基于at89s52單片機的循跡避障小車的設計畢業論文-全文預覽

　　

【正文】 松入門 [M].北京航空航天大學出版社 ,. [14] 李剛 .王艷林 ,孫江宏 .Protel DXP電路設計 [M].清華大學出版社 ,. [15] 魏永廣 .現代傳感技術 [J].東北大學出版社 ,. [16] 李廣弟 ,朱月秀 .冷祖祁 .單片機基礎 [M].北京航空航天大學出版社 ,. [17] 高鵬 .安濤 .protel 99入門與提高 [M]人民郵電出版社 , [18] 樓然苗 .李光飛 .單片機課程設計與指導 [M].北京 :北京航空航天大學出版社 , 參考文獻 26 附 錄 include define char unsigned char define hint unsigned ftp suit P1_0=P1^0。具有自動尋跡和尋光功能。并避開障礙物。本設計采用的算法只適用于一般情況，特殊一些的情況就可能出現避障失敗 。 根據測試結果，可以看出小車循跡避障功能基本實現。兩次都是在鋪有黑色硬紙條的軌道上進行。 在電源開啟后，小車循跡過程中會出現原地打轉的情況。由于小車相當耗電，９Ｖ的干電池用不了多久，就會出現開關器件很難穩定地給單片機送正確值的情況。 TS—— 采樣周期5 調試 21 5 調試 調試方法 由于本次實驗需要捍接的電路模塊較多，特別是直流電機驅動模塊，對于電源電流的需要極大， 我們先以直插式１２Ｖ電源開始調試，小車運轉正常。 PID控制器各控制環節的作用是這樣的，比例控制 (P控制 )即時成比例地反應控制系統的偏差信號 e(t)，積分控制 (I控制 )主要用于消除靜差，微分控制 (D控制 )反應偏差信號的變化趨勢 (變化速率 )。與開環控制相比，速度控制閉環系統的機械特性有以下優越性：閉環系統的機械特性與開環系統機械特性相比，其性能大大 提高；理想空載轉速相同時，閉環系統的靜差率（額定負載時電機轉速降落與理想空載轉速之比）要小得多；當要求的靜差率相同時，閉環調速系統的調速范圍可以大大提高。考慮到小車的速度和能檢測到障礙物的距離，為避免小車轉彎時撞上障礙物，設計小車檢測到障礙物后先后退，然后左轉，再次檢測障礙物，繼續調整，直至繞過障礙物。 還有最后一種狀態就是四個傳感器都檢測不到黑線，此時說明小車已行駛到中點，或者可能完全脫離了軌到，說明此次循跡失敗，停車。 當小車從中間逐漸往左偏離軌道黑線時，即黑線在小車右邊，對應的狀態有 1000、1100、 11 1101。 15腳背光正極， 16腳背光負極 4 軟件設計 18 4 軟件設計 系統控制流程 圖 41 控制系統的流程圖 算法設計 循跡算法設計 循跡控制算法的流程如 42所示。 小車一周內可計數 12次，小車的行駛一周的行程范圍約為 ,因此可計算出行程的測量精度可以達到 1cm，可以達到小車的精度要求。車輪每轉動一圈，可以檢測到十二個信號。而我們使用的是經改進的光電碼盤，如圖 314碼盤中的透射式光電開關的發射管和接收管經過了對準，當光槽中無障礙時光路是通的，當有障礙物時光路斷開。這里采用增量式。考慮到提高小車的光源搜索效率，將光敏陣列安裝在小車的頂部，靠車頭的位置。按照一定的方式排列。 3 硬件設計 15 光源檢測電路 光敏電路如圖 311 所示。另有一種密封式超聲波傳感器（ MA40EI 型）。有的超聲波傳感器既作發送，也能作接收。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲測量儀器及裝置，并在通迅，醫療家電等各方面得到廣泛應用。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。 圖 39 超聲波發射電路 圖 310 超聲波接收電路 設計中還加了一個聲光報警功能，當小車檢測到障礙物時，小車的報警系統中的蜂鳴器鳴叫，同時指示 LED 發光。超聲波檢測的原理是：超聲波發生器 T 發出超聲波信號，當這個信號遇到障礙物時反射回來，被接收器 R 收到。具體位置分布如圖 38 所示。 圖 37 ST168 檢測電路 正確選擇檢測方法和傳感器是決定循跡效果的重要因素，而正確的器件安裝方法也是影響循跡電路好壞的一個重要因素。簡便易用，性能可靠。在小車行駛過程中不斷地向地面發射紅外光，當紅外線遇到白色地面時發生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑紙則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到信號。 循跡檢測電路 該智能小車在鋪有約兩厘米寬黑紙的路面行駛，路面可以近似看為白色。 前進時，驅動兩個直流電機都正轉 ,后退時，則兩電機都反轉。這個電壓可以由脈沖的寬度調節。 PWM 的理論基礎是：沖量相等而形狀不同的的窄脈沖加在具有慣性的環節上，其效果基本相同。 3 硬件設計 11 圖 34 電機驅動電路 L298 集成 H 橋芯片。 另外， L298 的驅動功率較大，在 6~46V的電壓下，可以提供 2A 的額定電流，并且具有過熱自動關斷和電流反饋檢測功能，安全可靠；為了保證 L298 正常工作，我們另外安裝了續流二極管。直流電機常用的 PWM，及脈寬調制方式驅動。 3 硬件設計 10 表 31 P1口引腳第二功能 引腳號 第二功能 T2 定時器 /計數器 T2的外部計數輸入，時鐘輸出 T2EX 定時器 /計數器 T2的捕捉 /重載觸發信號和方向控制 MOSI 在系統編程用 MISO 在系統編程用 SCK 在系統編程用 表 32 P3口引腳第二功能 引腳號 第二功能 RXD 串行輸入 TXD 串行輸出 INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 0) T0（定時器 0 外部輸入） T1（定時器 1 外部輸入） WR(外部數據存儲器寫選通 ) RD(外部數據存儲器寫選通 ) 另外還有第九引腳 RST 為復位引腳。 4 個 P 口 在一般情況下都是 是一個 8 位雙向 I/O 口。掉電保護方式下， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU和在系統 可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統提 供高靈活、超有效的解決方案。其他 P 口用外接控制小車的各種控制開關， P0口外接 10K 的上拉電阻，可用于外接 LCD1602。單片機控制模塊使用的是 ATMEL 公司生產的 AT89S52，使用該芯片很容易實現對其他模塊的控制。 考慮到電機控制要使用 PWM 波形，而 AT89S52 單片機本身不能產生 PWM，需要外加電路或使用軟件的方式實現，為減少硬件電路，這里選用軟件產生 PWM 方式。 避障的原理和循跡一樣，在車頭裝了一個傳感器，傳感器檢測到障礙物時，小車減速，車體做出相應的反應。故不予考慮。我們可以通過軟件編程產生 PWM，既能充分利用可用資源，又不浪費。控制的方法有很多，大部分都采用單片機控制。 2 系統總體方案設計與論證 6 表 24 電機控制方式對比 直流電機 步進電機 調速性能 較好 較差 位置控制精度 較差 好 驅動 簡單 復雜 穩定性 較好 好，僅與控制脈沖有關 由上表可以看出步進電機和直流電機都有各自的優點。與直流電機不同，要使步進電機連續的轉動，需要連續不斷的輸入點脈沖信號，轉速的大小由外加的脈沖頻率決定。此方法性能較好，電路和 控制都比較簡單。直流電機具有良好的調速性能，控制起來也比較簡單。 表 23 速度檢測系統方案對比 霍爾傳感器 關電碼盤 抗干擾性 較強 強 實時性 較好 好 易用性 需和磁鋼配對使用，較麻煩 較簡單 由上表可以看出光電碼盤在各方面都具有一定的優勢，因此本設計采用關電碼盤測速。我們可以再外接一個 LED 作為檢測指示燈，則可以明顯觀察到這個變化。 光敏電阻器（ photovaristor）又叫光感電阻，是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。常用的有紅外檢測和超聲波檢測，兩種方案的區別見表 22。又考慮到在測障過程中小車車速及避障反應堆小車速度的限制，小車應在距障礙物 10CM 的范圍內做出反應，這樣才能在順利繞過障礙物的同時還為下一步駛入車庫尋找到最佳的位置和方向。具體區別見表 21。 循跡檢測系統 循跡檢測常用到傳感器。 圖 21 系統總體設計框圖 方案選擇論證 檢測系統主要運用傳感器作為外部敏感元件，進行外部信號的檢測。實驗測試結果滿足要求。整個系統具有自動尋跡、尋光和速度測試功能。與此同時，智能小車可以應用于考古、機器人、醫療器械等許多方面，尤其在足球機器人研究方面具有很好的發展前景。 智能小車正是模仿機器人的一種嘗試。因此，可遙控的智能化小車的研究是非常有意義的，具有很大潛在市場價值的。 PWM 調速原理 ................................... 錯誤 !未定義書簽。 光源檢測系統 .................................. 錯誤 !未定義書簽。 PWM speed adjusting。 關鍵詞 :單片機 ； 傳感器 ； PWM 調速 ； 循跡避障； PID 控制算法咸寧學院學士學位論文 II Abstract This paper introduced an kind of intelligent car that use AT89S52 SCM as control core , bine with multiple sensors and PID control algorithm to achieve the function that find track and avoid obstacles. the electrical car uses reflective photoelectric sensor to detect black line to achieve trackfinding, uses ultrasonic sensors to detect obstacles on the road to avoid obstacles entire system has the function that trace route automatically,find light and test speed .Among them, AT89S52 which has 8bit singlechip is used as the control of useing easily and having multifunction ,it suffers large users. The motor driver uses the mon wayPWM for the motor controlling speed. the speed of car is displayed by the LCD screen .The circuit structure of the whole system is relatively simple, high reliability, and it can meet the requirements of the various the continuous improvement of high technology and the stead process in industrial automation in our country,the Intelligencecar which gradually access to people39。其中，控制部分采 用 AT89S52， AT89S52 是一款 8 位單片機，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者 的好評。 利用反射式光電傳感器檢測黑線實現小車循跡 ，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小 汽車的自動避障，整個系統具有自動尋跡、尋光和速度測試功能。隨著我 國高科技水平的不斷提高和工業自動化進程的不斷推進，智能小車被廣泛應用于各種 玩具和其他產品的設計中，極大地豐富了人們的生活 。 Sensor。 障礙物檢測系統 ................................. 錯誤 !未定義書簽。 3 硬件設計 .............................................................................................................................. 7 總體設計方案 ........................................................ 7 單片機控制電路 ...................................................... 8 電機驅動電路 .....................................................