毕业论文-基于AT89S52单片机的智能小车设计14684

毕业论文-基于AT89S52单片机的智能小车 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 14684 核准通过，归档资料。 未经允许，请勿外传～ 郑州大学 本科生毕业论文 题 目 基于AT89S52单片机的智能小车设计 指导教师 职称 学生姓名 学号 专 业 电子信息工程 班级 电信二班 院 (系) %% 电子信息%% 完成时间 ################# 摘 要 随着社会经济科技的发展交通运输日益兴旺，汽车数量大幅攀升。交通拥挤状况日益严重，撞车事故屡屡发生，造成不可避免的人身伤亡和经济损失，针对这种情况，设计以一种智能的、可靠的、高效汽车控制系统势在必行。 论文内容是基于AT89S52的单片机智能小车设计，AT89S52的易用性和多功能性受广大使用者的好评。本设计是以设计题目的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 为需要，采用AT89S52单片机作为核心控制芯片，采用L298N作为直流电机的驱动芯片，结合E18-D80NK 红外避障传感器、TCRT5000红外反射式接近开关传感器，软件采用C语言编程实现了预定模式下智能小车的循迹、超车、避障等功能。硬件模块主要包括单片机最小体统(晶振模块、复位电路)红外反射式接近开关模块、红外避障模块、电机驱动模块、电源模块。红外避障传感器和红外反射式接近开关传感器采集信号后交单片机进行处理;单片机控制电机驱动模块，从而驱动小车按照设定的模式运动。 关键字 单片机/小车/避障/超车 I Microcontroller-based intelligent car design ABSTRACT With the socio-economic and scientific development of transport is thriving, the number of cars rose sharply. Worsening traffic congestion situation, the frequent occurrence of the crash, resulting in inevitable human casualties and economic losses, and this situation, design an intelligent, reliable and efficient vehicle control system is imperative. Paper content AT89S52-based single-chip smart car designed the AT89S52 ease of use and versatility by the majority of users. This design is based on the requirements of the design subject in need of using AT89S52 MCU as the core control chip, L298N as a DC motor driver chips, combined with the E18-D80NK infrared obstacle avoidance sensor, TCRT5000 infrared reflective proximity switch sensor, the software uses the C programming language smart car in the intended mode tracking, overtaking, obstacle avoidance, and other functions. The hardware module including the smallest single-chip decency (crystal module, the reset circuit) infrared reflective proximity switch module, infrared obstacle avoidance module, motor driver module, power module. Infrared obstacle avoidance sensors and infrared reflective proximity switch sensor signal acquisition, cross-SCM for processing; microcontroller to control the motor drive module, which drive the car in accordance with the set pattern of movement. KEYWORDS single-chip, car, obstacle avoidance, overtaking II 目 录 摘 要………………………………………………………….........................................................? ABSTRACT.................................................................................................................................? 1 综述……………………………………………………………………..........................................1 1.1智能小车概况………………………………………………………………………………..1 1.2智能小车的发展前景…………………………………………………………………..…..1 1.3设计概况…………………………………………………………………….………………..1 2 总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计..………………………………………………………....................................2 2.1设计任务描述…………………………………………………………………………….......2 2.2需求分析…………………………………………………………………………………....…3 2.3总体设计………………………………………………………………………………………3 2.4总体方案……………………………………………………………………………………....3 2.5电路方框图……………………………………………………………………………….…..4 3各部分电路分析……….……………………………………………....................................4 3.1电源模块.............………………………………………………………..................................4 3.2单片机最小系统……………………………………………………………………………..5 3.3电机驱动电路…………………………………………………………………….………...10 3.4 TCRT5000红外反射式接近开关电路…………………………………………...13 3.5 E18-D80NK红外避障模块................................................……………………....14 4系统调式…………….………………………………………………........................15 4.1 硬件试…………….……………………………………………….......................15 4.2 软件调试………………………………………………………………………....19 4.3 软硬联调…………………………………………………………………………21 4.4 功能测试………………………………………………………………………....21 4.5 测试数据与测试结果分析……………………………………………………....21 结束语.……………………………………………………………………....................22 致 谢……..…………………………………………………………..........................….23 参考文献…...........................……………………………………………………….….24 附录1电路原理图…......................………………………………………….……..25 附录2小车程序………........................………………………………………….....27 1综述 1.1智能小车的概况 自第一台智能小车诞生以来，智能小车的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。一方面由于智能小车的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。 另一方面随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也越来越受人们的关注。全国电子大赛和省电子大赛几乎每年都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。本设计就是也是在这样的背景下产生的，设计的智能小车应该能够进行自动避障和超车功能。 1.2智能小车的发展前景 人类进入21世纪,随着科学技术的迅猛发展和生活水准的快速提高,人们对汽车 如汽车智能交通系统、汽车主动的安全性、舒适性要求越来越高。各种先进的技术, 安全技术、汽车自动驾驶技术、车辆巡航技术等被应用和研究,智能汽车的研究也正在成为世界汽车研究的热点。 1.3设计概况 本设计在参阅了大量网上设计的智能小车的基础上，利用单片机技术，采用C语言进行编程，并结合TCRT5000红外反射式接近开关传感器及E18-D80NK 红外避障传感器构造的智能小车。该设计通过实现了小车的无人驾驶，通过对路面的检测，由单片机来判断控制其小车的反应情况，使其变得智能化，实现自动的前进，转弯，停止功能.此系统还不断的完善后可以应用到道路检测，安全巡逻中，能满足社会的需要，此外用单片机和数字电路设计的智能小车具有运动灵活、控制准确、功耗低、成本低等优点。所以单片机设计的智能小车具有广阔的发展前景。本文首先简要介绍了设计的智能小车的功能及总体方案，然后详细介绍设计 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 ，以及硬件和软件系统设计，并给出设计细节，包括各部分电路的走向、芯片的选折、程序设计、方案可行性分析等。 1 2总体方案设计 2.1设计任务描述 本章主要简要地介绍系统总体方案的选定和总体设计的思路，在后面章节中将整个系统分为机械结构、控制模块、控制算法等三部分对智能车控制系统进行深入的介绍分析。 设计任务描述: (1)设计目的:巩固已学的理论知识，能够深入理解单片机的基本原理、硬件 组成和工作过程，了解单片机的系统组成及相关模块的链接配合，正确设计的各 个单元电路，合理编程使小车按预先模式行驶。 (2)基本要求: 1、甲车和乙车分别从起点标志线开始，在行车道各正常行驶一圈。 2、甲、乙两车按图 1 所示位置同时起动，乙车通过超车标志线后在 超车区内实现超车功能，并先于甲车到达终点标志线，即第一圈实现 乙车超过甲车。 3、甲、乙两车在完成2时的行驶时间要尽可能的短。 (注:乙车用一物体代替) 说明: 1.赛车场地由 2 块细木工板(长 244cm，宽 122cm，厚度自选)拼接而成，离地面高度不小于 6cm(可将垫高物放在木工板下面，但不得外露)。板上边界线由约 2cm 宽的黑胶带构成;虚线由 2cm 宽、长度为 10cm、间隔为 10cm 的黑胶带构成;起点/终点标志线、转弯标志线和超车标志区线段由 1cm 宽黑胶带构成。 图 1 中斜线所画部分应锯掉。 2.车体(含附加物)的长度、宽度均不超过 40cm，高度不限，采用电池供电，不能外接电源。 3.测试中甲、乙两车均应正常行驶，行车道与超车区的宽度只允许一辆车行驶，车辆只能在超车区进行超车(车辆先从行车道到达超车区，实现超车后必须返回行车道)。甲乙两车应有明显标记，便于区分。 4.甲乙两车不得发生任何碰撞，不能出边界掉到地面。 5.不得使用小车以外的任何设备对车辆进行控制，不能增设其它路标或标记。 2 6.测试过程中不得更换电池。 2.2需求分析 设计一种智能小车，借助于TCRT5000红外反射式接近开关传感器及E18-D80NK 红外避障传感器，并通过AT89S52单片机对小车进行实时控制，首先在预定的模式下运动不能超出轨道有障碍的情况下实施避障减速在有障碍且在超车区的情况下实施超车。这样循环下去。 2.3总体设计 通过学习和研究相关技术资料了解到，在现有玩具电动车的基础上，加装TCRT5000红外反射式接近开关传感器和E18-D80NK红外避障传感器实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。通过实验发现TCRT5000红外反射式接近开关传感器是系统的关键模块之一，寻迹方案的好坏，直接关系到最终性能的优劣，如何处理好边界与几条标志线的检测及与红外避障之间的配合和相互转换是本设计的难点，因此确定好循迹模块的选择、编好循迹程序是决定系统总体方案的关键。 循迹模块采用TCRT5000红外反射式接近开关传感器，优点是价格便宜，在满足系统要求下具有精度高，能很好的判断相差比较大的两种颜色 2.4 总体方案 系统的采用AT的8位微控制器AT89S52单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制。在选定智能车系统采用E18-D80NK 红外避障传感器-TCRT5000红外反射式接近开关循迹方案后，路径信号经AT89S52的I/O口输入处理后，用于小车运动控制决策，由P0口输出电机控制信号。 根据系统方案的设计，系统应包括以下模块:AT89S52主控模块、路径检测模块、电源模块、电机驱动模块、E18-D80NK 红外避障传感器、TCRT5000红外反射式接近开关传模块、辅助调试模块等。 AT89S52主控模块，作为整个智能车的的“大脑”，红外避障和接近开关传感器的信号，根据控制算法做出控制决策，驱动直流电机完成对智能车的控制。 电机驱动模块，驱动直流电机完成智能车的前进停止转向等功能。红外避障模块，探测有无障碍物，接近开关探测路面状况 3 2.5 电路方框图 电机驱动小 信号1 模块 车 接近开 关传感 器 信号2 AT89S52 计 数 障碍红外 物 避障 图2-1 总体方框图 3 各部分电路分析 3.1电源模块 稳压电源是单片机控制系统的重要组成部分，它不仅为测控系统提供多路电源电压，还直接影响到系统的技术指标和抗干扰性能。近年来，传统的线性稳压电源正逐步被更高效率的开关电源所取代，特别是单片机开关电源的迅速推广应用，为设计新型、高效、节能电源创造了良好的条件。本机采用的是5V的电源，用干电池供电。其电路图如下。 图3-1 5V稳压电源 4 3.2单片机最小系统 一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两个部分内容:一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O口、定时/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。 单片机最小系统: 根据题目要求，确定如下方案:在现有玩具电动车的基础上，加装E18-D80NK 红外避障传感器，TCRT5000红外反射式接近开关传感器，实现对电动小车的循迹、检测、避障、超车运行状况的实时监控，并将测量数据送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。 这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠、精度高可满足多系统的各项要求。AT89S52单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52单片机为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 功能:8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时/计数器，一个6向量2级终端结构，全双工串口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持两种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止。 基本电路包括晶振，常选用11.0592MHZ和12MHZ，复位电路采取电容充电的方式来上电复位，为了方便和性能，本小车采用干电池作为动力，由于使用片内存储器，所有EA/VPP要接地。 AT89S52的I\O端口: P0 口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻 辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 5 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， P0具有内部上拉电阻。 在flash编程时，P0口也用来接收指令字节;在程序校验时，输出指令字节。程序校验 时，需要外部上拉电阻。 P1 口:P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIL)。 此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和定时器/计数器2 的触发输入(P1.1/T2EX)。 在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 引脚号第二功能 P1.0 T2(定时器/计数器T2的外部计数输入)，时钟输出 P1.1 T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制) P1.5 MOSI(在系统编程用) P1.6 MISO(在系统编程用) P1.7 SCK(在系统编程用) P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIL)。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3 口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIL)。 6 P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用，如下表所示。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能 P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INTO(外中断0) P3.3 INT1(外中断1) P3.4 TO(定时/计数器0) P3.5 T1(定时/计数器1) P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD(外部数据存储器读选通) 此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。 RST——复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。 ALE/PROG——当访问外部程存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。 对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。 PSEN——程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令(或数据)时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。 EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH)，EA端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。 7 AT89S52芯片的实物如图3-2所示: 图3-2 AT89S52芯片实物图 最小系统电路如下图: 图3-3 单片机最小系统 (1)时钟电路 AT89S52虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外附加电路。AT89S52单片 机的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式。 8 本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，内部的电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶振和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在1.2MHZ到12MHZ之间选择。电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，CX1、CX2可在20pF到100pF之间取值。所以本设计中，振荡晶体选择11.0592MHZ，电容选择30pF。 其电路图如下图: 图 3-4 时钟电路 (2)复位电路 复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个触发器与复位电路相连，触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期中由复位电路采样一次。 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。所谓上电复位，是指计算机加电瞬间，要在RST引脚出现大于10MS的正脉冲，使单片机进入复位状态。按钮复位是指用户按下“复位”按钮，使单片机进入复位状态。如图3-5是上电复位及按钮复位的一种实用电路。上电时，+5V电源立即对单片机芯片供电，同时经电阻R对电容C7充电。C7上电压建立的规程就产生一定宽度的负脉冲，经反向后，RST上出现正脉冲使单片机实现了上电复位。按钮按下时，RST上同样出现高电平，实现了按钮复位。在应用系统中，有些外围芯片也需要复位。如果这些芯片复位端的复位电平和单片机一致，则可以与单片机复位脚相连， 其电路图如下图: 9 图3-5复位电路 3.3电机驱动电路 L298N是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N,内部同样包4通道逻辑驱动电路。它是专用驱动集成电路，属于H桥集成电路，与L293D的差别是其输出电流增大，功率增强。其输出电流为2A，最高电流为4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机、步进电机、电磁阀、特别是输入端可以与单片机直接相连，从而很方便的受单片机控制。当驱动直流电机时，可以直接控制两路电机，并可实现电机正转与反转，实现该功能只需改变输入端的逻辑电平。L298N引脚封装图如下所示。 图3-6 L298N引脚封装图 L298N驱动电路框图如下图: 10 图3-7 L298N驱动电路框图 L298N引脚功能表 表3-1 L298N引脚功能表 11 电路连接图如下所示。 图 3-8 电机驱动原理图 故该模块采用芯片L298N控制两个电机的正反转，以及改变电机的转速。板上的,,,与,,,为高电平时有效，只有当,,,与,,,为高电平时电机才旋转，否则单机不转，这里的电机指的是,,,电平。,,,为，,,和，,,的使能端，,,,为，,,和，,,的使能端。当,,,,,，，,,,,，,,,,时电机,正转，,,,,,，，,,,,，,,,,电机,反转。同理，当,,,,,，，,,,,，,,,,电机,正转，,,,,,，，,,,,，,,,,电机,反转。,,,,、,,,2接电机1，,,,3、,,,4接电机2。POWER接直流电源，注意正负，电源正端为VCC，电源负端为GND。 其中SENASEA、SENASEB分别为两个H桥的电流反馈脚，不用时可以直接接地。VCC，VS是接电源引脚，电压范围分别是4.5-7V、2.5-46V，设计中,,,端与单片机电源共用,,工作电源，,,端独立接,,电源。,,,，,,,为使能端，低电平禁止输出。，,,、，,,、，,,、，,,为数据输入引脚，对应L298N的5、7、10、12分别接到AT89S52的P0.0 P0.1 P0.2 P0.3;,,,,、,,,2、,,,3、,,,4为数据输出引脚分别接电机的正负极。若有接收到信号，则把相对应的高电平输入给单片机P0.4-P0.7对应的I/O口，并通过程序使单片机P0.0-P0.3对应I/O口置高电平，并传送给电机驱动模块来实现小车的走动。若没接收到信号，则继续检测。1、15脚是输出电流反馈脚，其它与L293相同。下图是其与AT89S52单片机连接的电路图。 12 图 3-9 L298N与AT89S52单片机连接原理图 L298N驱动直流电机，它靠两个引脚控制一个电机的运动。通过调制后面两个轮子转速或正反转来达到控制小车转向的目的。芯片L298N引脚和功能如表3.2: 表3-2 芯片L298N引脚和功能 3.4 TCRT5000红外反射式接近开关电路 TCRT5000光电传感器模块是基于TCRT5000红外光电传感器设计的一款红外反 射式光电开关。传感器采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组 成，输出信号经施密特电路整形，稳定可靠。 (1)工作原理: 循迹模块探测板子表面黑胶带的方法是光线射到板子上并反射，由于黑胶带 13 和板子对光的反射系数不同，所以我们可以根据收到的光的强弱来判断黑线，进 而规避黑线来保证小车在板子的行车道中正常前进。传感器的红外发射二极管不 断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时， 光敏三极管一直处于关断状态，当发射管的红外信号经反射被接收管接收后,接收 管的电阻会发生变化,在电路上一般以电压的变化形式体现出来,而经过ADC转换 或LM393等电路整形后得到处理后的输出结果.电阻的变化起取于接收管所接收 的红外信号强度,常表现在反射面的颜色和反射面接收管的距离两二方面。 +5J1(2)电路原理图: 1 OUT2R1R21R1133301k47k CON3 R17 10kD1 LED INA-LM393 IC1+5 OPTOISO1OUT18OUT-AVCCINA-27IN-AOUTBINA+36IN+AIN-B45GNDIN+B +5 R7图 3-10 TCRT5000传感器模块电路原理图 103 3-5 E18-D80NK 红外避障传感器 E18-D80NK 红外避障传感器是一种集发射与接收一体的光电传感器，发射光经过调制后发出，接收头对反射光进行解调输入。有效避免了可见光的干扰。透镜的使用，更增加了该传感器的检测距离，由于红外光的特性，不同颜色的物体，能探测的最大距离也有不同;白色物体最远，黑色物体最近。检测障碍物的距离可以根据要求通过尾部的电位器旋钮进行调节。该传感器因其探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点倍受关注。传感器内部原理图如下图。 14 图 3-11 E18-D80NK传感器模块内部原理图 4 系统调式 根据方案设计的要求，测试过程共分为三大部分:硬件调试、软件调试、软硬联调。电路按模块调试，各模块逐个调试后，再进行联调。单片机软件先在最小系统板上调试，确保电路正常工作后，再与硬件系统联调。 4.1硬件调试 硬件调试，对各个模块的功能进行调试，主要调试各模块能否实现指定的功能。查看硬件电路的连接是否与逻辑图一致，用万用表检测有无短路或断路现象，器件的规格、极性是否有误。检查完毕，用万用表测量一下电路板正负电源两端之间的电阻，排除电源短路的可能性。下图为小车实体图。 15 图4-1 小车实体图 (1)电机控制 此模块调试实现的功能是结合软件共同实现，当连接单片机与电机控制芯片的I/0加上一定的电平可以实现电机左右转向，前后转向以及停止等功能，同时通过程序延时降低电机转速。如下表为电机测试记录。 表4-1 电机测试记录 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 小车行驶状态 0 1 0 1 小车向前行驶 1 0 1 0 小车向后行驶 0 1 1 0 小车向前右转 1 0 0 1 小车向前左转 0(1) 0(1) 0(1) 0(1) 小车停止行驶 (2)接近开关传感器 接近开关传感器有三个组成，所以一路一路进行调试。当把红外对管放到黑线上时，单片机对应I/O口收到的电平都为低，输入电压为0.3V左右，同时指示等红灯亮，且左电机向前，右电机向后。当把红外对管放到白线上时，对应电平变高，为 16 4.2V左右，指示等红灯不亮，两个电机都向前。 图4-2 左侧检测正常 同理对右边的进行实验，当把红外对管放到黑线上时，单片机对应I/O口收到的电平都为低，输入电压为0.3V左右，同时指示等红灯亮，且右电机向前，左电机向后。当把红外对管放到白线上时，对应电平变高，为4.2V左右，指示等红灯不亮，两个电机都向前。 图4-3 右侧检测正常 对中间的接近开关传感器进行实验，中间的接近开关传感器与两边的略有不同，中间的不对电机进行控制，是对超车标志的检测。当红外对管经过黑线时，单片机对应I/O口收到的电平都为低，输入电压为0.3V左右，同时指示等红灯亮，当把红外对管放到白线上时，对应电平变高，为4.2V左右，指示等红灯不亮。 17 图4-4 中间计数正常 (3)红外线避障 此模块的检测与红外线寻迹模块基本一致，相当于一路寻迹信号，在没有障碍物时输入电压为0.9V左右，属于低电平，碰到障碍物电压跳变为4.7V左右，以此来得到单片机控制。在调节确定电位器电阻后测试数据可以得到，小车的避障有效范围可以达到30CM左右，同时也可以再通过调节电位器的阻值增加和减小有效距离。 图4-5 避障检测正常 18 4.2软件调试 本系统的软件调试因AT89S52核心模块的使用而变得相对容易，keil软件开发环本系统的软件调试因AT89S52核心模块的使用而变得相对容易，keil软件开发环境，能判 断语法错误和逻辑错误，这样使调试相对简单，由于本系统是分模块进行程序设计的，所以调试时先分模块进行调试。如小车红外线寻迹程序，在调试时将它放在一个子程序里单独测试，看其是否能够完成预定的功能，如能，测试通过，否则，修改并反复测试直到通过。 虽然在软件的调试过程中，综合利用了设定断点、单步、跟踪等调试手段，使得调试工作更易进行。但是也出现了一定的问题，接近开关传感器的计数不准，电机延时没起到效果等等。通过了多次分离合并，修改测试语句以及单片机外加LED灯观察现象等方法得以解决，达到综合效果。 (1)软件设计框图 本系统上电以后单片机对相应I/O进行检测，判断小车开始的状态，然后向前运动，在运动的过程中判断是否遇到边界，遇到边界就做相应的操作(左转或右转)，同时判断前方有无障碍物若有障碍物且不在超车区，就减速慢行直到无障碍物，若有障碍物且在超车区，接下来要判断是第几圈，若是第一圈就停止片刻，若是到第二圈则实施超车。在运行到预定地点停止。 程序流程图如下 19 开始 初始化各端口 N 判断全部传器 正常 Y 向前直行 N 是边界 障碍 Y 相反方向转向 到超车区 N Y 减速直行 N N 第1圈 Y 暂停 超车 停车区 结束 图4-6程序流程图如下 20 4.3 软硬联调 本系统的调试共分为三大部分:硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试:单片机控制模块的调试、接近开关传感器调试、红外线避障模块的调试以及电机控制模块的调试，最后将各模块组合后结合软件进行整体测试。在软件和硬件都基本调通的情况下，进行系统的软硬件联调。按照又上向下，模块化设计的理念对模块逐个调试:首先，调红外接近开关模块，是否能正常检测，然后调试单片机能否对信号进行处理，接着调试单片机对L298N的控制。最后等模块逐一调通后，再进行联调。再连接成一个完整的系统调试。 4.4 功能测试 完成了整体调试后，对本设计进行功能测试。在事先准备好的轨道上，对小车功能一一实现。 4.5误差的定性分析及改进措施 1、由于器件精度的限制电路很难做到十分精确，并且各种干扰对电路的正常工作都是有害的，硬件设计中除含有焊接误差外，计数传感器还容易受到抖动的干扰。 2、电机部分，电机的轴承在本次设计中既做动力源，又承接着小车大部分重量，这样就会影响到电机的转速。这样需要给小车轮子加一个轴承，让小车的重量压在这个轴承上面，电机只用来控制轴承的转动。 还有以下需要改进的地方: 1、本设计中采用的直流电机可以改为步进电机。步进电机调速更加容易。直流电机在运动过程中，由于惯性不能立刻停止运动，但步进电机有很好的制动能力。 2、可增加无线传输模块，实现两辆小车的通信。这样可提高小车的灵活性。经过不断的努力，坚持不懈的调试，查找并解决设计中出啊线的问题，系统最终达到了基本的要求，能够按照预定的模式完成循迹、计数、避障、超车等功能。但是设计的误差和精度方面受到外界的干扰，系统稳定性有待进一步提高。 21 结束语 这次设计的智能小车系统基本达到了预期目标，实现了既定的功能。在设计中主要克服两大难题，其一，较为复杂的电路焊接和检测。进一步提高了焊接技术和检查电路等实际操作能力。其二，软件设计中程序的编写是重中之重，实际编写各个模块的编写并不是太难，难就难在各个部分的兼容性，尤其是检测并计数，通过这次实践掌握了一些程序编写的技巧和拼凑几个程序时的几个要点。总之，这次系统设计使我更深入的了解了51系统单片机的工作原理，提高了对其的运用能力。 本设计是基于2011全国电子设计大赛的题目背景又由于系统采用了AT89S52单片机作为主控芯片，结构简单，容易实现，总体设计合理，符合题目的基本要求，是主流的智能化的信息融合技术的设计理念，功能强大，模块化设计，可移植性强，功率较低，有广范的应用领域和发展前景。 22 致 谢 经过半年左右的准备，此次大学毕业设计及论文终于在预定的时间里顺利完成。这其中离不开指导老师董老师的悉心指导，无论是在平时的阶段，还是在论文的选题、资料查询、开题、研究、设计和撰写的每一个环节，都得到导师的悉心指导和帮助，在设计的每个阶段，指导老师都给了我明确的指示，对其中存在的重点和难点进行了很好的解析。同时在设计方向和流程方面，指导老师也给了我宝贵的意见。在设计的制作过程中，同学们也给了我很大帮助，特别是一些细节和程序调试方面的问题。在此对他们的帮助表示由衷的感谢～ 感谢系里的各位老师，在大学四年里，你们教会了我很多知识，不管是书本上的还是那些做人方面的，你们的言传身教将使我终生受益。感谢辅导员老师，你给予我们的生活上的帮助，学习上的鼓励支持以及无时无刻的关心都让我永远铭记。感谢大学四年的各位同学，有了你们的相伴，大学生活才更精彩更有意义。 最后感谢我的父母，感谢你们给我提供这大学四年的学习机会，感谢你们给予我生活上的帮助和学习。 23 参考文献 [1]楼然苗，李光飞，51系统单片机设计实例.北京:北京航空航天大学出版社.2006. [2]李忠文.实用电机控制电路.北京:化学工业出版社，2003. [3]李东生,张勇，许四毛.Protel99SE电路设计技术入门与应用.北京:电子工业出版社，2006,40-70. [4]卓晴，黄开胜，邵贝贝等.学做智能车挑战“飞思卡尔”杯.北京:北京航空航天大学出版社，2007. [5](美)Dennis Clark，(美)Michael Owings.机器人设计与控制(英文版).北京:科学出版社，2004,15-30. [6]梅丽凤.单片机原理及接口技术.北京:清华大学出版社，2002,9-45. [7](日)铃木泰博.机器人竞赛指南.北京:科学出版社，2002,9-45. [8]贾伯年，俞朴，宋爱国.传感器技术.南京:东南大学出版社，2007,16-23. [9](美)Simon Haykin.精通8051程序设计(英文版).北京:人民邮电出版社，2006,16-30. [10]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计.北京:北京航天航空大学出版社，2007,1-100. [11]郁有文，常建，程继红.传感器原理及工程应用.西安:西安电子科技大学出版社，2003 [12]郭惠，吴迅.单片机C语言程序设计完全自学手册[M].电子工业出版社,2008.10:1-200. 24 附录1电路原理图 25 附录2小车程序 26 27 28 29 保护与报警 定值与结果 保护与报警 定值与结果 过载 大于110%报警～大于120%延时5秒跳闸 出口电压高卸载 大于108% 短路 200%～延时0.08秒跳闸 出口电压低卸载 低于85% 电流不平衡 不平衡电流大于20%～延时5秒跳闸 电压高跳闸 大于110% 漏电电流 大于30%～延时10秒 三相电压不平衡 电压差大于10% 逆功率 大于8%～延时0.5秒 过频率 大于110% 超速 大于115%～延时5秒跳闸 低频率 小于85% 蓄电池电压低 小于21V 蓄电池电压高 大于30V 差动保护 0秒跳闸 失磁保护 跳闸 单相接地保护 跳闸 过电流保护 跳闸 润滑油压低 跳闸 三次自起动失败 发信并闭锁自起动 冷却水温高 发信 润滑油温度高 发信 机油油压过低 跳闸 机油油压低 发信 冷却水断水 跳闸 燃油量过低 发信 油箱油位低 发信 冷却水水位低 发信 3主要技术指标(表一) λ?灵敏度100Lx(0=550nm) ? 1.5s 2.5?5s ，输出 AC220V 50Hz 1A DC24V 1A ,,模拟量输出420mADC 15VDC 工作方式 探 环境温度 -2 环境湿度 ; 入口 AC220V 50Hz 功耗15W 30