基于at89s52單片機(jī)及pid算法實(shí)現(xiàn)循跡避障功能的智能小車(chē)畢業(yè)論文,絕對(duì)精品

1、<p>　　本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))</p><p>　　基于A(yíng)T89S52單片機(jī)的多功能智能小車(chē)設(shè)計(jì)論文 </p><p>　　2012年4年28月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了一種利用AT89S52單片機(jī)為控制核心，結(jié)合多種傳感器以及PID算法實(shí)現(xiàn)循跡避障功能的

2、智能小車(chē)。利用反射式光電傳感器檢測(cè)黑線(xiàn)實(shí)現(xiàn)小車(chē)循跡，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(chē)的自動(dòng)避障，整個(gè)系統(tǒng)具有自動(dòng)尋跡、尋光和速度測(cè)試功能。其中，控制部分采用AT89S52，AT89S52是一款8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)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用常用的PWM方式進(jìn)行電機(jī)的調(diào)速控制，小車(chē)的速度通過(guò)液晶屏來(lái)顯示。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可靠性能高，能滿(mǎn)足各種設(shè)計(jì)的要求。隨著我國(guó)高科技水平的不斷提高和工業(yè)自動(dòng)化

3、進(jìn)程的不斷推進(jìn)，智能小車(chē)被廣泛應(yīng)用于各種玩具和其他產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，極大地豐富了人們的生活。</p><p>　　關(guān)鍵詞:單片機(jī)；傳感器；PWM調(diào)速；循跡避障；pid控制算法</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper introduced an kind of intelligent car t

4、hat use AT89S52 SCM as control core , combine 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

5、 black line to achieve track-finding, uses ultrasonic sensors to detect obstacles on the road to avoid obstacles automatically.The entire system has the function that trace route automatically,find light and test speed .

6、Among them</p><p>　　KEY WORDS: SCM; Sensor; PWM speed adjusting; Track finding and obstacle avoidance; PID control algorithm</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒

7、論1</b></p><p>　　1.1 研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 研究目的和意義1</p><p>　　1.3 研究?jī)?nèi)容1</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與論證3</p><p>　　2.1 總體方案設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.2

8、方案選擇論證3</p><p>　　2.2.1 循跡檢測(cè)系統(tǒng)4</p><p>　　2.2.2 障礙物檢測(cè)系統(tǒng)4</p><p>　　2.2.3 光源檢測(cè)系統(tǒng)5</p><p>　　2.2.4 速度檢測(cè)系統(tǒng)5</p><p>　　2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5</p><p>　　2.4 單

9、片機(jī)控制電路系統(tǒng)6</p><p>　　2.5 顯示模塊6</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)7</b></p><p>　　3.1 總體設(shè)計(jì)方案7</p><p>　　3.2 單片機(jī)控制電路8</p><p>　　3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路10</p><p>

10、　　3.3.1驅(qū)動(dòng)電路10</p><p>　　3.3.2 PWM調(diào)速原理11</p><p>　　3.4 循跡檢測(cè)電路12</p><p>　　3.5 障礙物檢測(cè)電路13</p><p>　　3.6光源檢測(cè)電路14</p><p>　　3.7 速度檢測(cè)電路15</p><p>　　

11、3.8 液晶顯示電路16</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)18</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)控制流程18</p><p>　　4.2 算法設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.2.1循跡算法設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.2.2 避障算法設(shè)計(jì)19</p>

12、<p>　　4.4.2 測(cè)速算法設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.3.3 PID控制算法20</p><p><b>　　5調(diào)試21</b></p><p>　　5.1 調(diào)試方法21</p><p>　　5.2 測(cè)試結(jié)果與分析21</p><p>　　6 結(jié)論與展望23&l

13、t;/p><p><b>　　致 謝24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b>　　附 錄26</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1

14、研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能控制技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品的智能化和小型化越來(lái)越成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。各種智能小車(chē)在智能化玩具中占了很大的比例。近年來(lái)，傳統(tǒng)玩具的市場(chǎng)逐步縮水，高科技智能化的電子類(lèi)玩具則逐步成為市場(chǎng)的主流。因此，可遙控的智能化小車(chē)的研究是非常有意義的，具有很大潛在市場(chǎng)價(jià)值的。</p><p>　　智能小車(chē)，也被稱(chēng)之為輪式機(jī)器人。我們知道，機(jī)

15、器人技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)國(guó)家高科技水平和工業(yè)自動(dòng)化程度的重要標(biāo)志和體現(xiàn)。機(jī)器人由于具有高度的靈活性、可以幫助人們提高生產(chǎn)率、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量和改善勞動(dòng)條件等優(yōu)點(diǎn)，在世界各地的生產(chǎn)生活領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[5]。智能小車(chē)正是模仿機(jī)器人的一種嘗試。它是一種以汽車(chē)電子為背景，涵蓋控制，模式識(shí)別，電子、電氣、單片機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科的科技創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，一般主要由路徑識(shí)別、速度采集、角度控制以及車(chē)速控制等模塊組成。這種智能小車(chē)能夠自動(dòng)搜尋前進(jìn)路線(xiàn)，還能爬坡；感

16、知前方的障礙物，并自動(dòng)尋找前進(jìn)方向，避開(kāi)障礙物；加入相關(guān)聲光訊號(hào)后，更能體現(xiàn)出智能化和人性化的一面。</p><p>　　1.2 研究目的和意義</p><p>　　隨著人們物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，智能化的電子玩具深受人們的喜愛(ài)，尤其是各種智能小車(chē)，由于這類(lèi)玩具具有較好的交互性，可控性，能夠給人們帶來(lái)很好的娛樂(lè)以及參與其中的體驗(yàn)，高科技智能化的電子類(lèi)玩具逐漸成為市場(chǎng)的主流。與此同時(shí)，智

17、能小車(chē)可以應(yīng)用于考古、機(jī)器人、醫(yī)療器械等許多方面，尤其在足球機(jī)器人研究方面具有很好的發(fā)展前景。因此，智能化小車(chē)的研究不僅具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，還具有極為廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值。</p><p><b>　　1.3 研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的智能電動(dòng)小車(chē)具有自動(dòng)尋跡、尋光、避障、速度檢測(cè)功能，可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車(chē)。</p>&l

18、t;p>　　整體設(shè)計(jì)可以分為如下幾個(gè)模塊，控制核心采用MCS-51系列中的AT89S52單片機(jī)，循跡避障是通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)的，利用超聲波傳感器檢測(cè)道路上的障礙，控制小車(chē)的自動(dòng)避障，從而發(fā)出避障信號(hào)。整個(gè)系統(tǒng)具有自動(dòng)尋跡、尋光和速度測(cè)試功能。電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用常用的PWM方式進(jìn)行電機(jī)的降壓調(diào)速控制，小車(chē)的速度通過(guò)液晶屏來(lái)顯示。軟件中主要用到工業(yè)中常用的PID控制算法。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可靠性能高。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)足要求。</p&

19、gt;<p>　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與論證</p><p>　　2.1 總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車(chē)的基礎(chǔ)上，加裝反射式紅外光電傳感器、超聲波傳感器、速度檢測(cè)傳感器以及光敏二極管陣列，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)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(chē)的智能控制。&l

20、t;/p><p>　　本方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)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(mǎn)足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。系統(tǒng)整體方框圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　2.2 方案選擇論證</p><p>　　檢測(cè)系統(tǒng)主要運(yùn)用傳感器作為外部敏感元件，進(jìn)行外部信號(hào)的檢測(cè)。</p><

21、;p>　　傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求[7]。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。選擇合適的傳感器可以使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，還可以簡(jiǎn)化硬件電路。</p><p>　　2.2.1 循跡檢測(cè)系統(tǒng)</p><p>　　循跡檢測(cè)常用到傳感器。根據(jù)小車(chē)功能的要求

22、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。這兩種方案都可以達(dá)到小車(chē)循跡要求，目前使用最為普遍的循跡檢測(cè)方法是紅外探測(cè)法。兩種方案的主要區(qū)別是使用的傳感器不同。具體區(qū)別見(jiàn)表2-1。</p><p>　　表2-1 循跡檢測(cè)方案對(duì)比</p><p>　　從上表中可以很明顯的看出，紅外傳感器相對(duì)于DDC傳感器來(lái)說(shuō)，在實(shí)時(shí)性和對(duì)主控芯片的要求方面都比CCD傳感器要好?；谶@些

23、優(yōu)勢(shì)以及處于成本的考慮，本設(shè)計(jì)采用小車(chē)底部，距地面高度合適，可以達(dá)到很好的檢測(cè)效果。</p><p>　　2.2.2 障礙物檢測(cè)系統(tǒng)</p><p>　　根據(jù)題目功能的要求，小車(chē)在循跡行駛過(guò)程中要能準(zhǔn)確的避開(kāi)途中遇到的障礙物，因此對(duì)檢測(cè)距離有一定要求。又考慮到在測(cè)障過(guò)程中小車(chē)車(chē)速及避障反應(yīng)堆小車(chē)速度的限制，小車(chē)應(yīng)在距障礙物10CM的范圍內(nèi)做出反應(yīng)，這樣才能在順利繞過(guò)障礙物的同時(shí)還為下一步駛

24、入車(chē)庫(kù)尋找到最佳的位置和方向。否則，如果范圍太大，則可能產(chǎn)生障礙物的判斷失誤；范圍過(guò)小又很容易造成車(chē)身撞上障礙物或雖繞過(guò)障礙物卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想定向方案。 障礙物檢測(cè)可以有多種方法：紅外光檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、甚至機(jī)械接觸。這些方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。常用的有紅外檢測(cè)和超聲波檢測(cè)，兩種方案的區(qū)別見(jiàn)表2-2。</p><p>　　表2-2 障礙檢測(cè)系統(tǒng)方案對(duì)比</p><p>　　從上表可以看出，相

25、對(duì)紅外檢測(cè)，超聲波檢測(cè)距離遠(yuǎn)，不易受外界環(huán)境干擾，由于小車(chē)需要在行駛過(guò)程中檢測(cè)障礙物，顛簸，光照方面可能會(huì)對(duì)檢測(cè)產(chǎn)生影響。所以需要選擇穩(wěn)定性較好的，故本設(shè)計(jì)選擇超聲波檢測(cè)。</p><p>　　2.2.3 光源檢測(cè)系統(tǒng)</p><p>　　光源檢測(cè)使用常見(jiàn)的光敏器件，光敏二極管。光敏電阻器（photovaristor）又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變

26、的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。這里我們就可以利用光敏二極管對(duì)光源變換的敏感反映，檢測(cè)外部光源。當(dāng)有光照射時(shí)，光敏二極管呈強(qiáng)電阻，經(jīng)比較器輸出一個(gè)高電平，反之則輸出低電平。我們可以再外接一個(gè)LED作為檢測(cè)指示燈，則可以明顯觀(guān)察到這個(gè)變化。即有光照時(shí)LED亮，無(wú)時(shí)則滅。</p><p>　　2.2.4 速度檢測(cè)系統(tǒng)<

27、/p><p>　　在電機(jī)測(cè)速中，考慮了兩種方案：一種是使用光電碼盤(pán)，即透射式光電傳感器（凹槽型，類(lèi)似老式鼠標(biāo)），另一種是霍爾傳感器（適合較高速度）。兩種方案的主要區(qū)別如表2-3。</p><p>　　表2-3 速度檢測(cè)系統(tǒng)方案對(duì)比</p><p>　　由上表可以看出光電碼盤(pán)在各方面都具有一定的優(yōu)勢(shì)，因此本設(shè)計(jì)采用關(guān)電碼盤(pán)測(cè)速。</p><p>

28、　　2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)都可以用于小車(chē)驅(qū)動(dòng)。故有兩種方案。</p><p>　　方案一：使用直流電機(jī)，加上適當(dāng)減速比的減速器。直流電機(jī)具有良好的調(diào)速性能，控制起來(lái)也比較簡(jiǎn)單。直流電機(jī)只要通上直流電源就可連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)電壓的大小就可以改變電機(jī)的速度。直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上就是一個(gè)功率放大器。常用的驅(qū)動(dòng)方式是PWM方式，即脈沖寬度調(diào)制方式。此方法

29、性能較好，電路和控制都比較簡(jiǎn)單。</p><p>　　方案二：使用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)具有良好的控制性能。當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此可以實(shí)現(xiàn)精確的位置控制。與直流電機(jī)不同，要使步進(jìn)電機(jī)連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)，需要連續(xù)不斷的輸入點(diǎn)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)速的大小由外加的脈沖頻率決定。去而且其轉(zhuǎn)動(dòng)不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響，也不受溫度、氣壓等環(huán)境因素的影響，僅與控制脈沖有關(guān)[8]。但步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)

30、相對(duì)較復(fù)雜，要由控制器和功率放大器組成。具體差別見(jiàn)下表2-4。</p><p>　　表2-4 電機(jī)控制方式對(duì)比</p><p>　　由上表可以看出步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)都有各自的優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)能進(jìn)行精確的位置控制，但驅(qū)動(dòng)電路麻煩，鑒于本設(shè)計(jì)中小車(chē)的位置控制不要求十分精確，直流電機(jī)即可滿(mǎn)足小車(chē)要求的精度。且直流電機(jī)易于控制，驅(qū)動(dòng)電路十分簡(jiǎn)單。</p><p>　　2.4

31、 單片機(jī)控制電路系統(tǒng)</p><p>　　此部分是整個(gè)小車(chē)運(yùn)行的核心部分，起著控制小車(chē)所有運(yùn)行狀態(tài)的作用?？刂频姆椒ㄓ泻芏啵蟛糠侄疾捎脝纹瑱C(jī)控制。單片機(jī)要完成電機(jī)控制、循線(xiàn)控制、避障控制金屬檢測(cè)控制和光源檢測(cè)控制等工作。本設(shè)計(jì)中小車(chē)的主控采用我們最為熟悉的AT89S52單片機(jī)。雖然這款單片機(jī)本身沒(méi)有PWM模塊，但若采用本身有PWM模塊的單片機(jī)就會(huì)產(chǎn)生資源浪費(fèi)。我們可以通過(guò)軟件編程產(chǎn)生PWM，既能充分利用可用資源

32、，又不浪費(fèi)。且能很好的滿(mǎn)足題目要求。</p><p><b>　　2.5 顯示模塊</b></p><p>　　由于小車(chē)要顯示速度和行駛距離，內(nèi)容較多。數(shù)碼管使用簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但一個(gè)數(shù)碼管只能顯示一個(gè)數(shù)字，要顯示多位數(shù)據(jù)時(shí)要使用多個(gè)數(shù)碼管，這就增加了硬件電路的復(fù)雜度和額外功耗。故不予考慮。液晶顯示電路簡(jiǎn)單，使用方便，一個(gè)液晶顯示器就可以同時(shí)滿(mǎn)足此處同時(shí)顯示速度和距離

33、的要求，且更加直觀(guān)明了。</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　智能小車(chē)采用后輪驅(qū)動(dòng)，后輪左右兩邊各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)制兩個(gè)后面兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速?gòu)亩_(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的，前輪是萬(wàn)象輪，起支撐的作用。將四個(gè)紅外線(xiàn)光電傳感器裝在車(chē)體的底盤(pán)前端，小車(chē)根據(jù)傳感器檢測(cè)到的情況執(zhí)行。&l

34、t;/p><p>　　避障的原理和循跡一樣，在車(chē)頭裝了一個(gè)傳感器，傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí)，小車(chē)減速，車(chē)體做出相應(yīng)的反應(yīng)。</p><p>　　小車(chē)速度的檢測(cè)也是靠的紅外線(xiàn)，只不過(guò)是器件的型號(hào)不同，速度檢測(cè)的傳感器用的是對(duì)射式，避障用的是直射式。把碼盤(pán)裝在電機(jī)的軸上，碼盤(pán)隨電機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，這里使用的是改進(jìn)過(guò)的的碼盤(pán)，把圓形硬紙片切制成直徑為25mm的圓，再把圓周用鋸條均勻切12條縫，縫的寬度約為1m

35、m?？梢院芎玫臐M(mǎn)足小車(chē)所需的精度。</p><p>　　考慮到電機(jī)控制要使用PWM波形，而AT89S52單片機(jī)本身不能產(chǎn)生PWM，需要外加電路或使用軟件的方式實(shí)現(xiàn)，為減少硬件電路，這里選用軟件產(chǎn)生PWM方式。</p><p>　　整體原理電路圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 整體原理電路圖</p><p>　　3.2 單片機(jī)

36、控制電路</p><p>　　單片機(jī)是控制單元的核心。起著控制小車(chē)所有運(yùn)行狀態(tài)的作用。單片機(jī)控制模塊使用的是ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52，使用該芯片很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)其他模塊的控制。通過(guò)對(duì)單片機(jī)AT89S52寫(xiě)入程序，可以方便的用軟件來(lái)控制整個(gè)過(guò)程.控制部分如圖3-2所示。 </p><p>　　圖3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　AT89S52單片機(jī)最

37、小系統(tǒng)包括了一路復(fù)位開(kāi)關(guān)，用于小車(chē)復(fù)位。P1.0輸出PWM信號(hào)，P1.1~P1.5分別控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)。其他P口用外接控制小車(chē)的各種控制開(kāi)關(guān)，P0口外接10K的上拉電阻，可用于外接LCD1602。</p><p>　　AT89S52 單片機(jī)介紹：</p><p>　　AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性

38、存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片

39、內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程[16]。其引腳排列如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 AT89S52引腳排列圖</p

40、><p><b>　　1.主要性能</b></p><p>　　● 與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；</p><p>　　● 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器；</p><p>　　● 1000次擦寫(xiě)周期；</p><p>　　●全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz；</p><p>

41、;　　●三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；</p><p>　　● 32個(gè)可編程I/O口線(xiàn)；</p><p>　　●三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；</p><p><b>　　●八個(gè)中斷源；</b></p><p>　　●全雙工UART串行通道；</p><p>　　●低功耗空閑和掉電模式；</p>

42、<p>　　●掉電后中斷可喚醒；</p><p><b>　　●看門(mén)狗定時(shí)器；</b></p><p><b>　　●雙數(shù)據(jù)指針；</b></p><p><b>　　●掉電標(biāo)識(shí)符。</b></p><p>　　4個(gè)P口在一般情況下都是是一個(gè)8位雙向I/O口。不過(guò)P0

43、口是漏極開(kāi)路的8位雙向I/O口，而其他P口都是具有內(nèi)部上拉電阻的8作為輸出口要外部上拉電阻。且P1口部分引腳和P3口具有第二功能。具體見(jiàn)表3-1和表3-2。</p><p>　　表3-1 P1口引腳第二功能</p><p>　　表3-2 P3口引腳第二功能</p><p>　　另外還有第九引腳RST為復(fù)位引腳。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

44、和輸出端。</p><p><b>　　3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p><b>　　3.3.1驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　小車(chē)使用的是直流電機(jī)。從單片機(jī)輸出的信號(hào)功率很弱，即使在沒(méi)有其它外在負(fù)載時(shí)也無(wú)法帶動(dòng)電機(jī)，所以在實(shí)際電路中我們加入了電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片提高輸入電機(jī)信號(hào)的功率，從而能夠根據(jù)需要控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

45、。直流電機(jī)常用的PWM，及脈寬調(diào)制方式驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用L298集成H橋芯片。L298中有兩套H橋電路，剛好可以控制兩個(gè)電機(jī)。它的使能端可以外接高低電平，也可以利用單片機(jī)進(jìn)行軟件控制，極大地滿(mǎn)足各種復(fù)雜電路需要。</p><p>　　另外，L298的驅(qū)動(dòng)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(guò)熱自動(dòng)關(guān)斷和電流反饋檢測(cè)功能，安全可靠；為了保證L298正常工作，我們另外安裝了續(xù)流二極

46、管。電路如圖3-4所示。能根據(jù)輸入電壓的大小輸出不同的電壓和功率，解決了負(fù)載能力不夠這個(gè)問(wèn)題。利用單片機(jī)調(diào)整出PWM脈沖和高低電平對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制。</p><p>　　圖3-4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　L298集成H橋芯片。其外形、管腳分布如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 L298管腳分布圖</p><p&g

47、t;　　3.3.2 PWM調(diào)速原理</p><p>　　脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation），簡(jiǎn)稱(chēng)PWM。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)進(jìn)行直流調(diào)速。PWM的理論基礎(chǔ)是：沖量相等而形狀不同的的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果基本相同。采用PWM進(jìn)行電機(jī)的調(diào)速控制，實(shí)際是保持加在電機(jī)電機(jī)電樞上的脈沖電壓頻率不變，調(diào)節(jié)其脈沖寬度。電機(jī)是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，它的電樞電流餓

48、轉(zhuǎn)速均不能突變，很高的頻率的PWM加在電機(jī)上，效果相當(dāng)于施加一個(gè)恒定電壓的直流電。如圖3-6所示。這個(gè)電壓可以由脈沖的寬度調(diào)節(jié)。</p><p>　　圖3-6 PWM等效圖示意圖</p><p>　　使用PWM方式可以很容易的實(shí)現(xiàn)調(diào)速。PWM信號(hào)由單片機(jī)軟件產(chǎn)生，使用非常方便。由于電路總體上并不復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)電路的控制輸入端也可以不用經(jīng)光耦合隔離，直接與單片機(jī)引腳相連。</p>

49、<p>　　前進(jìn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)都正轉(zhuǎn),后退時(shí)，則兩電機(jī)都反轉(zhuǎn)。左轉(zhuǎn)時(shí)前進(jìn)時(shí)，左電機(jī)不轉(zhuǎn)而右電機(jī)正轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)前進(jìn)時(shí)，則右電機(jī)不轉(zhuǎn)而左電機(jī)正轉(zhuǎn)。進(jìn)入減速區(qū)時(shí),由單片機(jī)控制進(jìn)行PWM變頻調(diào)速,通過(guò)軟件改變脈沖調(diào)寬波形的占空比,實(shí)現(xiàn)調(diào)速。所有這些都是通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)控制。</p><p>　　3.4 循跡檢測(cè)電路</p><p>　　該智能小車(chē)在鋪有約兩厘米寬黑紙的路面行駛，路面可

50、以近似看為白色。由于黑紙和白色路面對(duì)光線(xiàn)的反射系數(shù)不同，可以根據(jù)接收的反射光的強(qiáng)弱來(lái)判斷道路——黑紙軌跡。本設(shè)計(jì)采用簡(jiǎn)單易用，應(yīng)用也較為普遍的紅外探測(cè)法。</p><p>　　紅外探測(cè)法，即用紅外線(xiàn)在不同顏色的物表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。在小車(chē)行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外線(xiàn)遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車(chē)上的接收管接收；如果遇到黑紙則紅外光被吸收，小車(chē)上的接收管接收不到信號(hào)。</p

51、><p>　　市面上用于紅外探測(cè)法的器件較多，可以利用反射式傳感器外接簡(jiǎn)單電路自制探頭，也可以使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作性能可靠的集成式紅外探測(cè)頭。ST系列集成紅外探測(cè)頭價(jià)格便宜。體積小。簡(jiǎn)便易用，性能可靠。所以本設(shè)計(jì)選擇了ST178反射式紅外線(xiàn)光電傳感器作為紅外光的發(fā)射和接受器件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外接電路均較為簡(jiǎn)單.</p><p>　　本系統(tǒng)采用反射式紅外線(xiàn)光電傳感器ST178進(jìn)行軌跡檢測(cè)（約3cm寬

52、的黑線(xiàn)），反射式紅外光電傳感器ST178由一個(gè)高發(fā)射功率紅外發(fā)光管和一個(gè)高度靈敏光晶體管封裝在一個(gè)塑料外殼里組成，一般檢測(cè)距離可達(dá)4~10cm,鑒于小車(chē)底部聚地面的距離不超過(guò)五厘米，故用紅外光電傳感器足以滿(mǎn)足地面黑線(xiàn)的檢測(cè)。且安裝電路簡(jiǎn)單。檢測(cè)電路如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 ST168檢測(cè)電路</p><p>　　正確選擇檢測(cè)方法和傳感器是決定循跡效果的重要因素，而正

53、確的器件安裝方法也是影響循跡電路好壞的一個(gè)重要因素。從簡(jiǎn)單。方便?？煽康冉嵌瘸霭l(fā)，設(shè)計(jì)裝設(shè)四個(gè)紅外傳感器，及采用四套上面的電路。具體位置分布如圖3-8所示。此套紅外光電傳感器固定在底盤(pán)前沿，貼近地面。正常行駛時(shí)，發(fā)射管發(fā)射紅外光照射地面，光線(xiàn)經(jīng)白紙反射后被接收管接收，輸出高電平信號(hào)；電動(dòng)車(chē)經(jīng)過(guò)黑線(xiàn)時(shí)，發(fā)射端發(fā)射的光線(xiàn)被黑線(xiàn)吸收，接收端接收不到反射光線(xiàn)，傳感器輸出低電平信號(hào)后送80C51單片機(jī)處理，判斷執(zhí)行哪一種預(yù)先編制的程序來(lái)控制玩具車(chē)

54、的行駛狀態(tài)。</p><p>　　圖3-8 循線(xiàn)傳感器布局</p><p>　　3.5 障礙物檢測(cè)電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)中小車(chē)采用超聲波檢測(cè)障礙物。超聲波檢測(cè)的原理是：超聲波發(fā)生器T發(fā)出超聲波信號(hào)，當(dāng)這個(gè)信號(hào)遇到障礙物時(shí)反射回來(lái)，被接收器R收到。為使小車(chē)能準(zhǔn)確避障，設(shè)計(jì)在小車(chē)的車(chē)體前端左右兩側(cè)分別各裝一個(gè)超聲波傳感器。小車(chē)則可以根據(jù)接收到的信號(hào)做出相應(yīng)的

55、避障反應(yīng)。超聲波發(fā)射和檢測(cè)接收電路如圖3-9，3-10所示。</p><p>　　圖3-9 超聲波發(fā)射電路 圖3-10 超聲波接收電路</p><p>　　設(shè)計(jì)中還加了一個(gè)聲光報(bào)警功能，當(dāng)小車(chē)檢測(cè)到障礙物時(shí)，小車(chē)的報(bào)警系統(tǒng)中的蜂鳴器鳴叫，同時(shí)指示LED發(fā)光。直到小車(chē)避開(kāi)障礙物，警報(bào)排除。</p><p><b&g

56、t;　　超聲波傳感器簡(jiǎn)介：</b></p><p>　　超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱向振蕩（縱波）。在工業(yè)中應(yīng)用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，并且在傳播過(guò)程中有衰減。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低，，一般為幾十KHZ，而在固體、液體中則頻率可用得較高。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減

57、較小，傳播較遠(yuǎn)。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(cè)量?jī)x器及裝置，并在通迅，醫(yī)療家電等各方面得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　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(lèi)。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（PZT）等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它可以將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時(shí)它接收到超聲波時(shí)，也能轉(zhuǎn)變成電能，所以它可以分成發(fā)送器或

58、接收器。有的超聲波傳感器既作發(fā)送，也能作接收。這里僅介紹小型超聲波傳感器，發(fā)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23-25KHZ及40-45KHZ。這類(lèi)傳感器適用于測(cè)距、遙控、防盜等用途。該種有T/R-40-60，T/R-40-12等（其中T表示發(fā)送，R表示接收，40表示頻率為40KHZ，16及12表示其外徑尺寸，以毫米計(jì)）。另有一種密封式超聲波傳感器（MA40EI型）。它的特點(diǎn)是具有防水作用（但不能放入水中），可以作

59、料位及接近開(kāi)關(guān)用，它的性能較好。超聲波應(yīng)用有三種基本類(lèi)型，透射型用于遙控器，防盜報(bào)警器、自動(dòng)門(mén)、接近開(kāi)關(guān)等；分離式反射型用于測(cè)距、液位或料位；反射型用于材料探傷、測(cè)厚等[15]。這里我們只需要利用超聲波檢測(cè)到前方障礙物，返回信號(hào)即可。</p><p><b>　　3.6光源檢測(cè)電路</b></p><p>　　光敏電路如圖3-11所示。通過(guò)調(diào)節(jié)RP2可以改變電路檢測(cè)的

60、靈敏度。這里采用多個(gè)光敏陣列管。本設(shè)計(jì)使用六套下面的電路。按照一定的方式排列。為了達(dá)到較好的檢測(cè)，這里選擇將光敏陣列排成一個(gè)放射狀。本設(shè)計(jì)采用六個(gè)光敏管組成，為了使得一個(gè)光敏管只對(duì)一個(gè)小的角度內(nèi)的強(qiáng)光遠(yuǎn)敏感，考慮在光敏感外面加一個(gè)遮光罩。實(shí)物陣列排列方式如圖3-12?？紤]到提高小車(chē)的光源搜索效率，將光敏陣列安裝在小車(chē)的頂部，靠車(chē)頭的位置。</p><p>　　圖3-11 光源檢測(cè)電路

61、 圖3-12 光敏管陣列</p><p>　　3.7 速度檢測(cè)電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)使用光電碼盤(pán)作為測(cè)量元件。光電碼盤(pán)是一種光電器件。分為絕對(duì)式和增量式兩種。這里采用增量式。他在現(xiàn)轉(zhuǎn)過(guò)程中可以輸出A、B兩相脈沖，每旋轉(zhuǎn)一周輸出一脈沖，通過(guò)對(duì)A、B兩相脈沖計(jì)數(shù)就可以確定光電碼盤(pán)旋轉(zhuǎn)的角度。其計(jì)數(shù)原理如圖3-13所示。.</p>

62、<p>　　圖3-13 碼盤(pán)計(jì)數(shù)原理</p><p>　　從上圖可以看出，在光電碼盤(pán)器輸出脈沖的一個(gè)周期內(nèi)最多可記四次數(shù)。而我們使用的是經(jīng)改進(jìn)的光電碼盤(pán)，如圖3-14碼盤(pán)中的透射式光電開(kāi)關(guān)的發(fā)射管和接收管經(jīng)過(guò)了對(duì)準(zhǔn)，當(dāng)光槽中無(wú)障礙時(shí)光路是通的，當(dāng)有障礙物時(shí)光路斷開(kāi)。如果發(fā)射管和接收管之間的障礙物時(shí)有時(shí)無(wú)，則接收管的狀態(tài)就呈現(xiàn)0和1的交替，形成脈沖信號(hào)。只要對(duì)這個(gè)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，就可以得到小車(chē)的行程。光電

63、開(kāi)關(guān)的靈敏度很高，可以分辨出很小的間隙。車(chē)輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，可以檢測(cè)到十二個(gè)信號(hào)。我們?cè)谲?chē)輪的軸上安裝的碼盤(pán)與車(chē)輪同軸同步旋轉(zhuǎn)，就可以得到車(chē)輪旋轉(zhuǎn)的脈沖信號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)是工作穩(wěn)定，測(cè)量結(jié)果精度高。它常用的檢測(cè)電路與反射式光電傳感器一樣，這里就不再贅述。</p><p>　　小車(chē)一周內(nèi)可計(jì)數(shù)12次，小車(chē)的行駛一周的行程范圍約為11.9cm,因此可計(jì)算出行程的測(cè)量精度可以達(dá)到1cm，可以達(dá)到小車(chē)的精度要求。小車(chē)的速度v等于小

64、車(chē)行駛路程s除以小車(chē)行駛時(shí)間t。</p><p><b>　　圖3-14 碼盤(pán)</b></p><p>　　3.8 液晶顯示電路</p><p>　　這里使用1602液晶顯示器。其連接電路如下圖3-15</p><p>　　圖3-15 液晶顯示電路</p><p>　　1602字符液晶如圖3-

65、16</p><p>　　圖3-16 1602字符液晶顯示屏</p><p>　　1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，引腳介紹見(jiàn)表3-3.</p><p>　　表3-3 1602引腳介紹</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)控制流程</p>

66、<p>　　圖4-1 控制系統(tǒng)的流程圖</p><p><b>　　4.2 算法設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.2.1循跡算法設(shè)計(jì)</p><p>　　循跡控制算法的流程如4-2所示。</p><p>　　圖4-2 循跡控制</p><p>　　根據(jù)傳感器的布局，可以將傳感器位

67、置用數(shù)字標(biāo)記，檢測(cè)到黑線(xiàn)用數(shù)字‘0’表示，沒(méi)有檢測(cè)到，也即檢測(cè)到白線(xiàn)用數(shù)字‘1’表示。為不漏掉狀態(tài)，我們先考慮了四個(gè)傳感器的所有十六種狀態(tài)，剛好可以用四位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示。</p><p>　　在初始狀態(tài)下，黑線(xiàn)應(yīng)位于傳感器的中間，此時(shí)2、3傳感器檢測(cè)到黑線(xiàn)，即四個(gè)傳感器的狀態(tài)分別為1、0、0、1，表示為二進(jìn)制數(shù)是1001，此時(shí)小車(chē)前進(jìn)。</p><p>　　當(dāng)小車(chē)從中間逐漸往左偏離軌道黑線(xiàn)

68、時(shí)，即黑線(xiàn)在小車(chē)右邊，對(duì)應(yīng)的狀態(tài)有1000、1100、1110、1101。此時(shí)小車(chē)應(yīng)左轉(zhuǎn)。</p><p>　　當(dāng)小車(chē)往右偏離時(shí)，對(duì)應(yīng)的狀態(tài)有0001、0011、0111、1011。此時(shí)小車(chē)應(yīng)左轉(zhuǎn)。</p><p>　　還有最后一種狀態(tài)就是四個(gè)傳感器都檢測(cè)不到黑線(xiàn)，此時(shí)說(shuō)明小車(chē)已行駛到中點(diǎn)，或者可能完全脫離了軌到，說(shuō)明此次循跡失敗，停車(chē)。</p><p>　　在實(shí)際

69、行駛過(guò)程中，由于軌道設(shè)計(jì)了很多銳角，鈍角，小車(chē)需要轉(zhuǎn)彎的角度較大，為防止轉(zhuǎn)彎過(guò)程中小車(chē)擺動(dòng)角度過(guò)大而沖出軌道，導(dǎo)致小車(chē)無(wú)法返回，先讓小車(chē)后退，再執(zhí)行轉(zhuǎn)彎。實(shí)踐證明這種算法可以實(shí)現(xiàn)小車(chē)靈敏的轉(zhuǎn)彎。</p><p>　　4.2.2.避障算法設(shè)計(jì)</p><p>　　避障的問(wèn)題可以很復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、編程及調(diào)試，宜使用一種比較簡(jiǎn)單的解決方法。考慮到小車(chē)的速度和能檢測(cè)到障礙物的距離，為避免小車(chē)轉(zhuǎn)

70、彎時(shí)撞上障礙物，設(shè)計(jì)小車(chē)檢測(cè)到障礙物后先后退，然后左轉(zhuǎn)，再次檢測(cè)障礙物，繼續(xù)調(diào)整，直至繞過(guò)障礙物。</p><p>　　這個(gè)避障的程序不能保證對(duì)所有的障礙物布局情況都能順利的避障，但對(duì)大多數(shù)的情況確實(shí)能有效地進(jìn)行避障。障礙物的檢測(cè)距離和小車(chē)的轉(zhuǎn)彎半徑對(duì)避障的效果有較大的影響，根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整轉(zhuǎn)彎角度可以達(dá)到較好的避障效果。</p><p>　　4.4.2測(cè)速算法設(shè)計(jì)</p>

71、<p>　　對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制既可采用開(kāi)環(huán)控制，也可采用閉環(huán)控制。與開(kāi)環(huán)控制相比，速度控制閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性有以下優(yōu)越性：閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性相比，其性能大大提高；理想空載轉(zhuǎn)速相同時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率（額定負(fù)載時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速之比）要小得多；當(dāng)要求的靜差率相同時(shí)，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍可以大大提高。無(wú)刷直流電機(jī)的速度控制方案如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-

72、3 電機(jī)速度控制</p><p>　　4.3.3 PID控制算法</p><p>　　PID控制是最早發(fā)展起來(lái)的控制策略之一，由于其算法簡(jiǎn)單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛用于過(guò)程控制和運(yùn)動(dòng)控制中。數(shù)字PID控制算法是將模擬PID離散化得到，各參數(shù)有著明顯的物理意義，調(diào)整方便，所以PID控制器很受工程技術(shù)人員的喜愛(ài)。</p><p>　　PID控制器各控制環(huán)節(jié)的作用是

73、這樣的，比例控制(P控制)即時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)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(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率)。比例控制是對(duì)現(xiàn)在誤差的一種校正，積分控制是對(duì)過(guò)去誤差的校正，而微分控制是對(duì)將來(lái)可能的誤差的校正。數(shù)字PID控制算法如圖4-4所示.</p><p>　　圖4-4 PID控制算法的簡(jiǎn)化示意圖</p><p>　　， ……式（4

74、-1）</p><p><b>　　或者</b></p><p><b>　　……式（4-2） </b></p><p>　　式中u0—控制量的基值，即k=0時(shí)的控制；</p><p>　　u（k）—第k個(gè)采樣時(shí)刻的控制； KP——比例放大系數(shù)； KI——積分放大系數(shù)；</p>

75、<p><b>　　;</b></p><p>　　KD——微分放大系數(shù)；</p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　TS——采樣周期</b></p><p><b>　　5調(diào)試</b></p><p

76、><b>　　5.1調(diào)試方法</b></p><p>　　由于本次實(shí)驗(yàn)需要捍接的電路模塊較多，特別是直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，對(duì)于電源電流的需要極大，我們先以直插式１２Ｖ電源開(kāi)始調(diào)試，小車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。但直插式電源對(duì)于運(yùn)動(dòng)的小車(chē)是個(gè)很大的束縛，極為不方便。所以考慮采用電池供電。市面上常用的有干電池和蓄電池。由于小車(chē)相當(dāng)耗電，９Ｖ的干電池用不了多久，就會(huì)出現(xiàn)開(kāi)關(guān)器件很難穩(wěn)定地給單片機(jī)送正確值的情況。

77、只有當(dāng)更換新電池或小車(chē)剛剛啟動(dòng)時(shí)才會(huì)很準(zhǔn)確，經(jīng)過(guò)思考，這都是開(kāi)關(guān)元件消耗電量很大的原因，一旦電池電量不足其工作將會(huì)萎靡不振，于是我們可充電的蓄電池給小車(chē)供電，選擇合適的蓄電池可以很好的滿(mǎn)足小車(chē)耗電量大的情況。</p><p>　　在前輪PWM驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向電路運(yùn)行中，我們發(fā)現(xiàn)，電機(jī)只給一個(gè)轉(zhuǎn)向力，但保持長(zhǎng)期轉(zhuǎn)向時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)由于受到強(qiáng)行制動(dòng)而處于一種相對(duì)靜止的狀態(tài)，導(dǎo)致PWM驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生大量的熱量，我們既利用軟件使其盡

78、量減少長(zhǎng)期單向轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，又在硬件上，在PWM驅(qū)動(dòng)板上涂上了一層散熱膠，即使發(fā)熱，也不會(huì)燒壞PWM驅(qū)動(dòng)電路。</p><p>　　在安裝上避障用光電開(kāi)關(guān)之后，其與其它所有開(kāi)關(guān)元件共用同一電源，在運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)三個(gè)用于尋跡用的開(kāi)關(guān)元件不能全部正常工作了，據(jù)分析，避障用光電開(kāi)關(guān)處接線(xiàn)不牢固，重新接線(xiàn)后工作正常。</p><p>　　在電源開(kāi)啟后，小車(chē)循跡過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)原地打轉(zhuǎn)的情況。經(jīng)分析是由于軟件跑

79、飛。經(jīng)考慮后加了一個(gè)看門(mén)狗，可以很好的遏制程序跑飛的情況。</p><p>　　5.2 測(cè)試結(jié)果與分析</p><p>　　本次進(jìn)行了兩次調(diào)試。兩次都是在鋪有黑色硬紙條的軌道上進(jìn)行。不同的是第一次軌道上沒(méi)有設(shè)置障礙物，第二次放置了幾個(gè)紙箱作為障礙物。每組分別測(cè)試了三次。</p><p><b>　　測(cè)試儀器：</b></p>&l

80、t;p>　　12V直流電源 秒表</p><p>　　測(cè)試記錄數(shù)據(jù)如下表5-1和5-2.</p><p>　　表5-1 速度測(cè)試</p><p>　　表5-2 循跡避障測(cè)試</p><p>　　*注：小車(chē)在因速度過(guò)快而脫離軌道后仍能自行返回原軌道，無(wú)須人為搬回。</p><p>　　根據(jù)測(cè)試結(jié)果，可以看出小

81、車(chē)循跡避障功能基本實(shí)現(xiàn)。結(jié)果表明，小車(chē)能很好的完成循跡，即使循跡軌道發(fā)生改變也不影響。但避障結(jié)果并不是很理想。小車(chē)在檢測(cè)到障礙物后要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)整才能避開(kāi)障礙物，這是由于采用的算法不夠理想。本設(shè)計(jì)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(xiàn)避障失敗。這也是本次設(shè)計(jì)的一個(gè)缺陷。在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中小車(chē)發(fā)生過(guò)程序跑飛的情況，經(jīng)調(diào)整改進(jìn)程序后，小車(chē)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。能很好的完成沿黑色軌道前進(jìn)，改變軌道的形狀及轉(zhuǎn)彎角度，小車(chē)仍可以完成循跡任

82、務(wù)。并避開(kāi)障礙物。液晶顯示速度正常。</p><p><b>　　6 結(jié)論與展望</b></p><p>　　本系統(tǒng)以設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)為控制核心，根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)結(jié)合PID控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的智能控制。利用反射式光電傳感器檢測(cè)黑線(xiàn)實(shí)現(xiàn)小車(chē)循線(xiàn)，利用超聲波傳感器檢測(cè)道路上的障礙，控制電動(dòng)小車(chē)的自動(dòng)避障，光電碼盤(pán)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的速度檢測(cè)，并通過(guò)液晶顯示。具有自

83、動(dòng)尋跡和尋光功能。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可靠性能高。實(shí)際測(cè)試效果較好。很好的滿(mǎn)足了題目的要求，并在題目的要求基礎(chǔ)上有一定發(fā)揮，增加了尋光和報(bào)警提示功能，以及增加速度檢測(cè)和顯示，使整個(gè)設(shè)計(jì)更人性化。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p><b>　??！</b></p><p><b>　

84、　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　Zvi Shiller.Emergency Lane-change maneuvers of autonomous vehicles[J].ASME Journal of DynamicsSystems,Measurement and Contrd.2001. </p><p>　　邵貝貝.單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線(xiàn)開(kāi)發(fā)方法[M].北京:清華

85、大學(xué)出版社,2005.40-42. </p><p>　　卓晴,黃開(kāi)勝,邵貝貝.[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.140-141. </p><p>　　高吉祥.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽培訓(xùn)系列教程[M].電子工業(yè)出版社,2007.6.1.</p><p>　　王志良.競(jìng)賽機(jī)器人制作技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2007.6.15.</p>

86、<p>　　程鵬.自動(dòng)控制原理[M].高等教育出版社. 2004.6.</p><p>　　劉偉.傳感器原理及其適用技術(shù)[J].電子工業(yè)出版社,2006.3.</p><p>　　張植寶.電機(jī)原理與應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2006.10.1.</p><p>　　許大中.電機(jī)控制[M].浙江大學(xué)出版社,2002</p><p>

87、　　李華.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1995.</p><p>　　張義和.陳敵北.例說(shuō)8051[M].人民郵電出版社,2006.1.1.</p><p>　　羅志增.機(jī)器人感覺(jué)與多信息融合[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2002．</p><p>　　周堅(jiān).單片機(jī)C語(yǔ)言輕松入門(mén)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2006.7.1.

88、</p><p>　　李剛.王艷林,孫江宏.Protel DXP電路設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社,2006.1.</p><p>　　魏永廣.現(xiàn)代傳感技術(shù)[J].東北大學(xué)出版社,2001.4.</p><p>　　李廣弟,朱月秀.冷祖祁.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2007.1.</p><p>　　高鵬.安濤.protel 99

89、入門(mén)與提高[M]人民郵電出版社,2000.2.1</p><p>　　樓然苗.李光飛.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)與指導(dǎo)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.7.1</p><p><b>　　附 錄</b></p><p>　　#include <reg51.h></p><p>　　#define char

90、 unsigned char</p><p>　　#define hint unsigned ftp</p><p>　　suit P1_0=P1^0;</p><p>　　suit P1_1=P1^1;</p><p>　　suit P1_2=P1^2;</p><p>　　suit P1_3=P1^3;</p

91、><p>　　suit P1_4=P1^4;</p><p>　　suit P1_5=P1^5;</p><p>　　char a,b,c;</p><p>　　void delay_us(uint time)//微秒延時(shí)</p><p>　　{for(;time>0;time--);}</p>&l

92、t;p>　　void delay_ms(uint time)//毫秒延時(shí)</p><p>　　{ for(;time>0;time--)</p><p>　　delay_us(1000);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void port_init()//I/O口初始化&l

93、t;/p><p>　　{P1=0x00;</p><p><b>　　P0=0x00;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void ex0_init() //中斷初始化</p><p><b>　　{PX0=

94、1;</b></p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　IT0=0;</b></p><p><b>　　IT1=0;</b></p><p><b>　　EX0=1;</b></p><p

95、><b>　　EX1=1;</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　void pulse() //脈沖驅(qū)動(dòng)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P1_0=1;</b>

96、;</p><p>　　delay_us(800);</p><p><b>　　P1_0=0;</b></p><p>　　delay_us(2400);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void int0_init()</p>

97、<p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD=0x01;</p><p>　　TH0=-16000/256;</p><p>　　TL0=-16000%256;</p><p><b>　　ET0=0;</b></p><p><b>　

98、　TR0=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void forword() //前進(jìn)</p><p>　　{P1_1=1;P1_2=0;P1_3=1;P1_4=0;}</p><p>　　void back()

99、 //后退</p><p>　　{P1_1=0;P1_2=1;P1_3=0;P1_4=1;}</p><p>　　void left() //原地左轉(zhuǎn)</p><p>　　{P1_1=0;P1_2=0;P1_3=1;P1_4=0;}</p><p>　　void right()

100、 //原地右//轉(zhuǎn)</p><p>　　{P1_1=1;P1_2=0;P1_3=0;P1_4=0;}</p><p>　　void stop() //剎車(chē)</p><p><b>　　{P1_0=0;}</b></p><p>　　void ex1() int

101、errupt 2 using 2{}</p><p>　　void int0() interrupt 1 using 1</p><p><b>　　{TR0=0;</b></p><p>　　TH0=-16000/256;</p><p>　　TL0=-16000%256;</p><p>&

102、lt;b>　　TR0=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()</p><p>　　{ port_init();</p><p>　　ex0_init();</p><p><b>　　P1_5=1;<

103、/b></p><p>　　while(1) </p><p>　　{switch(P0&0x0f)</p><p>　　{case 0x9: {forword(); </p><p>　　pulse();} break;</p><p><b>　　case 0x1:</b&g

104、t;</p><p><b>　　case 0x3:</b></p><p><b>　　case 0x7:</b></p><p><b>　　case 0xb:</b></p><p>　　{left(); pulse();} break;</p><

105、;p><b>　　case 0x8:</b></p><p><b>　　case 0xc:</b></p><p><b>　　case 0xe:</b></p><p><b>　　case 0xd:</b></p><p><b>　

106、　{right();</b></p><p>　　pulse();} break;</p><p>　　default:{back(); </p><p>　　for(b=6;b>0;b--)</p><p>　　pulse();} </p><p><b>　　}</b

107、></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void ex0() interrupt 0 using 0</p><p><b>　　{EA=0;</b></p><p><b&g

108、t;　　P1_5=0;</b></p><p>　　for(c=25;c>0;c--)</p><p><b>　　{ back();</b></p><p><b>　　pulse();}</b></p><p>　　for(b=35;b>0;b--)</p>

109、<p>　　{ left();</p><p><b>　　pulse();</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(a=35;b>0;b--)</p><p>　　{forword();</p><p><b&