10+60，20%90%RH；安全標(biāo)準(zhǔn)-符合CE標(biāo)準(zhǔn)；EMC標(biāo)準(zhǔn)-符合CE標(biāo)準(zhǔn)；連接方法-7位9.5mm接線端子；質(zhì)量/包裝-0.41Kg,45PCS/19.5Kg/1.2CUFT表1型號(hào)輸出差值范圍效率D-30A5V,0.5V 4.04A2%50mV72%12V,0.1 1.0A3,-7%100mV（四）電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊3.4.1電機(jī) 電機(jī)采用直流減速電機(jī)，直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力?？蛇x用減速比為1：74 的直流電機(jī)，減速后電機(jī)的轉(zhuǎn)速為100r/min。若車輪直徑為6cm，則小車的最大速度可以達(dá)到V=2rv=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求。3.4.2驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)模塊采用專用芯片L298N 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，L298N 是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，其響應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)。以下為L(zhǎng)298N的引腳圖和輸入輸出關(guān)系表。圖3-9 L298N外部引腳 表2 L298N輸入輸出關(guān)系驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)如圖3-10 所示：圖3-10 L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路L298N 的5、7、10、12 四個(gè)引腳接到單片機(jī)上，通過對(duì)單片機(jī)的編程就可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)直流電機(jī)的PWM調(diào)速控制。（五）自動(dòng)循跡小車總體設(shè)計(jì)3.5.1總體電路圖圖3-11 總體電路圖3.5.2系統(tǒng)總體說明如圖3-11所示，當(dāng)光電傳感器開始接受信號(hào)，通過比較器將信號(hào)傳如單片機(jī)中。小車進(jìn)入尋跡模式，即開始不停地掃描與探測(cè)器連接的單片I/O 口，一旦檢測(cè)到某個(gè)I/O 口有信號(hào)變化，就執(zhí)行相應(yīng)的判斷程序，把相應(yīng)的信號(hào)發(fā)送給電動(dòng)機(jī)從而糾正小車的狀態(tài)。單片機(jī)采用T0定時(shí)計(jì)數(shù)器，通過來產(chǎn)生PWM波，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。四軟件設(shè)計(jì)4.1 PWM控制本系統(tǒng)采用PWM來調(diào)節(jié)直流電機(jī)的速度。PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率,從而改變負(fù)載兩端的電壓,進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許多方面,如電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中,按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源,并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小,從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此,PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。在脈沖作用下,當(dāng)電機(jī)通電時(shí),速度增加；電機(jī)斷電時(shí),速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律,改變通、斷電的時(shí)間,即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控制。本系統(tǒng)中通過控制51單片機(jī)的定時(shí)器T0的初值，從而可以實(shí)現(xiàn)P0.4和P0.5輸出口輸出不同占空比的脈沖波形。定時(shí)計(jì)數(shù)器若干時(shí)間（比如0.1ms）中斷一次, 就使P0.4或P0.5產(chǎn)生一個(gè)高電平或低電平。 將直流電機(jī)的速度分為100個(gè)等級(jí), 因此一個(gè)周期就有個(gè)100脈沖, 周期為100個(gè)脈沖的時(shí)間。速度等級(jí)對(duì)應(yīng)一個(gè)周期的高電平脈沖的個(gè)數(shù)。占空比為高電平脈沖個(gè)數(shù)占一個(gè)周期總脈沖個(gè)數(shù)的百分?jǐn)?shù)。一個(gè)周期加在電機(jī)兩端的電壓為脈沖高電壓乘以占空比。占空比越大, 加在電機(jī)兩端的電壓越大, 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越快。電機(jī)的平均速度等于在一定的占空比下電機(jī)的最大速度乘以占空比。當(dāng)我們改變占空比時(shí), 就可以得到不同的電機(jī)平均速度, 從而達(dá)到調(diào)速的目的。精確地講, 平均速度與占空比并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系, 在一般的應(yīng)用中, 可以將其近似地看成線性關(guān)系。4.2 總體軟件流程圖小車進(jìn)入尋跡模式后，即開始不停地掃描與探測(cè)器連接的單片I/O 口，一旦檢測(cè)到某個(gè)I/O 口有信號(hào)變化，就執(zhí)行相應(yīng)的判斷程序，把相應(yīng)的信號(hào)發(fā)送給電動(dòng)機(jī)從而糾正小車的狀態(tài)。軟件的主程序流程圖如圖4-1所示：系統(tǒng)初始化任務(wù)計(jì)數(shù)器歸零是否完成全部任務(wù)？循跡子函數(shù)是否完成本次任務(wù)？結(jié)束開始NYNY圖4-1主程序流程圖4.3小車循跡流程圖小車進(jìn)入循跡模式后，即開始不停地掃描與探測(cè)器連接的單片機(jī)I/O口，一旦檢測(cè)到某個(gè)I/O口有信號(hào)，即進(jìn)入判斷處理程序，先確定4個(gè)探測(cè)器中的哪一個(gè)探測(cè)到了黑線，如果左面第一級(jí)傳感器或者左面第二級(jí)傳感器探測(cè)到黑線，即小車左半部分壓到黑線，車身向右偏出，此時(shí)應(yīng)使小車向左轉(zhuǎn)；如果是右面第一級(jí)傳感器或右面第二級(jí)傳感器探測(cè)到了黑線，即車身右半部壓住黑線，小車向左偏出了軌跡，則應(yīng)使小車向右轉(zhuǎn)。在經(jīng)過了方向調(diào)整后，小車再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測(cè)黑線重復(fù)上述動(dòng)作。循跡流程圖如圖4-2所示啟動(dòng)循跡模式探測(cè)黑線是否檢測(cè)到黑線判斷處理程序向左轉(zhuǎn)Turn_left2向左轉(zhuǎn)Turn_left1向右轉(zhuǎn)Turn_right1向右轉(zhuǎn)Turn_Lright2繼續(xù)前進(jìn)NY圖4-2循跡流程圖由于第二級(jí)方向控制為第一級(jí)的后備，則兩個(gè)等級(jí)間的轉(zhuǎn)向力度必須相互配合。第二級(jí)通常是在超出第一級(jí)的控制范圍的情況下發(fā)生作用，它也是最后一層保護(hù)，所以它必須要保證小車回到正確軌跡上來，則通常使第二級(jí)轉(zhuǎn)向力度大于第一級(jí)，即Turn_left2 > Turn_left1,Turn_right2 > Turn_right1 (其中Turn_left2，Turn_left1, Turn_right2 , Turn_right1為小車轉(zhuǎn)向力度，其大小通過改變單片機(jī)輸出的占空比的大小來改變)，具體數(shù)值在實(shí)地實(shí)驗(yàn)中得到。4.4中斷程序流程圖這里利用的是51單片機(jī)的T0定時(shí)計(jì)數(shù)器，從而讓單片機(jī)P0口的P0.4和P0.5引腳輸出占空比不同的方波, 然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片放大后控制直流電機(jī)。定時(shí)計(jì)數(shù)器若干時(shí)間（比如0.1ms）比如中斷一次, 就使P0.4或P0.5產(chǎn)生一個(gè)高電平或低電平。中斷程序流程圖如圖4-3所示定時(shí)器賦初值技術(shù)變量賦值t=0計(jì)數(shù)值t<占空比？P0.4和P0.5輸出高電平P0.4和P0.5輸出低電平計(jì)數(shù)變量t加1開始結(jié)束YN圖4-3中斷程序流程圖4.5單片機(jī)測(cè)序#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char zkb1=0 ; /*左邊電機(jī)的占空比*/unsigned char zkb2=0 ; /*右邊電機(jī)的占空比*/unsigned char t=0; /*定時(shí)器中斷計(jì)數(shù)器*/sbit RSEN1=P10;sbit RSEN2=P11;sbit LSEN1=P12;sbit LSEN2=P13;sbit IN1=P00;sbit IN2=P01;sbit IN3=P02;sbit IN4=P03;sbit ENA=P04;sbit ENB=P05;/*延時(shí)函數(shù)*/void delay(int z) while (z-); /*初始化定時(shí)器，中斷*/void init() TMOD=0x01; TH0=(65536-100)/256; TL0=(65536-100)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; /*中斷函數(shù)+脈寬調(diào)制*/void timer0() interrupt 1 if(t<zkb1) ENA=1; else ENA=0; if(t<zkb2) ENB=1; else ENB=0; t+; if(t>=100) t=0;/*直行*/void qianjin() zkb1=30; zkb2=30;/*左轉(zhuǎn)函數(shù)1*/void turn_left1() zkb1=0; zkb2=50;/*左轉(zhuǎn)函數(shù)2*/void turn_left2() zkb1=0; zkb2=60;/*右轉(zhuǎn)函數(shù)1*/void turn_right1() zkb1=50; zkb2=0;/*右轉(zhuǎn)函數(shù)2*/void turn_right2() zkb1=60; zkb2=0;/*循跡函數(shù)*/void xunji() uchar flag; if(RSEN1=1)&&(RSEN2=1)&&(LSEN1=1)&&(LSEN2=1) flag=0; /*直行*/ else if(RSEN1=0)&&(RSEN2=1)&&(LSEN1=1)&&(LSEN2=1) flag=1; /*左偏1,右轉(zhuǎn)1*/ else if(RSEN1=0)&&(RSEN2=0)&&(LSEN1=1)&&(LSEN2=1) flag=2; /*左偏2,右轉(zhuǎn)2*/ else if(RSEN1=1)&&(RSEN2=1)&&(LSEN1=0)&&(LSEN2=1) flag=3; /*右偏1，左轉(zhuǎn)1*/ else if(RSEN1=1)&&(RSEN2=1)&&(LSEN1=0)&&(LSEN2=0) flag=4; /*右偏2，左轉(zhuǎn)2*/ switch (flag) case 0:qianjin(); break; case 1:turn_right1(); break; case 2:turn_right2(); break; case 3:turn_left1(); break; case 4:turn_left2(); break; default: break; /*主程序*/void main() init(); zkb1=30; zkb2=30; while(1) IN1=1; /*給電機(jī)加電啟動(dòng)*/ IN2=0; IN3=1; IN4=0; ENA=1; ENB=1;while(1) xunji(); /*尋跡*/ 5.致謝本論文是在張華老師的指導(dǎo)下完成的。在智能小車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試及論文的寫作過程中，他給予了無數(shù)的指導(dǎo)和大力的支持。他不僅教了我知識(shí)還教了我治學(xué)的態(tài)度，那就是嚴(yán)謹(jǐn)，把知識(shí)變?yōu)榧河?，棄其糟粕留其精華，用自己的方式去解決問題，而不是人云亦云。由于對(duì)硬件這方面比較感興趣，尤其對(duì)單片機(jī)這塊。張老師可謂我的啟蒙老師，他那套獨(dú)特的編程分析理念對(duì)我的影響頗為深刻，那就是軟件與硬件分離、功能獨(dú)立、功能分層、分時(shí)處理與實(shí)時(shí)處理、充分利用C語言的宏定義。這改變了我以前編程時(shí)想到哪編到哪沒有一點(diǎn)思緒的編程方式，編程前理出框架這一理念對(duì)我經(jīng)后的學(xué)習(xí)必有很大幫助。由于剛接觸單片機(jī)，問題特別多，從硬件的認(rèn)識(shí)到軟件的理解，都碰到了不少的問題。每次張老師和院凱學(xué)長(zhǎng)總是悉心的指導(dǎo)并提出了很多寶貴的意見和建議，張老師還通過授課的方式教會(huì)了我們很多知識(shí)，在他循循善誘的悉心教誨、無微不至的關(guān)懷和指導(dǎo)下，我對(duì)基于單片機(jī)智能循跡小車的設(shè)置理念和運(yùn)作過程都了解得非常清楚。對(duì)我論文的完成也提供了不小的幫助。在此再次向張老師和院凱學(xué)長(zhǎng)表示忠心的感謝。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)了對(duì)本專業(yè)所學(xué)的一些理論知識(shí)的應(yīng)用，學(xué)會(huì)了在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的方法，加深了對(duì)專業(yè)知識(shí)的撐握和理解，所取得的這些進(jìn)步都與老師們的仔細(xì)、耐心指導(dǎo)分不開。他們的嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)心、勤奮的工作態(tài)度也給我留下了深刻印象，對(duì)我以后的學(xué)習(xí)工作有很好的指導(dǎo)作用。在此，對(duì)老師表示衷心的感謝。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試階段，得到了陳文湘同學(xué)、蔡汝斌同學(xué)等一些同學(xué)的幫助，在這里也表示感謝。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中和同學(xué)們的討論也使我受益匪淺。也感謝學(xué)院及工程技術(shù)中心的老師和領(lǐng)導(dǎo)為我提供的良好的畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)境使我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在畢業(yè)之際也感謝輔導(dǎo)員朱愛榮老師四年來在生活中給予的關(guān)心和幫助。 最后，感謝所有幫助過我的老師和同學(xué)們，感謝給我論文進(jìn)行評(píng)閱和指導(dǎo)老師們。6參考資料1 宋健,姜軍生,趙文亮. 基于單片機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)PWM 調(diào)速系統(tǒng)J . 農(nóng)機(jī)化研究,2006 , (1) :102 - 103.2 邊春元 李文濤 江杰 杜平等；C51單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)與應(yīng)用；機(jī)械工業(yè)出版社；2008.43 李華. MCS- 51 系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)M.北京:航空航天大學(xué)出版社, 20034 樓然苗.51 單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例M.北京:航空航天大學(xué)出版社,2005.85 王晶,翁顯耀,梁業(yè)宗 自動(dòng)尋跡小車的傳感器模塊設(shè)計(jì).武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院湖北武漢6 劉迎春. 傳感器原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用M . 長(zhǎng)沙:國(guó)防科技大學(xué)出版社,1992.煙臺(tái)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)（設(shè)計(jì)）成績(jī)?cè)u(píng)定評(píng)分表評(píng)價(jià)基元評(píng)價(jià)內(nèi)涵滿分實(shí)評(píng)分平時(shí)成績(jī)30能按時(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)各階段所要求的工作 10能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析與解決問題的能力、獨(dú)立工作能力和實(shí)際動(dòng)手能力14工作態(tài)度認(rèn)真、端正、虛心、嚴(yán)謹(jǐn)，嚴(yán)格遵守紀(jì)律6小計(jì)30評(píng)閱成績(jī)30%能按任務(wù)書要求出成果 3論文結(jié)構(gòu)完整、合理，條理清晰，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的論述正確 5能運(yùn)用本學(xué)科常規(guī)研究方法及相關(guān)研究手段（如計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐并加工處理、整合信息，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠,實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確5設(shè)計(jì)用語、格式、圖紙（圖表）、數(shù)據(jù)、量和單位符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，各種資料引用規(guī)范4視角新穎，主題突出，論據(jù)充分，論證有力，分析透徹，計(jì)算和結(jié)論正確5論文中所表述的基本概念清楚，基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的掌握牢固扎實(shí)6文字表達(dá)通順無誤，字?jǐn)?shù)符合要求2小計(jì)30答辯成績(jī)40答辯時(shí)基本概念清楚, 基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的掌握牢固扎實(shí) 10答辯過程中的自述簡(jiǎn)明無誤，語言流暢10能正確回答問題,特別是本課題范圍內(nèi)的基本理論和基本技能問題20課題范圍以外的提問僅作參考,不計(jì)分小計(jì)40總成績(jī)合計(jì)100說明：評(píng)定成績(jī)分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個(gè)等級(jí)，實(shí)評(píng)總分90分（含90分）以上記為優(yōu)秀,80分（含80分）以上為良好，70分（含70分）以上記為中等，60分（含60分）以上記為及格，60分以下記為不及格。煙臺(tái)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定評(píng)審等級(jí)表指導(dǎo)教師評(píng)審意見評(píng)語：評(píng)定等級(jí)： 指導(dǎo)教師（簽名）：答辯小組意見評(píng)語：評(píng)定等級(jí)： 負(fù)責(zé)人（簽名）：學(xué)院抽查意見評(píng)語：評(píng)定等級(jí)： 負(fù)責(zé)人（簽名）：煙臺(tái)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）情況匯總表系別： 班級(jí)：填表時(shí)間：年月日序號(hào)學(xué) 生題 目 名 稱類別（設(shè)計(jì)/論文）指導(dǎo)教師總成績(jī)學(xué)號(hào)姓名姓名職稱總?cè)藬?shù)： 優(yōu)秀人數(shù)： 良好人數(shù)： 中等人數(shù)： 及格人數(shù)： 不及格人數(shù)：31