簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車(chē)設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告示例

1、7.2.3簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車(chē)（E題）設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告示例（以下是一個(gè)實(shí)際的簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車(chē)（E題）設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告）簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車(chē)（E題）摘要：本設(shè)計(jì)采用兩塊單片機(jī)（AT89C51和AT89C2051）作為智能小車(chē)的檢測(cè)和控制核心，實(shí)現(xiàn)小車(chē)識(shí)別路線、判斷并自動(dòng)躲避障礙、選擇正確的行進(jìn)路線、尋找光源等功能。引導(dǎo)方式采用反射式光電傳感器感知與地面顏色有較大差別的導(dǎo)引線，障礙判斷采用超聲波傳感器。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用直流電機(jī)，電機(jī)控制方式為單向PWM控制。電機(jī)控制核心采用AT89C2051單片機(jī)，控制系統(tǒng)與電路用光電耦合器完全隔離以避免干擾?？刂粕喜捎梅謺r(shí)復(fù)用技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。關(guān)鍵詞：智能控制 光電檢測(cè) PWM脈寬

2、調(diào)制 電動(dòng)車(chē)Simple Intelligentized Electric Motors AutomobileAbstract ：Based on two microcontrollers, AT89C51 and AT89C2051, the model car can race intelligently by detecting black lines on the ground. Reflecting-infrared sensors, are applied to detect black lines, and metal-detecting sensors are to detec

3、t metals. By introducing PWM to the system, we are able to control motor revolving speed dynamically and precisely. Key word: intelligently control, reflecting-infrared sensors, PWM, electric motors automobile （注意：以上內(nèi)容在實(shí)際論文中為一頁(yè)）目 錄1. 系統(tǒng)方案選擇和論證x1.1 題目要求x1.1.1 基本要求x1.1.2 發(fā)揮部分x1.1.3 說(shuō)明x1.2系統(tǒng)基本方案x1.2.1

4、各模塊方案選擇和論證x1.2.2 系統(tǒng)各模塊的最終方案x2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)x2.1 系統(tǒng)硬件的基本組成部分x2.2 主要單元電路的設(shè)計(jì)x2.2.1 檢測(cè)部分的單元電路設(shè)計(jì)x2.2.2 智能控制部分的單元電路設(shè)計(jì)x3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)x3.1 檢測(cè)光電傳感器子程序x3.2 尋軌跡子程序x3.3 金屬探測(cè)子程序x3.4 繞障礙物子程序x3.5 超聲波收發(fā)子程序x3.6 尋光源子程序x3.7 金屬塊探測(cè)子程序x3.8 其他子程序x3.9 系統(tǒng)主程序流程圖x4 系統(tǒng)測(cè)試x4.1 測(cè)試儀器x4.2指標(biāo)測(cè)試x4.2.1 光電檢測(cè)部分測(cè)試x4.2.2 前輪驅(qū)動(dòng)電路x4.2.3 金屬傳感器測(cè)試x4.2.4

5、 金屬片與起跑線的距離測(cè)試x4.2.5 小車(chē)入庫(kù)測(cè)試x4.2.6 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能x4.3 結(jié)論x5 總結(jié)x參考文獻(xiàn)x附錄x附錄1：元器件清單附錄2：系統(tǒng)電路圖附錄3：程序清單附錄4：系統(tǒng)使用說(shuō)明注意1：目錄中的頁(yè)碼根據(jù)實(shí)際論文的頁(yè)碼編寫(xiě)，此處全部用x表示。注意2：以上部分在實(shí)際論文中為一頁(yè)。1. 系統(tǒng)方案選擇和論證1.1 設(shè)計(jì)要求（注：設(shè)計(jì)要求與第1章1.3.7節(jié)內(nèi)容相同，本書(shū)為節(jié)省篇幅，略）1.2 系統(tǒng)基本方案根據(jù)題目要求，系統(tǒng)可以劃分為控制部分和信號(hào)檢測(cè)部分。其中信號(hào)檢測(cè)部分包括：金屬探測(cè)模塊，障礙物探測(cè)模塊，路程測(cè)量模塊，路面檢測(cè)模塊，光源探測(cè)模塊?？刂撇糠职ǎ弘姍C(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，顯示模塊，

6、控制器模塊，計(jì)時(shí)模塊，狀態(tài)和標(biāo)志模塊十個(gè)基本模塊，模塊框圖如圖1.2.1所示。為實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，分別作了幾種不同的設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行了論證。 圖1.2.1 小車(chē)的基本模塊方框圖1.2.2 各模塊方案選擇和論證1.控制器模塊根據(jù)題目要求，控制器主要用于各個(gè)傳感器信號(hào)的接收和辨認(rèn)、控制小車(chē)的電機(jī)的動(dòng)作、控制顯示車(chē)速與運(yùn)行的時(shí)間以及小車(chē)在停車(chē)時(shí)發(fā)出的聲光信號(hào)等。對(duì)于控制器的選擇有以下兩種方案。方案一：采用FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)列陣）作為系統(tǒng)的控制器。FPGA可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減小了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用EDA軟件仿真，調(diào)試，易于進(jìn)行功能擴(kuò)

7、展。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。由檢測(cè)模塊輸出的信號(hào)并行輸入FPGA，F(xiàn)PGA通過(guò)程序設(shè)計(jì)控制小車(chē)做出相應(yīng)的動(dòng)作，但由于本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)處理的速度要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。方案二：采用ATMEL公司的AT89C51和AT89C2051作為系統(tǒng)控制器的雙CPU方案。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)

8、領(lǐng)域應(yīng)用廣泛?；谝陨戏治鰯M定方案二，小車(chē)單片機(jī)控制的方框圖如圖1.2.2所示。在本設(shè)計(jì)中，我們采用了兩片單片機(jī)分開(kāi)對(duì)9個(gè)單元模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，這樣減輕了單個(gè)CUP的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的工作效率，同時(shí)，通過(guò)CPU之間的分階段地互相控制，減少了外圍設(shè)備。由AT89C2051控制電機(jī)的前轉(zhuǎn)后轉(zhuǎn)等功能，同時(shí)監(jiān)測(cè)由路面檢測(cè)模塊、障礙物探測(cè)模塊和光源探測(cè)模塊的感應(yīng)信號(hào)。AT89C51負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)金屬探測(cè)模塊和路程測(cè)量模塊，同時(shí)實(shí)現(xiàn)車(chē)速的顯示，計(jì)時(shí)和控制小車(chē)的狀態(tài)標(biāo)志等功能。圖1.2.2 單片機(jī)控制的方框圖（2） 金屬探測(cè)模塊金屬探測(cè)模塊主要用于跑道中金屬塊的探測(cè)?？紤]到金屬一般都是導(dǎo)體，根據(jù)電磁場(chǎng)理論可知，

9、在受到時(shí)變電磁場(chǎng)作用的任何導(dǎo)體中，都會(huì)產(chǎn)生電渦流。因此，在本系統(tǒng)中采用電渦流式傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬塊的檢測(cè)。電渦流式金屬傳感器是建立在磁場(chǎng)的理論基礎(chǔ)上而工作的。電渦流傳感器的探測(cè)部分是由空心線圈構(gòu)成的，當(dāng)線圈有振蕩電流通過(guò)時(shí)，空心線圈產(chǎn)生一個(gè)交變的磁場(chǎng)H1，當(dāng)有金屬導(dǎo)體進(jìn)入線圈的磁場(chǎng)范圍時(shí)，金屬導(dǎo)體內(nèi)部便產(chǎn)生感應(yīng)電流，即，渦流I2，該渦流又產(chǎn)生一個(gè)新的感應(yīng)磁場(chǎng)H2，H2和H1的方向相反，它會(huì)削弱原磁場(chǎng)H1，從而使線圈的阻抗、Q值和L的值發(fā)生改變。我們要將這種變化轉(zhuǎn)化為電流或電壓的變化。相應(yīng)的，就有三種測(cè)量電路： Q值測(cè)量電路； 阻抗測(cè)量電路； 電感測(cè)量電路。在本設(shè)計(jì)中我們采用諧振法，也就是電感測(cè)量

10、電路。它是將線圈的電感L隨外作用變化轉(zhuǎn)化為電壓或電流變化。所謂諧振法通常是將線圈電感L與固定電容C并聯(lián)組成諧振回路。由物理學(xué)可知，其諧振頻率為：諧振回路的阻抗為：當(dāng)傳感器的電感L變化時(shí)，頻率f0和Z0都隨之變化，因此可以通過(guò)測(cè)量頻率和阻抗來(lái)測(cè)量電感L值的變化量，這就有調(diào)幅和調(diào)頻法之分。在本設(shè)計(jì)中采用調(diào)幅法。調(diào)幅法：調(diào)幅電路如圖。圖中，電感L和電容C1和C2接成電容三點(diǎn)式振蕩器。LC回路的輸出電壓為由此可見(jiàn)，當(dāng)傳感器L變化時(shí)，回路輸出電壓u也隨之變化，該電壓就反映了外作用。當(dāng)沒(méi)有被測(cè)物體時(shí)，先使LC回路諧振，諧振頻率為此時(shí)阻抗值最大，輸出電壓為最大。當(dāng)被測(cè)物體與線圈的接近時(shí)，導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)使

11、線圈的電感變化L，從而引起LC回路失諧，振幅下降，輸出電壓u變小。圖1.2.3為金屬傳感器的方框圖，由于LC回路輸出的是正弦波，我們?cè)诤竺娼尤肓苏伪容^電路，使單片機(jī)可根據(jù)LC回路的輸出電壓的變化進(jìn)行金屬塊有無(wú)的邏輯判斷。圖1.2.3 金屬傳感器方框圖（3）障礙物探測(cè)模塊障礙物探測(cè)模塊是用來(lái)判斷小車(chē)前方是否有障礙物并確定小車(chē)與障礙物之間的距離。為了確保小車(chē)在行駛過(guò)程中避免撞到障礙物，系統(tǒng)需要利用測(cè)距傳感器檢測(cè)出障礙物與小車(chē)之間的距離，使小車(chē)做出正確的動(dòng)作，避免與障礙物相碰。對(duì)于測(cè)距傳感器的選擇有以下幾種方案。方案一：采用激光傳感器檢測(cè)距離，利用光的反射原理進(jìn)行距離的測(cè)量， 激光傳感器方框圖如圖

12、1.2.4所示。激光具有方向性強(qiáng)、亮度高、單色性好、傳輸速度快（C=3108m/s）等優(yōu)點(diǎn)，因此激光傳感器具有抗干擾性強(qiáng)，測(cè)量精度高，反應(yīng)速度快等特點(diǎn)。但由于激光是以光速傳播的，距離與時(shí)間的關(guān)系滿足：2S=CT1，在本系統(tǒng)中障礙物離小車(chē)的距離最大不超過(guò)2m，所以T14/C=1.3310-8s，而單片機(jī)的機(jī)器時(shí)鐘為晶體振蕩器的十二分之一（一般單片機(jī)采用12MHz或6MHz的晶振），遠(yuǎn)大于T1，因此需要添加外部的發(fā)射電路才能適合單片機(jī)接收，同時(shí)，由于激光傳感器的制作比較精細(xì)使其價(jià)格過(guò)高。如圖1.2.4所示，單片機(jī)控制信號(hào)在延時(shí)后控制激光發(fā)射器發(fā)射激光束，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)接收器將接收的信號(hào)反饋給單片

13、機(jī)時(shí)停止計(jì)時(shí)。通過(guò)時(shí)間差和光速的特點(diǎn)計(jì)算路程。圖1.2.4 激光傳感器方框圖方案三：采用超聲波傳感器測(cè)距離。由于超聲波的波長(zhǎng)短，超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且遵守幾何光學(xué)上的定律。即超聲波射線從一種物質(zhì)表面反射時(shí)，入射角等于反射角。且超聲波具有較好的指向性，頻率越高，指向性越強(qiáng)。聲波在空氣中傳播的速度約為345m/s，根據(jù)公式：2S=VT2（S2m），可知T21.1610-2s，這在單片機(jī)的機(jī)器周期內(nèi)，易于邏輯判斷。基于以上分析，擬訂方案三。應(yīng)用單片機(jī)發(fā)射和接收超聲波傳感器信號(hào)的方框圖如圖1.2.5所示。圖1.2.5 應(yīng)用單片機(jī)發(fā)射和接收超聲波傳感器信號(hào)的方框圖單片機(jī)

14、發(fā)出40kHz的脈沖信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路由超聲波的發(fā)射器發(fā)射出去，連續(xù)發(fā)十個(gè)，同時(shí)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，如果接收器在發(fā)完十個(gè)脈沖后未接收到反饋信號(hào)，則判斷無(wú)障礙物，延時(shí)后單片機(jī)再發(fā)十個(gè)脈沖信號(hào)；如果接收器收到反饋信號(hào)，則判斷有障礙物，并通知單片機(jī)停止計(jì)時(shí)。通過(guò)時(shí)間差計(jì)算距離。設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為344m/s，則根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s =344t/2。在本設(shè)計(jì)中，采用高靈敏度、高可靠性、高穩(wěn)定性、耐高、低溫度、耐濕度、耐沖擊、發(fā)射頻率為40kHz的超聲波傳感器判斷障礙物的距離。在本設(shè)計(jì)中只要繞過(guò)C點(diǎn)前的障礙物即可，因此只需要一對(duì)超聲波傳感器400

15、ST(329)。（4）距離測(cè)量模塊路程測(cè)量模塊用來(lái)測(cè)量小車(chē)從啟動(dòng)到任意時(shí)刻所走的路程。根據(jù)題目要求，需要顯示金屬片與起跑線之間的距離，考慮到小車(chē)在行駛過(guò)程中，車(chē)輪旋轉(zhuǎn)一圈所行走的距離就是車(chē)輪的周長(zhǎng)，因此只要在某時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)量出車(chē)輪的圈數(shù)，依照S=nC（其中S為路程，C為車(chē)輪的周長(zhǎng)，n為圈數(shù)），就可得出路程值。受鼠標(biāo)的工作原理啟發(fā)，采用透射式光電傳感器。由于透射式光電傳感器是溝槽結(jié)構(gòu)，可以將其置于車(chē)輪固定軸上，再在車(chē)輪上安裝鼠標(biāo)中的編碼器滾軸，讓其恰好通過(guò)溝槽，車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，透射式光電傳感器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)個(gè)脈沖。通過(guò)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)圈數(shù)的測(cè)量。該方案也適合用于精度較高的場(chǎng)合。（5）路面軌跡檢測(cè)模塊路

16、面檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)小車(chē)跟隨黑色軌道行駛，在行駛的途中不能超出軌道?？紤]到軌道是一條黑線，周?chē)佋O(shè)了白紙，可以利用傳感器辨認(rèn)路面黑白兩種不同狀態(tài)。對(duì)傳感器的選擇有以下方案。方案一：采用熱探測(cè)器。熱探測(cè)器是利用所接收到的紅外輻射后，會(huì)引起溫度的變化，溫度的變化引起電信號(hào)輸出，且輸出的電信號(hào)與溫度的變化成比例，當(dāng)紅外線被黑線吸收是、時(shí)，溫度會(huì)減小，電壓變低，而紅外線沒(méi)有被吸收時(shí)，電壓不變，單片機(jī)可以根據(jù)電壓的變化來(lái)判斷路面的狀態(tài)。由于溫度變化是因?yàn)槲諢彷椛淠芰恳鸬?，與吸收紅外輻射的波長(zhǎng)沒(méi)有關(guān)系，即對(duì)紅外輻射吸收沒(méi)有波長(zhǎng)的選擇，因此受外界環(huán)境的影響比較大。方案二；采用光電探測(cè)器。光電探測(cè)器接收紅外輻射

17、后，由于紅外光子直接把材料的束縛態(tài)電子激發(fā)成傳導(dǎo)電子，由此引起電信號(hào)輸出，信號(hào)大小與所吸收的光子數(shù)成比例。且這些紅外光子的能量的大?。醇t外光還必須滿足一定的波長(zhǎng)范圍），必須滿足一定的要求，才能激發(fā)束縛電子，起激發(fā)作用。光電探測(cè)器吸收的光子必須滿足一定的波長(zhǎng)，否則不能被吸收，所以受外界影響比較小，抗干比較強(qiáng)?；谝陨戏治?，擬定方案二。并考慮使用兩個(gè)光電傳感器或者使用三個(gè)光電傳感器兩種方案。表1.2.2為使用三個(gè)傳感器時(shí)的狀態(tài)真值表，從表中可以看出，中間的傳感器起到預(yù)判的作用，在小車(chē)輕微偏離時(shí)，可以調(diào)整車(chē)輪小幅度偏轉(zhuǎn)，一旦小車(chē)速度過(guò)快，嚴(yán)重偏離軌道時(shí)，調(diào)整小車(chē)大幅度偏轉(zhuǎn)，小車(chē)的穩(wěn)定度和速度得到了

18、保證。使用兩個(gè)傳感器時(shí)，只有嚴(yán)重偏離的狀態(tài)，因此在檢測(cè)到有高電平時(shí)就必須大幅度偏轉(zhuǎn)，速度和穩(wěn)定度降低。但由于在本題中對(duì)速度和穩(wěn)定度的要求不高，并且三個(gè)傳感器需要三個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，增加了電路的復(fù)雜程度，因此在本設(shè)計(jì)中我們使用兩個(gè)光電傳感器，安放在小車(chē)的底板下。表1.2.2 光敏傳感器狀態(tài)真值表（6）光源探測(cè)模塊本題要求小車(chē)在光源的引導(dǎo)下，通過(guò)障礙區(qū)進(jìn)入停車(chē)區(qū)并到達(dá)車(chē)庫(kù)。光源探測(cè)模塊的功能主要是引導(dǎo)小車(chē)朝光源行駛，使小車(chē)具有追蹤光源的功能。由于光源會(huì)發(fā)出光線和熱量，我們可以采用光敏三極管傳感器和熱釋電傳感器實(shí)現(xiàn)追蹤光源的功能?？紤]到光敏三極管傳感的檢測(cè)電路簡(jiǎn)單、面積小，同時(shí)可以減少系統(tǒng)傳感器的種類(lèi)，因

19、此在設(shè)計(jì)中采用了光敏傳感器。由于采用的是白熾燈，光線是射散的，為了便于小車(chē)能夠在偏離光源一定角度的情況下仍能檢測(cè)到光線，我們使用了三個(gè)互成一定角度的傳感器組，這樣增加了小車(chē)的檢測(cè)范圍。同時(shí)為提高傳感器的方向性，在二極管感應(yīng)平面的前端固定一根2cm長(zhǎng)的塑料筒，光源檢測(cè)實(shí)物示意圖如圖1.2.6所示。圖1.2.6 光源檢測(cè)實(shí)物示意圖單片機(jī)可根據(jù)這三個(gè)光敏三極管的狀態(tài)，控制小車(chē)動(dòng)作，尋找光源。小車(chē)的動(dòng)作和傳感器的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所示。表1.2.3 狀態(tài)-動(dòng)作對(duì)應(yīng)表狀態(tài)光敏三極管A光敏三極管B光敏三極管C光源與車(chē)之間的位置小車(chē)動(dòng)作1000非常遠(yuǎn)-2001在車(chē)的右端右轉(zhuǎn)（幅度大）3010正對(duì)車(chē)直線行駛4011

20、在車(chē)的右端右轉(zhuǎn)（幅度?。?100在車(chē)的左端左傳（幅度大）6101-7110在車(chē)的左端左轉(zhuǎn)（幅度?。?111非常近減速直線行駛（7）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路主要通過(guò)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的前后或者左右的方向選擇。對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路有下面的幾種方案。方案一：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)或關(guān)進(jìn)行控制，通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換對(duì)小車(chē)的速度進(jìn)行調(diào)整。圖1.2.7為繼電器控制電路，其中光偶將單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路隔開(kāi)，當(dāng)需要小車(chē)左轉(zhuǎn)時(shí)由單片機(jī)控制光偶4N26-1導(dǎo)通，使繼電器RELAY1和RELAY4關(guān)閉，RELAY2和RELAY3打開(kāi)，電機(jī)正向?qū)?，?dāng)需要小車(chē)右轉(zhuǎn)時(shí)由單片機(jī)控制光偶4N26-2導(dǎo)通，使繼電器RELAY2和R

21、ELAY3關(guān)閉，RELAY1和RELAY4打開(kāi)，電機(jī)反向?qū)?。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路比較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短可靠性不高。 圖1.2.7繼電器式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路方案二：采用三極管組成的開(kāi)關(guān)PWM電路。如圖1.2.8所示，我們采用了三極管代替了繼電器，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(guò)載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)和反轉(zhuǎn)的等優(yōu)點(diǎn)。圖1.2.8 三極管式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 基于上述理論分析，擬定方案二。本設(shè)計(jì)中有兩路驅(qū)動(dòng)電路：前輪驅(qū)動(dòng)，負(fù)責(zé)小車(chē)的左右運(yùn)動(dòng)；后輪驅(qū)動(dòng)，負(fù)責(zé)小車(chē)的前后運(yùn)動(dòng)。（8）顯示模塊在小車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)需要對(duì)運(yùn)

22、行的時(shí)間和路程作必要的顯示。我們考慮有以下兩種顯示方案。方案一：使用液晶顯示屏顯示時(shí)間和路程。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無(wú)輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)可視面積大，畫(huà)面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。但由于只需顯示時(shí)間和路程這樣的數(shù)字，信息量比較少，且由于液晶是以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號(hào)，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫(kù)，編程工作量大，控制器的資源占用較多，其成本也偏高。在使用時(shí)，不能有靜電干擾，否則易燒壞液晶的顯示芯片，不易維護(hù)。方案二：使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長(zhǎng)、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對(duì)外界環(huán)境要求低，易

23、于維護(hù)，同時(shí)其精度比較高，稱(chēng)量快，精確可靠，操作簡(jiǎn)單。數(shù)碼管是采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。根據(jù)以上的論述，采用方案二。在本系統(tǒng)中，我們采用了數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示，節(jié)省單片機(jī)的內(nèi)部資源。（9）計(jì)時(shí)模塊計(jì)時(shí)模塊要實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)小車(chē)從啟動(dòng)到停止的過(guò)程進(jìn)行計(jì)時(shí)，最小單位為0.01s。由于本系統(tǒng)的控制器是由單片機(jī)構(gòu)成的，其內(nèi)部有很好的定時(shí)系統(tǒng)，因此系統(tǒng)使用AT89C51內(nèi)置的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)該模塊功能。在AT89C51內(nèi)部有2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，它的計(jì)數(shù)脈沖的頻率為所選晶振頻率的1/12。本系統(tǒng)使用的晶振頻率為12MHz，則計(jì)數(shù)脈沖頻率為1MHz，通過(guò)對(duì)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的溢出控制，可以

24、容易的實(shí)現(xiàn)最小單位為0.1s的計(jì)時(shí)功能。本方案在有效地利用系統(tǒng)資源的同時(shí)，又減少了單片機(jī)的外圍電路。（10）狀態(tài)標(biāo)志模塊 狀態(tài)標(biāo)志模塊的設(shè)計(jì)要求是在小車(chē)檢測(cè)到金屬時(shí)發(fā)出光聲信號(hào)。在發(fā)聲方面，考慮到體積和功耗的因素，我們使用了蜂鳴器代替普通的揚(yáng)聲器。在發(fā)光方面，考慮到電路的簡(jiǎn)易程度，功耗和電源的因素，系統(tǒng)采用了發(fā)光二極管。1.3 系統(tǒng)各模塊的最終方案經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析和論證，決定了系統(tǒng)各模塊的最終方案如下：（1） 控制模塊：采用AT89C51和AT89C2051雙CPU控制（2） 金屬探測(cè)模塊：采用電渦流式傳感器（3） 障礙物探測(cè)模塊：采用超聲波傳感器（4） 車(chē)速檢測(cè)模塊：采用光電傳感器（5） 光源探

25、測(cè)模塊：采用光敏三極管（6） 路面檢測(cè)模塊：采用光電傳感器（7） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：采用PWM調(diào)制方式控制電機(jī)（8） 顯示模塊：采用數(shù)碼管（9） 計(jì)時(shí)模塊：采用AT89C51內(nèi)置的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（10） 狀態(tài)標(biāo)志模塊：采用蜂鳴器和發(fā)光二極管。系統(tǒng)的基本框圖如圖1.3.1所示。單片機(jī)AT89C2051主要用于控制小車(chē)電機(jī)和處理與小車(chē)動(dòng)作有關(guān)的傳感信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了小車(chē)速度控制、尋跡行駛、躲避障礙物及探測(cè)光源的功能。單片機(jī)AT89C51主要用于系統(tǒng)的計(jì)時(shí)控制和狀態(tài)控制，實(shí)現(xiàn)了小車(chē)90s停車(chē)、金屬探測(cè)、路程測(cè)量以及聲光顯示的功能。兩單片機(jī)之間采用查詢的方式互相通信，將分別獨(dú)立的兩套系統(tǒng)有機(jī)的綜合為一體，其工作

26、過(guò)程如下：圖1.3.1 系統(tǒng)基本框圖小車(chē)加電，系統(tǒng)開(kāi)始工作，計(jì)時(shí)模塊運(yùn)行，當(dāng)小車(chē)進(jìn)入直道區(qū)時(shí)，AT89C2051根據(jù)紅外傳感器傳達(dá)的路面信息控制小車(chē)沿著軌道行駛，同時(shí)AT89C51根據(jù)金屬傳感器探測(cè)的結(jié)果，控制蜂鳴器和發(fā)光二極管發(fā)出聲光信息。通過(guò)光電傳感器所得的信息，AT89C51計(jì)算出路程，確定小車(chē)進(jìn)入彎道區(qū)，并與AT89C2051通信，使電機(jī)加速，提高轉(zhuǎn)彎的力矩。當(dāng)AT89C51再次探測(cè)到金屬時(shí)，確定該位置在C點(diǎn)，并將該信息告知2051，使小車(chē)停止運(yùn)行5s，同時(shí)發(fā)出聲光顯示。小車(chē)在C點(diǎn)利用超聲波傳感器判斷障礙物的位置，AT89C2051根據(jù)障礙物的位置控制車(chē)輪偏轉(zhuǎn)度，繞過(guò)物體，隨后再利用光

27、源傳感器引導(dǎo)小車(chē)進(jìn)庫(kù)，當(dāng)小車(chē)遇到光源前面的黑線時(shí)，AT89C2051控制車(chē)輪反轉(zhuǎn)，使車(chē)體完全進(jìn)庫(kù)。在整個(gè)過(guò)程中，一旦AT89C51的計(jì)時(shí)器計(jì)滿了90s，AT89C2051就控制小車(chē)停止一切活動(dòng)。2. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1 系統(tǒng)硬件的基本組成部分本題是一個(gè)光、機(jī)、電一體的綜合設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)中運(yùn)用了檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和電子技術(shù)。系統(tǒng)可分為傳感器檢測(cè)部分和智能控制部分。 傳感器檢測(cè)部分：系統(tǒng)利用光電傳感器、電渦流傳感器、超聲波傳感器等不同類(lèi)型的傳感器將檢測(cè)到的一系列的外部信息（例如路面狀況、障礙物的有無(wú)等）轉(zhuǎn)化為可被控制器件辨認(rèn)的電信號(hào)。傳感器檢測(cè)部分包括五個(gè)單元電路：路面檢測(cè)電路、障礙物探

28、測(cè)電路、路程測(cè)量電路、光源探測(cè)電路和金屬檢測(cè)電路。智能控制部分：系統(tǒng)中控制器件根據(jù)由傳感器變換輸出的電信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，控制小車(chē)的電機(jī)、顯示數(shù)碼管、蜂鳴器以及發(fā)光二極管，完成了小車(chē)的自動(dòng)尋跡行駛、探測(cè)金屬、躲避障礙物、尋找光源、顯示路程等各項(xiàng)任務(wù)?？刂撇糠职ㄋ膫€(gè)主要單元電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電路、前后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路。2.2 主要單元電路的設(shè)計(jì)2.2.1檢測(cè)部分的單元電路設(shè)計(jì)（1）軌跡檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 題目要求小車(chē)在直道區(qū)和彎道區(qū)要沿著黑線行駛，但由于小車(chē)不可能始終保持一定的方向，必然會(huì)偏離黑色軌道，從而導(dǎo)致小車(chē)沖出軌道。為了能使小車(chē)能在偏離軌道之后能調(diào)整方向，重新回到軌道上，系統(tǒng)

29、需要將路面的狀態(tài)及時(shí)的以電信號(hào)的形式反饋到控制部分，控制部分控制前輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)，使小車(chē)重新回到軌道上。在本設(shè)計(jì)中采用了兩個(gè)光電傳感器，分別安裝在車(chē)底的中部的左右兩端。當(dāng)小車(chē)往左偏出軌道時(shí)，左邊的光電傳感器被黑色紙帶遮蔽，輸出為高電平，單片機(jī)接收到該信號(hào)，控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，使小車(chē)往右偏回軌道，傳感器回到白紙區(qū)輸出為低電平，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，小車(chē)直線前進(jìn)。小車(chē)右偏時(shí)的狀態(tài)與左偏狀態(tài)相反。具體電路如圖2.2.1所示。一體化紅外發(fā)射接收IRT中的發(fā)射二極管導(dǎo)通，發(fā)出紅外光線，經(jīng)反射物體反射到接收管上，使接收管的集電極與發(fā)射極間電阻變小，輸入端電位變低，圖2.2.1 光電檢測(cè)電路輸出端為高電平，三極管導(dǎo)

30、通，集電極C為低電平，再經(jīng)斯密特反相器后為高電輸入到89C51單片機(jī)的INT0端口。當(dāng)紅外光線照射到黑色條紋時(shí)，反射到IRT中的接收管上的光量減少，接收管的集電極與發(fā)射極間電阻變大，三極管截止，三極管的集電極C為高電平，再經(jīng)反相器后輸入到單片機(jī)的信號(hào)為低電平。在三極管的基極B和發(fā)射極E接一個(gè)0.1F的電容，減少電路中的“毛刺”，以減輕電路的干擾。由于光電傳感器受外界的影響較大，容易引起單片機(jī)的誤判，因此我們?cè)陔娐分屑尤肓艘粋€(gè)電位器（阻值為1K），通過(guò)調(diào)整電位器，改變光電傳感器的輸入電流從而改變其靈敏度。（2）金屬探測(cè)電路的設(shè)計(jì)在小車(chē)行駛的軌道上放著13塊金屬片，在彎道區(qū)的C點(diǎn)上也有一塊金屬片，

31、要求小車(chē)在行駛過(guò)程中對(duì)軌道上的金屬片個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)，檢測(cè)到C點(diǎn)上的金屬片后停車(chē)。在本設(shè)計(jì)中我們采用電感諧振測(cè)量方法。電感諧振測(cè)量電路如圖2.2.2所示，電容C3、C4、C5、外測(cè)電感L2和反相器U1A構(gòu)成了LC振蕩回路，運(yùn)放LM393實(shí)現(xiàn)了正弦波的整形功能，為了提高電路的帶負(fù)載能力，在輸出加上了一級(jí)反相器。電渦流傳感器的靈敏度和線性范圍是與線性圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度和分布狀況有關(guān)，磁場(chǎng)沿徑向分布范圍大，則線性范圍就大，軸向磁場(chǎng)梯度大，則靈敏度高。它們與傳感器的線圈的形狀和尺寸有關(guān)。單匝載流圓線圈在軸線上的磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度，可以根據(jù)畢奧-沙伐爾-拉普拉斯定律求得：式中，0為真空磁導(dǎo)率；I為激勵(lì)電流；r為圓線圈半

32、徑；x為軸線上某點(diǎn)P到線圈平面距離。由上式可知線圈外徑大時(shí)，傳感器敏感范圍大，線性范圍相應(yīng)的也增大，但靈敏度降低。線圈外徑小時(shí)，線性范圍減小，但靈敏度增大。線圈薄時(shí)，靈敏度高。因此，為提高傳感器的靈敏度，使用線圈半徑為0.3cm ，電感值為100mH的多匝線圈。圖2.2.2 金屬探測(cè)電路（3）障礙物檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)在小車(chē)行駛的線路中，有兩個(gè)障礙物，要求小車(chē)饒過(guò)障礙物行駛，避免與障礙物相撞。為了檢測(cè)障礙物并確定障礙物的距離，在小車(chē)的前部安置了兩個(gè)超聲波傳感器，一個(gè)用于發(fā)射，一個(gè)用于接收。如圖2.2.3所示，該傳感器可發(fā)射頻率為40kHz的脈沖超聲波信號(hào)（該信號(hào)由單片機(jī)從2腳發(fā)出），反相器U15C增

33、加驅(qū)動(dòng)能力，傳感器向某一方向發(fā)射脈沖超聲波信號(hào)，并以34cm/ms的速度在空氣中傳播。同時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)始計(jì)時(shí)。如果超聲波在傳播途中碰到障礙物就會(huì)反射回來(lái)，超聲波接收器收到反射聲波就通過(guò)1腳輸出一個(gè)信號(hào)，通知單片機(jī)停止計(jì)時(shí)。圖2.2.3 超聲波檢測(cè)電路（4）路程測(cè)量電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中所用的編碼器滾軸共有45個(gè)透光格，所用的電動(dòng)車(chē)車(chē)輪的周長(zhǎng)約為16cm，滾軸和車(chē)輪的圓心在同一直線上，滾軸的轉(zhuǎn)速和車(chē)輪轉(zhuǎn)速是同步的。小車(chē)工作時(shí)，光敏三極管會(huì)產(chǎn)生一個(gè)個(gè)的脈沖，單片機(jī)AT89C51對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)需要計(jì)算距離時(shí)，只需將所計(jì)的脈沖總數(shù)除以45，得到車(chē)輪的圈數(shù)，再乘以輪子周長(zhǎng)16cm就得到距離值。即其中S為距離，

34、N為脈沖總數(shù)。光電檢測(cè)采用透射式光電傳感器，具體電路如圖2.2.4所示。 圖2.2.4 透射式光電檢測(cè)電路（5）光源檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)光源離車(chē)庫(kù)距離為0.2m，小車(chē)要進(jìn)入車(chē)庫(kù)，就要準(zhǔn)確地判斷光源的位置。由于光源距地面0.2m，用金屬支架將三個(gè)光敏三極管固定在車(chē)的中間部分，并使光敏三極管盡量與光源保持水平。如圖2.2.5所示，Q5為光敏三極管，三極管Q4、Q6構(gòu)成達(dá)林頓管，三極管Q8是為了提高電路的帶負(fù)載能力。通過(guò)該實(shí)物設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)判斷的準(zhǔn)確度。光敏三極管輸出是高低電平，單片機(jī)可直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行判斷。圖2.2.5 光源檢測(cè)電路2.2.2 智能控制部分的單元電路設(shè)計(jì)（1） 控制電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)接收從

35、傳感器檢測(cè)電路輸入的邏輯信號(hào)和脈沖信號(hào)，并將輸入的信號(hào)進(jìn)行處理運(yùn)算，以控制電流或控制電壓的形式輸出給被控制的單元電路，完成各項(xiàng)任務(wù)要求。單片機(jī)AT89C51外接顯示電路，金屬探測(cè)電路和路程測(cè)量電路，其中金屬探測(cè)電路和距離測(cè)量電路是信號(hào)輸入，顯示電路是輸出。為了方便單片機(jī)引腳的使用，我們將單片機(jī)的所有引腳用接口引出。具體電路如圖2.2.6所示。CON8是數(shù)碼管的接口，J13是10K排阻；金屬傳感器的輸出由J8接入單片機(jī)的IN0中斷。用來(lái)距離檢測(cè)的光電傳感器的輸出由J9接入單片機(jī)的定時(shí)器T1。定時(shí)器T0用做內(nèi)部定時(shí)。聲光標(biāo)志由P2.0、P2.1腳輸出；單片機(jī)之間的通信和查詢由P1腳輸出。圖2.2.

36、6 AT89C51的最小系統(tǒng)及外圍電路圖2.2.7 AT89C2051的最小系統(tǒng)及外圍電路通過(guò)對(duì)路面檢測(cè)、障礙物探測(cè)和光源探測(cè)產(chǎn)生的傳感信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，單片機(jī)AT89C2051完成控制電機(jī)的前轉(zhuǎn)后轉(zhuǎn)等功能。如圖2.2.7所示，光電傳感器輸出的信號(hào)由P3.2、P3.3接入單片機(jī)的中斷INT0，INT1實(shí)現(xiàn)路面的檢測(cè)。電機(jī)控制由P1.7P1.4輸出。超聲波傳感器和光敏三極管的輸出信號(hào)由P1.0P1.3輸入，AT89C2051和89C51共用一個(gè)復(fù)位電路。（2）電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路部分分為前輪部分和后輪部分，前輪負(fù)責(zé)小車(chē)的導(dǎo)向，后輪負(fù)責(zé)小車(chē)的前后驅(qū)動(dòng)。PWM調(diào)制實(shí)現(xiàn)車(chē)速控制。前輪驅(qū)動(dòng)電路如圖

37、2.2.8所示，電路采用PWM驅(qū)動(dòng)形式，電路主要由三極管5610、三極管5609、三極管9013和光耦元件組成，其中三極管5610和三極管5609組成了對(duì)管，驅(qū)動(dòng)電路可控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。電路是由單片機(jī)控制，與單片機(jī)的接口采用光電耦合器。單片機(jī)的輸入輸出口P1.0輸出為高電平， P1.1輸出為低電平，這時(shí)，左邊的光耦導(dǎo)通，右邊的光耦不通，VT1、VT 4、VT 5導(dǎo)通，其它三極管截止電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車(chē)左轉(zhuǎn)。反之，P1.0為低，P1.1為高，電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車(chē)右轉(zhuǎn)。若P1.0和P1.1都為低電平電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。小車(chē)的后輪驅(qū)動(dòng)電路與此設(shè)計(jì)相同。圖2.2.8 前輪驅(qū)動(dòng)電路（3）數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路的設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中采

38、用動(dòng)態(tài)顯示方式驅(qū)動(dòng)六個(gè)七段數(shù)碼管，六個(gè)七段數(shù)碼管用來(lái)顯示時(shí)間、路程、交替顯示時(shí)間、小車(chē)與起跑線的距離、金屬片的個(gè)數(shù)和距離等信息。圖2.2.9 動(dòng)態(tài)顯示電路圖2.2.9中采用共陽(yáng)極數(shù)碼管，由于AT89C51單片機(jī)每個(gè)I/O口的拉電流只有12 mA，但在灌電流驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下能達(dá)到20mA左右，如果采用共陰極數(shù)碼管需要加驅(qū)動(dòng)電路，而采用共陽(yáng)極數(shù)碼管則不需要驅(qū)動(dòng)電路，可使電路得到簡(jiǎn)化。在電源輸入端接入濾波電容器。3. 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用匯編語(yǔ)言，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。程序是在Windows98環(huán)境下采用KeiluVision2軟件編寫(xiě)的，可以實(shí)現(xiàn)小車(chē)對(duì)光電傳感器的查詢、輸出脈沖占空比

39、的設(shè)定、電機(jī)方向的確定等功能。主程序主要起到一個(gè)導(dǎo)向和決策功能，決定什么時(shí)候小車(chē)該做什么。小車(chē)各種功能的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)調(diào)用具體的子程序。 3.1 檢測(cè)光電傳感器子程序檢測(cè)光電傳感器子程序主要用于保證判斷的準(zhǔn)確性，采樣時(shí)序圖如圖3.1.1所示。單片機(jī)根據(jù)需要直接從端口讀取，為了防止出現(xiàn)干擾和錯(cuò)誤信號(hào)，采用延時(shí)讀取的方法，即在第一次讀取后延時(shí)一段時(shí)間再讀取，如果第二次讀取的信號(hào)和第一次的不一樣，則說(shuō)明信號(hào)是干擾信號(hào)，就重新讀取并比較，直到兩次讀取的信號(hào)一致，才判斷小車(chē)遇到黑線。 圖3.1.1 采樣時(shí)序圖3.2 尋軌跡子程序在黑線軌道上走直線時(shí)，對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行即時(shí)判斷，左邊信號(hào)為0時(shí)控制電機(jī)左轉(zhuǎn)，

40、右邊信號(hào)為0時(shí)控制電機(jī)右轉(zhuǎn)。在彎道時(shí)，為了不沖出軌道，使左輪一直打偏，直到檢測(cè)到右邊信號(hào)為0時(shí)控制電機(jī)右轉(zhuǎn)，當(dāng)右信號(hào)為1時(shí)，繼續(xù)使左輪一直偏。程序流程圖如3.2.1所示。圖3.2.1 黑線尋軌程序流程圖3.3 金屬探測(cè)子程序當(dāng)傳感器檢測(cè)到金屬時(shí)，使單片機(jī)內(nèi)寄存器加一，當(dāng)小車(chē)進(jìn)入彎道后停止對(duì)寄存器的動(dòng)作，一旦檢測(cè)到金屬傳感器，再有信號(hào)輸出，認(rèn)為小車(chē)在C點(diǎn)，使小車(chē)停止運(yùn)動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)光聲顯示程序和5s延時(shí)程序。金屬探測(cè)程序流程圖如圖3.3.1所示。 圖3.3.1 金屬探測(cè)程序流程圖3.4繞障礙物子程序在沒(méi)有檢測(cè)到障礙物時(shí)調(diào)用光源檢測(cè)子程序，尋找光源。當(dāng)檢測(cè)到障礙物時(shí)，控制小車(chē)左轉(zhuǎn)一定時(shí)間后，再右轉(zhuǎn)一

41、定時(shí)間，再次判斷前方是否有障礙物，直到?jīng)]有障礙物的信號(hào)，再調(diào)用尋光源子程序。繞障礙物程序流程圖如圖3.4.1所示。 3.5超聲波收發(fā)子程序40kHz的信號(hào)由AT89C2051的P3.0口輸出，同時(shí)，使用AT89C51的內(nèi)部T1定時(shí)器（設(shè)定工作模式為2）開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)接收到信號(hào)時(shí)立即停止計(jì)時(shí)。如果在一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)收到信號(hào)（t5.8ms），則重發(fā)信號(hào)。超聲波收發(fā)程序流程圖如圖3.5.1 所示。圖3.4.1 繞障礙物程序流程圖圖3.5.1 超聲波收發(fā)程序流程圖3.6 尋光源子程序根據(jù)三個(gè)光敏管的組合狀態(tài)，單片機(jī)控制電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。光敏管的狀態(tài)與單片機(jī)控制小車(chē)動(dòng)作的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1.2.3所示。尋找光源

42、程序流程圖如圖3.6.1所示。圖3.6.1 尋找光源程序流程圖3.7 金屬塊探測(cè)子程序金屬塊探測(cè)子程序測(cè)量金屬離起點(diǎn)的距離。在進(jìn)入金屬板時(shí)儲(chǔ)存距離值，在出金屬板時(shí)將測(cè)的距離減去前一個(gè)距離值，即可算出金屬的長(zhǎng)度，將這個(gè)數(shù)值除二后加上第一次儲(chǔ)存的距離就是金屬片中點(diǎn)離起點(diǎn)的距離。金屬塊探測(cè)程序流程圖如圖3.7.1所示。圖3.7.1 金屬塊探測(cè)程序流程圖3.8 其他子程序（1）動(dòng)態(tài)顯示子程序以高頻率控制位碼的輸出，使數(shù)碼管依次點(diǎn)亮，但各個(gè)數(shù)碼管的內(nèi)容不變，即段碼不變。程序流程圖略。（2）延時(shí)子程序 完成延時(shí)功能，程序流程圖略。（3）90s定時(shí)子程序：系統(tǒng)啟動(dòng)90s后停止所有動(dòng)作。（4）停車(chē)子程序：在進(jìn)

43、車(chē)庫(kù)的時(shí)候檢測(cè)到黑線，控制電機(jī)反轉(zhuǎn)很小的時(shí)間后停車(chē)。（5）辨認(rèn)子程序：系統(tǒng)運(yùn)行5s后如果再檢測(cè)金屬則認(rèn)為小車(chē)到達(dá)了C點(diǎn)。3.9系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)主程序流程圖如圖3.9.1所示。 圖3.9.1 系統(tǒng)主程序流程圖4. 系統(tǒng)測(cè)試為了確定系統(tǒng)與題目要求的符合程度，我們對(duì)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分進(jìn)行了實(shí)際的測(cè)試。4.1 測(cè)試儀器測(cè)試使用的儀器設(shè)備如表4.1.1所示。表4.1.1 測(cè)試使用的儀器設(shè)備序號(hào)名稱(chēng)、型號(hào)、規(guī)格數(shù)量備注1頻率發(fā)生器：GFG-8216A1南京無(wú)線電儀器廠2YB4365雙蹤示波器1江蘇揚(yáng)中電子儀器廠3UNI-T數(shù)字萬(wàn)用表1勝利公司4直流電壓源DF1731SC2A1寧波中策電子有限公司5秒表

44、精度0.01s16軟尺最大測(cè)量距離300.0cm，最小量程0.1cm14.2 指標(biāo)測(cè)試4.2.1光電檢測(cè)部分測(cè)試紅外發(fā)射管的電流在520mA之間，電流大，發(fā)射的紅外線強(qiáng)，但雜散反射光份量多，不易調(diào)整，檢測(cè)誤差大；電流小，工作可靠，檢測(cè)頭相對(duì)被檢測(cè)的物體的距離范圍窄，對(duì)于寬度為2cm的黑色條紋，電流在5mA左右就可以了。將檢測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)在白紙上，適當(dāng)靠近或拉開(kāi)與白紙間的距離，調(diào)整電位器R3，使得反相器輸出為一個(gè)高電平。再用一張畫(huà)有黑白相間條紋的劃過(guò)檢測(cè)頭，用示波器觀察波形是否在高、低電平中跳變（白色條紋為高電平，黑色條紋為低電平）。若沒(méi)有此現(xiàn)象，可慢慢調(diào)整電位器R3，直到滿意為止。4.2.2 前輪驅(qū)

45、動(dòng)電路前輪驅(qū)動(dòng)電路直接用穩(wěn)壓可調(diào)直流電源供電，用外加信號(hào)觸發(fā)，觀看電機(jī)轉(zhuǎn)速以及測(cè)量電機(jī)兩端的電壓。表4.2.1 電機(jī)狀態(tài)表左右兩光電傳感器的狀態(tài)電機(jī)狀態(tài)電機(jī)電壓/V電機(jī)電流/mA白-白停轉(zhuǎn)2.320白-黑正轉(zhuǎn)8.73696黑-白反轉(zhuǎn)8.73703由此表可看出，電機(jī)在正常行駛下不動(dòng)作，在小車(chē)偏離軌道時(shí)電機(jī)發(fā)生了相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)在動(dòng)作時(shí)的電流達(dá)到一定的強(qiáng)度，使輪子能偏轉(zhuǎn)到比較大的角度。4.2.3 金屬傳感器測(cè)試金屬傳感器測(cè)試測(cè)試金屬傳感器的抗干擾能力和誤判次數(shù)。在小車(chē)的軌道上放置了3個(gè)鐵片。表4.2.2 金屬傳感器測(cè)量表測(cè)試次數(shù)記錄薄鐵片數(shù)目實(shí)際鐵片數(shù)目金屬傳感器的距離能否檢測(cè)到鐵片并發(fā)出聲光

46、信號(hào)1330.3cm能2330.6cm能3300.8cm不能 根據(jù)上表所示，金屬傳感器的最佳感應(yīng)范圍在0.1-0.6cm之間。4.2.4金屬片與起跑線的距離測(cè)試金屬片與起跑線的距離測(cè)試測(cè)量每個(gè)薄鐵片至起跑線間的距離。表4.2.3 距離測(cè)試測(cè)試次數(shù)第一塊鐵片第二塊鐵片第三塊鐵片第四塊鐵片第五塊鐵片實(shí)際距離95cm213cm772cm-測(cè)試距離97cm215cm775cm-誤差計(jì)算2.6%0.9%0.4%-可以看出，實(shí)際的距離和測(cè)試所得的距離有出入，這是由于小車(chē)在判斷軌道時(shí)不是進(jìn)行的直線行走，而是走S型，增加了小車(chē)的實(shí)際路程。4.2.5 小車(chē)入庫(kù)測(cè)試小車(chē)入庫(kù)測(cè)試測(cè)試小車(chē)入庫(kù)時(shí)間。表4.2.4 小車(chē)

47、入庫(kù)測(cè)試測(cè)試次數(shù)能否完全準(zhǔn)確入庫(kù)秒表所測(cè)時(shí)間電動(dòng)車(chē)顯示時(shí)間時(shí)間誤差計(jì)算1能25.6s25.8s0.7%2能27.8s28.1s0.1%3能 28.1s.28.5s0.14% 有上表可知，系統(tǒng)的時(shí)鐘有一定的誤差，可能是由于人的反應(yīng)速度的影響。4.2.6系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能有： 自動(dòng)尋跡行駛；金屬檢測(cè)同時(shí)發(fā)出聲光顯示； C點(diǎn)停車(chē)5s并發(fā)出聲光顯示；躲避障礙物；追蹤光源；交替顯示金屬數(shù)量及其距離，時(shí)間，路程；小車(chē)進(jìn)庫(kù)。4.3 結(jié)論 經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)的光電檢測(cè)部分、驅(qū)動(dòng)電路、金屬傳感器等的測(cè)試，本設(shè)計(jì)基本達(dá)到設(shè)計(jì)制作要求。5 總結(jié)本系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51和AT89C2051芯片為核心部件，利用光

48、電檢測(cè)技術(shù)，超聲波測(cè)距、電渦流檢測(cè)技術(shù)并配合一套獨(dú)特的軟件算法實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)車(chē)的跟蹤黑線行駛、電機(jī)的方向和速度控制、自動(dòng)尋找光源、躲避障礙物、感測(cè)金屬、時(shí)間顯示、蜂鳴器報(bào)警等功能，最終使小車(chē)完成競(jìng)賽題目中要求的各項(xiàng)任務(wù)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，力求硬件線路簡(jiǎn)單，充分發(fā)揮軟件編程方便靈活的特點(diǎn)，來(lái)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。因?yàn)闀r(shí)間有限，該系統(tǒng)還有許多值得改進(jìn)的地方：紅外光有一定的缺陷，在光線較強(qiáng)的環(huán)境下輸出的高低電平不穩(wěn)定，因此，可以在光電管上加上固定管減少與外界環(huán)境的接觸。在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到了許多突發(fā)事件和各種困難，設(shè)計(jì)制作曾一度中斷，但通過(guò)仔細(xì)分析和自我狀態(tài)調(diào)整后解決了問(wèn)題。在這個(gè)過(guò)程中我們深刻得體會(huì)到

49、共同協(xié)作和團(tuán)隊(duì)精神的重要性，提高了自己解決問(wèn)題的能力。參考文獻(xiàn)1. 梅遂生、楊家德.光電子技術(shù)信息裝備的新秀M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社.1999年.88-1022. 張友德、趙志英、涂時(shí)亮.單片機(jī)微型機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)（第三版）M.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社.2000年3. 何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M、系統(tǒng)配置與接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1990年.149-1564. 陸坤、奚大順、李之權(quán)等.電子設(shè)計(jì)技術(shù)M.四川：電子科技大學(xué)出版社.1997年.P682-688、838-9415. 謝自美、閻樹(shù)蘭、趙云娣等.電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試（第二版）M.湖北：華中理工大學(xué)出版社.20

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51、、 中華人民共和國(guó)中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法3、 中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法4、 污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 897896)5、 城市排水工程規(guī)劃規(guī)范（GB503182000）6、 室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ14-87）7、 南京市城市總體規(guī)劃8、 生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GB16889-1997）9、 國(guó)家、省、市其它相關(guān)的法規(guī)、文件編制原則1、合理布局，總體設(shè)計(jì)，充分利用現(xiàn)有地形。2、盡量減少對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，減少二次污染。 3、根據(jù)設(shè)計(jì)的合理性原則和工藝需要，盡量利用現(xiàn)有場(chǎng)地，盡量減少新占土地，節(jié)省項(xiàng)目投資和管理費(fèi)用。4、以技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益的綜合評(píng)價(jià)為決策依據(jù)，進(jìn)行多方案的論證分

52、析。5、方便施工與后期維護(hù)管養(yǎng)。編制范圍和內(nèi)容可行性研究報(bào)告編制的范圍和內(nèi)容具體包括：1、分析并確定污水排放標(biāo)準(zhǔn)。2、明確污水管道改造、新建工程規(guī)模。3、污水管道工程主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。工程背景 城市概況南京為江蘇省會(huì)所在地，為著名的古都和歷史文化名城，是江蘇省政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，為長(zhǎng)江流域主要的中心城市。南京作為長(zhǎng)江流域四大中心城市之一和長(zhǎng)江三角洲樞紐城市，在改革開(kāi)放的形勢(shì)下有必要也有能力充分利用其跨省域的綜合吸引力，充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)輻射作用。據(jù)2000年第五次人口普查統(tǒng)計(jì)，南京市人口總規(guī)模已達(dá)623.8萬(wàn)人，全市人口居住在城鎮(zhèn)的為443.5萬(wàn)人，占總?cè)丝诘?1.09%。根據(jù)都市圈“重點(diǎn)發(fā)展外圍城鎮(zhèn)，適度擴(kuò)展主城用地”的布局原則，主城規(guī)劃范圍為繞城公路以內(nèi)，西北抵長(zhǎng)江，東北至笆斗山，東至馬群，南到雙龍街，西南至雙閘，規(guī)劃用地面積為243平方公里；綜合考慮人口發(fā)展趨勢(shì)和主城的用地限制，規(guī)劃主城人口2010年為210萬(wàn)人左