【基于單片機的智能小車設(shè)計9600字（論文）】

I基于STC單片機的智能小車設(shè)計與實現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u20926目錄 II22693第1章緒論 1283971.1課題背景和意義 1183181.2課題研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1219961.2.1研究現(xiàn)狀 1250911.2.2發(fā)展趨勢 2226171.3課題內(nèi)容和要求 29466第2章各模塊硬件電路設(shè)計 3291442.1紅外遙控發(fā)射器模塊 3281372.1.1紅外遙控模塊的工作原理 384242.1.2HT6221編碼芯片簡介 3257982.1.3紅外遙控發(fā)射器 4192762.2單片機控制模塊 5264402.2.1單片機模塊電路 5130202.2.2復(fù)位電路 717882.2.3晶振電路 7260382.3紅外接收器及解碼 7310152.4電機驅(qū)動模塊 9115622.5避障循跡模塊 1037242.6轉(zhuǎn)速檢測模塊 12227442.7數(shù)據(jù)顯示模塊 13149892.8電源模塊 1328624第3章系統(tǒng)軟件設(shè)計 15113393.1系統(tǒng)總體程序流程圖 15245123.2避障循跡模塊程序設(shè)計 15208983.3紅外遙控模塊程序設(shè)計 17170023.4數(shù)據(jù)顯示模塊程序設(shè)計 176971第4章系統(tǒng)調(diào)試 19214994.1驅(qū)動電機的調(diào)試 19210094.2紅外探測的調(diào)試 19186884.3測速及顯示模塊 1946214.4紅外通信的調(diào)試 2026886結(jié)論 2223216參考文獻(xiàn) 23 第1章緒論1.1課題背景和意義自從進(jìn)入信息時代，高新技術(shù)發(fā)展的十分迅速，未來的社會朝著智能化的方向發(fā)展。意思是我們可以先設(shè)定一個目標(biāo)，不需要人去操作就可以達(dá)到目標(biāo)。本設(shè)計的智能小車采用的技術(shù)可以為運輸和探險領(lǐng)域提供相關(guān)的技術(shù)參考。相信大家都清楚，小車是可以作為玩具的，所以本設(shè)計也可以為玩具行業(yè)所借鑒。智能小車一般選擇超聲波來實現(xiàn)避開障礙物的功能，在將來的智能汽車行業(yè)中將會大量使用。我國科技發(fā)展很快，在超聲波應(yīng)用在汽車的研究有大量的研究成果。我國汽車保有量巨大，每年發(fā)生的車禍帶走了很多人的生命，除了意外車禍，還有大部分的酒駕，所以智能車可以代替醉酒的人駕駛，可以減少醉駕死亡率，還有一些疲勞駕駛，也可以提醒駕駛?cè)藛T或者代替駕駛，可以拯救不少人的生命，這種類型的小車可以用來去探測外太空，還可以去一些環(huán)境十分惡略的地方，人們?nèi)サ脑挄猩ｋU，比如喜馬拉雅山、南極、海底世界等地方，既能完成目的，也能減少人們的生命危險，所以說，本次研究的課題具有較大的意義以及廣闊的應(yīng)用前景。1.2課題研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.2.1研究現(xiàn)狀早些年的時候，人們僅能制造出模擬人類動作的機器人，之后誕生了一款能自己移動的機器人，經(jīng)過了幾十年的大力發(fā)展，智能化產(chǎn)品的功能越來越多，這些功能大部分都很實用，人們的需求越來越大，所以很多國家都投入大量科研人員和資金來研發(fā)智能領(lǐng)域。想要讓機器人跟人一樣，就必須有人的感知功能，所以法國提出了這樣的計劃去研究這樣的功能，讓機器人模仿人所處的環(huán)境，能自己去認(rèn)知事物并且做出處理。但是美國人做出來的機器人更有趣味性了，它就像一個保姆，幫主人掃地、開門、送東西、洗衣服等等家務(wù)事，甚至還可以陪孩子們交流和讀書，可以作為孩子們有煩惱時的傾訴對象。現(xiàn)在的醫(yī)療事故頻發(fā)，由于醫(yī)生的疏忽造成手術(shù)失敗導(dǎo)致病人死亡是不能讓人接受的，所以智能機器人可以精確的為患者做手術(shù)，安全性會大大提升。中國經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，智能領(lǐng)域碩果累累，在軍事領(lǐng)域尤為突出，已經(jīng)開發(fā)出危險作業(yè)機器人、仿人機器人等等在軍事上實用性很高的機器人。同樣國內(nèi)很多大學(xué)也有相關(guān)的研究，并且取得了傲人的成績，比如中國科學(xué)院研究的對話機器人，上海交通大學(xué)做出了具有很強翻越障礙物的機器人等等，我國正努力加大研發(fā)力度，超越其他國家爭第一指日可待。1.2.2發(fā)展趨勢現(xiàn)在各大高校相繼開設(shè)智能機器人的專業(yè)課程，培養(yǎng)了大批智能領(lǐng)域的人才，將來的技術(shù)會越來越成熟，研發(fā)的機器人具備生物機電系統(tǒng)，所以也將會越來越智能化，更具有實用性和趣味性，為了方便使用，機器人會越來越輕盈和小巧，能無限接近人類的思想，但是無論如何發(fā)展，人類只會統(tǒng)治機器人，不會被機器人操控人類，這是我們?nèi)祟惖牡拙€和原則，不可侵犯，期待未來的機器人能實實在在得提高社會生產(chǎn)力，為人類創(chuàng)造更高的價值，并且會極大改變?nèi)藗兊纳罘绞?，是人類的好朋友?.3課題內(nèi)容和要求采用單片機作為智能小車的中心控制器，小車的系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、躲避障礙系統(tǒng)、循跡系統(tǒng)以及顯示系統(tǒng)構(gòu)成。智能小車應(yīng)當(dāng)具備下面幾個功能：（1）遙控功能，可以使用遙控裝置對小車發(fā)出啟動、停止、轉(zhuǎn)向等指令，小車應(yīng)當(dāng)執(zhí)行相應(yīng)的指令。（2）自動躲避障礙的功能，小車在運行時前進(jìn)方向上遇到障礙物的時候，能夠自動做出規(guī)避動作，例如轉(zhuǎn)向、停止等，避免撞上障礙物。（3）自動循跡功能，智能小車能夠按照指定的軌跡運動。（4）能夠?qū)崟r顯示小車行駛的速度。經(jīng)過本次設(shè)計實踐進(jìn)而掌握下面幾個基本技能：（1）熟悉電子產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)流程；（2）掌握單片機原理、穩(wěn)壓原理、循跡原理等等；（3）能獨立設(shè)計硬件電路和系統(tǒng)軟件；第2章各模塊硬件電路設(shè)計本小車硬件電路是由紅外遙控發(fā)射器模塊和智能小車部分硬件模塊組成，其中紅外遙控發(fā)射模塊包括編碼芯片、遙控按鍵和紅外發(fā)射。智能小車部分硬件包括單片機控制模塊、電源模塊、直流電機驅(qū)動模塊、顯示模塊、紅外接收器模塊和最重要的循跡避障模塊。2.1紅外遙控發(fā)射器模塊2.1.1紅外遙控模塊的工作原理對于紅外線遙控裝置而言，其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣闊，控制設(shè)備的是波長為0.76-1.5μm的紅外線。其體積小、實惠、便捷等有點，普遍應(yīng)用于家用電器中，例如電視機、空調(diào)、電風(fēng)扇等，在許多小型電動玩具中也普遍使用。然而紅外線裝置也有明顯的缺陷，例如使用空間范圍較小，傳輸路徑上不能有障礙物等，一般而言有效的傳輸距離為七米。就本次設(shè)計本設(shè)計的智能小車來說已經(jīng)能夠滿足要求。紅外遙控系統(tǒng)是由紅外發(fā)射部分和紅外接收部分組成的。其原理如圖2.1所示：圖2.1紅外遙控系統(tǒng)原理圖當(dāng)按了按鍵之后，遙控器內(nèi)的編碼芯片將會對按鍵信息進(jìn)行編碼操作，大家都知道遙控器的頭部都會有個類似LED燈的東西，這就是LED紅外發(fā)射器，它發(fā)射出來的脈沖編碼會被紅外接收頭接收，然后輸出到單片機的外部中斷系統(tǒng)，依據(jù)具體接收到的信號，單片機將調(diào)用對應(yīng)的子程序進(jìn)而控制智能小車的運行。2.1.2HT6221編碼芯片簡介HT6221是合泰公司生產(chǎn)的多功能遙控編碼芯片，工作電壓在1.8V-3.5V，其采用PPM（PulsePositionModulation）進(jìn)行編碼，周期能編碼16位地址碼和8位數(shù)據(jù)碼，最多能同時支持32個活動鍵。其引腳結(jié)構(gòu)如圖2.2所示：圖2.2HT6221引腳圖其各引腳說明如下表2.1所示：表3-1HT6221芯片引腳說明引腳號引腳名稱描述0AIN低8位地址碼輸入1-8C1-C8鍵盤列控制9LED按鍵指示燈10-13R1-R4鍵盤行控制，高電平有效14DOUT串行數(shù)據(jù)輸岀引腳，38KHz發(fā)射頻率15VDD1.8V-2.5V16DT最重要數(shù)據(jù)位(DT)代碼設(shè)置17、18X2、XI455KHZ振蕩器輸岀，455KHZ振蕩器輸入19VSS接地其波形如圖2.3所示：圖3.3遙控碼的“0”和“1”2.1.3紅外遙控發(fā)射器市面上的遙控發(fā)射芯片種類繁雜，數(shù)量龐大，本設(shè)計采用HT6221芯片。其電路如圖2.4所示：圖3.4遙控發(fā)射器電路原理圖在上圖中，隨便一個按鍵按下后，按鍵指示燈（D1）發(fā)光，HT6221芯片能夠產(chǎn)生脈沖編碼，脈沖編碼會被調(diào)制成38KHz的脈沖信號然后通過圖中的紅外發(fā)射安鍵有兩種類型：一種是獨立的按鈕，另一種是矩陣。由于獨立按鍵一端的電源，使設(shè)計更加方便和穩(wěn)定二極管（D2）發(fā)射出去。安鍵有兩種類型：一種是獨立的按鈕，另一種是矩陣。由于獨立按鍵一端的電源，使設(shè)計更加方便和穩(wěn)定。對于按鍵而言，不同的按鍵其能夠發(fā)出的信號不相同，意味著能夠?qū)崿F(xiàn)不同的功能，各個按鍵所代表的功能詳見下表：表2.按鍵功能K1控制小車的啟動K2控制小車的停止K3控制小車的加速K4控制小車的左轉(zhuǎn)K5控制小車的右轉(zhuǎn)K6控制小車的倒退2.2單片機控制模塊2.2.1單片機模塊電路本設(shè)計我選用STC89C52單片機來控制系統(tǒng)核心，STC89C52單片機是STC89系列的標(biāo)準(zhǔn)型8位單片機，其與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)和8052產(chǎn)品引腳兼容，功耗低、性能可靠、價格低廉應(yīng)用在復(fù)雜的環(huán)境。STC89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：一個以ALU為中心的8位中央處理器，256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM），8K字節(jié)用來存儲程序的Flash內(nèi)部程序存儲器即片內(nèi)ROM(可反復(fù)擦寫1000次)，4個8位可編程I/O口（P0、P1、P2、P3），3個16位定時/計數(shù)器，8個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)，一個全雙工串行通信口，一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路[1]。STC89C52單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)主要由單片機、復(fù)位電路、晶振電路等部分組成。本設(shè)計的單片機控制模塊原理圖如圖2.5所示：圖2.5單片機控制模塊本設(shè)計中我們運用了STC89C52單片機的很多引腳，具體的引腳功能分配如下表2.3所示：表引腳功能分配P0.0-P0.7接LCD1602的D0-D7引腳，作為數(shù)據(jù)信息的輸岀引腳P1.0-P1.2接LCD1602的RS、RW、E引腳，作為數(shù)據(jù)信息的控制端P1.2.P1.5、Pl.7連接避障循跡電路的輸岀端Pl.6連接轉(zhuǎn)速測量電路的脈沖輸出端P2.4-P2.7連接電機驅(qū)動芯片的脈沖信號輸入端P2.2外部中斷，連接紅外接收器的輸出端VCC接+5V電源GND接地2.2.2復(fù)位電路對于單片機而言，進(jìn)行復(fù)位操作的目的在于初始化。也就是說，當(dāng)程序出現(xiàn)邏輯上的錯誤，或者因為錯誤的操作指令，使得系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤、假死、被鎖定等狀況時，能夠閉合復(fù)位開關(guān)使得單片機初始化，重新啟動，進(jìn)而能夠正常工作。RST引腳是復(fù)位信號的輸入。為了完成復(fù)位這一個操作，RST引腳必須保持在至少兩個機器周期的高電平，然后從高電平復(fù)位到低電平。復(fù)位電路由按鈕復(fù)位和上電復(fù)位組成。本次設(shè)計的智能小車使用設(shè)置復(fù)位鍵的形式，通過按下復(fù)位鍵便可初始化智能小車的系統(tǒng)。小車的復(fù)位按鍵電路詳見下圖2.6。圖3.6復(fù)位電路通過焊接引腳復(fù)位以及電阻R0、VCC，進(jìn)而實現(xiàn)按鍵復(fù)位功能，當(dāng)按下復(fù)位鍵，REST引腳此時是高電平，松開按鍵后變?yōu)榈碗娖?，這是按鍵復(fù)位的原理。2.2.3晶振電路STC89C52單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為芯片引腳XTAL2。只要在片外通過XTAL1和XTAL2引腳跨接振蕩元件，就能組成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，給單片機上電后就可以運行了。其外部晶振電路如圖2.7所示。圖2.7晶振電路2.3紅外接收器及解碼對于紅外接收器而言，它的組成部分為放大器、紅外監(jiān)測二極管、放大器、限幅器、帶通濾波器等。紅外監(jiān)測二極管是紅外接收器的一個重要部件，當(dāng)它受到紅外線攜帶的信息后，經(jīng)過放大器等裝置的作用后，把信號強度限制在某個區(qū)間內(nèi)。對于帶通濾波器而言，當(dāng)信號流入該設(shè)備時，只有30kHz負(fù)載波60kHz的頻段能夠順利通過。然后脈沖信號通過解調(diào)電路和積分器電路到達(dá)比較器。比較器輸出高低電平信號來復(fù)原出發(fā)射端的信號波形。紅外接收器種類多樣，通常具有電源引腳、信號輸出引腳和接地引腳。根據(jù)發(fā)射端的不同調(diào)制載波，應(yīng)該選擇對應(yīng)于解調(diào)頻率的接收頭。在本設(shè)計中，我們采用一體化紅外接收頭1838解調(diào)編碼芯片HT6221編碼。其實物圖如圖2.8所示。圖3.81838紅外接收頭因為紅外接收頭內(nèi)部放大器存在比較大的增益，會有極大的概率造成干擾，所以在接收頭的電源引腳上加上容量超過22uf的濾波電容。本設(shè)計的紅外接收電路如圖2.9所示。圖2.9紅外接收電路圖圖中的U6元件指1838紅外接收頭，圖中C4指濾波電容，DOUT指信號的輸出端口，與單片機的P3.2引腳直連。對于整個解碼過程而言，關(guān)鍵在于如何判別位0和位1，因為兩者的低電平脈寬相同，但是高電平脈寬存在差異。因此可以利用高電平脈寬的差異進(jìn)而判別是否為位0以及位1，如果從0.56ms低電平信號過后延時了0.56ms以后如果能讀到低電平信號說明該位為0反之則為1，為了可靠起見延時必須介于0.56ms和1.12ms之間，否則如果該位為0讀到的已是下一位的高電平，因此我們?nèi)∑渲虚g值即（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms。當(dāng)按下遙控器的按鍵后，發(fā)出紅外脈沖編碼信號，在紅外接收頭接收和解碼后，輸出端檢測到整形后的方波信號輸出，然后直接輸入到單片機的外部中斷執(zhí)行代碼信息識別，再調(diào)用相應(yīng)的程序執(zhí)行操作。具體解碼操作流程圖如圖2.10所示：圖3.10紅外接收解碼流程圖2.4電機驅(qū)動模塊通常而言，由于有固定的環(huán)形磁鐵的存在，電流流入轉(zhuǎn)子上的線圈的時候由于磁場的原因進(jìn)而會出現(xiàn)安培力。當(dāng)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場與磁體的磁場平行的時候，在轉(zhuǎn)向器的作用下，改變了轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場，進(jìn)而使得電機能夠持續(xù)旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)向器的存在，不得不使用電刷這個構(gòu)造，進(jìn)而能夠使轉(zhuǎn)子流過的電流流向發(fā)生改變，保持電流在磁場中的受力方向恒定，使得電機的轉(zhuǎn)動方向不改變。本設(shè)計中我們采用兩個直流電機作為小車的驅(qū)動電機，用2個2.7V的鋰電池供電。采用L298N和L293D芯片直接驅(qū)動直流電機，直流電機驅(qū)動電路如圖所示：圖2.11步進(jìn)電機驅(qū)動電路圖2.12L293D引腳2.5避障循跡模塊對于本次設(shè)計的智能小車而言，使用的是紅外線傳感器、電壓比較器和部分電阻構(gòu)成障礙檢測電路，直接連接到單片機的P1.4引腳，進(jìn)而可以把接受到的模擬信號編譯成高低電平信號，然后把信號發(fā)出至單片機，單片機基于具體的信號能夠知道前方有無阻礙物，假如有阻礙物，單片機將調(diào)用相應(yīng)的子程序進(jìn)而發(fā)出指令，通過控制系統(tǒng)進(jìn)而控制小車的行駛。判別是否有阻礙物的電路系統(tǒng)詳見下圖：圖2.13障礙物檢測電路上圖中U3為紅外線傳感器，構(gòu)成部分為發(fā)光二極管以及三極管。其中二極管用于發(fā)射紅外線，光電晶體管接收反射的紅外光。紅外接收器/檢測器具有僅允許紅外光通過的內(nèi)置濾光片和僅允許約38.5kHz的電信號通過的電子濾波器。這防止了外部光源與紅外接收器的干擾。U4是一個電壓比較器，它可以將輸入的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成高電平和低電平信號。當(dāng)3引腳電平大于4英尺時，輸出引腳1輸出為高電平，否則輸出為低電平。檢測裝置設(shè)置在智能小車的車頭的左側(cè)以及右側(cè)，進(jìn)而能夠提前發(fā)現(xiàn)行進(jìn)方向是否有阻礙物。原理以及發(fā)現(xiàn)障礙物的流程為：由二極管發(fā)射紅外線，當(dāng)小車前進(jìn)方向預(yù)見阻礙物的時候，紅外線被障礙物反彈，進(jìn)而使得三極管感應(yīng)器接受到反射后的光信號。此時，光電晶體管被接通，并向輸出端輸出低電平信號。單片機，然后MCU調(diào)用跟蹤避障子程序來控制步進(jìn)電機做出相應(yīng)的避障響應(yīng)。當(dāng)左邊遇到障礙時，汽車向右拐，當(dāng)右邊遇到障礙時，汽車向左拐。當(dāng)沒有障礙物時，發(fā)射的紅外光不被反射，光電晶體管被關(guān)閉，然后發(fā)出5V的電信號，進(jìn)而控制小車?yán)^續(xù)按照原方向行駛。對于實現(xiàn)跟蹤功能而言，其原理與避障原理是一樣的。把跟蹤設(shè)備放置在智能小車的地盤下，通過區(qū)分黑色以及白色進(jìn)而實現(xiàn)跟蹤。其流程如下：有二極管發(fā)射紅外線，黑色能夠吸收紅外光，比較器發(fā)出較高的信號；白色能夠發(fā)射紅外線，比較器輸出較低信號。微控制單元依據(jù)輸入的電壓變化能夠檢測小車的前進(jìn)方向是否出現(xiàn)偏差，進(jìn)而調(diào)取相應(yīng)的程序，校正行駛方向。例如，在左側(cè)檢測到白色時，控制器操控小車轉(zhuǎn)向，車輪朝右轉(zhuǎn)動；當(dāng)右側(cè)檢測到白色時，控制器操控小車轉(zhuǎn)向，車輪朝左轉(zhuǎn)動；兩側(cè)均檢測到黑色時，小車?yán)^續(xù)前進(jìn)；而當(dāng)兩側(cè)檢測到白色時，汽車停止。2.6轉(zhuǎn)速檢測模塊就施密特觸發(fā)器而言，它具有獨特的功能，當(dāng)輸入的電壓達(dá)到一個特定的值，輸出的信號馬上變?yōu)榈碗娖叫盘枺惠斎氲碾妷盒∮谀硞€特定值，輸出的信號馬上轉(zhuǎn)變成高平電信號。本設(shè)計采用直射式光電檢測器、施密特觸發(fā)器、三極管和若干電阻構(gòu)成的電路與單片機的P1.6引腳相連來測量小車車輪的轉(zhuǎn)速，具體的圖例以及電路示意圖詳見下圖：

圖2.14光電開關(guān)圖2.15透射式光電測速實物和電路圖具體而言，其測定速度的過程為：在智能小車上設(shè)置具有透光槽的圓狀葉片，葉片與車軸共同轉(zhuǎn)動，在車軸的附近設(shè)置一個光電感應(yīng)器。在車軸旋轉(zhuǎn)的時候，葉片隨之轉(zhuǎn)動，刀片連續(xù)地切斷紅外發(fā)射管和紅外接收管之間的光路。當(dāng)?shù)镀D(zhuǎn)到透光槽和光路重疊時，光路被打開，光電晶體管通過電流，輸出端輸出低電平信號，當(dāng)?shù)镀D(zhuǎn)以覆蓋透光槽時，光路為光盤。輸出和輸出將輸出高電平信號。隨著車輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動，光路不斷地接通和斷開，輸出端將輸出連續(xù)的脈沖序列。將發(fā)現(xiàn)脈沖的數(shù)量知道由刀片轉(zhuǎn)動的孔的數(shù)量。由葉片轉(zhuǎn)動的孔數(shù)可以知道車輪所做的匝數(shù)，可以計算車輪的轉(zhuǎn)速，然后可以根據(jù)車輪半徑計算出車輛的速度和距離。2.7數(shù)據(jù)顯示模塊本設(shè)計中的汽車數(shù)據(jù)顯示電路采用液晶顯示器LCD1602，LCD1602具有8位并行2線或3線串行兩種接口模式。對于采用LCD1602液晶屏的顯示裝置而言，整個裝置的小巧，能耗少、顯示畫面豐富、輕薄等特點。其電路示意圖詳見下圖：圖2.16LCD液晶顯示屏在電路中，LCD1602和AT89C52單片機采用并行數(shù)據(jù)通信。引腳1連接到電源的正端子，引腳0，14和15連接到電源電壓的負(fù)端子，以向LCD1602提供功率和背光電源；2英尺連接到10K電位器來調(diào)節(jié)背光照明；3，4和5F。EET分別連接。P1.0、P1.1、P1.2引腳作為單片機輸入輸出信號的控制；6～13引腳連接到微控制器P0.0P0.7引腳作為單片機數(shù)據(jù)輸入。數(shù)據(jù)顯示的原理如下：首先，通過數(shù)據(jù)顯示子程序計算汽車的速度、距離和其他數(shù)據(jù)信息，然后通過單片機的P0.0P0.7引腳直接將這些數(shù)據(jù)信息輸出到LCD1602的DO-D7。。2.8電源模塊此設(shè)計中，我們使用兩個2.7V鋰電池串聯(lián)到8.3V的直流電源，直接用于直流電機，用于驅(qū)動汽車電機，也可以減少到5V到微控制器等邏輯單元。這兩款電池體積小，重量輕，能夠非常方便的固定在小車的底部，避免出現(xiàn)負(fù)荷太大的情況，并且十分便宜，電流穩(wěn)定動力充沛。由于單片機以及其它電路系統(tǒng)的額定電壓均為5V，因此需要降低電池的輸出電壓，采用LM7805芯片能夠?qū)㈦妷航档椭?V。圖2.17電源電路第3章系統(tǒng)軟件設(shè)計對于微機控制系統(tǒng)而言，在設(shè)計的過程中，不僅僅要做好硬件的設(shè)計工作，還要依據(jù)實際的需求，然后進(jìn)行具有針對性的設(shè)計。汽車是否具備相應(yīng)的功能以及功能是否達(dá)到要求，取決于軟件的編程是否合理。本設(shè)計采用模塊化程序設(shè)計方法設(shè)計系統(tǒng)軟件，分別實現(xiàn)了汽車的兩個功能（遙控和跟蹤），主要包括主避障跟蹤程序、遙控子程序和主程序下的速度測量。程序、數(shù)據(jù)顯示子程序和其他程序模塊。3.1系統(tǒng)總體程序流程圖總體程序流程圖詳見下圖：圖3.1系統(tǒng)程序流程圖在上圖中，我們能夠看出，若檢測到功能鍵1被按下，小車選擇循跡功能；若檢測到功能鍵2按下，小車選擇遙控功能；若檢測按鍵無反應(yīng)，則返回按鍵檢測，知道檢測為止。3.2避障循跡模塊程序設(shè)計避障循跡模塊程序流程圖如下。圖3.2避障循跡模塊程序流程圖檢測裝置設(shè)置在智能小車的車頭的左側(cè)以及右側(cè)，進(jìn)而能夠提前發(fā)現(xiàn)行進(jìn)方向是否有阻礙物。小車的規(guī)避過程為：由二極管發(fā)射紅外線，當(dāng)小車前進(jìn)方向預(yù)見阻礙物的時候，紅外線被障礙物反彈，進(jìn)而使得三極管感應(yīng)器接受信號，然后感應(yīng)器向單片機輸入低電平信號，單片機調(diào)用相應(yīng)的程序，向控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制系統(tǒng)控制小車停止、前進(jìn)、拐彎等，避開前方物體。當(dāng)左邊遇到障礙時，汽車向右拐，當(dāng)右邊遇到障礙時，汽車向左拐。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)按鍵輸出的信號改變，小車便會立即退出紅外循跡模式。詳細(xì)的過程詳見附錄B避障子程序。3.3紅外遙控模塊程序設(shè)計圖3.3遙控程序設(shè)計小車紅外遙控程序流程圖，在遙控功能開始時系統(tǒng)初始化，包括LCD1602顯示初始化，定時器初始化，中斷初始化。然后開始紅外接收頭信號的持續(xù)檢測。若檢測到相應(yīng)的信號，則調(diào)用相應(yīng)的子函數(shù)，包括左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，直行，后退，停止和加減速，具體程序請見附錄B的紅外通信模塊程序。3.4數(shù)據(jù)顯示模塊程序設(shè)計圖3.4數(shù)據(jù)顯示程序流程圖在圖3.4數(shù)據(jù)顯示程序流程圖中，首先初始化LCD1602，然后在液晶的第一行顯示“speed(m/s)：”然后由主程序不斷調(diào)用數(shù)據(jù)顯示程序不斷刷新m/s后面的數(shù)字實現(xiàn)實時顯示的目的。具體的程序請見附錄B速度顯示模塊。第4章系統(tǒng)調(diào)試4.1驅(qū)動電機的調(diào)試在驅(qū)動電機的過程當(dāng)中，使用PWM脈寬調(diào)制方法對小車的速度進(jìn)行控制。在給電機7.2V的電壓的條件下，小車的最快速度可以達(dá)到0.4m/s。起初，將每個周期中的高低電平時間劃分為10個檔位，但在小車的運行狀況而言，占空比在30%及以下，小車會有嚴(yán)重的抖動，不適合行駛和較為粗糙的路面，所以在綜合了速度檔和小車行駛效果之后，本設(shè)計設(shè)置8個速度檔位。在便于調(diào)節(jié)速度的想法下，本設(shè)計還設(shè)置了按鍵調(diào)速，紅外遙控調(diào)速，使用者可自由地根據(jù)路面情況來調(diào)節(jié)速度。本設(shè)計還具有轉(zhuǎn)彎角度的按鍵控制，在紅外循跡的功能中，轉(zhuǎn)彎的角度需要軌道的弧度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以成功地通過轉(zhuǎn)彎道路，具體情況如圖4.1所示。圖4.1小車驅(qū)動電機模塊4.2紅外探測的調(diào)試本設(shè)計本著節(jié)約成本的理念，只采用了兩對紅外線發(fā)射接收裝置。在LM393電壓比較器中，設(shè)置合理的標(biāo)準(zhǔn)對比值，以正確地辨別小車是否檢測到黑線。設(shè)計者在多種路況的調(diào)試下，發(fā)現(xiàn)檢測到黑線時，對應(yīng)的電壓始終在4.8V左右；未檢測到黑線時，對應(yīng)的電壓始終低于1.0V，說明所選的紅外發(fā)射接收裝置的靈敏度足以讓小車檢測出黑線做出反應(yīng)，所以設(shè)計者將標(biāo)準(zhǔn)電壓對比值設(shè)置為1.5V。圖4.2紅外探測模塊4.3測速及顯示模塊本設(shè)計的測速模塊采用了中斷計數(shù)的方法，對左右電機的路程進(jìn)行計算；采用了定時器定時的方法計算時間，結(jié)合兩者的關(guān)系和單位轉(zhuǎn)換，得出速度與路程，時間的表達(dá)式，從而計算出速度。本設(shè)計的顯示模塊采用的是八線驅(qū)動模式，無光標(biāo)，兩行顯示。顯示模塊是嵌在電機驅(qū)動程序中直行的，為了電機不發(fā)生電機抖動的現(xiàn)象，直行一次顯示模塊的時間不能太長，所以去除不必要的延遲函數(shù)和不影響顯示操作的語句。但若顯示函數(shù)的時間太短，LCD顯示屏?xí)l(fā)生閃爍現(xiàn)象。綜合直流電機的運行狀況和LCD1602顯示屏的顯示情況，軟件調(diào)試時，將顯示內(nèi)容寫入在第一行，第二行留空，以保證顯示內(nèi)容的清晰；將多余的語句減少，以保證電機的正常轉(zhuǎn)動和調(diào)速，如圖4.3所示。圖4.3測速及顯示模塊4.4紅外通信的調(diào)試本設(shè)計采用已有的監(jiān)控器，并已知其發(fā)射的紅外編碼方式，將1838的紅外接收頭接入中斷，在中斷中采集用戶碼，用戶反碼，數(shù)據(jù)碼，數(shù)據(jù)反碼。通過判斷起始位，“0”，“1”的高低電平時間不同進(jìn)行判斷。選擇遙控器上的功能按鍵，通過軟件調(diào)試知道每一個按鍵的數(shù)據(jù)碼，如0x180x080x5a0x520x1c0x0c0x5e分別對應(yīng)著遙控器中的2468513鍵的數(shù)據(jù)碼。判斷是否接受到以上信號，若接受到，則執(zhí)行相應(yīng)的操作。本設(shè)計采用的方法接受到正確的信號可以達(dá)到100%，如圖4.4。圖4.4主控模塊結(jié)論本次設(shè)計主要是針對智能小車開展相關(guān)的設(shè)計工作，使得該小車大體上滿足課題所規(guī)定的各種功能，通過遙控器能夠方便操控小車做出相應(yīng)的動作，例如前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、啟動等。此外，小車還具有沿著黑線自動駕駛的功能，在行駛的時候如果前方有障礙物時，能夠自動躲避物體，并且還能顯示當(dāng)前的車速，便于乘坐者方便查看。筆者在開展設(shè)計工作的時候，了解并掌握了相關(guān)電子產(chǎn)品的開發(fā)流程，理解了如何實現(xiàn)紅外遙控、直流電機的運行原理、如何使用紅外感應(yīng)器發(fā)現(xiàn)前方障礙物、顯示原理等自己以前并不了解的新知識，對單片機的結(jié)構(gòu)和其控制系統(tǒng)也有了更深的理解和認(rèn)識，特別是在、自己最不擅長的軟件編程方面也有了一定的提高。然而由于筆者在所涉及的知識方面存在很多的不足之處，因此本次設(shè)計的智能小車還有很多有待提高的地方。比如該小車使用的紅外感應(yīng)器有效范圍較小，使得檢測沒有全方位覆蓋，有一些檢測不了的盲區(qū)。另外，光電傳感器抗干擾能力不夠強大，外界光線變化等均會影響感應(yīng)器能否正常工作，甚至將使得小車的循跡避障功能出現(xiàn)故障。本次設(shè)計的小車沒有使用單獨的轉(zhuǎn)向裝置，僅使用轉(zhuǎn)速差實現(xiàn)