基于at89s52單片機的循跡避障小車的設計畢業論文-wenkub.com

　 　

【正文】 參考文獻 41 圖 35 lm7805 樣品 用 lm78/lm79 系列三端穩壓 IC來組成穩壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。電源系統的電路圖如圖 34所示。作為智能車參考文獻 40 源，電源模塊為系統的控制器，執行機構，傳感器等各個模塊提供可靠的工作電壓。 表 33 單片機資源分配表 系統資源類型 用途 備注 看門狗 防止系統跑飛 定時器 0 定時喂狗 P1 端口 路面檢測 輸入 P3 端口 電機控制 輸出 單片機功能模塊介紹 單片機本電路的控制核心，它接收傳感器測得的信號，并控制電機的轉動與停止。 電機驅動和控制電路：通過 51 單片機，控制端口對直流電機的轉速和轉向來對電機進行控制。考慮到小車是個不斷運動的實驗設備，采用干電池供電。當有紅外遙控信號時，根據信號進入相應的行駛狀態，在運動過程中由紅外光電傳感器檢測，通過單片機控制小車進行循跡，系統的自動循跡功能通過紅外線傳感器正前方檢測，由單片機控制實現 在小車行駛過程中，通過 接收 的信號脈沖控制直流電機，以提高系統的靜動態性能。 綜上所述，我們采用方案二。將阻值的變化值經過比較器就可以輸出高低電平。 參考文獻 36 圖 23 電機驅動原理簡圖 綜合 3種方案的優缺點，鑒于本系統設計體積較小，自身重量較輕，對電機功率輸出要求不高，決定選擇方案 3。但是 LM298 芯片的硬件電路比較復雜。也用于變速范圍很寬的驅動裝置 。 運動單元方案論證 參考文獻 35 方案一： 采用直流電機，配合 LM293 驅動芯片組合。 考慮到性價比問題，本設計選擇 用 AT89S52 單片機做控制器。 系統方案論證 控制器方案論證 按照 題目要求，控制器主要用于控制電機， 通過相關傳感器 對 路面的軌跡信息 進行處理， 并將處理信號傳輸給控制器，然后控制器做出相應的處理，實現電機的前進和后退，保證在允許范圍類實現蹺蹺板的平衡 。 第四章首先介紹了該系統程序調試過程中所用到的程序調試軟件及其調試環境。在此過程中，加深對控制理論的理解和認識。 AT89S51 可以說是單片機領域的主流產品 ，其應用如此廣泛，所以有必要去學習和應用該單片機，以滿足實際產品開發的需要， 也是適應社會智能化、自動化的趨勢。2020 年 1 月，美國的 “ 勇氣號 ” 和 “ 機遇號 ” 火星探測車再度登陸火星。美國和前蘇聯是從20世紀 60 年代末期開始進行月球表面探測任務的。所以本設計與實際相結合，現實意義很強。本設計就是在這樣的背景下提出的，本題目是結合科研項目而確定的設計類課題。在此過程中，加深對控制理論的理解和認識。可以實現小車自動識別路線，選擇正確的行進路線，并檢測到障礙物自動躲避。 無線傳輸 的發展使得測量變得相對簡單而且使得處理數據的速 度變得很快甚至可以達到實時處理”。 (4)智能家居 在家庭中，可以用智能小車進行家具、遠程控制家中的家用電器，控制室溫等等。民用方面，可以探測化學泄漏物質，可以進行地鐵滅火，以及在強烈地震發生后到廢墟中尋找被埋人員等。 這種智能小車的主要應用領域包括以下幾個方面 : (1)軍事偵察與環境探測 現代戰爭對軍事偵察提出了更高的要求，世界各國普遍重視對軍事偵察的建設，采取各種有效措施預防敵方的突然襲擊，并廣泛應用先進科學技術，不斷研制多用途的偵察器材和探測設備，在車上裝備攝像機、安全激光測距儀、夜視裝置和衛星全球定位儀等設備 ，通過光纜操縱，完成偵察和監視敵情、情報收集、目標搜索和自主巡邏等任務，進一步擴大偵察的范圍，提高偵察的時效性和準確性。 (2)輔助駕駛系統，利用智能感知系統的信息進行決策規劃，給駕駛員提出駕駛建議或部分地代替駕駛員進行車輛控制操作。上一層技術是下一層技術 的基礎。智能車輛在原有車輛系統的基礎上增加了一些智能化技術設備 : (1)計算機處理系統，主要完成對來自攝像機所獲取的圖像的預處理、增強、分析、識別等工作 。 智能小車，是一個集環境感知、規劃決策，自動行駛等功能于一體的綜合系統，它集中地運用了計算機、傳感、信息、通信、導航及白動控制等技術，是典型的高新技術綜合體。世界上許多國家都在積極進行智能車輛的研究和開發設計。 pulse()。 pulse()。 pulse()。 P1_5=0。 for(b=6。 case 0x8: case 0xc: case 0xe: case 0xd: {right()。} break。 P1_5=1。 TL0=16000%256。P1_4=0。P1_4=0。P1_4=1。P1_4=0。 TR0=0。 } void int0_init() { TMOD=0x01。 } void pulse() //脈沖驅動 { P1_0=1。 IT0=0。 } void port_init() //I/O口初始化 { P1=0x00。time)。 suit P1_5=P1^5。 suit P1_1=P1^1。 整個系統的電路結構較簡單，可靠性能高。液晶顯示速度正常。這也是本次設計的一個缺陷。結果表明，小車能很好的完成循跡，即使循跡軌道發生改變也不影響。不同的是第一次軌道上沒有設置障礙物，第二次放置了幾個紙箱作為障礙物。經分析是由于軟件跑飛。只有當更換新電池或小車剛剛啟動時才會很準確，經過思考，這都是開關元件消耗電量很大的原因，一旦電池電量不足其工作將會萎靡不振，于是我們可充電的蓄電池給小車供電，選擇合適的蓄電池可以很好的滿足小車耗電量大的情況。但直插式電源對于運動的小車是個很大的束縛，極為不方便。比例控制是對現在誤差的一種校正，積分 控制是對過去誤差的校正，而微分控制是對將來可能的誤差的校正。無刷直流電機的速度控制方案如圖 43所示。 這個避障的程序不能保證對所有的障礙物布局情況都能順利的避障，但對大多數的情況確實能有效地 進行避障。 在實際行駛過程中，由于軌道設計了很 多銳角，鈍角，小車需要轉彎的角度較大，為防止轉彎過程中小車擺動角度過大而沖出軌道，導致小車無法返回，先讓小車后退，再執行轉彎。此時小車應左轉。 4 軟件設計 19 圖 42 循跡控制 根據傳感器的布局，可以將傳感器位置用數字標記，檢測到黑線用數字 ‘0’表示，沒有檢測到，也即檢測到白線用數字 ‘1’表示。小車的速度 v等于小車行駛路程 s除以小車行駛時間 t。我們在車輪的軸上安裝的碼盤與車輪同軸同步旋轉，就可以得到車輪 旋轉的脈沖信號。如果發射管和接收管之間的障礙物時有時無，則接收管的狀態就呈現 0和 1的交替，形成脈沖信號。他在現轉過程中可以輸出 A、 B 兩相脈沖，每旋轉一周輸出一脈沖，通過對 A、 B 兩相脈沖計數就可以確定光電碼盤旋轉的角度。 圖 311 光源檢測電路 圖 312 光敏管陣列 速度檢測電路 本設計使用光電碼盤作為測量元件。為了達到較好的檢測，這里選擇將光敏陣列排成一個放射狀。通過調節 RP2 可以改變電路檢測的靈敏度。它的特點是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近開關用，它的性能較好。這里僅介紹小型超聲波傳感器，發送與接收略有差別，它適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為 2325KHZ 及 4045KHZ。 超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。另外，它也有折射和反射現象，并且在傳播過程中有衰減。直到小車避開障礙物，警報排除。為使小車能準3 硬件設計 14 確避障，設計在小車的車體前端左右兩側分別各裝一個超聲波傳感器。此套紅外光電傳感器固定在底盤前沿，貼近地面。從簡單。所以本設計選擇了 ST178 反射式紅外線光電傳感器作為紅外光的發射和接受器件，其內部結構和外接電路均較為簡單 . 本系統采用反射式紅外線光電傳感器 ST178 進行軌跡檢測（約 3cm 寬的黑線），反射式紅外光電傳感器 ST178 由一個高發射功率紅外發光管和一個高度靈敏光晶體管3 硬件設計 13 封裝在一個塑料外殼里組成，一般檢測距離可達 4~10cm,鑒于小 車底部聚地面的距離不超過五厘米，故用紅外光電傳感器足以滿足地面黑線的檢測。 市面上用于紅外探測法的器件較多，可以利用反射式傳感器外接簡單電路自制探頭，也可以使用結構簡單、工作性能可靠的集成式紅外探測頭。由于黑紙和白色路面對光線的反射系數不同，可以根據接收的反射光的強弱來判斷道路 ——黑紙軌跡。左轉時前進時，左電機不轉而右電機正轉，右轉前進時，則右電機不轉而左電機正轉。 3 硬件設計 12 圖 36 PWM 等效圖示意圖 使用 PWM 方式可以很容易的實現調速。采用 PWM 進行電機的調速控制，實際是保持加在電機電機電樞上的脈沖電壓頻率不變，調節其脈沖寬度。其外形、管腳分布如圖 35 所示 。電路如圖 34 所示。本設計中電機驅動采用 L298 集 成 H 橋芯片。地十八引腳和第十九引腳分別為 振蕩器反相放大器的 輸入端和 輸出端 。 不過 P0 口是 漏極開路的 8 位雙向 I/O 口 ，而其他 P 口都是 具有內部上拉電阻的 8 作為輸出口要外部上拉電阻。8 位微控制器 8K 字節在系統可編程 [16]。 AT89S52 具有以下標準功能： 8k 字節 Flash，256 字節 RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數據指針，三個 16 位 定時器 /計數器，一個 6 向量 2 級 中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。 AT89S52 單片機介紹： AT89S52 是一種低功耗、 高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統可編程 Flash存儲器。通過對單片機 AT89S52寫入程序，可以方便的用軟件來控制整個過程 .控制部分如圖 32所示 。 整體原理電路圖如圖 31 所示。 小車速度的檢測也是靠的紅外線，只不過是器件的型號不同，速度檢測的傳感器用的是對射式，避障用的是直射式。液晶顯示電路簡單，使用方便，一個液晶顯示器就可以同時滿足此處同時顯示速度和距離的要求 ，且更加直觀明了。且能很好的滿足題目要求 。單片機要完成電機控制、循線控制、避障控制金屬檢測控制和光源檢測控制等工作。步進電機能進行精確的位置控制，但驅動電路麻煩，鑒于本設計中小車的位置控制不要求十分精確，直流電機即可滿足小車要求的精度。去而且其轉動不受電壓波動和負載變化的影響，也不受溫度、氣壓等環境因素的影響，僅與控制脈沖有關 [8]。 方案二：使用步進電機。直流電機只要通上直流電源就可連續不斷的轉動，調節電壓的大小就可以改變電機的速度。 電機驅動系統 直流電機和步進電機都可以用于小車驅動。即有光照時 LED 亮，無時則滅。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的 變化）。 表 22 障礙檢測系統方案對比 紅外檢測 超聲波檢測 檢測距離 4~10cm ~ 精確度 1cm 1cm 受外界環境干擾程度 易受外界環境干擾 不易受外界環境干擾 硬件電路 所需元器件少，尺寸小，安裝簡便 稍復雜，安裝簡便 成本 8元左右 6元左右 從上表可以看出，相對紅外檢測，超聲波檢測距離遠，不易受外界環境干擾，由于小車需要在行駛過程中檢測障礙物，顛簸，光照方面可能會對檢測產生影響。否則，如果范圍太大 ，則可能產生障礙物的判斷失誤；范圍過小又很容易造成車身撞上障礙物或雖繞過障礙物卻無法實現理想定向方案。 表 21 循跡檢測方案對比 紅外光電傳感器 CCD傳感器 受外界干擾程度 小 較小 實時性 好 差 對主控芯片要求 較低 較高 成本 較低 高 從上表中 可以很明顯的看出，紅外傳感器相對于 DDC 傳感器來說，在實時性和對主控芯片的要求方面都比 CCD 傳感器要好。根據小車功能的要求有兩種方案，一種是使用紅外光電傳感器，另一種是使用 CCD 傳感器。 傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存2 系統總體方案設計與論證 4 儲、顯示、記錄和控制等要求 [7]。2 系統總體方案設計與論證 3 2 系統總體方案設計與論證 總體方案設計 根據題目的要求，確定如下方案：在現有玩具電動車的基礎上，加裝反射式紅外光電傳感器、超聲波傳感器、速度檢測傳感器以及光敏二極管陣列，實現對電動車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量數據傳送至單片 機進行處理，然后由單片機根據所檢測的各種數據實現對電動車的智能控制。電機驅動采用常用的 PWM 方式進行電機的降壓調速控制，小車的速度通過液晶屏來顯示。因此，智能化小車的研究不僅具有很大的現實意義，還具有極為廣闊的應