基于單片機的自動往返小車設計和實現(xiàn)論文設計

目錄緒論1.1設計的主要內(nèi)容及目標1.2選題目的及意義第2章總體方案設計與論證 22.1全面方案 22.2設計要點、實驗難點 22.3設計方案第3章算法的理論分析 43.1算法比較 43.1.1常規(guī)模糊控制法 43.1.2公式法 43.2方案實現(xiàn) 5第4章設計電路的分析 74.1單片機設置 74.2電光理論設置 74.2.1基本原理 74.3具體電路 84.3.1采樣方式 84.3.2電機控制方法 94.3.3電機驅(qū)動模塊 104.3.4黑線探測模塊 104.4電路圖 104.5顯示屏 114.6語音芯片 114.6.1供電方案 124.6.2供電方式 124.7紅外遙控及解碼模塊 124.7.1二進制信號的調(diào)制 134.7.2二進制的調(diào)解 134.7.3二進制信號的調(diào)碼 134.8道路設置模塊 144.8.1軌道模塊 144.8.2防撞模塊 14第5章軟件系統(tǒng)設計 145.1軟件系統(tǒng)的任務及總體流程 155.2擴展軟件功能實現(xiàn) 165.3遙控解碼 165.4驅(qū)動軟件 175.5小車軌道設計 175.6防撞擊與警報裝置 185.7行車距離 185.8抗干擾設置 19第六章測試方法與數(shù)據(jù) 196.1系統(tǒng)仿真調(diào)試 196.2對于電機的調(diào)試 19第七章總結(jié) 21致謝 22參考文獻 23第第頁共11頁基于單片機的自動往返小車摘要：改革開放以來，單片機的技術(shù)不斷進步，他原來所具有的各種各樣有效的端口和他原本具有的自帶的技術(shù)功能，被整合到了一張芯片上。所以單片機在所有的機器上具有重要的地位。最常見的單片機AT89s51具有低功率的特效并且保持在一個較高水平上面適用于各種單片機，具有非常優(yōu)秀的普適性。在單片機中處理器的作用非常重要8K處理器可以承擔此類任務?；趩纹瑱C的各項調(diào)節(jié)控制還有報警機制的基礎(chǔ)上設計的小車在探索路況時通過高新科技范送給中央處理器，來決定自己的走向和下一個要執(zhí)行的動作。全系統(tǒng)的協(xié)調(diào)使得小車一直保持在一個相對靈活的狀態(tài)，可以接受各項指令而給出及時反饋。關(guān)鍵詞：單片機，紅外線，電機驅(qū)動。AbstractSincethereformandopeningup,thetechnologyofsingle-chipcomputerhasbeenprogressingcontinuously.Allkindsofeffectiveportsandtechnicalfunctionsofsingle-chipcomputerhavebeenintegratedintoachip.SoSCMhasanimportantpositiononallmachines.Themostcommonsingle-chipAT89s51hasthecharacteristicsoflowpowerandissuitableforallkindsofsingle-chipcomputersatahigherlevel.Ithasexcellentuniversality.Thefunctionofprocessorinsinglechipcomputerisveryimportant.8Kprocessorcanundertakethiskindoftask.ThecardesignedonthebasisofMCUadjustmentcontrolandalarmmechanismissenttoCPUthroughhigh-techparadigmwhenexploringroadconditionstodetermineitsowndirectionandthenextactiontobeperformed.Thecoordinationofthewholesystemkeepsthecarinarelativelyflexiblestate,whichcanacceptvariousinstructionsandgivetimelyfeedback.Keywords:singlechipcomputer,infraredray,motordrive.

緒論1.1設計的主要內(nèi)容及目標設計一個能自動往返于起跑線與終點線間的小汽車，從起跑線出發(fā)到達終點線后停留10s，然后自動倒車返回起跑線。在要求的跑道范圍內(nèi)完成加速、減速、限速、剎車、倒車等功能。停車后顯示一次往返的時間和路程。本文介紹了單片機控制的自動往返電動車的工作原理、相應的控制電路以及軟件編程方法。利用PWM技術(shù)和獨特的軟件算法控制電動機的轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)了小車在運動過程中的精確定位。1.2選題目的及意義智能小車，是一種以汽車電子為背景，涵蓋智能控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子電氣、計算機、機械等多學科的科技創(chuàng)意性設計。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，可實現(xiàn)循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫、避崖等基本功能[1由于電動小汽車純硬件控制具有很多缺點,并且不宜實現(xiàn)復雜運動的自動控制功能(不能用人工控制)。而單片機具有體積小,重量輕,耗電少,功能強,控制靈活方便,價格低廉等優(yōu)點。本設計就是以單片機89c51為核心,附以外圍電路,采用光電檢測器進行檢測信號和障礙物;運用單片機的運算和處理能力來實現(xiàn)小車的自動加速、限速、減速、定時、語音、前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、顯示行駛速度、行駛路程、行駛時間等智能控制系統(tǒng)。

第2章總體方案設計與論證2.1全面方案課題要求是自動化汽車的設計，所以對核心系統(tǒng)有著非常嚴格的要求。信號的流轉(zhuǎn)變換，紅外線的接受，信息的轉(zhuǎn)化與傳遞，中央處理器的存儲于控制等都依賴算法和控制器的設計。一個好的中央處理器可以使硬件簡化靈活，方便操縱。本次課題在核心框架的設計上沾了很大一部分，框架是立國之基成功之本。本課題設計的系統(tǒng)框架圖如下：外部時鐘顯示單片機電機控制語音輸出電池位置檢測速度檢測位移檢測圖1系統(tǒng)框圖其中，速度、位置的檢測都是由一系列、實現(xiàn)方便。所以采用單片機為核心的系統(tǒng)框圖如下：外部時鐘顯示單片機電機控制語音輸出電池位置檢測速度檢測位移檢測圖1系統(tǒng)框圖外部時鐘顯示單片機電機控制語音輸出電池位置檢測速度檢測位移檢測圖1系統(tǒng)框圖外部時鐘顯示單片機電機控制語音輸出電池位置檢測速度檢測位移檢測在其中各種數(shù)據(jù)的手機都是被一系列開關(guān)操控。單片機在這時候發(fā)揮了作用。它分解、處理、解析、輸出這些信號。讓他們適用于這個實驗的具體情況。比如說語音轉(zhuǎn)換成字符，計時來統(tǒng)計小車走過的路程。為了理想化最終結(jié)果，故對每個實驗步驟進行了設計。希望小車在H段時速度最后，接著以一個穩(wěn)定的速度通過AB段。速度記錄為V1V2。在D段和M段時，以最慢速度通過，程序設定的最慢速度是3M/H。同時設置實驗對照組，改變實驗變量，將H段改為曲線，因為需要往返時長最長不超過10秒，所以要盡量壓縮在飛曲線路段的時間保證在直線路段小車可以安穩(wěn)無故障的通過。按照初實驗的預設速度和立項時間，小車在區(qū)間內(nèi)走的路程比實驗組要來得長。所以得出的結(jié)論是在理想時間內(nèi)，曲線路段是影響總效率的最大因素。掌握好曲線路段的各種條件，就越等與掌握了實驗。。圖2速度對于曲線效率的影響小車運行的軌跡對于在實驗過程中出現(xiàn)各種意外情況，預設的有三種解決方案。一種是在車身上安裝防撞海綿，采用厚實輕柔回彈力強的海綿。在碰到障礙物的一刻處理中心立刻接到轉(zhuǎn)向信號，避開障礙物。減少了不必要的能源消耗。另一種方案的技術(shù)要求比較高。要另外搭載一個聲波回彈技術(shù)，采用不同頻段的波次返回速度不同來描繪前方路況。考慮不同障礙物對波次的吸收率不同，和技術(shù)難度要求太大，還有試驗場地的條件不允許。但是沒有采取這個方案。而是采取了第一個方案，最終實驗結(jié)果與在無障礙物的空曠場地上實驗結(jié)果相似，證明小車搭載一個防撞裝置對速度的影響微乎其微。2.2設計要點、實驗難點對于起始點的嚴格要求，因為需要精密測量小車在什么位置停下來，在什么位置開始出發(fā)。還要考慮到小車在重量不同的情況下速度、加速度、減速度的慣性影響，試驗場地的平整性。需要計算出這些誤差值，至少需要估算出相似的數(shù)據(jù)。而不是一切以實驗為準，考慮到現(xiàn)實因素最好。設計理念是觀察小車對于有障礙物，不平整路面的穩(wěn)定導航和降速平穩(wěn)性。需要設計一條充滿著不同情況比如光滑、泥沙、坑洼等實際會出現(xiàn)的情況的路面。同時小車的最終通過時間不應該超過10S。這就對實驗提出了一個核心難題。如何在保證時間的基礎(chǔ)上。確保小車平穩(wěn)的通過每一個障礙路段。這對于單片機的接受、處理、分析、輸出信息的能力效率和時間都有著相當高的要求。在路面的狀況是一個方面的考慮因為，還有小車開始時的定位問題，將定位儀拜訪在小車的什么位置才能使信號完美無誤的出阿奴接收器。著對實驗的精確度有著很大的影響。同時實驗道路的左右設計也很關(guān)鍵。怎么樣引導小車走出一條正確的道路。是加上隔板還是用趨光性的材料鋪出一條路來。這也關(guān)系到實驗成本。中心控制系統(tǒng)的容錯性?？紤]到實驗中會出現(xiàn)的各種各樣的狀況，在碰到意外情況的視乎，中心系統(tǒng)應該在第一時間給出應急方案。當標記出現(xiàn)問題時，中心系統(tǒng)也能給出相應的方案。對于小車的質(zhì)量越輕越好，越輕消耗的能量就越少。對于實驗精確度的影響就越小。實驗時間越短越好。電池供電系統(tǒng)可搭載的能量教少可以有效減輕小車質(zhì)量。有利于實驗的順利高效進行。2.3設計方案根據(jù)題目要求,整個系統(tǒng)由脈沖采集器、程序控制器、虛擬脈沖形成器、延時器、驅(qū)動器、執(zhí)行器組成。其組成框圖如圖一所示。其中核心部分為程序控制器。本設計之所以選沖計數(shù)程序控制的方案,是基于取材容易、電路簡單、性能可靠的考慮。根據(jù)題意,我們設計了小車往返程序構(gòu)思,其程序構(gòu)思如圖二所示。圖中作為計數(shù)程序控制器的CP脈沖信號,是脈沖采集電路在跑道上采集到的脈沖信號。當小車從起點出發(fā)到D點、F點脈沖采集電路采集到的電平,經(jīng)計數(shù)程序控制器控制使小車執(zhí)行緩行、燈光程序;當小車行使到B點、C點、E點脈沖采集電路采集到的電平,經(jīng)計數(shù)程序控制器控制使小車執(zhí)行高速、鳴笛程序當小車行使到點脈沖采集電路采集到的電平,經(jīng)計數(shù)程序控制器控制使小車執(zhí)行停車、延時105、倒向程序。最后由虛擬脈沖產(chǎn)生電路發(fā)出一個虛擬復位脈沖使計數(shù)程序控制器復位,從而實現(xiàn)小車的往返運行。至于小車轉(zhuǎn)向則采用微動撞擊開關(guān)的方式完成。采用直流減速電機。直流減速電機轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單；過載能力強，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的快速啟動和反轉(zhuǎn)；能滿足自動往返過程中各種不同的特殊形式要求；可以很方便的實現(xiàn)通過單片機對直流減速電機前進、后退、停止等操作[3]?？紤]到小車必須能夠前進、倒退、停止，并能靈活專性，選用L298雙全橋步進電機專用驅(qū)動芯片。內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動電路，可以方便的驅(qū)動兩個直流電機或一個兩相步進電機。為了能控制車輪的轉(zhuǎn)速，可以采取PWM調(diào)速法，即由單片機的P1.4和P1.5輸出一系列頻率固定的方波，再通過功率放大來驅(qū)動電機，在單片機中編程改變輸出方波的占空比就可以改變加到電機上的平均電壓，從而可以改變電機的轉(zhuǎn)速。左右兩輪兩個電機轉(zhuǎn)速的配合就可以實現(xiàn)小車的前進、倒退、等功能。跑道寬度0.5m貼有白紙,兩側(cè)有擋板,擋板與地面垂直,其高度不低于20cm.跑道的B、C、D、E、F、G各點處畫有2cm寬的黑線,各段的長度如圖1所示.(1)車輛從起跑線出發(fā)(出發(fā)前,車體不得超出起跑線),到達終點線后停留10秒,然后自動返回起跑線(允許倒車返回)往返一次的時間應力求最短(從合上電源開關(guān)開始計時).(2)到達終點線和返回起跑線時,停車位置離起跑線和終點線偏差應最小(以車輛中心點與終點線中心線之間距離作為偏差的測量值).(3)D～E間為限速區(qū),車輛往返均要求以低速通過,通過的時間不得少于8秒,但不允許在限速區(qū)內(nèi)停車.(4)自動記錄并顯示一次往返時間(記錄顯示裝置要求安裝在小車上).(5)自動記錄并顯示行駛距離(記錄顯示裝置要求安裝在小車上).

算法的理論分析在小車行駛的過程中，采取比較復雜的算法，希望它可以在減速的過程中非常非常的緩慢，但是在快速的過程中也可以實現(xiàn)小車不同的功能，所以精準的控制在實驗中占有非常重要的部分3.1．1常量模糊控制法，具體的做法是先通過一些復雜的計算步驟。獲得一個籠統(tǒng)的數(shù)據(jù)表，然后將其放在一個計算軟件的于是在整個實驗過程中采集過來的信息，在輸入到程序中之后，根據(jù)算法可以直接轉(zhuǎn)換出這個數(shù)據(jù)在理論的取值范圍，那所需要的只在乘上相關(guān)的一些比例可以達到最終的實驗目標。3.1.2公式法：公式法它會以公式的方式將控制表表達出來。它的本質(zhì)實際上與查表法是一樣的。但區(qū)別就是表達方式不同。因此它可以拋開控制表，直接根據(jù)理論的數(shù)值量，可以求出目標量。這樣它雖然無形中增加了單片機的運算負擔，但是它實際上已經(jīng)節(jié)省了大量的存儲空間，用此類大數(shù)據(jù)量的處理系統(tǒng)，還是有著較大優(yōu)勢的?？梢詮谋磉_式u=<ax+(1-a)y>上可以看出，通過改變參數(shù)a的值，就可以明顯得到不同的控制規(guī)則，因而通過調(diào)整系數(shù)a，就可以輕易實現(xiàn)對系統(tǒng)控制規(guī)則的在線調(diào)整，所以在大多數(shù)情況下不會直接調(diào)整未知數(shù)的用量，而是調(diào)整公式結(jié)構(gòu)進行模糊參數(shù)處理。形式如下：u=<a1x+(1-a1)y>

x=O

u=<a2x+(1-a2)y>

x=1,-1

u=<a3x+(1-a3)y>

x=2,-2

u=<a4x+(1-a4)y>

x=4,4如果參數(shù)過多的話就會使實驗結(jié)果不好控制，所以應該用較少的參數(shù)尋求更復雜的計算關(guān)系來計算實驗結(jié)果。模糊參數(shù)PID控制:結(jié)合了模糊算法和PID算法的優(yōu)點

它根據(jù)不同的輸入將PID算法中的KP,KI,KD進行在線模糊調(diào)整，以達到對常規(guī)PID控制器參數(shù)實現(xiàn)智能調(diào)節(jié)。

本次實驗要求是要求小車，在使用過程中加速減速避開障礙物或者進行下更大的操作事項效應的有效時間，不要超過1秒，所以控制的因素越多，對于實驗的結(jié)果影響越大而且快捷環(huán)境對中央控制系統(tǒng)的影響來說很大，所以要控制教授的參數(shù)不容易達到令人滿意的效果，所以將第一種方法也不適用于本次實驗，故選擇的是模糊常量來改變散發(fā)模式的具體方式控制實驗的具體變量，從而得出可控精確的實驗結(jié)果。3.2方案實現(xiàn)在實驗過程中控制了速度和速度變化率為變量也電動機的脈沖寬度為輸出量兩個變量相互自我矯正、自我成立，成為公式中的不變常量，所以整個控制系統(tǒng)如圖所示。圖3非精確推理框架圖輸入變量和輸出結(jié)果呈現(xiàn)圖圖4所示：圖4輸入量函數(shù)圖5輸出量函數(shù)O是以公式為基礎(chǔ)，所以不用建立精確的模型控制系統(tǒng)只需要給兩個輸入函數(shù)一個初始關(guān)系和一個初始量，然后尋求自我優(yōu)化，就可以得出最終結(jié)果具體的方式如下公式如下。u=<ax+(

1-a)y>

x=1,2

u=<bx+(1-a)y>

x=3,4,5

.選取兩個可變化地量，由于單片機是基于非即時性的系統(tǒng)的，根據(jù)多次不同實驗可以發(fā)現(xiàn)當一個因素為3另一個為8時中心處理系統(tǒng)可以最快最穩(wěn)定地輸出。在一開始的時候會得到兩個變量之間的控制變化量，并且對對象進行控制。將兩個變量輸入中心處理系統(tǒng)進行處理，計算最低的偏差值，尋找最理想的數(shù)值并且盡量縮小偏差。在一個常量消耗最少的情況下完成整個系統(tǒng)的優(yōu)化計算。此時達到一個系統(tǒng)平衡情況，每個因素都是最理想的狀態(tài)。當然這是理論上的實驗過程，具體情況還需要進一步結(jié)合實際情況來考慮?？梢圆捎脝握{(diào)因子法對計算結(jié)果進行控制，具體的算法是這樣的：在2維平面中取一邊長為a的正三角形，三個頂點坐標就是三組因子的值，將他們分別代入求出偏差，找出最劣點，然后拋棄此點，并且將該頂點的對應邊為軸翻轉(zhuǎn)，這樣就可以得到一個全新的三角形，反復重復上述過程，直到能找到最優(yōu)點。上述就是具有普世性的計算方法，在可變常量的屬性下，有意地干預計算常量，減少不必要的無畏的計算過程與步驟和無方向的羅列結(jié)果。目標是走捷徑找到中央處理核心最一般最穩(wěn)定的計算情況。第4章設計電路的分析4.1單片機設置實驗中采用的單片機擁有者多種多樣的處理效果和內(nèi)置儀器，還有注意支撐實驗所需的輸出輸入工具儲存量十分巨大，足以完成整個電路實驗的設計。除此之外，O還擁有著單片機的外延設備，來輔助整個實驗順利地完成。為了獲取更精確的實驗數(shù)據(jù)，對于單片機的設置已經(jīng)初始化，清除了以往的數(shù)據(jù)，來確保實驗不存在任何干預項。4.2電光理論設置4.2.1基本原理電光科技在現(xiàn)在的實驗中已經(jīng)有著廣泛的應用本次實驗所采取的各項數(shù)據(jù)檢測都是通過光電歌曲，直接完成的使用高新的電路制造技術(shù)的電光科技，具有著與以往完全不同的功能優(yōu)勢在于不存在延時、具有同步和抗干擾性準確純度高，的遺忘不存在的優(yōu)良性能，但是這種光電科技在實驗中的作用分為兩種，一種是相對的一種是相反的。他在實驗中主要負責的是監(jiān)測速度、寬度和計算時間等領(lǐng)域，所以主要應用的是反射功能。因為實驗場地的限制，所以對于檢測設置的假設有著非常大的影響不允許假設任何的高中里設施，所以反射在實驗中的應用十分廣泛的藥品，用反射的光波去探測實驗的各項相關(guān)速度。圖7反射光電的圖當測量物體進入反射廣博的測量范圍時，發(fā)光管射出的光波遇到阻擋物體彈回接收器，并且在接收器中被接收分析處理以及傳入中心處理器在以中心處理器以數(shù)據(jù)的形式輸入公式計算，最終結(jié)果如果有延時或者途中的意外情況，任何數(shù)據(jù)都會被輸入反射即使物體在一個非常小的范圍內(nèi)出現(xiàn)波動、反射器智能分析相關(guān)數(shù)據(jù)，對極微小數(shù)據(jù)進行取舍，減少中心處理器的負荷。是中心處理器始終保持在一個穩(wěn)定的工作狀態(tài)。4.3具體電路具體的反射效果也取決于所實驗的物體。反射器在光滑的表面反射出高頻率的反射率，反而言之在不光滑的表面反射出的反射率是較低的。所以反射率是區(qū)分具體的測量物體的一個有效方式。圖8反射頻率相關(guān)接口4.3.1采集方式將反射傳感器放在小車的底部靠前的部位，可以很容易地與通道上設置的感受標準相對應，但是由于反射波與傳感器之間有間隔而且中央處理器的具體安裝與其有著一定的排斥性，所以在傳感器安裝時，應打同一個通道與反射區(qū)相連接一邊有獲取更高的更高精度的實驗數(shù)據(jù)圖9傳感器安裝位置4.3.2電機控制方法傳感器的安裝模式，是在小車的各個部位都設置了不同的傳感器，開關(guān)燈道路上的對應點達到對應開關(guān)時嗯說，反射的波長急劇上升證明消除已經(jīng)到了一個預設的標點。這個原理和GPS定位的原理相似，可以在道路上設置不同的標記點來達到不同波段的脈沖如圖，求索是處理器單片機，可以憑藉得到的分數(shù)，信號來計算時間長度以及。以此為模型來推測出在不同道路上獲得的具體情況。對于一些轉(zhuǎn)速要求非常緊密的如車床、液壓機或者吊車等大而重的器械，因為要起重非常重的物品，所以對于精度的要求會高很多，一般采用如下公式n:電樞轉(zhuǎn)速,

Ua:電機端電壓,

la

:電機端電流，

Ra

:電樞電阻,

Ce

:常數(shù),

φ:每極總磁通

可以看出,調(diào)速可以有三種方法:

1、改變電機端電壓Ua,即改變電樞電源電壓;

2、改變磁通φ,即改變激磁回路的調(diào)節(jié)電阻Rj以改變激磁電流Ij;此時的轉(zhuǎn)速公式為:PWM脈寬調(diào)制本質(zhì)上就是通過改變電機端電壓的平均值從而來進行調(diào)速的一種方法。此類方法便于與單片機等數(shù)字3、在電樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻Rtj,見圖10。此時的轉(zhuǎn)速公式為:圖10電樞調(diào)節(jié)回路剎車制動裝置是一種利用端口調(diào)節(jié)速度的方式，必須與單片機的接口，相連接前后一致取電壓兩端電壓的平均值才能控制實驗目標，所以采取這種方式。在實驗中關(guān)心的作用是非常大的關(guān)心的停頓距離，因為質(zhì)量變大而變長，為了在讓小車能在減速停下時獲得更大的加速。應該采取一些手段來控制使用實驗，達到實驗想要的目標。第一種方法是在小車運行的相反方向發(fā)出同向的沖擊波用相互作用力來控制小車停下。這種方式對于小車本身的損害并不大，順應了循環(huán)利用的理念。第二種方式類似于汽車的防爆死裝置，在想要剎車的時候突然爆發(fā)出一股高質(zhì)量的電流來抑制小車繼續(xù)往前的董事，其實就是對電擊的語種高效能的損耗，使運動中的物體極具停下會產(chǎn)生極高的熱量和能量這種方式的損耗比較高，但是比第一種方式能更好地制動。上述兩種方法，可以根據(jù)具體要求單獨使用或配合使用，以達到不同的減速和剎車效果。4.3.3電機驅(qū)動模塊在這一模塊里，采用了電機驅(qū)動的形式采用直接電流來對電擊進行作用，直接電流的轉(zhuǎn)動力，如果大的話對電擊的驅(qū)動力越大，這種電擊的本體質(zhì)量比較輕，裝配簡單可裝載力強，而且可以承受比較大的沖擊力，是一個理想的動力機制，它可以靈敏的驅(qū)動小車進行一些復雜的操作，如爬坡后退或者原地轉(zhuǎn)圈等。而且這個電擊的啟動裝置比較簡單，它可以在1秒內(nèi)啟動五次，所以可以是滿足非常短時間內(nèi)的操作，要求變換出更多的花樣。因為實驗用的小車必須要完成各種各樣復雜的操作，所以選用一個高效智能及時反饋的專用驅(qū)動，電機是非常必要的選用的，是雙橋，不僅電擊，他包含著復雜的邏輯電路可以驅(qū)動兩個或多個直流電路相配速，而且單片機的輸出功率并沒有超過電擊的處理功率左右，兩個部分可以分別控制小車的左輪和右輪進行一些別的實驗對象做不到的和動作，而且這個電擊輸出的數(shù)值比較小，方便中央處理器輸入公式來進行計算，不會損耗過多的誤會的能耗，這是一個理想的電機驅(qū)動模型。4.3.4黑線探測模塊黑線檢測原理是對路面的光線反射考慮的因素。因為黑白線的反射系數(shù)不同，所以憑借接到的反射光來判斷強度。鑒于環(huán)境光干擾的據(jù)頂因素是直流分量，為了大大減少來自外部的干擾，須使用交流分量控制調(diào)制信號。此外，平均電流決定了紅外發(fā)生管的最大工作電流。為了顯著的提高信噪比，如果占空比小調(diào)制信號在瞬時電流非常大（50~100mA）時達到平均電流不變。用高功率紅外射頻二極管和高靈敏度組成紅外光電反射傳感器（LTH1550）[4]，它能做到近距離有效，這么做的原因是車底盤低。檢測距離4mm至15mm，配合采用無觸摸檢測模式。因為探測器上不能有環(huán)境光射到，所以須調(diào)整傳感器方向，這樣環(huán)境光就不能對本次的實驗有干涉了。最佳探測距離為6~14mm，必須安裝時在地面上，約10毫米。4.4電路圖小車的向前方向的電路圖和向后方向的電路圖如圖所示，以單片機的高低來控制小車的具體方向。圖11小車前進電路圖4.5顯示屏在屏幕的形式上采用的是LED管。屏幕的主要作用是顯示，往返一次的具體形式時間和時間次數(shù)對于顯示屏的材質(zhì)上，所以有兩種選擇一種是LED顯示屏一種是LCD顯示屏LCD顯示屏，因為其價格低廉準確度高，而且功耗遠遠小于LCD所以這里采用的是LCD顯示屏，它的質(zhì)量較輕安裝在小車上不會增加他的多余重量，而且可以安裝切換按鈕，方便，可以切換時間單位和次數(shù)單位將實驗結(jié)果精確到一厘米以內(nèi)4.6語音芯片：語音芯片有一些核心部件和一些外圍部件組成的核心部件。負責數(shù)據(jù)的處理和外圍部件負責數(shù)據(jù)的收集。負責信息的采集的。語音芯片采用的是國際先進的CS技術(shù)制造，具有低功耗、還原度高等特色還有穩(wěn)定輸出部分在全程實驗過程中可以采集實驗中產(chǎn)生的各種微小的聲音來分析，小車在實驗中的狀態(tài)是正常，還是非正常因而對實驗具有十分重要的功能，而且此種芯片的單個儲量高重量輕。適合本次的實驗要求4.6.1供電方案因為小車搭載的電機比較多，所以將集成電路的控制接口分別采用3V的電池供電，經(jīng)過解電池以后通過聯(lián)合的方式得到更高的電壓?，F(xiàn)有的條件不足以滿足的時候，應該創(chuàng)造條件來滿足。4.6.2供電方式因為有兩個電源，一個電機電源，一個控制電路的電源，要將二者分離。之所以這么做的原因是因為電機耗電量太大。這里可以采用9v電池給電機供電，6v方電池經(jīng)二極管降壓后給控制電路供電。為了獲得9V電壓，故采用6節(jié)5號電池串聯(lián)起來的辦法，從而獲得實驗需要的電壓。4.7紅外遙控及解碼模塊紅外遙控技術(shù)在國內(nèi)市場得到廣泛應用，該技術(shù)無線，無接觸，無干擾因素，信息傳遞效率高，成本低，功耗小等。該技術(shù)系統(tǒng)由收發(fā)兩個部門組成。主要芯片為二進制信好的調(diào)制的行為準則，產(chǎn)生一系列脈沖信號。紅外信號接收終端普遍接受低成本，高效率和高保障的紅外接收頭（如HS0038紅外接收器，38kHz紅外頻率26us）。接收器放大信號，同時波形信號顯示切換并轉(zhuǎn)換為TTL語言代碼，從中心源傳輸解碼和發(fā)布指導以控制相關(guān)實體。圖13紅外遙控解碼框圖4.7.1二進制信號的調(diào)制處理二進制信號的工作主要是由控制器的主芯片負責。簡單的來說，就是為了使兩者相乘，方便之后用于的信號發(fā)射環(huán)節(jié)部分。它起到了一個將二進制信號的編碼處理變成為?38KHz的不連續(xù)脈沖串的作用。二進制信號波用A來表示，?不間斷脈沖串用B來表示，它的頻率=38KHz(周期=26us），經(jīng)過芯片處理過的不連續(xù)脈沖串用C來表示，它是由前面兩者相乘得到的，表現(xiàn)為C=A×B,是用于之后的信號發(fā)射環(huán)節(jié)部分的波信號。4.7.2二進制的調(diào)節(jié)實際上就是對信息的分解工作，調(diào)解顧名思義調(diào)制解調(diào)。將輸入的反射波不斷變化為二進制的波形（恰好是對二進制的一個復原）。此頻段的波長不能被中央處理器所直接吸收，需要依靠一個新型的調(diào)制解調(diào)器對原始數(shù)據(jù)進行操作。4.7.3二進制信號的調(diào)碼將受到的波形復原成最開始發(fā)送端輸出的信號，本質(zhì)上就是接收單片機的解碼工作。圖14為紅外信號的編碼格式。圖14紅外信號的編碼格式4.8道路設置模塊紅外線射線在探查道路狀況的方面有著極其重要的作用。紅外傳感器主要用于非接觸式溫度測量、氣體成分分析和無損檢測等，所以紅外線傳感器它被廣泛應用于在軍事、醫(yī)學、空間技術(shù)和環(huán)境工程等多數(shù)領(lǐng)域。例如，利用紅外傳感器測量人體表面溫度的熱圖像，可以發(fā)現(xiàn)人體表面溫度的異常部位。小車想要在設定的道路上平穩(wěn)地行駛需要依賴這個聽似非常常見，可是卻用處非常大的裝置。紅外線探查路面異常的反射情況產(chǎn)生回波。由于顏色不同材質(zhì)不同的物體返回回來的波長不同可以敏感地察覺出不一樣的地方。4.8.1軌道模塊在兩個色差相差很大的部分設置一條彎曲無規(guī)則的軌道，使用紅外線探測原理。在小車的行駛過程中不斷地向其發(fā)射著信號。A色部分不會反射紅外線信號，B線部分可以反射紅外線信號。小車就會一直按著有紅外信號反射的位置前行。而且要紅外線探測儀的相對間距合理猜呢格式小車行駛在預設的軌道上。4.8.2防撞模塊汽車防撞預警系統(tǒng)主要是用于幫助駕駛員避免高速、低速追尾、無意識偏離車道、高速行駛與行人發(fā)聲碰撞等嚴重交通事故。他就像第三只眼一樣，可以幫助駕駛員持續(xù)檢測車輛前方的路況。該系統(tǒng)能夠識別和判斷各種潛在隱性的危險情況，通過不同的聲音和視覺提醒來幫助駕駛員避免或減緩碰撞事故。兩個32位的ARM9處理器，管理著4層計算引擎，運行速度更快，計算能力更強世界領(lǐng)先的的視頻分析處理技術(shù)是其技術(shù)的核心采用CAN總線傳輸技術(shù)使其能更好的與汽車信號結(jié)合晴天、雨天、橋涵、隧道、白天、夜晚等全天候報警采用單一的視覺感知系統(tǒng)使其成本更低。包括汽車越線預警、前向碰撞等其他方面。應用在小車上就是單片機在遇到障礙的時候換成一個返回的波長，聯(lián)通前后的設備，會發(fā)出警報來提醒駕駛員。如果前方路況正常那么紅外探測儀無異常。程序的設定使得這些事情成為可能。

第5章軟件系統(tǒng)設計從字面上意思就可以看出：軟件設計就軟件需求規(guī)格說明書的角度出發(fā)來說，是一個根據(jù)需求分析階段從而來確定的功能設計軟件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和劃分功能的模塊、確定每個模塊的實現(xiàn)算法和編寫具體的代碼，最后軟件成形的具體設計方案。本次在這個方面所作的工作就是將所有的過呢能全部儲存進中央處理器。因為在各個階段都有著不同的程序需求，不但會占用存儲空間還會應為要搭載更多處理器而變得沉重。5.1軟件系統(tǒng)的任務及總體流程本軟件系統(tǒng)主要控制小車在規(guī)定的區(qū)域上，以允許最快速度行駛，正確定位在規(guī)定的終始線上。主要有初始化模塊、測速模塊、位置測量模塊、電機自適應模糊PWM調(diào)速控制模塊、LCD顯示和語音播放等。系統(tǒng)主要流程圖如圖15所示：圖15系統(tǒng)軟件控制流程圖16PWM輸出控制流程5.2擴展軟件功能實現(xiàn)1、自動記錄、顯示一次往返時間和行駛距離2、自動語音播報往返時間和行駛距離3、控制流程說明圖17跑道示意圖5.3遙控解碼所有對于小車發(fā)出的指令都由一個終端發(fā)出，它是所有動作的指導者。就像是上帝，也是實驗者手里的指揮棒。采用最新的技術(shù)編解碼，采用閃斷方式控制門泵電磁閥，實現(xiàn)自動門的切換。對于總線（總線、小巴）遙控器的開、關(guān)車門，避免駕駛員每次需要上車打開故障。紅外發(fā)光二極管就是遙控器的發(fā)射部分的主要元件。從本質(zhì)上來說，它屬于一種特殊的發(fā)光二極管，它與普通二極管的區(qū)別就在于它的內(nèi)部材料，所以當給它兩端施加電壓時，它不會發(fā)出可見光，而是紅外線。具體來說就是按下什么按鈕就會出現(xiàn)什么相應的動作。內(nèi)部的動作就是識別電流大小，超過某個界限就實行另一個動作，就像數(shù)學中的IF公式。5.4驅(qū)動軟件前文提到過作為主驅(qū)動力的點擊，這是真?zhèn)€實驗的源泉。靈魂位置。它接受遙控器的指令并且向外發(fā)散，小車通過它來分辨遙控器的指令。想要完成發(fā)出的指令，它是必經(jīng)的樞紐。引擎可以實現(xiàn)汽車的左和右轉(zhuǎn)動作，停這些行為不能光靠遙控器來完成為了達到這個按鍵，可以設計讓汽車獲得更多發(fā)展的程序不斷地掉頭甩尾，重啟。并且把這都寫成了數(shù)據(jù)輸入函數(shù)中。然后在每一個函數(shù)的基礎(chǔ)上記錄。且可能使你功能恢復。節(jié)省計劃空間不,例如，在寫法時，主要會以左轉(zhuǎn)彎來實現(xiàn)汽車的左旋轉(zhuǎn)所行之有效，即授權(quán)0010,0比3的0判例行動可通過改變相應的分配制度完成。但是為了…為了安全起見可以重寫函數(shù)指示，避免拖延太多地損壞了發(fā)動機。5.5小車軌道設計前文提到小車的前進主要依靠尋找遙控器發(fā)出的信號而且根據(jù)紅外線反射的波段探尋前方路段的可取之處。具體的操作原理如下。第一步，需要了解小車是如怎樣進行尋跡功能的，有關(guān)于它的原理已經(jīng)說明過了，這里就不再做過多的說明，那樣會顯得啰嗦。小車尋跡的函數(shù)指的是：用P3.5和P3.6這兩個函數(shù)來作為實時掃描單片機的管腳。用p3.5管腳來接受小車左側(cè)探頭返回的信號，若p3.5=0，則代表小車的左方探頭正在偏離黑線，這個時候，實時掃描的單片機監(jiān)測p3.5=0，為了實現(xiàn)小車的右轉(zhuǎn)功能，應立刻調(diào)取右轉(zhuǎn)函數(shù)。用P3.6管腳來接受小車的右側(cè)探頭返回的信號，原理同上面一樣，當監(jiān)測到右側(cè)探頭正在偏離黑線時，立即調(diào)取左轉(zhuǎn)的尋跡函數(shù)，從而實現(xiàn)小車的左轉(zhuǎn)功能。圖18小車尋跡程序示意圖。5.6防撞擊與警報裝置小車的防撞報警器吃不屬于遙控器的遙控范圍屬于程序的既定設置，在遇到阻礙的時候，比如說有深坑或者有懸崖等等，不可走的路，小車會自動調(diào)區(qū)內(nèi)不得的安全程序，來探究前方的路是否具有危險性，并且根據(jù)其危險性預估判斷到底是要繞行還是繼續(xù)行駛，防止出現(xiàn)危險情況當真正遇到危險時也就是意外停止活動時，小車會自動打開報警裝置、發(fā)出聲響吸引注意來獲救。如圖19，關(guān)于小車防撞與報警的程序示意圖。5．7行車距離紅外線有著其他測距軟甲所不能替代的優(yōu)勢。無延遲性、精確而且非常強力的反饋性。所以采用紅外線來測量距離。測距儀有很多的部分組成，目的是為了測量小車和其他車的安全距離。根據(jù)電動控制的需要就可以確定測距裝置具體安裝在什么地方。為了不遮擋紅外線反射的回波，應該講測距裝置裝在小車的表面而不是底部。底部容易被車體遮擋。為了接受紅外線的回波專門設置了一個后槽，使得車輪在轉(zhuǎn)動時經(jīng)過一個車輪周長的時刻可以從溝槽中接受到反射的回波。由車輪轉(zhuǎn)動的圈數(shù)和接受反射光的間隔可以計算出車輛的距離。還有和前后車的距離。當超過安全距離時自動剎車裝置就會啟動，把車速降下來。防止出現(xiàn)危險情況。當小車后退時，所有的設置同樣運轉(zhuǎn)，但是所有的記錄方式相反?？梢愿玫貐^(qū)分在不同情況下應該做出的判斷。為進一步深化小車的后續(xù)實驗設置做了提前準備。所有設備都裝在一個透黑的匣子中，來避免外界各種可見或者不可見光的影響，影響整個裝置的正常工作。測距原理：將光柵安裝在電機軸上，當電機轉(zhuǎn)動時，光柵也隨之轉(zhuǎn)動，同時點亮安裝在光柵一側(cè)的紅外發(fā)光二極管，在光柵的另外一側(cè)可以安裝紅外三極管，用于接收紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線信號。因為光柵隨電機高速轉(zhuǎn)動，所以紅外線三極管接收到的就是一系列脈沖信號。之后就將該信號傳輸?shù)?0C51單片機的內(nèi)部計數(shù)器計數(shù)，根據(jù)預先實測的數(shù)據(jù)換算關(guān)系，然后就可以計算出電動機車的行車距離。5.8抗干擾設置在現(xiàn)實環(huán)境中總是充滿著各種各樣不如意的干擾。不存在絕對完美的實驗環(huán)境。所以在實驗過程之中應該考慮到這一因素，設置實驗步驟之時將預防和減小干擾項的功能考慮進實驗的設計中。類似紅外傳感器、遙控器等具有重要功能的部件，阻擋噪音，雜波干擾就顯得十分重要?，F(xiàn)階段存在的干擾有：1、電磁干擾很多物體在表層產(chǎn)生靜電荷特別是電動控制裝置靜電炸藥是…這靜電平臺將改變電路的功能負載制度會造成阻礙電極交互作用還包括向循環(huán)系統(tǒng)周圍的物體釋放電擊，電場聯(lián)接，通過高頻電導管傳輸電子儀器生成的電氣融合裝置等。2、牽引器干擾電氣成像電路離合器周圍有電流干擾電力、馬達、發(fā)電機、動力感應器和繼電器產(chǎn)生了磁場。電磁場所產(chǎn)生的磁場時，電場的干擾常常伴隨著電磁場的干擾，因為電磁場是一種統(tǒng)一的、所謂的電磁干擾。3、泄漏耦合干擾絕緣電阻降低引起的泄漏電流干擾。它經(jīng)常發(fā)生在惡劣的工作條件或設備性能下降和設備老化。據(jù)此考慮的抗干擾技術(shù)有：數(shù)字過濾技術(shù)、光電隔離、指令冗余技術(shù)等等數(shù)字過濾技術(shù)在輸入信號的仿照過程中汪汪會出現(xiàn)以下幾種難以屏蔽的信號干擾，來自于無法真空化的實驗環(huán)境和實驗設備本身。使用數(shù)字過濾技術(shù)可以用精確的波值手段來篩選需要的波段并且消除可能的影響之后將需要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化了可視化的呈現(xiàn)。一舉兩得。它兼具著下列好處：①數(shù)字濾波是用程序來實現(xiàn)的，所以不需要另外增加硬設備，所以它的可靠性高，穩(wěn)定性也很好。②數(shù)字濾波可以根據(jù)信號的不同，運用不同的濾波方法或濾波參數(shù)，擁有靈活、方便、功能強的特點。③數(shù)字濾波能夠?qū)︻l率很低的信號實行濾波，彌補了模擬濾波器的不足之處。④數(shù)字濾波器具有上面所列舉的優(yōu)點，所以數(shù)字濾波被人們廣泛應用在微機應用系統(tǒng)中。光電隔離這個聚光燈隔離的目的是要將光作為介質(zhì)，兩種分隔兩端之間的信號傳遞。使用的設備是光電離合器。由于二分之一的視覺系統(tǒng)在傳遞信息時，與之直接連接，而是以射電軸作為介質(zhì)，所以它具有強大的隔離和僵化性。在系統(tǒng)中，它可以被用于一般的進口/出口卸載，但也可以取代脈沖導體的孤立和沖動?；诙O性和同合作用，光電耦合很容易結(jié)合到不同的電路。此外，因為它依賴光纖傳播信息，因此有很強的抵抗電磁干擾的能力，電動整合產(chǎn)品普遍呈現(xiàn)。指令冗余技術(shù)這個技術(shù)的目的是在在命令鏈結(jié)束之前插入到程序中NOP命令火箭被放置在正好的軌道上。和一些對系統(tǒng)最重要的指令也可以插入兩個nop信號確保正確執(zhí)行。冗余可能限制編程它經(jīng)常會進入軌道，但在這一段時間內(nèi)他是否會失控以及是否會干壞事都無法得到保證。也無法保證整個過程的順利進行。所以需要做的是一個有軟件缺陷的技術(shù)。來確保正確率。

第六章測試方法與數(shù)據(jù)6.1系統(tǒng)仿真調(diào)試在實驗過程中應該注意以下幾點情況電解電容的正負極二極管的極的氣氛話筒的接口是否正確警報器的接口十分正確三極管的正確接法電機的安裝對應關(guān)系調(diào)試遙控器6.2對于電機的調(diào)試電機調(diào)試工作內(nèi)容分為下列部分1.電動機，2.勵磁機，3.隔離開并，4.起動設備5.控制回路調(diào)試。當然調(diào)試動力配電箱至電機的線路（電纜、母線）的部分也包含在里面。1、刀開關(guān)控制：顧名思義，電機的啟動和停止就是直接通過開關(guān)來控制的，其他任何的保護、聯(lián)鎖都沒有；2、電磁控制：空氣開關(guān)、熱繼電器等安裝在控制回路當中；3、非電量控制：就是在原有的控制回路中加入了除電磁控制外其他方面的控制因素，如溫度、壓力等。（當然這些因素不能直接反映，最后也是轉(zhuǎn)換成為電氣信號和控制回路中的電磁元件）；4、帶過流保護：過流保護器是控制回路中不可缺少的；5、速斷過流保護：過流保護器、速斷器在控制回路中起到很大的作用；6、反時限過流保護：主要指延時過流保護。7、開機檢查：確保正確連線

總結(jié)通過這次的畢業(yè)論文的設計，我對我自己有了深刻認識，自身存在很大的不足。因為之前學的都是書本知識，實踐很少。俗話說“實踐是檢驗真理的唯一標準”。不通過實踐，對自己學的知識是理解也是不夠深刻的。而且，在書本上學的都是最基本的東西，對現(xiàn)在的發(fā)展幾乎沒什么用，跟時代幾乎脫軌，跟不上時代的潮流。為了更好地完成我的論文，僅僅依靠在課堂上學的那點知識幾乎是寫不出來的。所以我去網(wǎng)上查詢資料，因為社會在進步，時代在發(fā)展，外面的世界什么樣我是難以想象的，以前人們不知道的領(lǐng)域可能已經(jīng)探索過了，以前沒有成熟的技術(shù)可能已經(jīng)應用起來了。我上網(wǎng)找了很多有關(guān)這個專業(yè)的文章，也看了許多前輩們的作品，從中提取有用的東西來完成我的論文。一些不懂不理解的地方我就想盡辦法去搞明白，我上網(wǎng)百度查詢資料，如果還是不能理解，我就去請教我的老師。老師總是很耐心的聽我的困惑，然后就我的