智能電動小車軟件設(shè)計(jì)
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外文翻譯-- 應(yīng)用于電氣系統(tǒng)的可編程序控制器.doc
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智能電動小車軟件設(shè)計(jì)
目錄
第一章 前 言 1
第二章 方案設(shè)計(jì)與論證 3
一 直流調(diào)速系統(tǒng) 3
二 檢測系統(tǒng) 4
三 顯示電路 9
四 系統(tǒng)原理圖 9
第三章 硬件設(shè)計(jì) 10
一 80C51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 10
二 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11
三 前向通道設(shè)計(jì) 12
四 后向通道設(shè)計(jì) 15
五 顯示電路設(shè)計(jì) 17
第四章 軟件設(shè)計(jì) 20
一 主程序設(shè)計(jì) 20
二 顯示子程序設(shè)計(jì) 24
三 避障子程序設(shè)計(jì) 25
四 軟件抗干擾技術(shù) 26
五 “看門狗”技術(shù) 28
六 可編程邏輯器件 29
第五章 測試數(shù)據(jù)、測試結(jié)果分析及結(jié)論 30
致 謝 31
參 考 文 獻(xiàn) 32
摘 要
80C51單片機(jī)是一款八位單片機(jī)，他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。這里介紹的是如何用80C51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)長春工業(yè)大學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題。本系統(tǒng)以設(shè)計(jì)題目的要求為目的，采用80C51單片機(jī)為控制核心，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車，并可以自動記錄時間、里程和速度，自動尋跡和尋光功能。整個系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果滿足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法及測試結(jié)果分析
采用的技術(shù)主要有：
（1） 通過編程來控制小車的速度；
（2） 傳感器的有效應(yīng)用；
（3） 新型顯示芯片的采用.
關(guān)鍵詞 80C51單片機(jī)、光電檢測器、PWM調(diào)速、電動小車
Design and create an intelligence electricity motive small car
Abstract
80C51 is a 8 bit single chip computer. Its easily using and multi-function suffer large users. This article introduces the CCUT graduation design with the 80C51 single chip computer. This design combines with scientific research object. This system regards the request of the topic, adopting 80C51 for controlling core, super sonic sensor for test the hinder. It can run in a high and a low speed or stop automatically. It also can record the time, distance and the speed or searching light and mark automatically the electric circuit construction of whole system is simple, the function is dependable. Experiment test result satisfy the request, this text emphasizes introduced the hardware system designs and the result analyze.
The adoption of technique as:
(1) Reduce the speed by program the engine；
(2) Efficient application of the sensor;
(3) The adoption of the new display chip.
Keywords 80C51 single chip computer, light electricity detector, PWM speed adjusting, Electricity motive small car
第一章 前 言
隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究?？梢娖溲芯恳饬x很大。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，指導(dǎo)教師已經(jīng)有充分的準(zhǔn)備。本題目是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題。設(shè)計(jì)的智能電動小車應(yīng)該能夠?qū)崟r顯示時間、速度、里程，具有自動尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車。
根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動車的基礎(chǔ)上，加裝光電、紅外線、超聲波傳感器及金屬探測器，實(shí)現(xiàn)對電動車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時測量，并將測量數(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)所檢測的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對電動車的智能控制。
這種方案能實(shí)現(xiàn)對電動車的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。本設(shè)計(jì)采用MCS-51系列中的80C51單片機(jī)。以80C51為控制核心，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車，并可以自動記錄時間、里程和速度，自動尋跡和尋光功能。80C51是一款八位單片機(jī)，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。它是第三代單片機(jī)的代表。
第三代單片機(jī)包括了Intel公司發(fā)展MCS-51系列的新一代產(chǎn)品，如8ｘC152﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452,還包括了Philips﹑Siemens﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑ATMEL等公司以80C51為核心推出的大量各具特色﹑與80C51兼容的單片機(jī)。新一代的單片機(jī)的最主要的技術(shù)特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)Microcomputer完善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如A/D﹑PWM﹑PCA(可編程計(jì)數(shù)器陣列)﹑WDT(監(jiān)視定時器)﹑高速I/O口﹑計(jì)數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。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。Philips公司還為這一代單片機(jī)80C51系列8ｘC592單片機(jī)引入了具有較強(qiáng)功能的設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線----CAN(Controller Area Network BUS).
新一代單片機(jī)為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展與配置打下了良好的基礎(chǔ)。
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。該設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義，可以應(yīng)用于考古、機(jī)器人、醫(yī)療器械等許多方面。尤其是
在足球機(jī)器人研究方面具有很好的發(fā)展前景；在考古方面也應(yīng)用到了超聲波傳感器進(jìn)行檢測。所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié)合，現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng)
CPU必須在正確完成所有工作后才能發(fā)掃描輸入信號，且程序中發(fā)掃描信號的地方不能太多。否則，正好在哪里有死循環(huán)，看門狗就不產(chǎn)生記滿輸出信號，不能重新啟動CPU。
4060的記滿輸出信號不但要接到MCS-51的RST腳，而且還應(yīng)接到其它芯片的RST腳，因?yàn)槌绦騺y飛后，其它具有RST腳的芯片也混亂了，必須全部復(fù)位。
六 可編程邏輯器件
可編程邏輯器件GAL16V8是LATTICE公司研制的一種電可擦除的可重復(fù)編程的低密度PLD器件。它采用更為靈活的可編I/O結(jié)構(gòu)，并采用了先進(jìn)的EECOMS工藝，數(shù)秒內(nèi)即可完成芯片的擦除和編程過程，并可反復(fù)改寫，是產(chǎn)品開發(fā)研制的理想器件之一。
GAL16V8技術(shù)特性
（1）電可擦除工藝
可重編程單元
100％成品率
可重配置邏輯
（2）高性能E2CMOS工藝
低功耗：45mA最大運(yùn)行功耗，35mA最大維持功耗
高速度：15～25us最快存取速度
（3）8個輸出邏輯單元
對于復(fù)雜邏輯設(shè)計(jì)具有最大靈活性
GAL16V8可仿真20條引腳的PAL器件，具有功能 / 熔絲圖 /參數(shù)的完全兼容性
（4）預(yù)置、加電復(fù)位全部寄存器
（5）具有保密單元、電子標(biāo)簽
（6）數(shù)據(jù)保持超過20年。
80C51按鍵電路直接由80C51接口電路查詢。消抖(延時20ms)由軟件延時完成。
第五章 測試數(shù)據(jù)、測試結(jié)果分析及結(jié)論
測試方法與儀器：
1、 測試儀器
測試儀器包括秒表、數(shù)字萬用表、信號發(fā)生器、示波器、MCS51仿真機(jī)、直流穩(wěn)壓電源等。
2、測試方法
數(shù)字萬用表主要用來測試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止/導(dǎo)通狀態(tài)等參數(shù)；
信號發(fā)生器與示波器用于測試各光電傳感器信號的接收與傳輸；
MCS51仿真機(jī)用于測試軟件；
直流穩(wěn)壓電源在測試期間為各待測系統(tǒng)供電；
秒表用于產(chǎn)品測試，按照任務(wù)書的基本要求對制成的電動車進(jìn)行產(chǎn)品測試。
測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析：
⑴ 計(jì)時精度分析 計(jì)時系統(tǒng)采用了新型顯示芯片。理論上的誤差不到1秒/年。
⑵ 測距精度分析 測速系統(tǒng)采用了電機(jī)軸光電碼盤檢測技術(shù)。電機(jī)軸與車輪軸之間采用了齒輪箱二級減速，變比1/16。車輪周長135mm,光電碼盤與電機(jī)軸安裝在一起，電機(jī)軸每一轉(zhuǎn)產(chǎn)生2個脈沖，車輪每轉(zhuǎn)產(chǎn)生32個脈沖，理論測量精度可達(dá)135mm/32=4.22mm<4.5mm
⑶ 定位精度分析 本設(shè)計(jì)采用實(shí)際測量與軟件補(bǔ)償技術(shù)，理論上可使定位精度提高到誤差<10mm。
3、結(jié)論
歷時三個月的設(shè)計(jì)過程中，我首先邊查資料，邊在實(shí)驗(yàn)室焊接小車的線路板。在焊接過程中，我感覺到即使是一個簡單的電路，要想很輕松的焊好，也不是很容易的事情。有時是“虛焊”的原因，有時可能是阻值選錯。在焊接顯示電路時，我就錯將680歐的電阻焊成了6.8千歐。這使我深深感受到理論與實(shí)際間的差距。通過這樣的設(shè)計(jì)，提高了我的動手能力。每天在實(shí)驗(yàn)室除了焊接線路板，還可以上機(jī)編程，使我軟件調(diào)試知識也提高了。
本設(shè)計(jì)采用的是80C51單片機(jī)，這主要是因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)的穩(wěn)定性比較好。還可以采用其它系列的單片機(jī)。比如采用陵陽單片機(jī)，就可以簡化編程，但其穩(wěn)定性不是很好。
致 謝
歷時三個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)告一段落。經(jīng)過自己不斷的搜索努力以及白老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成。在這段時間里，白老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩，他的指導(dǎo)使我受益非淺。同時本系120實(shí)驗(yàn)室的開放也為我的設(shè)計(jì)提供了實(shí)習(xí)場地。在此對白文峰老師和牛曉升老師表示深深的感謝。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識到學(xué)好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計(jì)中對于知識的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這三個月的設(shè)計(jì)是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。
由于自身水平有限，設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處，敬請各位老師批評指正。
參 考 文 獻(xiàn)
1 何立民,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì),北京：航天航空大學(xué)出版社,2～5,46～50
2 李廣弟,單片機(jī)基礎(chǔ),北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2001,56～64
3 何希才,新型實(shí)用電子電路400例,電子工業(yè)出版社,2000年,60～65
4 趙負(fù)圖,傳感器集成電路手冊,第一版,化學(xué)工業(yè)出版社,2004,590～591
5 陳伯時,電力拖動自動控制系統(tǒng),第二版,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000年6月,127～130
6 張毅剛,彭喜元,新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì),第一版,哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2003,25～27,411～417
畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯 系 部： 機(jī)械系 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動化 姓 名： 學(xué) 號： 外文出處： 附 件： 指導(dǎo)教師評語： 簽名： 年 月 日 注： 請將該封面與附件裝訂成冊。 附件 1：外文資料翻譯譯文 應(yīng)用于電氣系統(tǒng)的可編程序控制器 摘要 此項(xiàng)目主 要是研究電氣系統(tǒng)以及簡單有效的控制氣流發(fā)動機(jī)的程序和氣流系統(tǒng)的狀態(tài)。它的實(shí)踐基礎(chǔ)包括基于氣流的專有控制器、自動化設(shè)計(jì)、氣流系統(tǒng)的控制程序和基于微控制器的電子設(shè)計(jì)。 使用電氣技術(shù)的自動化系統(tǒng)主要由三個組成部分：發(fā)動機(jī)或馬達(dá)，感應(yīng)器或按鈕，狀如花瓣的控制零部件?，F(xiàn)在，大部分的系統(tǒng)邏輯操作的控制器都被程序邏輯控制器（ 取代。 感應(yīng)器和開關(guān)是輸入端，而發(fā)動機(jī)的直接控制閥是輸出端，其中有一個內(nèi)部程序操控所有運(yùn)行必需的邏輯，模擬其他的裝置如計(jì)算器、定時器等，對整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。 因?yàn)榭?以根據(jù)需要無數(shù)次創(chuàng)建和模擬這樣的系統(tǒng)，所以皆由 使用，此項(xiàng)目有靈活的優(yōu)點(diǎn)。因此，可以節(jié)省時間，減少失誤的危險，同時在使用相同材料的情況下，它可以更加精密。 市場上的許多家公司都使用了常規(guī)的 不僅可以用氣流系統(tǒng)來控制，還可以用各種電氣設(shè)備。 用途廣泛，可以應(yīng)用于許多工業(yè)生產(chǎn)中，甚至用于建筑物的安全和自動化系統(tǒng)中。 由于以上的各種特性，在一些實(shí)際應(yīng)用中 供了很多的資源，甚至包括不控制系統(tǒng)的資源，電氣系統(tǒng)就是一種這樣的應(yīng)用。對于自動化的工程， 使用是比較昂貴的，尤其是對那些小型的 系統(tǒng)。 針對這種情況可行的一種辦法是創(chuàng)建一個可提供特定尺寸和功能的控制器。這種控制器可以根據(jù)微控制器來制作。 這種基于微控制器的適用范圍比較小，只能用于一個類型的機(jī)器或者可以用做一個像普通 樣可以被編程的控制器，那樣它就可以通過可變化的邏輯程序來進(jìn)行各種作業(yè)。所有的這些特性根據(jù)具體需要的不同而不同，具體的設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)的不同而不同。但是這種設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)人員非常了解自己的控制器，可以自由掌握控制器的大小尺寸，改變它的功能。這就意味著此項(xiàng)目有更多的獨(dú)特性，但同時系統(tǒng)的控制也由它的設(shè)計(jì)者所控制。 人們可以從一個自動化系統(tǒng)中找到三個上文中提到的基本部件，外加一個控制系統(tǒng)的邏輯線路。只有成熟先進(jìn)的技術(shù)能做出特定的邏輯線路和執(zhí)行正確操作所需要的部件升級。 對于一個簡單的運(yùn)動，系統(tǒng)自動程序可以完成，但是對于間接或更加復(fù)雜的運(yùn)動，系統(tǒng)的程序就會產(chǎn)生復(fù)雜的線路和錯誤的信號。這是就需要另一種方法可以節(jié)省時間，產(chǎn)生清晰線路，能夠防止偶然的信號交疊和線路堵塞。 這種方式的不同標(biāo)準(zhǔn)的線路基法叫循序漸進(jìn)式或規(guī)則系統(tǒng)，它對氣流和電氣系統(tǒng)非常有效，而且也是此項(xiàng)目的一個基礎(chǔ)。它包括根據(jù)發(fā)動機(jī)狀態(tài)各個不同變化所設(shè)基礎(chǔ) 上的系統(tǒng)。 第一步是為每個步驟設(shè)計(jì)那些種標(biāo)準(zhǔn)的線路。第二步是連接接收來自感應(yīng)器，開關(guān)和先前的運(yùn)動信號，同時把空氣或電傳送給每個步驟的補(bǔ)給線。如圖中所示， 1 和 2 標(biāo)準(zhǔn)線路是為氣流的和電氣系統(tǒng)服務(wù) 上述方法可以使發(fā)動機(jī)的每一個運(yùn)動都被很好地用步驟來定義。這也就是說發(fā)動機(jī)的每一次運(yùn)動變化都是系統(tǒng)的一個新的狀態(tài)，而兩個不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變叫做步驟。 先前提到的標(biāo)準(zhǔn)線路可以幫助設(shè)計(jì)人員定義系統(tǒng)的不同狀態(tài)和不同步驟的變化所帶來的不 同環(huán)境。在設(shè)計(jì)的最后階段，系統(tǒng)中會有一個從來不變化的序列和明確的輸入和輸出端。我們把一個序列從輸入端輸入，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，由輸出端輸出。 這些步驟的所有過程都是在微控制器內(nèi)部進(jìn)行的，并且以同樣的方式在運(yùn)行著。 部件的序列在控制器里被 5 個位元組規(guī)劃；每個部分都有程序的一個步驟結(jié)構(gòu)。輸入端有二個位元組 ,輸出端有一個，其他結(jié)構(gòu)部分和附加功能步驟有兩個。在編程之后，部件序列被內(nèi)部微控制器的記憶所儲藏，因此，他們是可讀的而且可以運(yùn)行。 不同于傳統(tǒng)的 種控制器的工作目的是成為特定領(lǐng)域設(shè)計(jì)的多用控制器。傳統(tǒng)的 系統(tǒng)運(yùn)行程序是一個循環(huán)的線路：輸入一個圖像 ,運(yùn)行所有的內(nèi)部程序 , 然后升級輸出的狀態(tài)。這一個控制器以不同的方式工作 ,它讀取步驟的結(jié)構(gòu) ,等待輸入 ,然后升級或輸出，然后直接跳躍到下一個步驟，開始另一次的程序運(yùn)行。 它也有局限性，例如這種控制器有時會不執(zhí)行指令，在同一程序指令下，會出現(xiàn)某一個運(yùn)行的反復(fù)等等 ，但是這一個問題可以通過外部的邏輯運(yùn)行解決。另外，這中控制器在沒有序列的系統(tǒng)上不能夠被應(yīng)用。這些局限性也是這個系統(tǒng)的特性，這種系統(tǒng)的每一個應(yīng)用都必須要有相應(yīng)的系統(tǒng)分析。 這種 控制器以微集成電 路微控制器 基礎(chǔ) ,它擁有全部此次項(xiàng)目所需要的資源。它有足夠的插孔，線路連續(xù)通訊 憶解救系統(tǒng)的所有結(jié)構(gòu)和步驟的序列。它提供了項(xiàng)目所需要的所有的運(yùn)行，例如定時器和分岔等。 我們做出了控制器的資源目錄，想盡可能的使它變的完善。在步驟的運(yùn)行過程中，程序自動選擇如何讀取每一步驟的結(jié)構(gòu)。這個操作有兩個位元組位于電子輸入處。一個位元組位于輸出端，還有一個被用作內(nèi)部定時器，類似輸入或暫停功能。憶內(nèi)部是 256 位元組，可以儲藏所有步驟的運(yùn)行 ,即可以儲藏 48 個步驟之間的 所有運(yùn)行。 除了一個互動菜單外，這種控制器還有一個控制臺和一些指令按鈕，他們一起控制各個步驟的運(yùn)行和連續(xù)性，也控制其他的一些裝置。 4． 1 交互作用 在實(shí)際運(yùn)行操作中，控制器需要有一些輔助設(shè)備幫助它和使用者進(jìn)行互動，可以提供可靠的操作監(jiān)控，同時對氣流系統(tǒng)進(jìn)行邏輯控制。 交互工作模式：在主要的程序中，使用者可以根據(jù)指導(dǎo)發(fā)出信號來進(jìn)行具體步驟的操作 臺可以顯示系統(tǒng)工作的狀態(tài)，衡量輸入，輸出，計(jì)時器和運(yùn)行的數(shù)據(jù)等。 嘀嘀聲用來提示重要警示，停止，開始和一些緊急情況的發(fā)生亮燈表示接通電源，和輸入，輸 出狀態(tài)。 4． 2 安全性 如果想正常運(yùn)行程序，必須保證每一個步驟都正確的執(zhí)行。更重要的是，應(yīng)該有預(yù)防運(yùn)行故障和問題的解決方法?？刂破魈峁┝诉@種可能性，通過使用兩個內(nèi)部虛擬線路同時運(yùn)行。他們可以重新啟動程序，隨時恢復(fù)到程序的原有狀態(tài)。有兩個輸入端共同工作可以快速的運(yùn)行這些功能。 4． 3 接口 程序運(yùn)行序列可以用控制器的接口來編程。一臺計(jì)算機(jī)的接口也可以用來升級使用程序。 使用者能利用接口配置一連串定義序列的步驟位元組。但是也可以設(shè)計(jì)一個程序 ,利用可視資源為使用者翻譯所需要的信息。 但是，如果想聯(lián)結(jié)電腦接口和控 制器，至少應(yīng)該有一個儀器來保證數(shù)據(jù)的可靠性。 固件 主要的線環(huán)是通過讀取 憶中的每一資訊步驟進(jìn)行工作。 在每個步驟中，系統(tǒng)的狀態(tài)被儲存，同時它也在顯示器上被顯示。根據(jù)使用者的構(gòu)造 ,它能利用分流或暫停應(yīng)付緊急線路情況來保證系統(tǒng)安全。 5. 電氣系統(tǒng)例子 這種系統(tǒng)不只是適應(yīng)于特定的機(jī)器。它由四個主動器組成。 主動器 A ， B 和 C 是兩倍的，只有 一步，主動器 A 開始運(yùn)行，并保持在一個特定的位置一直到一個循環(huán)的結(jié)束，如圖 5 所示它可以確定某一對象的下一運(yùn)動。第二步， 當(dāng) A 完成了它的工作后，主動器 C 連同 B 一起開始盡可能多的產(chǎn)生電流圈，并受 B 的運(yùn)行速度的限制，而 B 速度由一個流動的控制活瓣管理。 B 和 C 是一起工作的主動器的例子 ,當(dāng) B 慢慢地推動一個物體的時候 , C 有時則重復(fù)它的工作。 第三步，當(dāng) B 到達(dá)最后的位置時候 , C 停止立刻它的循環(huán)運(yùn)動并且回到開始的位置。利用回旋的電流工作的主動器 D 連同 返回來的 四步，主動器 D 快速往返來回運(yùn)動一次。 D 可以充當(dāng)一個工具，在物體上的表面上打洞。當(dāng) D 返回開始的位置時候 , B 也同時返回，這是第五個步驟。 圖 6 顯示了程序設(shè)計(jì)的第一部分。我們把每個步驟的所有運(yùn)行統(tǒng)稱為 . (A+) 表示主動器 A 向前推動，而 (表示返回到開始的位置。 同時發(fā)生的運(yùn)動在相同的步驟中被一起疊加。這個系統(tǒng)共有有五個步驟。 圖 5 和 6 所表現(xiàn)的系統(tǒng)運(yùn)行清楚的描述了所有序列。 利用他們我們可以用必需的邏輯語言設(shè)計(jì)整個的控制線路。但是現(xiàn)在還它還不是一個完整的系統(tǒng)，因?yàn)樗€缺少一些輔助設(shè)施，（圖中沒有顯示）。 對于程序的最后運(yùn)行， 這些輔助設(shè)施十分的重要，因?yàn)樗麄兡苁咕€路有更多的功能。 他們中最重要的是連接在每一步驟中的平行線路。那一個線路能夠隨時停止序列而且將主動器的狀態(tài)換成一個特定的位置。它可以重起系統(tǒng)或是應(yīng)付緊急情況。圖 7 和 8 顯示的是在沒有使用控制器的情況下會發(fā)生的一些結(jié)果。 這些照片是控制線路的電圖表 ,包括感應(yīng)器，控制鍵和電的活瓣卷。 另外的一些輔助設(shè)施也包括在這個系統(tǒng)中 ,比如自動機(jī)械 / 手動調(diào)控器，他們可以使系統(tǒng)不斷的循環(huán)工作；兩個開始控制鍵 ,他們能讓操作員手動控制系統(tǒng)的開始和停止，這樣就減少了發(fā)生意外事件的危險。 6. 使用者變更例子規(guī)劃 氣流線圈在前面 已經(jīng)詳細(xì)說明過：它可以讓我們了解到控制一個系統(tǒng)所需要的條件，那就是在系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中必須提供所有的功能設(shè)施。但是 ,如前面提到的那樣 ,使用一個 特定的控制器 , 這種控制就變得比較容易的，而且系統(tǒng)的精密性也會提高。 使用傳統(tǒng)的 如圖 7， 8所示，在繪制接口處的電圖表時，要注意線路的邏輯。使用這種可編程的控制器 ,使用者必須知道運(yùn)行方法的觀念并且規(guī)劃每個步驟的結(jié)構(gòu)。 那就是說，使用傳統(tǒng)的 使用者清楚各個操作之間的關(guān)系。一般情況下，使用者可以在接口上運(yùn)行一個模擬程序?qū)ふ疫壿嬌系腻e誤同 之前所述的一樣，新的編程允許每一步驟的結(jié)構(gòu)被分割。 序列獨(dú)自被定義，但每一步驟只被輸入和輸出端描述。 7. 結(jié)論 這種控制器是專門為這一項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的。顯示了一個以微控制器為基礎(chǔ)的非常有用的可編程的控制器。它不需要為了獲取微控制器里的資源而安裝外部記憶器或外部的定時器。除了微控制器之外 ,只有少量的零部件執(zhí)行一些如輸出，輸入，類比輸入 ,顯示接口和連續(xù)運(yùn)行的情況等功能。 單獨(dú)使用內(nèi)部記憶 ,我們可以控制一個有 48個步驟的氣流系統(tǒng)，但是如果使用一個比較簡單的系統(tǒng)，就會達(dá)到 60個步驟 言 ，而是用一個比較簡單的和直覺的結(jié)構(gòu)。利用電氣系統(tǒng)，我們的項(xiàng)目應(yīng)用了相同的技術(shù)，但同時我們的設(shè)計(jì)更加直接。 一種 非常簡單的機(jī)械語言能讓設(shè)計(jì)者用四或五個位元組定義步驟所有結(jié)構(gòu)構(gòu)成。這就要看他使用控制器的經(jīng)驗(yàn)如何了。這種控制器雖然不能和商業(yè)的 比，但是它原本就是為特定的的目的而設(shè)計(jì)的，所以很難說哪一個好哪一個壞?？傊?，我們的這個系統(tǒng)是基于微控制器而設(shè)計(jì)，簡單快捷。 附件 2：外文原文 is in of to to of It of to of of of of to of 1. he an or or is as of of of s an to of is an to an to in on a to of to to of so LC of in it be is on LC of it of of be in to of of LC a of in a of a of of LC is is to at of s a of a of to of to a to do a be LC is be a of so it of to on of of of of of of of in a to an of it of in of it of 2. to of in an of in is a of a to a or of is to of of of or it to of is a of It to of is of is a to to or to of in If in 1 is a of of We of of of 3. of he of be a of of of be a of in in of of of in a to in We a is be by of on in of is of is in a of , of of is by of of of is to to of of LC's is a of a s in it of an or up It as of t a an an is no of t be is of of of to 4. of of 877 of as it by It an to of of It of by in We of to it of In of to an of to be on an A is on to to be to in a or 56 of of 8 In to an of a to of a 4.1 a t in to it on of on a to of in to In to on of to CD of an of i Di is to of to 4.2 f to to is to of a of to to in of at a 4.3 he of to a A to of to to a of a a as if a an to of at is to in of on a In of is it is on in to of it of of or to an to a 5. of is an at It to°, B be a in a a be of as it of to it of is a be to be a by a of B is of of be an of it of be an is it of to of of a to as a is on to of AN in be We as of (A+) -) to to of of is to in of of we of it an of it is in of .(in to of is a in of a of a at It or an to be no or an of in to to a of a of so to an of 6. an of It us to a is in in to as of of a or of of LC as , 8 of of is of to to of of is to of of a s to to to a of of an of be is be by to 7. of s is as of It t in a or in a In to a of a of 重慶交通大學(xué)二 O 一 O 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ?文獻(xiàn)綜述 開題報告 一、 選題目的理論價值和現(xiàn)實(shí)意義 智能車輛致力于提高汽車的安全性、舒適性、適應(yīng)性和提供優(yōu)良的人車交互界面，是目前各國因重點(diǎn)發(fā)展的智能交通系統(tǒng) 的一個重要組成部分，也是世界車輛工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和汽車工業(yè)增長的新動。隨著企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高以及對自動化技術(shù)要求的不斷加深，智能車輛已在許多工業(yè)部門獲得了廣泛的應(yīng)用。在發(fā)達(dá)工業(yè)國家，有些智能車輛已實(shí)現(xiàn)商品化。由于成本低廉，又可以比人類工作的更好，它已逐步深入到工業(yè)和社會的各個層面： 1、智能車輛在智能運(yùn)輸系統(tǒng) 的應(yīng)用 這是智能車輛最典型的 應(yīng)用，智能小車自動行駛功能的研究對增加車輛的智能性意義重大，智能車輛駕駛?cè)蝿?wù)的自動完成將給人類社會的進(jìn)步帶來巨大的影響。 2、智能車輛在物流運(yùn)輸方面的應(yīng)用 智能車輛在自動倉庫、碼頭、搬運(yùn)、涂裝等物流作業(yè)部門也發(fā)揮了關(guān)鍵作用，它最適合在哪些人類無法工作的環(huán)境中工作。采用簡歷在智能車輛技術(shù)基礎(chǔ)之上的倉庫智能車輛物流運(yùn)輸平臺來完成物流的自動運(yùn)輸，即可以提高運(yùn)輸效率，又可以避免有害物質(zhì)對人體的傷害，有效的完成有毒環(huán)境下的作業(yè)。 3、智能車輛在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用 在未來戰(zhàn)爭中，智能車輛可以代替人員在核、生物、化學(xué)污染區(qū) 進(jìn)行偵查、巡邏、對污染進(jìn)行采樣，可以更加準(zhǔn)確的搜集、掌握相關(guān)信息，可以有效的避免人員傷亡，提高執(zhí)行任務(wù)的效率和安全性。另外，無人駕駛的進(jìn)攻性武器系統(tǒng)在現(xiàn)代軍事技術(shù)的發(fā)展方向之一，智能車輛的發(fā)展為無人攻擊車輛提供技術(shù)支持平臺。 4、智能車輛在社會生活中的應(yīng)用 在西方發(fā)達(dá)國家，智能車輛已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療福利服務(wù)、商務(wù)超市服務(wù)、家庭服務(wù)等領(lǐng)域，其中的某些應(yīng)用有望在今后的兩三年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，并進(jìn)入普通家庭。 智能車以及在智能車輛基礎(chǔ)上開發(fā)出來的產(chǎn)品已成為航天、醫(yī)療、工業(yè)控制、物流等各個領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備?？梢钥闯?，無論是 從科學(xué)發(fā)展、理論研究的角度，還是從汽車工業(yè)發(fā)展以及市場競爭的角度看，對智能車輛的研究都是必要的。而智能小車的研究及相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)也將有利于我國在此領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展與進(jìn)步。因此，研制一種智能，高效的智能小車控制系統(tǒng)具有重要的實(shí)際意義和科學(xué)理論價值。 二、本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢 智能小車是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。它集中的運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、傳感器、信息。通信、導(dǎo)航、人工智能及自動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。 1、國外智能車輛的現(xiàn)狀研究 國外智能車輛的研究歷史較長，始于上 世紀(jì) 50 年代，它的發(fā)展歷程大致可以分為三個階段： 第一階段： 20世紀(jì) 50年代是智能車輛研究的初始階段。 1954年美國 系統(tǒng)只是一個運(yùn)行在固定路線上的拖車式運(yùn)貨平臺，但它卻具有了智能車輛最基本的特征即無人駕駛。早起研制該系統(tǒng)的目的是為了提高倉庫運(yùn)輸?shù)淖詣踊?，?yīng)用領(lǐng)域僅局限于倉庫內(nèi)的物品運(yùn)輸，隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和傳感器技術(shù)的發(fā)展，智能車輛的研究不斷得到新的發(fā)展。 重慶交通大學(xué)二 O 一 O 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ?文獻(xiàn)綜述 第二階段：從 80 年代中后期，世界主要發(fā)達(dá)國家對智能車輛開展可卓有成就 的研究，在歐洲，普羅米修斯項(xiàng)目于 1986 年開始了在這個領(lǐng)域的探索，在美洲，美國于 1995 年成立了國家自動高速公路系統(tǒng)聯(lián)盟，其目標(biāo)之一就是研究發(fā)展智能車輛的可行性，并促進(jìn)智能車輛技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化，在亞洲，日本與 1996 年成立了高速公路先進(jìn)巡航 /輔助駕駛演劇協(xié)會，主要目的是研制自動車輛導(dǎo)航的方法，促進(jìn)日本智能車輛的整體進(jìn)步。進(jìn)入 80 年代中期，設(shè)計(jì)和制造智能車輛的浪潮席卷了全世界，一大批世界著名的公司開始研制智能車輛平臺。 第三階段：從 90 年代開始，智能車輛進(jìn)入了深入、系統(tǒng)、大規(guī)模的研究階段。最為突出的是，美國卡內(nèi) 基 列的自主車的研究，取得了顯著的成就。 目前，智能車輛的發(fā)展正處于第三階段，這一階段的研究成果代表了當(dāng)前國外智能車輛的主要發(fā)展方向。 2、國內(nèi)智能車輛的現(xiàn)狀研究 相比于國外，我國開展智能車輛技術(shù)方面的研究起步較晚，開始于 20 世紀(jì) 80 年代，而且大多數(shù)研究尚處于針對某個單項(xiàng)技術(shù)研究的階段。雖然我國在智能車輛技術(shù)方面的研究總體上落后于發(fā)達(dá)國家，并且存在一定的技術(shù)差距，但是我國也取得了一系列的成果，主要有： 中國第一汽車集團(tuán)公司和國防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動化學(xué)院于 2003 年研制成功了我國第一輛自主駕駛轎車。該自主駕駛轎車的正常交通情況下的高速公路上，形式的最高穩(wěn)定速度為為 12km/h，最高峰值速度可達(dá) 170km/h，并且具有超車功能，其總體技術(shù)性能和指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。 上海交通大學(xué)應(yīng)用現(xiàn)代控制理論設(shè)計(jì)出了一種自動駕駛汽車模型，該模型在汽車系統(tǒng)的動力學(xué)建模的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了自動駕駛的專項(xiàng)系統(tǒng)，它能根據(jù)玩到的彎曲變化程度實(shí)時的計(jì)算出車輛的轉(zhuǎn)向盤角度，控制車輛按照預(yù)設(shè)道路行駛。 吉林大學(xué)設(shè)計(jì)并制造了一輛用 別地面鋪設(shè)的條狀路標(biāo)導(dǎo)航的智能車輛，車輛由圖像識別、 行駛、轉(zhuǎn)向、制動、避障和其他輔助系統(tǒng)組成。目前，該車可以穩(wěn)定的跟蹤直線、弧線、 S 型線等軌跡自動行駛，車速可達(dá) 20km/h。 在國家科工委和國家 862 計(jì)劃的資助下，清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系智能技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自 1988 年開始研制的 列移動機(jī)器人取得了很大的成功。它兼有面向高速公路和一般道路的功能，目前已經(jīng)能夠在校園的非結(jié)構(gòu)化道路環(huán)境下，進(jìn)行道路跟蹤和避障自主行駛。 智能車輛研究也是智能交通系統(tǒng) 關(guān)鍵技術(shù)。目前。國內(nèi)的許多高校和科研院所都在進(jìn)行 鍵技術(shù)、設(shè)備的研究，隨著 究的興起， 我國已形成了一支 術(shù)研究開發(fā)的專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍。并且各個交通、汽車企業(yè)越來越加大了對 智能車輛技術(shù)研發(fā)的投入，整個社會的關(guān)注程度在不斷提高。交通部已將 究列入“十五”科技發(fā)展計(jì)劃和2010 年長期規(guī)劃。相信經(jīng)過相關(guān)領(lǐng)域的共同努力，我國 智能車輛的技術(shù)水平一定會得到很大的提高。 三、課題研究重點(diǎn) 在國內(nèi)外，智能化系統(tǒng)主要采用單片機(jī)作為控制核心。因此，單片機(jī)的發(fā)展將有助于智能化技術(shù)的開發(fā)。在本設(shè)計(jì)中 ,采用比較先進(jìn)的 片機(jī)為控制核心，它的功耗很低。 （ 1） 研究內(nèi)容： 本課題以 片機(jī)為核心的控制電路，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案，運(yùn)用光電傳感器、超聲波傳感器組成不同的檢測電路，實(shí)現(xiàn)小車在行駛中自動尋跡、躲避障礙物、等問題。并將測量數(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)所檢測的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對電動小車的重慶交通大學(xué)二 O 一 O 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ?文獻(xiàn)綜述 智能化控制。 在整個設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，我們主要完成以下幾個方面的工作： 1、對智能小車的研究意義、研究現(xiàn)狀及發(fā)展進(jìn)行概述。 2、設(shè)計(jì)整體方案，并對方案進(jìn)行論證，提出其可行性及計(jì)劃安排，進(jìn)一步提出單片機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)方案。 3、設(shè)計(jì)出單片機(jī)，編制控制程序。 4、完成程序的調(diào)試，在設(shè)計(jì)過程 中進(jìn)行初步調(diào)試。 （ 2）研究方案 1 采用 片機(jī)作為整機(jī)的控制單元。 ： 在本系統(tǒng)中，反射式紅外光電傳感器檢測黑線， 然后將信號傳送到單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，使小車沿軌道自主行走； 采用 橋式驅(qū)動電路控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)電動小車的正反向行駛、快慢速行駛及轉(zhuǎn)彎；采用 系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決復(fù)雜的硬件電路部分，使系統(tǒng)硬件簡潔化，各類功能易于實(shí)現(xiàn)，具有高度的智能化、人性化，一定程度體現(xiàn)了智能，能滿足系統(tǒng)的要求。 2 探測軌跡方案 采用反射式紅外 線光電傳感器。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時發(fā)生漫反射，反射光被裝在電動小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，電動小車上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)根據(jù)是否收到反射回來的紅外光來確定黑線的位置，從而控制小車的行走路線。采用紅外線發(fā)射，外面可見光對接收信號的影響較小，再用射極輸出器對信號進(jìn)行隔離。 紅外線光電傳感器的特點(diǎn)是尺寸小、使用方便、工作狀態(tài)受溫度影響小。它的外圍電路簡單。因此本方案易 于實(shí)現(xiàn)，也比較可靠。 3 避障方案 采用超聲波傳感器探測障礙物。超聲波傳感器安裝于小車前端，在規(guī)定的檢測距離內(nèi)，當(dāng)探測到障礙物時，超聲波傳感器給出脈沖信號至單片機(jī)，單片機(jī)檢測到該信號后，調(diào)整小車的方向，以控制小車準(zhǔn)確地繞過障礙物，而且避免因小車自然轉(zhuǎn)彎而導(dǎo)致的盲目方向控制。這樣不但能準(zhǔn)確完成測量，而且能避免電路的復(fù)雜性。 同時，超聲波傳感器具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在光線不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰 到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射，形成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面 [6]。 智能電動小車應(yīng)以準(zhǔn)確、智能見優(yōu)，因此采用超聲波傳感器探測障礙物。 4 顯示模塊方案 采用 碼管顯示。在系統(tǒng)中要用到多只 碼管進(jìn)行動態(tài)顯示即可達(dá)到要求。其優(yōu)點(diǎn)是價格便宜，壽命長。缺點(diǎn)是只能顯示 0～ 9 的數(shù)字和一些簡單的字符，電路設(shè)計(jì)繁鎖，且占用空間。 碼顯示價格便宜，在課程設(shè)計(jì)中用到的比較多，比較熟悉，設(shè)計(jì)要求中數(shù)碼管只用來顯示鐵片個數(shù)，用一位 碼顯示足夠，因 此，本設(shè)計(jì)采用 碼管顯示。 5 電機(jī)驅(qū)動模塊方案 采用 橋式驅(qū)動電路。通過 實(shí)現(xiàn)對小車速度的控制。這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的重慶交通大學(xué)二 O 一 O 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ?文獻(xiàn)綜述 負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是一種廣泛采用的調(diào)速技術(shù)。 H 型全橋式電路保證了可以簡單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制。這種驅(qū)動電路可以很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動。為了電路設(shè)計(jì)簡單，采用電機(jī)專用驅(qū)動芯片 驅(qū)動電流大，瞬 時電流最高可達(dá) 2A，為電機(jī)驅(qū)動專門設(shè)計(jì)，工作穩(wěn)定可靠。完全滿足設(shè)計(jì)要求。 （ 3） 進(jìn)度計(jì)劃 ： 4～ 6月時間安排： 4 月 1 日 15 日 ：實(shí)習(xí) 4 月 16 日 20 日 ：查閱資料 4 月 21 日 29 日：總體設(shè)計(jì)方案 , 同負(fù)責(zé)通訊、硬件的同學(xué)討論其細(xì)節(jié)部分，如端口定義及數(shù)據(jù)包的格式及中斷程序的編寫。 4 月 30 日 2 日：開題報告 5 月 3 日 13 日 ：逐點(diǎn)比較法的直線插補(bǔ)程序的編寫。 5 月 14日 20日 ：最后修改并調(diào)試程序，順利實(shí)現(xiàn)智能小車硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的任務(wù)。 5 月 21 日 27 日：說明書 5月 28日 日：總結(jié)、答辯 四、參考文獻(xiàn) I 智能電動小車軟件設(shè)計(jì) 目 錄 第一章 前 言 ........................................................... 3 第二章 方案設(shè)計(jì)與論證 .................................................. 5 一 直流調(diào)速系統(tǒng) .................................................... 5 二 檢測系統(tǒng) ........................................................ 6 三 顯示電路 ....................................................... 11 四 系統(tǒng)原理圖 ..................................................... 11 第三章 硬件設(shè)計(jì) ....................................................... 12 一 80............................................ 12 二 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................... 13 三 前向通道設(shè)計(jì) ................................................... 14 四 后向通道設(shè)計(jì) ................................................... 17 五 顯示電路設(shè)計(jì) ................................................... 19 第四章 軟件設(shè)計(jì) ....................................................... 20 一 主程序設(shè)計(jì) ..................................................... 20 二 顯示子程序設(shè)計(jì) ................................................. 24 三 避障子程序設(shè)計(jì) ................................................. 25 四 軟件抗干擾技術(shù) ................................................. 26 五 “看門狗”技術(shù) ................................................. 28 六 可編程邏輯器件 ................................................. 29 第五章 測試數(shù)據(jù)、測試結(jié)果分析及結(jié)論 ................................... 30 致 謝 ................................................................ 31 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................... 32 附錄 A 程序清單 ........................................................ 33 附錄 B 硬件原理圖 ....................................... 錯誤 !未定義書簽。 1 摘 要 80的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。這里介紹的是如何用 80設(shè)計(jì)是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題。本系統(tǒng)以設(shè)計(jì)題目的要求為目的，采用 80用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車，并可以自動記錄時間、里程和速度，自動尋跡和尋光功能。整個系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果滿足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法及測試結(jié)果分 析。 采用的技術(shù)主要有： （ 1） 通過編程來控制小車的速度； （ 2） 傳感器的有效應(yīng)用； （ 3） 新型顯示芯片的采用 . 關(guān)鍵詞 80電檢測器、 動小車 2 an 0is a 8 0of 0It in a a or It or of is is of (1) by (2) of (3) of 803 第一章 前 言 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究。可見其研究意義很大。本設(shè)計(jì)就是在 這樣的背景下提出的，指導(dǎo)教師已經(jīng)有充分的準(zhǔn)備。本題目是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題。設(shè)計(jì)的智能電動小車應(yīng)該能夠?qū)崟r顯示時間、速度、里程，具有自動尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車。 根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動車的基礎(chǔ)上，加裝光電、紅外線、超聲波傳感器及金屬探測器，實(shí)現(xiàn)對電動車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時測量，并將測量數(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)所檢測的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對電動車的智能控制。 這種方案能實(shí)現(xiàn)對電動車的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿 足對系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。本設(shè)計(jì) 采用 列中的 80片機(jī)。以 80控制核心，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車，并可以自動記錄時間、里程和速度，自動尋跡和尋光功能。80一款八位單片機(jī)，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。它是第三代單片機(jī)的代表。 第三代單片機(jī)包括了 司發(fā)展 列的新一代產(chǎn)品，如 8ｘ 0B﹑ 80B﹑ 8ｘ 8ｘ 包括了 0 80容的單片機(jī)。新一代的單片機(jī)的最主要的技術(shù)特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn) 善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如 A/D﹑ 編程計(jì)數(shù)器陣列 )﹑ 視定時器 )﹑高速 I/O 口﹑計(jì)數(shù)器的捕獲 /比較邏輯等。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。 司還為這一代單片機(jī) 80列 8ｘ 片機(jī)引入了具有較強(qiáng)功能的設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線 新一代單片機(jī)為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展與配置打下了良好的基礎(chǔ)。 本設(shè)計(jì)就采用了比較先進(jìn)的 80控制核心， 80用 藝，功耗很低。該設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義，可以應(yīng)用于考古、機(jī)器人、醫(yī)療器械等許多方面。尤其是 4 在足球機(jī)器人研究方面具有很好的發(fā)展前景；在考古方面也應(yīng)用到了超聲波傳感器進(jìn)行檢測。所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié) 合，現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng)。 5 第二章 方案設(shè)計(jì)與論證 根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動車的基礎(chǔ)上，加裝光電檢測器，實(shí)現(xiàn)對電動車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時測量，并將測量數(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)所檢測的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對電動車的智能控制。 這種方案能實(shí)現(xiàn)對電動車的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。 一 直流調(diào)速系統(tǒng) 方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。 方案二：靜止可控整流器。簡稱 方案三：脈寬調(diào)速系統(tǒng)。 旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流 發(fā)電機(jī)拖動直流電動機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以 系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺與調(diào)速電動機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺勵磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。且技術(shù)落后，因此擱置不用。 可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。 不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。它的另一個缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行時，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。 采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時，電源電壓加到電動機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時，直流電源與電動機(jī)斷開，電動機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖寬度調(diào)制（ 簡稱 沖周 期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。 與 （ 1）由于 速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá) 1： 10000 左右。由于電流波形比 統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。 （ 2）同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的 6 頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)。 （ 3）由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài) ，主電路損耗較小，裝置效率較高。 根據(jù)以上綜合比較，以及本設(shè)計(jì)中受控電機(jī)的容量和直流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，本設(shè)計(jì)采用了 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱 脈寬調(diào)速也可通過單片機(jī)控制繼電器的閉合來實(shí)現(xiàn)，但是驅(qū)動能力有限。為順利實(shí)現(xiàn)電動小汽車的前行與倒車，本設(shè)計(jì)采用了可逆 逆 型、 們在設(shè)計(jì)中采用了常用的雙極式 是由 4個三極電力晶體管和 4個續(xù)流二極管組成的橋式電路。 二 檢測系統(tǒng) 檢測 系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)光電檢測，即利用各種傳感器對電動車的避障、位置、行車狀態(tài)進(jìn)行測量。 1．行車起始、終點(diǎn)及光線檢測： 本系統(tǒng)采用反射式紅外線光電傳感器用于檢測路面的起始、終點(diǎn)（ 2的黑線），玩具車底盤上沿黑線放置一套，以適應(yīng)起始的記數(shù)開始和終點(diǎn)的停車的需要。利用超聲波傳感器檢測障礙。光線跟蹤，采用光敏三極管接收燈泡發(fā)出的光線，當(dāng)感受到光線照射時，其 測電路輸出高電平，經(jīng) 壓比較器和 74 本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)兩個光電三極管，分別放置在電動車車頭的左、 右兩個方向，用來控制電動車的行走方向，當(dāng)左側(cè)光電管受到光照時，單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向左轉(zhuǎn)；當(dāng)右側(cè)光電管受到光照時，單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向右轉(zhuǎn)；當(dāng)左、右兩側(cè)光電管都受到光照時，單片機(jī)控制直行。見圖 動車的方向檢測電路 (a)。 行車方向檢測電路（見圖 動車的方向檢測電路 (b)）采用反射接收原理配置了一對紅外線發(fā)射、接收傳感器。該電路包括一個紅外發(fā)光二極管、一個紅外光敏三極管及其上拉電阻。紅外發(fā)光二極管發(fā)射一定強(qiáng)度的紅外線照射物體，紅外光敏三極管在接收到反射回來的紅外線后導(dǎo)通，發(fā)出一個電平跳變信號。 此套紅外光電傳感器固定在底盤前沿，貼近地面。正常行駛時，發(fā)射管發(fā)射紅外光照射地面，光線經(jīng)白紙反射后被接收管接收，輸出高電平信號；電動車經(jīng)過黑線時，發(fā)射端發(fā)射的光線被黑線吸收，接收端接收不到反射光線，傳感器輸出低電平信號后送 80斷執(zhí)行哪一種預(yù)先編制的程序來控制玩具車的行駛狀態(tài)。前進(jìn)時，驅(qū)動輪直流電機(jī)正轉(zhuǎn) ,進(jìn)入減速區(qū)時 ,由單片機(jī)控制進(jìn)行 頻調(diào)速 ,通過軟件改變脈沖調(diào)寬波形的占空比 ,實(shí)現(xiàn)調(diào)速。最后經(jīng)反接制動實(shí)現(xiàn)停車。前行與倒車控制電路的核心是橋式電路和繼電器。電橋上設(shè)置有兩組開關(guān)，一組常閉 ，另一組常開。 7 圖 動車的方向檢測電路 (a) 圖 動車的方向檢測電路 (b) 電橋一端接電源，另一端接了一個三極管。三極管導(dǎo)通時，電橋通過三極管接地，電機(jī)電樞中有電流通過；三極管截止時，電橋浮空，電機(jī)電樞中沒有電流通過。系統(tǒng)通過電橋的輸出端為轉(zhuǎn)向電機(jī)供電。通過對繼電器開閉的控制即可控制電機(jī)的開斷和轉(zhuǎn)速方向進(jìn)而達(dá)到控制玩具車前行與倒車的目的，實(shí)現(xiàn)隨動控制系統(tǒng)的糾偏功能。行與倒車控制電路所示。 8 圖 檢測放大器方案： 方案一：使用普通單級比例放大電路。其 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、價格低廉。但是也存在著許多不足。如抗干擾能力差、共模抑制比低等。 方案二：采用差動放大電路。選擇優(yōu)質(zhì)元件構(gòu)成比例放大電路，雖然可以達(dá)到一定的精度，但有時仍不能滿足某些特殊要求。例如，在測量本設(shè)計(jì)中的光電檢測信號時需要把檢測過來的電平信號放大并濾除干擾，而且要求對共模干擾信號具有相當(dāng)強(qiáng)的抑制能力。這種情況下須采用差動放大電路，并應(yīng)設(shè)法減小溫漂。但在實(shí)際操作中，往往滿足了高共模抑制比的要求，卻使運(yùn)算放大器輸出飽和；為獲得單片機(jī)能識別的 方案三：電壓比較器 方案。電壓比較器的功能是比較兩個電壓的大小，例如將一個信號電壓 系統(tǒng)正常工作時，程序每隔 060進(jìn)行掃描一次，分頻且永無記滿輸出信號。如系統(tǒng)工作不正常（如程序跑飛、死循環(huán)等），程序?qū)?4060發(fā)不出掃描信號，分頻器記滿輸出一脈沖號使 位。 (2)參數(shù)選擇 4060的振蕩頻率 大于 般取 0 100果 50Ω， 5Ω， f=10060的振蕩頻率 和 Qi(i=6,7,8,9,10,12,13,14)的選擇要根據(jù)情況確定。 (3)幾個原則 看門狗電路必須由硬件邏輯組成，不宜由可編程計(jì)數(shù)器充當(dāng)，因?yàn)?能會修改可編程器件參數(shù)，使看門狗失效。 4060的 為掃描輸入信號是 此信號變“ 1”后，由于干擾，程序亂飛，微分電路只能讓上跳沿通過，不會封死 4060，看門狗仍能計(jì)數(shù)起作用。若沒有微分電路，掃描輸入信號上的“ 1”狀態(tài)封死 4060，使之不能記數(shù)，看門狗不起作用 29 圖 程序中發(fā)掃描信號的地方不能太多。否則，正好在哪里有死循環(huán)，看門狗就不產(chǎn)生記滿輸出信號，不能重新啟動 4060的記滿輸出信號不但要接到 且還應(yīng)接到其它芯片的 為程序亂飛后，其它具有 須全部復(fù)位。 六 可編程邏輯器件 可編程邏輯器件 件。它采用更為靈活的可編 I/O 結(jié)構(gòu)，并采用了先進(jìn)的 藝，數(shù)秒內(nèi)即可完成芯片的擦除 和編程過程，并可反復(fù)改寫，是產(chǎn)品開發(fā)研制的理想器件之一。 （ 1）電可擦除工藝 可重編程單元 100％成品率 可重配置邏輯 （ 2）高性能 藝 低功耗： 4535高速度： 15～ 25快存取速度 （ 3） 8個輸出邏輯單元 對于復(fù)雜邏輯設(shè)計(jì)具有最大靈活性 0條引腳的 有功能 / 熔絲圖 /參數(shù)的完全兼容性 （ 4）預(yù)置、加電復(fù)位全部寄存器 （ 5）具有保密單元、電子標(biāo)簽 （ 6）數(shù)據(jù)保持超過 20年。 800抖 (延時 20軟件延時完成。 30 第五章 測試數(shù)據(jù)、測試結(jié)果分析及結(jié)論 測試方法與儀器： 1、 測試儀器 測試儀器包括秒表、數(shù)字萬用表、信號發(fā)生器、示波器、 真機(jī)、直流穩(wěn)壓電源等。 2、測試方法 數(shù)字萬用表主要用來測試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止 /導(dǎo)通狀態(tài)等參數(shù)； 信號發(fā)生器與示波器用于測試各光電傳感器信號的接收與傳輸； 直流穩(wěn)壓電源在測試期間為各待測系統(tǒng)供電； 秒表用于產(chǎn)品測試 ，按照任務(wù)書的基本要求對制成的電動車進(jìn)行產(chǎn)品測試。 測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析： ⑴ 計(jì)時精度分析 計(jì)時系統(tǒng)采用了新型顯示芯片。理論上的誤差不到 1秒 /年。 ⑵ 測距精度分析 測速系統(tǒng)采用了電機(jī)軸光電碼盤檢測技術(shù)。電機(jī)軸與車輪軸之間采用了齒輪箱二級減速，變比 1/16。車輪周長 135電碼盤與電機(jī)軸安裝在一起，電機(jī)軸每一轉(zhuǎn)產(chǎn)生 2 個脈沖，車輪每轉(zhuǎn)產(chǎn)生 32 個脈沖，理論測量精度可達(dá)1352= 定位精度分析 本設(shè)計(jì)采用實(shí)際測量與軟件補(bǔ)償技術(shù)，理論上可使定位精度提高到誤差 <10 3、結(jié)論 歷時三個月的設(shè)計(jì)過程中，我首先邊查資料，邊在實(shí)驗(yàn)室焊接小車的線路板。在焊接過程中，我感覺到即使是一個簡單的電路，要想很輕松的焊好，也不是很容易的事情。有時是“虛焊”的原因，有時可能是阻值選錯。在焊接顯示電路時，我就錯將680歐的電阻焊成了 使我深深感受到理論與實(shí)際間的差距。通過這樣的設(shè)計(jì)，提高了我的動手能力。每天在實(shí)驗(yàn)室除了焊接線路板，還可以上機(jī) 編程，使我軟件調(diào)試知識也提高了。 本設(shè)計(jì)采用的是 80主要是因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)的穩(wěn)定性比較好。還可以采用其它系列的單片機(jī)。比如采用陵陽單片機(jī)，就可以簡化編程，但其穩(wěn)定性不是很好。 31 致 謝 歷時三個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)告一段落。經(jīng)過自己不斷的搜索努力以及白老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成。在這段時間里，白老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩，他的指導(dǎo)使我受益非淺。同時本系 120 實(shí)驗(yàn)室的開放也為我的設(shè)計(jì) 提供了實(shí)習(xí)場地。在此對白文峰老師和牛曉升老師表示深深的感謝。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識到學(xué)好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計(jì)中對于知識的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這三個月的設(shè)計(jì)是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。 由于自身水平有限，設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處，敬請各位老師批評指正。 32 參 考 文 獻(xiàn) 1 何立民 ,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) ,北京：航天航空大學(xué)出版社 ,2～ 5,46～ 50 2 李廣弟 ,單片機(jī)基礎(chǔ) ,北京：北京航空航天大學(xué)出版社 ,2001,56～ 64 3 何希才 ,新型實(shí)用電子電路 400例 ,電子工業(yè)出版社 ,2000年 ,60～ 65 4 趙負(fù)圖 ,傳感器集成電路手冊 ,第一版 ,化學(xué)工業(yè)出版社 ,2004,590～ 591 5 陳伯時 ,電力拖動自動控制系統(tǒng) ,第二版 ,北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2000年 6月 ,127～130 6 張毅剛 ,彭喜元 ,新編 片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) ,第一版 ,哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 ,2003,25～ 27,411～ 417 33 附錄 A 程序清單 30h ;厘米位 31h ;秒位 32h ;分米位 33h ;分秒位 34h ;米位 35h ;分位 36h ;小數(shù)點(diǎn) 位 37h ;十米位 38h ;十分位 39h ;速度控制 3記時開始 3bh 3ch 3eh 3fh 40h 41h 42h 43h 44h 45h 51h 0000h 000bh 001bh 34 0100h 00h 00h 00h 00h 00h 00h 0bh 00h 00h 00h 00h 00h 00h 00h 03h 00h 6fh 21h 3ch 09ch 9ch ea 0jb ,jb ,03h 35 ,,07h 01h c, 2h,c c, 3h,c c, 4h,c c, 5h,c c, 6h,c 5h,2h,3h,4h,6h, 36 05h 07h 05h 07h 5h,a,a a,#02h a,a a, 3ch 037 a,#0ah a,00h a,#02h a,0bh 00h a,#0ah a,00h a,#06h a,00h a,#0ah a,00h 0ah 38 a,a, a,#0ah a,00h a,#01h a,jb ,c, 1h,c c,20h 0h 0h a,a,00h a,#02h a,03h a,#0ah a,00h 39 a,00h a,00h 02h 00a,a a,p1,a 0a,a a,p1,a 0a,#0a,p1,a 0a,40 a a,p1,a 0a,a a,p1,a 6h,#07h,#0i:7h,i1 i1:6h,i 8h,#0ah ii:9h,#00h,#00h,9h,8h,ii