基于單片機(jī)的多功能智能小車(chē)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）</p><p>　　設(shè)計(jì)(論文)題目： 基于單片機(jī)的多功能智能小車(chē)設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)生姓名： _ _____ 指導(dǎo)教師： ______ </p><p>　　二級(jí)學(xué)院： 專(zhuān)　　業(yè)： </

2、p><p>　　班　　級(jí)： 學(xué)　　號(hào)： </p><p>　　提交日期： 2017年 4月 23日 答辯日期： 2017年 5月13日 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄I</b></

3、p><p><b>　　摘 要III</b></p><p>　　AbstractIV</p><p><b>　　第1章 概述1</b></p><p>　　1.1 選題背景1</p><p>　　1.2 研究意義和發(fā)展前景1</p><p>

4、;　　1.3 設(shè)計(jì)概況2</p><p>　　第2章 方案選取與分析3</p><p><b>　　2.1主控系統(tǒng)3</b></p><p><b>　　2.2電源模塊3</b></p><p>　　2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3</p><p>　　2.3.1 電機(jī)模塊選取

5、與分析3</p><p>　　2.3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選取與分析4</p><p>　　2.4 黑線循跡模塊5</p><p>　　2.5 超聲波避障模塊5</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1 總體設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.2 電源電路設(shè)計(jì)

6、6</p><p>　　3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.4 黑線循跡設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)9</p><p>　　3.5 紅外避障電路的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.6 超聲波避障的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.6.1 超聲波避障原理10</p><p>　　3.6.

7、2 超聲波模塊工作原理11</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)12</p><p>　　4.1 軟件設(shè)計(jì)思想12</p><p>　　4.2 黑線循跡程序設(shè)計(jì)12</p><p>　　4.3 紅外避障程序設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.4 超聲波避障程序設(shè)計(jì)14</p><p>

8、　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試15</p><p>　　5.1 硬件調(diào)試15</p><p>　　5.2 軟件調(diào)試15</p><p>　　5.3 軟硬聯(lián)調(diào)15</p><p>　　5.4 成果展示15</p><p>　　5.4.1 實(shí)物圖16</p><p>　　5.4.2 黑線循跡17

9、</p><p>　　5.4.3 紅外避障17</p><p>　　5.4.4 超聲波避障18</p><p>　　5.4.5 紅外遙控18</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)19</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p>&l

10、t;p><b>　　附錄 原理圖21</b></p><p><b>　　致謝24</b></p><p>　　基于單片機(jī)的多功能智能小車(chē)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　社會(huì)的經(jīng)濟(jì)和科技日新月異的發(fā)展著，汽車(chē)行業(yè)也屢創(chuàng)新高，由于

11、汽車(chē)數(shù)量的增加，擁擠堵車(chē)，車(chē)輛事故等現(xiàn)象早已屢見(jiàn)不鮮，交通運(yùn)輸方便面臨著嚴(yán)峻考驗(yàn)。為了避障類(lèi)似情況的發(fā)生，設(shè)計(jì)新型的智能化、安全并高效的汽車(chē)控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。</p><p>　　本課題的內(nèi)容是基于單片機(jī)的多功能智能小車(chē)設(shè)計(jì)，由于STC89C52具有良好的易用性，功能比較全面，又相對(duì)廉價(jià)，所以采用STC89C52這款單片機(jī)來(lái)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心芯片。同時(shí)還采用L293D作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，以及其他的硬件模塊，如

12、HC-SR04超聲波探測(cè)模塊、紅外避障模塊、電源模塊、紅外遙控模塊等共同構(gòu)成。軟件上采用簡(jiǎn)單易懂的C語(yǔ)言編程來(lái)完成程序代碼的編寫(xiě)，從而達(dá)到智能小車(chē)黑線循跡、紅外避障、紅外遙控、超聲波避障等功能的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　關(guān)鍵字： 智能化；單片機(jī)；模塊；傳感器</p><p>　　SCM-based multifunctional intelligent car design</p&

13、gt;<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Social economy and the rapid development of science and technology, the automotive industry has hit record highs, due to the increase in the number of car

14、s, congestion traffic jams, vehicle accidents and other phenomena have long been common, convenient transportation is facing a severe test. In order to avoid similar situations, the design of new intelligent, safe and ef

15、ficient automotive control system is imperative.</p><p>　　The content of this topic is based on the single-chip multi-functional intelligent car design, because STC89C52 has good ease of use, the function is

16、 more comprehensive, and relatively cheap, so the STC89C52 this microcontroller as the core of the entire system control chip. At the same time also use L293D as the motor driver chip, and other hardware modules, such as

17、 HC-SR04 ultrasonic detection module, infrared shielding module, power module, infrared remote control module together constitute. </p><p>　　Keywords： intelligent; single-chip; module; sensor</p><

18、p><b>　　第1章 概述</b></p><p><b>　　1.1 選題背景</b></p><p>　　自從首輛的智能小車(chē)出現(xiàn)以后，其發(fā)展就迅速地普遍用于偵查、運(yùn)輸、自動(dòng)化、監(jiān)測(cè)和航空等各個(gè)領(lǐng)域。</p><p>　　一方面是因?yàn)橹悄苄≤?chē)那日漸提高的智能水平，而且正在迅速地使人們的生活形式發(fā)生改變。人們從未停

19、止過(guò)對(duì)自然的認(rèn)知、探討和改造，能夠讓幫助或代替人類(lèi)勞動(dòng)的機(jī)器創(chuàng)造出來(lái)是人類(lèi)夢(mèng)寐以求的事情。</p><p>　　另一方面，汽車(chē)在人們生活中越來(lái)越普遍與常見(jiàn)，發(fā)展十分迅速，相關(guān)的研究也層出不窮。不僅如此，在學(xué)校學(xué)習(xí)中智能小車(chē)的字眼也不陌生，尤其是電子設(shè)計(jì)相關(guān)的項(xiàng)目中。大學(xué)生們經(jīng)常會(huì)參加一些電子項(xiàng)目的比賽競(jìng)賽，往往也會(huì)拿到小車(chē)類(lèi)的題目設(shè)計(jì)，這說(shuō)明全國(guó)各大高校對(duì)這類(lèi)題目的研究亦是十分重視。本設(shè)計(jì)即是產(chǎn)生于上述背景之下，

20、設(shè)計(jì)出來(lái)的智能小車(chē)可以實(shí)現(xiàn)黑線循跡、紅外線躲避障礙、紅外遙控和超聲波避障等功能。</p><p>　　1.2 研究意義和發(fā)展前景</p><p>　　由于智能化的產(chǎn)生，我們的生活發(fā)生了很大改變，它為我們提供了許多便利的同時(shí)，也作為今后的一個(gè)發(fā)展方向。對(duì)于智能而言，就是人們預(yù)先把所需的模式設(shè)定完成，在指定的環(huán)境里不用通過(guò)人為的操作和管理即可自動(dòng)地運(yùn)作。它的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，如科學(xué)探索、智能家居

21、、工業(yè)生產(chǎn)等等領(lǐng)域都可以發(fā)現(xiàn)它的影子。而智能小車(chē)就屬于智能領(lǐng)域的一個(gè)產(chǎn)物，它也可以分類(lèi)到智能玩具中的一種，因?yàn)檫@類(lèi)智能玩具的可操作性和互通性比較好，而且還能夠根據(jù)人們提前設(shè)置好的模式自動(dòng)地去運(yùn)作，所以深受到用戶的喜愛(ài)。</p><p>　　另外，智能化還可以被高危搜索、機(jī)器領(lǐng)域等許多方面所利用，尤其是在機(jī)器人開(kāi)發(fā)上有著良好的發(fā)展前景。自從人類(lèi)進(jìn)入了21世紀(jì)，由于科技水平的迅速發(fā)展以及對(duì)生活質(zhì)量的高要求，人們?cè)谄?chē)

22、相關(guān)如舒適度和安全性等等的要求愈發(fā)強(qiáng)烈。各種新興的先進(jìn)技術(shù)，比如汽車(chē)自動(dòng)駕駛、汽車(chē)智能交通和車(chē)輛巡航技術(shù)等等都被應(yīng)用和研究，人類(lèi)對(duì)于智能汽車(chē)不斷地開(kāi)發(fā)和研究著，這類(lèi)技術(shù)也正成為全球汽車(chē)研究的熱門(mén)領(lǐng)域。</p><p>　　因此，智能化的小車(chē)的研究很有必要，它的發(fā)展對(duì)于未來(lái)或許有著舉足輕重的作用，所以智能化小車(chē)在當(dāng)前有著很重要的研究意義的同時(shí)，還具備著廣闊的發(fā)展前景和無(wú)法估量的市場(chǎng)價(jià)值。</p>&l

23、t;p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)概況</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是一種新型的智能小車(chē)，它采用了STC89C52RC單片機(jī)來(lái)進(jìn)行智能控制。在功能上其集合了黑線循跡、紅外線避障、紅外遙控，利用超聲波避障等功能于一體。在實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的功能的同時(shí)，智能小車(chē)只是智能車(chē)輛的一個(gè)雛形，它的拓展空間無(wú)比強(qiáng)大，若在其基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展下去，一些基于智能汽車(chē)的高科技功能亦可實(shí)現(xiàn)，比如智能小車(chē)導(dǎo)盲、智能

24、生產(chǎn)運(yùn)輸、智能測(cè)距等等。</p><p>　　其設(shè)計(jì)的思路比較相似于目前一些高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中的智能化機(jī)器人，對(duì)于智能機(jī)器人已經(jīng)不再是罕見(jiàn)的東西了，它漸漸的融入到人們的日常生活之中，并為人類(lèi)的生活帶來(lái)便捷。但是與常見(jiàn)產(chǎn)品相比，智能化小車(chē)在某些方面更具有創(chuàng)新和獨(dú)特性，這點(diǎn)是其他的產(chǎn)品所不足的地方，因此有著不可小覷的發(fā)展前景。超聲波傳感器是一種新型技術(shù)，并且立即被廣泛地應(yīng)用到眾多領(lǐng)域之中，其采用了這個(gè)技術(shù)后可以在工作中不

25、被能見(jiàn)度問(wèn)題如光照強(qiáng)弱的影響所干擾。產(chǎn)品整體的靈敏度很高，而且需要的能耗比較低，可以在較為復(fù)雜的環(huán)境里將誤差降到最低而完成工作。</p><p>　　小車(chē)的生產(chǎn)成本很低，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，而且使用的壽命長(zhǎng)，安全性能好，十分符合在當(dāng)今時(shí)代對(duì)智能產(chǎn)品所規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)。</p><p>　　第2章 方案選取與分析</p><p><b>　　2.1主控系統(tǒng)<

26、/b></p><p>　　單片機(jī)的性能很強(qiáng)，資源也很多，價(jià)格相比更為實(shí)惠，而且還有著強(qiáng)大的控制功能，基于以上種種特點(diǎn)，由STC89C52單片機(jī)來(lái)作為本次設(shè)計(jì)最重要的一環(huán)，使其控制整個(gè)小車(chē)從而來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的性能指標(biāo)。STC89C52單片機(jī)是一種增強(qiáng)型的51單片機(jī)，具有超低功耗的特點(diǎn)，與普通的51系列單片機(jī)相比，它的抗干擾能力更強(qiáng)，運(yùn)算的速度也更快，同時(shí)還能夠支持ISP在線編程，片上集成了512字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)

27、據(jù)存儲(chǔ)器，而且片內(nèi)還含有32個(gè)I/O口，以及8k字節(jié)空間的閃速只讀存儲(chǔ)器，定時(shí)計(jì)數(shù)器共有三個(gè)。它的指令系統(tǒng)能夠完全兼容一般的51系列單片機(jī)指令系統(tǒng)，這大大減小了系統(tǒng)軟件方面設(shè)計(jì)的難度系數(shù)，而且其物美價(jià)廉，電路設(shè)計(jì)也比較容易。在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中了解到，STC89C52十分符合對(duì)系統(tǒng)的要求，無(wú)論是精確度還是運(yùn)算速度都符合。</p><p><b>　　2.2電源模塊</b></p>&

28、lt;p>　　穩(wěn)壓電源作為單片機(jī)控制系統(tǒng)中必不可少的組成部分，不僅僅給系統(tǒng)提供了多路電源電壓，更是在系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和抗干擾性能方面起到了舉足輕重的作用。近年來(lái)，高效率的開(kāi)關(guān)電源正在逐漸取代傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓電源的地位，尤其是單片機(jī)開(kāi)關(guān)電源被迅速而廣泛的應(yīng)用，使其為設(shè)計(jì)出節(jié)能、環(huán)保、高效率的新型電源提供了良好的條件。本機(jī)采用2節(jié)3.6V可充電鋰電池組，可充電電池組的電流驅(qū)動(dòng)能力比較強(qiáng)，而且電壓輸出性能相對(duì)穩(wěn)定。在電充滿時(shí)，2節(jié)電池電壓可以

29、達(dá)到7.2v，經(jīng)7805穩(wěn)壓到5v供給單片機(jī)。</p><p><b>　　2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊</b></p><p>　　2.3.1 電機(jī)模塊選取與分析</p><p>　　第一種方案：對(duì)于整個(gè)小車(chē)系統(tǒng)的電機(jī)模塊的需求，選擇步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。這種電機(jī)有一個(gè)好處，它的每次轉(zhuǎn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生不同的角度，而這個(gè)角度其能夠計(jì)算出來(lái)，并且十分準(zhǔn)確，這個(gè)優(yōu)勢(shì)對(duì)于智

30、能小車(chē)在前行的過(guò)程中走了多遠(yuǎn)的距離，達(dá)到了什么位置都可以很容易的計(jì)算出來(lái)。但是這個(gè)電機(jī)也存在很明顯的缺點(diǎn)，當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度會(huì)越來(lái)越快，如此一來(lái)它的力矩就開(kāi)始降低，并且成正比的規(guī)律下降。所以小車(chē)的運(yùn)行速度就會(huì)有所限制，不利于智能小車(chē)的功能實(shí)現(xiàn)。。</p><p>　　第二種方案：對(duì)于整個(gè)小車(chē)系統(tǒng)的電機(jī)模塊的需求，選擇直流減速電機(jī)實(shí)現(xiàn)。這一種的電機(jī)質(zhì)量相對(duì)較輕，很小巧不占用空間，非常好用和常見(jiàn)。與上述方案相比，

31、此電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來(lái)的力矩就大得多。在它的電機(jī)內(nèi)部里面，還存在一個(gè)齒輪組，能夠起到減速的作用，這樣的話就避免了反反復(fù)復(fù)調(diào)速的問(wèn)題。只要用單片機(jī)來(lái)控制，就可以直接命令電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)或是反向旋轉(zhuǎn)或是停止運(yùn)行。</p><p>　　對(duì)比上述兩方案的優(yōu)劣度最終決定選擇第二種方案的電機(jī)種類(lèi)。</p><p>　　2.3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選取與分析</p><p>　　第一種方案：對(duì)于整

32、個(gè)小車(chē)系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的需求，選擇繼電器實(shí)現(xiàn)。這種驅(qū)動(dòng)有個(gè)明顯的好處就是它的電路比較簡(jiǎn)單易懂，不像有些電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路十分復(fù)雜。但是它也有許多的不足之處，這種電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壽命很短，易損壞，而且它的響應(yīng)時(shí)間相對(duì)比較慢，不是很可靠。因此決定放棄此方案。 第二種方案：對(duì)于整個(gè)小車(chē)系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的需求，選擇L293D此款電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)。這種驅(qū)動(dòng)芯片負(fù)載很強(qiáng)，無(wú)論是電壓還是電流都十分大，而且該芯片采用16腳封裝,屬于H橋集成電路。除此

33、之外，它還有許多的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)開(kāi)始工作時(shí)，電壓最高可以達(dá)到36福特，電流也十分大，最大可以達(dá)到2安培，保持1安培的電流穩(wěn)定工作。能用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和繼電器線圈等感性負(fù)載，由于其輸入端能夠直接與單片機(jī)相連，所以可以很方便地受到單片機(jī)的控制。當(dāng)小型直流電機(jī)被驅(qū)動(dòng)時(shí)，其可以直接控制兩路的電機(jī)，并實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，只要改變輸入端的邏輯電平即可實(shí)現(xiàn)此功能。</p><p>　　綜合以上考慮最終決定采用第二套方案，選

34、用L293D芯片更合適。</p><p>　　圖2-3 L293D</p><p>　　2.4 黑線循跡模塊</p><p>　　第一種方案：對(duì)于整個(gè)小車(chē)系統(tǒng)的循跡模塊的需求，選擇光敏電阻實(shí)現(xiàn)。此種方案簡(jiǎn)單易行，因?yàn)楣饷綦娮璧淖柚禃?huì)很敏感的產(chǎn)生變化，而使其阻值發(fā)生變化的原因就是它附近的明暗度，所以讓其處在黑白截然相反的顏色上時(shí)，阻值會(huì)很明顯的發(fā)生變化，由此電壓比較器

35、接收到阻值的變化值時(shí)就能夠輸出不同的電平信號(hào)，單片機(jī)就由此可以判斷從而釋放對(duì)應(yīng)命令來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的左右轉(zhuǎn)向、前進(jìn)或者停止等行動(dòng)。但是實(shí)際發(fā)現(xiàn)效果并不好，而且有較大的誤差現(xiàn)象，很容易被周?chē)沫h(huán)境所影響，穩(wěn)定性太差。所以考慮放棄此方案。</p><p>　　第二種方案：對(duì)于整個(gè)小車(chē)系統(tǒng)的循跡模塊的需求，選擇HJ-IR2抗干擾型高性能紅外避障模塊實(shí)現(xiàn)。該傳感器是一種一體化反射型光電探測(cè)器，它受到光線的影響非常小，甚至幾乎無(wú)

36、影響，哪怕是在外面受到太陽(yáng)的照射影響，也不會(huì)帶來(lái)太大誤差，準(zhǔn)確度非常高。我們都知道黑色的東西會(huì)吸收光線，然而白色的東西吸收光線的能力很差，絕大部分會(huì)被發(fā)射回去。利用這一原理，只需要將軌道設(shè)置為黑色并且布置在白色的路面上即可完成環(huán)境設(shè)計(jì)。釋放出紅外線探測(cè)，受到外界可見(jiàn)光的干擾很小，對(duì)信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生影響。LM324可以用來(lái)比較檢測(cè)信號(hào)，再由單片機(jī)最后完成處理。</p><p>　　比較兩種方案認(rèn)為第二種方案更加的穩(wěn)定，

37、具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。然而方案一的誤差對(duì)于整個(gè)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)影響過(guò)大，綜上分析最終用第二種方案。</p><p>　　2.5 超聲波避障模塊</p><p>　　第一種方案：對(duì)于整個(gè)小車(chē)系統(tǒng)的避障模塊的需求，選擇漫反射式光電開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。此套方案的一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)就是操作上十分簡(jiǎn)單，這種模塊可以射出一束光，光線徑直的向前一旦遇到障礙物的阻攔后，立即會(huì)反射回來(lái)，此時(shí)的接收電路就能夠得知并且運(yùn)行判斷。如果被阻擋

38、回收到光線就給一低電平，沒(méi)有任何反應(yīng)的話就給一高電平即可。但同時(shí)這套方案有個(gè)明顯的缺陷就是能夠測(cè)到的距離相對(duì)太近。</p><p>　　第二種方案：對(duì)于整個(gè)小車(chē)系統(tǒng)的避障模塊的需求，選擇超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)。利用壓電陶瓷超聲波傳感器產(chǎn)生超聲波傳輸，不僅僅速度快而且路徑直，一旦碰到任何的阻礙物體立即返回被接收。在各式各樣的避障設(shè)計(jì)中，超聲波十分的常見(jiàn)，也十分的被偏愛(ài)。本設(shè)計(jì)對(duì)于超聲波探測(cè)器方面擬定HC-SR04模塊。&

39、lt;/p><p>　　考慮到本系統(tǒng)并不需要在復(fù)雜的環(huán)境中工作，只需要檢測(cè)到障礙物實(shí)現(xiàn)避障，方案二的模塊更加符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求，綜合分析最終選擇第二種方案。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　智能小車(chē)采用兩個(gè)前輪和一個(gè)萬(wàn)向輪的方式，在前輪的

40、左右兩端各安裝一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L293D來(lái)控制兩個(gè)前輪的左右轉(zhuǎn)向和停止，后輪是一個(gè)萬(wàn)向輪，有支撐和轉(zhuǎn)向的作用。在車(chē)體底盤(pán)的前端裝有4個(gè)紅外光電傳感器，用以實(shí)現(xiàn)路跡檢測(cè)和避障功能。</p><p>　　小在小車(chē)的車(chē)頭還裝置有超聲波探測(cè)模塊HC-SR04，當(dāng)前方檢測(cè)到障礙物時(shí)，小車(chē)能夠做出相應(yīng)的反應(yīng)。</p><p>　　總體設(shè)計(jì)框圖如圖3-1。</p><p

41、>　　圖3-1 總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　3.2 電源電路設(shè)計(jì)</p><p>　　電壓的穩(wěn)定性尤其重要，對(duì)此專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了穩(wěn)壓電路。使用7805三端穩(wěn)壓集成塊，可以保持電壓為+5V不變。同時(shí)開(kāi)關(guān)起到了為最小系統(tǒng)板上的程序燒寫(xiě)提供電源的作用。電源電路如下圖3-2所示。 </p><p>　　圖3-2 5V穩(wěn)壓電源</p><p>　

42、　3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　L293D 共有16個(gè)引腳，屬于DIP封裝。是四倍高電流的H橋驅(qū)動(dòng)程序。雙極型脈沖調(diào)寬有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如低速時(shí)更平穩(wěn)；釋放連續(xù)電流；能夠四角限運(yùn)行；電機(jī)停止工作后產(chǎn)生微振電流，有助于除去轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的靜摩擦死區(qū)等。L293D的使能信號(hào)可以起到調(diào)節(jié)脈寬的作用，給H橋電路輸入不同的值后，那么馬達(dá)向什么方位旋轉(zhuǎn)就會(huì)有所不同。不僅如此，在L293D的一個(gè)芯片上存在有兩個(gè)H橋電路，

43、這就說(shuō)明兩個(gè)電機(jī)可以同時(shí)被一個(gè)芯片直接控制。電機(jī)含有三個(gè)必備的信號(hào)，一個(gè)是使能信號(hào)EN12，另外的是旋轉(zhuǎn)方向的控制信號(hào)IN1和IN2。當(dāng)IN1=1、IN2=0時(shí)，電機(jī)開(kāi)始正向的進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)IN1=0、IN2=1時(shí)，電機(jī)開(kāi)始相反的進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。選中一PWM與使能端引腳相連接，那么PWM的占空比直接與整個(gè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度掛鉤。選中一I/O口，通過(guò)反向器74HC14與兩個(gè)方向控制信號(hào)的引腳相連接，使其控制轉(zhuǎn)向問(wèn)題。</p><p

44、>　　L293D引腳圖如下圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 L293D引腳圖</p><p>　　其中L293D電路原理圖和內(nèi)部邏輯等效圖如下圖所示。</p><p>　　圖3-4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖</p><p>　　圖3-5 L293D內(nèi)部等效圖</p><p>　　3.4 黑線循跡設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)<

45、;/p><p>　　小車(chē)循跡的原理是在白色路面中貼有黑色膠帶的軌道上運(yùn)行，因?yàn)椴煌念伾珜?duì)光線的吸收程序不一樣，自然反射回去的數(shù)據(jù)就不同，所以通過(guò)最后收到的反射光的情況就可以判斷道路的黑白。本設(shè)計(jì)采用應(yīng)用廣泛且操作比較簡(jiǎn)單的紅外光線探測(cè)方法。</p><p>　　紅外光線探測(cè)法其實(shí)原理十分簡(jiǎn)單，就是紅外線對(duì)于各種各樣的顏色有不同的反射性質(zhì)。小車(chē)開(kāi)始前進(jìn)，那么傳感器的紅外發(fā)射二極管就會(huì)往外放出紅

46、外線，若此時(shí)小車(chē)行駛在白色的路面上，置于車(chē)底的紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外線會(huì)被反射回來(lái)，接收管一旦接收到紅外信號(hào)，那么就會(huì)導(dǎo)通光敏三極管，從而輸出低電平，經(jīng)過(guò)電壓比較器后送往單片機(jī)控制。若小車(chē)一旦開(kāi)始位于黑色膠帶軌道的上方，黑色物體就能夠吸收一直釋放出來(lái)的紅外線，此時(shí)的三極管立即就被阻斷了，放出的信號(hào)變化為高電平。這樣一來(lái)用到紅外線就可以判斷是否有信號(hào)。然后前面的信號(hào)會(huì)被傳送往單片機(jī)繼續(xù)判斷，若I/O口發(fā)現(xiàn)是高電平的信號(hào)，則意味著光線并沒(méi)有被

47、反射回來(lái)而是被黑色吸收，小車(chē)是處于黑色膠帶上前進(jìn)。相反，若是發(fā)現(xiàn)信號(hào)為低電平，說(shuō)明車(chē)子正處于在白色路道上。即是說(shuō)若小車(chē)底部的紅外線接收管遇到黑線則輸入電平為高電平，反之則為低電平。避障亦是此原理。</p><p>　　傳感器原理圖如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 傳感器模塊電路原理圖</p><p>　　3.5 紅外避障電路的設(shè)計(jì)</p>

48、<p>　　紅外線避障的原理和黑線循跡基本相似，都是利用光線反射性質(zhì)，只要有阻礙物體在前方擋路，之前施放出的光線就可以被反射回來(lái)。所以傳感器會(huì)輸出的電平就為0，L3、L4燈會(huì)亮起來(lái)。當(dāng)前方?jīng)]有遇到障礙物時(shí)，由于傳感器位于小車(chē)的上方，因此傳感器反射能力不強(qiáng)，只能反射少許的紅外光線，不能夠使得傳感器運(yùn)作，所以傳感器輸出電平1。只要通過(guò)單片機(jī)來(lái)檢測(cè)傳感器的輸出端電平是高還是低，就能得知是否遇到障礙。</p><

49、p>　　3.6 超聲波避障的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.6.1 超聲波避障原理</p><p>　　本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)避障功能選取的是超聲波探測(cè)傳感器。把這個(gè)傳感器固定在小車(chē)的最前方，事先調(diào)整好測(cè)量的距離，只要在能夠檢測(cè)到的距離內(nèi)，一旦有阻礙物體出現(xiàn)在道路前面，單片機(jī)就可以立即收到由傳感器發(fā)來(lái)的信號(hào)，從而發(fā)出命令讓小車(chē)開(kāi)始改變?cè)嫉姆较?，避免撞上障礙物。所以超聲波傳感器的優(yōu)點(diǎn)還是很多的，頻

50、率高，速度快，方向性又好。</p><p>　　3.6.2 超聲波模塊工作原理</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的是HC-SR04超聲波探測(cè)模塊，給一個(gè)高電平的信號(hào)（大于10千赫茲），HC-SR04模塊就會(huì)釋放出八個(gè)方波（約40千赫茲），而且檢測(cè)是否信號(hào)返回來(lái)完全是自動(dòng)的。一旦模塊這邊收到了返回的信號(hào)，就會(huì)讓IO輸出一個(gè)高電平，高電平維持了多長(zhǎng)的時(shí)間，就表明超聲波從發(fā)出到回來(lái)一共是多少時(shí)間。

51、測(cè)試距離有一個(gè)公式等于高電平維持的時(shí)間乘以聲速，因?yàn)槭峭档木嚯x，所以還要除以2。</p><p>　　選取超聲波完成避障的電路連接如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 超聲波避障電路原理</p><p><b>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 軟件設(shè)計(jì)思想</p>&l

52、t;p>　　本設(shè)計(jì)屬于單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，除了相應(yīng)的系統(tǒng)硬件方面相關(guān)的設(shè)計(jì)，對(duì)于智能小車(chē)的不同功能的實(shí)現(xiàn)也需要著不同的應(yīng)用程序。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中軟件設(shè)計(jì)也占有重要的地位。</p><p>　　我在進(jìn)行軟件相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，并沒(méi)有采用傳統(tǒng)的整體代碼編寫(xiě)，而是將整體分割成n個(gè)不同的部分，每一個(gè)部分都可以被稱作是一個(gè)模塊。其實(shí)這些所謂的模塊都只是單獨(dú)的程序代碼，它們都對(duì)應(yīng)著相關(guān)的功能，為每個(gè)功能程序的實(shí)現(xiàn)模塊，這樣

53、的設(shè)計(jì)方法其實(shí)就是模塊程序設(shè)計(jì)法。</p><p>　　模塊程序設(shè)計(jì)法有如下的一些優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　每個(gè)模塊都很容易去編寫(xiě)，并且單獨(dú)的去調(diào)試更為方便；</p><p>　　這些模塊單獨(dú)實(shí)現(xiàn)自己的功能，不會(huì)互相影響和沖突；</p><p>　　模塊的程序代碼更易被調(diào)用，可以隨時(shí)利用現(xiàn)有的程序。</p><p>

54、　　本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由黑線循跡程序、紅外避障程序、超聲波避障程序、紅外遙控程序構(gòu)成。</p><p>　　4.2 黑線循跡程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　部分程序清單如下：</b></p><p>　　4.3 紅外避障程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　部分程序清單如下：</b>&

55、lt;/p><p>　　4.4 超聲波避障程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　程序清單如下：</b></p><p><b>　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p><b>　　5.1 硬件調(diào)試</b></p><p>　　硬件調(diào)試，對(duì)系統(tǒng)的每個(gè)模塊

56、分別進(jìn)行調(diào)試，主要的目的是調(diào)試各個(gè)模塊的功能是否按照要求實(shí)現(xiàn)。調(diào)試的過(guò)程包括檢查硬件實(shí)物電路的連接與邏輯圖是否一致無(wú)誤，用萬(wàn)用表檢測(cè)電路是否存在短路、斷路的情況，器件的規(guī)格屬性和極性是否存在錯(cuò)誤。當(dāng)這些檢測(cè)完畢以后，再用萬(wàn)用表檢測(cè)一下位于電路板電源兩端之間的電阻，排查以免存在電源短路的情況。</p><p><b>　　5.2 軟件調(diào)試</b></p><p>　　本

57、系統(tǒng)采用的是STC89C52作為核心模塊，因此軟件調(diào)試起來(lái)比較容易。開(kāi)發(fā)環(huán)境選用的是keil軟件，此軟件可以判斷出程序的語(yǔ)法和邏輯錯(cuò)誤，使得調(diào)試更為簡(jiǎn)單方便。由于本系統(tǒng)是通過(guò)分模塊的方式來(lái)進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)，所以在軟件調(diào)試時(shí)各個(gè)模塊會(huì)分別地被調(diào)試。如小車(chē)黑線循跡程序，調(diào)試到此模塊時(shí)只需將其放入一個(gè)子程序中單獨(dú)地進(jìn)行測(cè)試，如果能夠順利完成指定的功能即視為通過(guò)測(cè)試，否則就修改程序后再不斷測(cè)試直到成功通過(guò)。</p><p>

58、;<b>　　5.3 軟硬聯(lián)調(diào)</b></p><p>　　本系統(tǒng)的調(diào)試方法主要由硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵谡麄€(gè)系統(tǒng)中采用的是模塊程序設(shè)計(jì)法，所以對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行逐級(jí)調(diào)試時(shí)更為方便。先是對(duì)單片機(jī)控制模塊、避障傳感器模塊、電機(jī)控制模塊、超聲波探測(cè)模塊的分別調(diào)試，最后將所有模塊組合成一體再進(jìn)行整體的調(diào)試。即是說(shuō)若硬件調(diào)試和軟件調(diào)試都基本通過(guò)后，再進(jìn)行系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)調(diào)。按照模塊化的

59、設(shè)計(jì)理念由上而下地對(duì)各個(gè)模塊依次調(diào)試，最后再連接成一個(gè)完整的系統(tǒng)調(diào)試。</p><p><b>　　5.4 成果展示</b></p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)的調(diào)試任務(wù)都完成后，還要對(duì)本設(shè)計(jì)的功能進(jìn)行測(cè)試。在預(yù)先設(shè)計(jì)好的軌道上，檢驗(yàn)小車(chē)的功能能否一一實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　5.4.1 實(shí)物圖</b></p>

60、;<p>　　圖5-1 小車(chē)實(shí)物圖</p><p>　　5.4.2 黑線循跡</p><p>　　圖5-2 小車(chē)黑線循跡圖</p><p>　　在地面上預(yù)先設(shè)定好的一條黑色的軌跡，智能小車(chē)啟動(dòng)后能夠沿著這條黑線循環(huán)地行駛而不會(huì)出現(xiàn)偏離軌道的情況。</p><p>　　5.4.3 紅外避障</p><p>

61、　　圖5-3 小車(chē)紅外避障圖</p><p>　　將智能小車(chē)放入一個(gè)周?chē)錆M著障礙物的環(huán)境中，小車(chē)的紅外探測(cè)器能夠發(fā)射紅外光探測(cè)前方有無(wú)障礙，然后反饋信號(hào)使得小車(chē)可以做出判斷從而躲避開(kāi)身邊的障礙。</p><p>　　5.4.4 超聲波避障</p><p>　　圖5-4 小車(chē)超聲波避障圖 </p><p&g

62、t;　　在智能小車(chē)的車(chē)頭上安裝好超聲波探測(cè)模塊，當(dāng)小車(chē)行駛途中檢測(cè)到前方有障礙物時(shí)，就會(huì)立即停止然后向反方向行駛，檢測(cè)障礙物的距離設(shè)定也可以進(jìn)行調(diào)整。</p><p>　　5.4.5 紅外遙控</p><p>　　通過(guò)紅外遙控器發(fā)送出操作的信號(hào)，每個(gè)按鍵都對(duì)應(yīng)著不同的數(shù)字編碼，此時(shí)的發(fā)射器能夠發(fā)出一個(gè)按下的數(shù)字編碼，然后被紅外接收模塊的輸出端接收。單片機(jī)最終就會(huì)解碼出之前的數(shù)字編碼從而清楚

63、是哪個(gè)按鍵被按下，讓小車(chē)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)向和停止等動(dòng)作。</p><p>　　圖5-5 小車(chē)紅外遙控圖</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的智能小車(chē)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多功能的展示，基本上達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。在設(shè)計(jì)的途中并非一帆風(fēng)順，也遇到了許多的問(wèn)題，其中主要包括兩大難點(diǎn)。首先是電路實(shí)物

64、的焊接和復(fù)雜電路的檢測(cè)，非常考驗(yàn)焊接的技術(shù)水平和電路檢測(cè)等操作能力。在焊接上由于實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備比較優(yōu)良，所以焊接的工作相對(duì)來(lái)說(shuō)并非十分困難，電路的檢測(cè)就比較困難了，各種復(fù)雜交錯(cuò)的電路，需要一次次的查驗(yàn)，一次次的修改之后才能保證電路連接正確從而完成智能小車(chē)的正常工作。其次就是軟件程序的編寫(xiě)和修改。本設(shè)計(jì)的智能小車(chē)要實(shí)現(xiàn)許多的功能從來(lái)滿足多功能化的要求，那么每個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)都要有對(duì)應(yīng)的程序代碼編寫(xiě)，而且程序代碼編寫(xiě)的好壞會(huì)直接影響到功能的準(zhǔn)確度

65、。所以在程序編寫(xiě)上下個(gè)大功夫，每一段代碼都要反復(fù)的斟酌以求最優(yōu)。但是由于本設(shè)計(jì)軟件程序采用了分模塊化的方式，所以針對(duì)各個(gè)模塊的程序編寫(xiě)并非特別復(fù)雜，難就難在需要將所有的模塊設(shè)計(jì)拼接為一個(gè)整體而且能夠相互兼容。總之，通過(guò)本次的設(shè)計(jì)實(shí)踐使我掌握了一些軟件程序編寫(xiě)的技巧和檢測(cè)的手段，并且更深入地了解到了單片機(jī)的工作原理，提高了對(duì)單片機(jī)的操作能力。</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用了STC89C52單片機(jī)作為主控芯

66、片，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，功能全面，并且采用了模塊化的設(shè)計(jì)方式后提高了系統(tǒng)的可移植性，總體的設(shè)計(jì)方案也比較合理，完全符合題目的基本要求與當(dāng)今智能化的設(shè)計(jì)理念。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，方案的選擇是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)椴煌桨傅倪x擇就決定了對(duì)應(yīng)的模塊的性能的變化，選取最適合、最優(yōu)化的方案是極其重要的，所以到底采用哪一種方案要及其慎重，因此我通過(guò)大量的測(cè)試，對(duì)于每一種方案所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)記錄并且分析，多次的測(cè)試之后取平均值來(lái)對(duì)比，最終選取最優(yōu)的方案。另

67、外在系統(tǒng)的調(diào)試上也存在許多的難題，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試需要分步進(jìn)行，軟件方面和硬件方面都需要調(diào)試，在軟件上調(diào)試代碼的錯(cuò)誤相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只需要修改有誤的代碼即可完成工作，但是對(duì)于硬件電路的調(diào)試就很困難了，需要從許多的地方來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，一一排除，從來(lái)使得小車(chē)的各個(gè)功能都能正確的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　智能小車(chē)屬于新型的技術(shù)性產(chǎn)品，雖然目前來(lái)說(shuō)在這方面并沒(méi)有完善的研究和開(kāi)發(fā)，但它已經(jīng)漸漸地步入了科學(xué)調(diào)研的視野之內(nèi)，許多

68、國(guó)家對(duì)這方面已經(jīng)開(kāi)始了研發(fā)和測(cè)試，相信其在未來(lái)有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和良好的發(fā)展前景。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 趙旭東,魏慧竹,李曦.基于紅外線傳感器的智能尋跡小車(chē)設(shè)計(jì)[J].四川水泥. 2016(10)：37-42. </p><p>　　[2] 張丹,師寧.基于MC9S12XS128單片機(jī)的智能

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74、，2009:84-92.</p><p>　　[18] 趙振德.多功能遙控智能小車(chē)的制作[J].電子制作.2011(4):55-62.</p><p>　　[19] 隋研.基于數(shù)字PID的智能小車(chē)控制[J].雜志商店.2012:19-23.</p><p>　　[20] 余澤平,余威明.多功能電子焊接操作臺(tái)的設(shè)計(jì)[J].電子世界.2013:42-46.</p&

75、gt;<p><b>　　附錄 原理圖</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)暫時(shí)告一段落，這也就說(shuō)明我即將要告別生活四年的大學(xué)校園。大學(xué)的生活是無(wú)比的美好，在此期間我結(jié)識(shí)了許多朋友和恩師，對(duì)我來(lái)說(shuō)實(shí)在是一件幸事。一個(gè)有才的朋友就像是一本書(shū)，和他們交流就仿佛讀書(shū)一般能夠?qū)W習(xí)到許多新鮮有用

76、的知識(shí)，并且還有許多誨人不倦的老師需要感謝，這些教師們不僅僅掌握并且精通各種專(zhuān)業(yè)知識(shí)，在教學(xué)水平上更是無(wú)可挑剔。在大學(xué)期間我在工作上、學(xué)習(xí)上、精神上都有了質(zhì)的飛躍，這除了我自身努力奮進(jìn)、刻苦學(xué)習(xí)之外，與老師和同學(xué)們的幫助是分不開(kāi)的，就是因?yàn)橛辛诉@樣的教師和朋友們，我才能更好的享受大學(xué)的美好生活，更好的拼搏奮斗，實(shí)現(xiàn)自身的價(jià)值。</p><p>　　畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)過(guò)程中并非一帆風(fēng)順的，期間我也遇到了大大小小、各式各

77、樣的困難和疑惑。所以在此我要由衷地感謝我的指導(dǎo)老師xxx老師對(duì)我不厭其煩的講解并提供了許多寶貴的修改意見(jiàn)。除了xxx老師的專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平外，他那嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和工作的熱情都是我值得學(xué)習(xí)的地方，必定在我今后的生活和工作中產(chǎn)生積極作用。此次的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，我深刻地感受到只有真正用心地去做一件事情才能把它做好，同時(shí)也更加認(rèn)識(shí)到專(zhuān)業(yè)知識(shí)的重要性。論文設(shè)計(jì)的期間雖然漫長(zhǎng)但又無(wú)比的充實(shí)，就如同自己播種澆水，當(dāng)那棵參天大樹(shù)長(zhǎng)出來(lái)時(shí)，就會(huì)充滿了成

78、就感。不僅僅是論文的完成，在今后的生活和工作中都應(yīng)該抱著全力以赴的態(tài)度去做，才能收獲到勝利的果實(shí)。</p><p>　　在這里，那些所有在大學(xué)里教書(shū)育人的教師們，我想對(duì)你們表示感謝，還有校領(lǐng)導(dǎo)、各個(gè)學(xué)院的院領(lǐng)導(dǎo)們，感謝你們對(duì)學(xué)生們的關(guān)心和幫助，并且給我們提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。同時(shí)感謝金陵科技學(xué)院電子信息工程學(xué)院為我們提供的實(shí)驗(yàn)室和在設(shè)計(jì)器材上的大力幫助。</p><p>　　大學(xué)四年的生活