智能小車畢業(yè)設(shè)計(jì)論文終極版(存儲(chǔ)版)

　　

【正文】 業(yè)出版社，2022 年 6 月。進(jìn)一步熟悉和掌握 MCS51 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其外圍電路的設(shè)計(jì)，掌握匯編語言的編程方法，為即將進(jìn)入社會(huì)參加工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。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。通過自己的創(chuàng)新改造，也可以設(shè)計(jì)出讓小車在一個(gè)蹺蹺板上行駛，在走到中心位置的時(shí)候，通過角度傳感器傳回的信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)的速度，使其減速慢行，不斷的在中心處前進(jìn)和后退，以達(dá)到蹺蹺板的平衡，并且能保持一段時(shí)間。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個(gè)基本類型。引腳 9：V SS，邏輯電源。引腳排列如下圖所示：圖 39 L298 結(jié)構(gòu)及外部引腳圖L298 引腳功能如下：引腳 1：SENSING A，連接電流檢測(cè)電阻，信號(hào)反饋給電極控制芯片，實(shí)習(xí)恒流控制。圖 38 80c51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 L298N[16]L298 啊一種專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成芯片，內(nèi)部為雙 H 橋結(jié)構(gòu)，L298 的 H 橋驅(qū)動(dòng)器功率集成電路包含有四個(gè)各自獨(dú)立的推挽式驅(qū)動(dòng)器（即四個(gè)半橋） ，可單獨(dú)使用，例如用來驅(qū)動(dòng)單極性的步進(jìn)電機(jī)繞組或控制四臺(tái)不可逆直流電機(jī)?？捎脕磉M(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行 I/O 口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU 加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。例如用硫化鉛敏電阻可做成紅外夜視儀、紅外線照相儀及紅外線導(dǎo)航系統(tǒng)等；（2）把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成繼續(xù)變化的光電流。光電傳感器通常采取的方法是紅外探測(cè)法。當(dāng)前，世界上光電傳感領(lǐng)域的發(fā)展可分為兩大方向：原理性研究與應(yīng)用開發(fā)。這種編碼方式獲得的鍵值分散性大。列線電平為高，行線電平則為高；列線電平為低，行線電平則為低。當(dāng)鍵盤松開后，復(fù)位彈簧將動(dòng)片彈開，使動(dòng)片觸點(diǎn)與靜片接觸點(diǎn)脫離接觸，鍵盤兩個(gè)引腳斷開 [13]。按鍵手動(dòng)復(fù)位電路見圖 34。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。本設(shè)計(jì)采用最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。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。（4）用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。方案 2：采用直流減速電機(jī)。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。本設(shè)計(jì)就采用了比較先進(jìn)的 80C51 為控制核心，80C51 采用 CHOMS 工藝，功耗很低 [5]。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。在安裝時(shí)要保證兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)同軸。 車體設(shè)計(jì)方案 1：購(gòu)買玩具電動(dòng)車。首先考慮所用的電機(jī)型號(hào)，是用直流電機(jī)還是步進(jìn)電機(jī)，由于直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便，故選擇用直流電機(jī)。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?？梢娖溲芯恳饬x很大。系統(tǒng)由 80c51 通過 IO口控制小車的前進(jìn)后退以及轉(zhuǎn)向。以 80C51 為控制核心，控制小車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋跡。 本設(shè)計(jì)就采用了比較先進(jìn)的 80C51 為控制核心，80C51 采用 CHOMS 工藝，功耗很低。當(dāng)檢測(cè)到有兩個(gè)電機(jī)偏出時(shí)，小車處于較大的偏離狀態(tài)，這時(shí)把一個(gè)電機(jī)的速度調(diào)至極低，另一電機(jī)全速運(yùn)行，從而在較短時(shí)間內(nèi)完成路線的調(diào)整。其次，玩具電動(dòng)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。為了防止小車重心的偏移，后萬向輪起支撐作用。處理速度高，尤其適用于語音處理和識(shí)別等領(lǐng)域 [2]。但由于干電池電量有限，使用大量的干電池會(huì)給系統(tǒng)調(diào)試帶來很大的不便。 穩(wěn)壓模塊方案 1： 采用兩片 7812 將電壓穩(wěn)壓至 12V 后給直流電機(jī)供電，然后采用一片 7809 將電壓穩(wěn)定至 9V，最后經(jīng) 7805 將電壓穩(wěn)至 5V，給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電，但由于 7809和 7805 壓降過大，使得 7809 和 7805 消耗的功率過大，會(huì)導(dǎo)致 7809 和 7805 發(fā)熱量過大 [4]。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。由于本實(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的準(zhǔn)確定位和精確測(cè)量，我們綜合考慮了一下兩種方案。我們所選用的直流電機(jī)減速比為 1：74，減速后電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 100r/min。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良 [9]。 單元電路設(shè)計(jì) 光電傳感器電路我們?cè)O(shè)計(jì)并論證了兩種光電對(duì)管檢測(cè)及調(diào)理電路，電路原理圖分別如圖 31 和圖 32 所示：470R110KR21KR420R3V1VT1VCCV2123JP1VCC圖 31 光電傳感器電路圖 所示電路中，R1 起限流電阻的作用，當(dāng)有光反射回來時(shí)，光電對(duì)管中的二極管V2 導(dǎo)通，R2 的上端變?yōu)楦唠娖剑藭r(shí) VT1 飽和導(dǎo)通，二極管集電極輸出低電平。V1 V2150R1 10KR3VCC23418U1ALM393N 123JP1VCCV3圖 32 光電傳感器電路在圖 32 中，可調(diào)電阻 R3 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。(3) 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。所以本設(shè)計(jì)中，振蕩晶體選擇 6MHZ,電容選擇 65pF[9]。時(shí)鐘頻率用 6MHZ 時(shí) C 取 22uF,R取 1KΩ。 鍵盤電路 鍵盤中需要 0~9 幾個(gè)數(shù)字鍵，在加上一個(gè)開始按鈕和一個(gè)停止按鈕，所以本設(shè)計(jì)采用3*4 矩陣鍵盤電路來完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。現(xiàn)將列掃描工作原理進(jìn)行闡述：80C51 的 P1 口作為鍵盤接口電路，其中 ~ 作為行線，~ 作為列線。S10S21S32S43S87S76S65S54S98S109S11UpS12.VCCP1.3P1.4P1.5P1.6圖 36 鍵盤電路 電源電路電源管理單元是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成單元。常見的光電傳感器有光電管、光敏電阻、光敏晶體管、光電禍合器、顏色傳感器、紅外光傳感器、紫外線傳感器、光纖傳感器和CCD圖像傳感器。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過 3cm。例如電子計(jì)算機(jī)的光電輸入器，開關(guān)式溫度調(diào)節(jié)裝置及轉(zhuǎn)速測(cè)量數(shù)字式光電測(cè)速儀等。2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)為 128 個(gè)字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)，用來存儲(chǔ)程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。實(shí)際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的 RAM 區(qū)。芯片內(nèi)有邏輯部分電源。引腳 3：OUTPUT2,全橋驅(qū)動(dòng)器 A 的輸出端。引腳 13：OUTPUT1,全橋驅(qū)動(dòng)器 B 的輸出端。為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常把整個(gè)過程分成若干個(gè)部分，每一部分叫做一個(gè)模塊。自動(dòng)尋跡小車系統(tǒng)以迅猛發(fā)展的汽車電子為背景，涵蓋了控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科。用一個(gè)字節(jié)來代表車底的 2 個(gè)光電傳感器，用每一個(gè)位來代表當(dāng)前傳感器的檢測(cè)狀態(tài)，以此把小車直線行進(jìn)時(shí)分成三種狀態(tài)，當(dāng)前面?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)到白線時(shí)，小車在跑道的正上方，這時(shí)控制兩電機(jī)同速度全速運(yùn)行；當(dāng)檢測(cè)到有一個(gè)傳感器偏出白線時(shí)，小車處于微偏狀態(tài)，這時(shí)將一個(gè)電機(jī)速度調(diào)慢，另一電機(jī)速度調(diào)快，完成調(diào)整；當(dāng)檢測(cè)到有兩個(gè)電機(jī)偏出時(shí)，小車處于較大的偏離狀態(tài)，這時(shí)把一個(gè)電機(jī)的速度調(diào)至極低，另一電機(jī)全速運(yùn)行，從而在較短時(shí)間內(nèi)完成路線的調(diào)整。智能車輛是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動(dòng)行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)——它集中地運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、傳感、信息、通訊、導(dǎo)航、人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù)——是典型的高新技術(shù)綜合體。[7] 黃智偉主編. 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2022 年 2月。謝 辭畢業(yè)設(shè)計(jì)是大四的最后一門課程，主要來促使學(xué)生進(jìn)一步理解和掌握電子信息工程專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)理論以及相關(guān)學(xué)科知識(shí)，使學(xué)生復(fù)習(xí)、鞏固所學(xué)過的理論與專業(yè)知識(shí)，并予以適當(dāng)?shù)纳罨皇煜ず驼莆毡緦I(yè)工程設(shè)計(jì)的程序、方法與技術(shù)規(guī)范；指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握實(shí)驗(yàn)測(cè)試、數(shù)據(jù)分析處理等科學(xué)研究與應(yīng)用的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題、進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力；培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索、開發(fā)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新和獨(dú)立工作的能力，以及嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科學(xué)作風(fēng)和奉獻(xiàn)精神。 在此，謹(jǐn)向倪老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！謝謝倪老師在我撰寫論文的過程中給與我的極大地幫助。而且要學(xué)會(huì)與人合作，這樣做起事情來就可以事半功倍。 通過此次的論文，我學(xué)到了很多知識(shí)，跨越了傳統(tǒng)方式下的教與學(xué)的體制束縛，在論文的寫作過程中，通過查資料和搜集有關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動(dòng)手能力。 論文得以完成，要感謝的人實(shí)在太多了，首先要感謝倪虹霞老師，因?yàn)檎撐氖窃谀呃蠋煹南ば闹笇?dǎo)下完成的。[11]谷樹忠， 2022 實(shí)用教程——原理圖與 PCB 設(shè)計(jì)[M].北京電子工業(yè)出版社，2022 年 2 月。[3] [M].北京：電子工業(yè)出版社，2022 年 6 月?？傊?，通過本次設(shè)計(jì)，我主要得到了以下幾方面的收獲：通過此次課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步學(xué)習(xí)和鞏固單片機(jī)及其相關(guān)的知識(shí)，并能在設(shè)計(jì)過程中綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)內(nèi)容。本設(shè)計(jì)所采用的紅外探測(cè)法，即利用紅外