單片機(jī)的智能小車設(shè)計(jì)單片機(jī)畢業(yè)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 總體設(shè)計(jì)本課題設(shè)計(jì)主要是制作一款能進(jìn)行智能判斷并能做出正確反應(yīng)的小車。小車具有以下幾個功能：自動避障功能；尋跡功能（按路面的黑色軌道行駛）；無線遙控功能和語音控制。作品既可以對高端智能化進(jìn)行剖析，也可以作為高級智能玩具發(fā)展對象，同時可成為大學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。作品以兩直流電動機(jī)為主驅(qū)動，通過各類傳感器件來采集各類信息，送入主控單元AT89S51單片機(jī)，處理數(shù)據(jù)后完成相應(yīng)動作，以達(dá)到自身控制。電機(jī)驅(qū)動電路采用高電壓，高電流，四通道驅(qū)動集成芯片L293D；避障采用紅外線收發(fā)來完成，自動尋跡采用紅外線接收二極管完成；無線遙控則是采用帶有PT2272解碼的TDL-9915接收模塊和帶有

2、PT2262編碼的TDL9988-4發(fā)送模塊完成以及附加功能的語音模塊是以柱極式話筒脈沖波經(jīng)過處理后完成。最后由控制單元處理數(shù)據(jù)后通過匯編程序有序合理的將各模塊信號整合在一起并完成相應(yīng)動作，實(shí)現(xiàn)了智能控制，相當(dāng)于簡易機(jī)器人2。2.1 各模塊分析選擇通過收集各硬件模塊資料信息，對其進(jìn)行有效的分析選擇，最終選出最合理的設(shè)計(jì)方案。主控單元方案比較與選擇方案一：采用各類數(shù)字電路來組成小車的控制系統(tǒng)，對外圍避障信號，自動尋跡信號，無線遙控信號，語音控制信號進(jìn)行處理。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于小車智能化的擴(kuò)展，對各路信號處理比較困難。方案二：采用AT89S51單片機(jī)來作為整機(jī)的控制單元。紅

3、外線探頭采用市面上通用的發(fā)射管與及接收頭，經(jīng)過比較芯片調(diào)制處理后由控制系統(tǒng)接收。路線尋找采用紅外線管對路面信號采集，送到單片機(jī)系統(tǒng)處理，同樣包括無線遙控信號和語音控制信號。此系統(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)，能很好地滿足題目的要求3。比較以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，方案二簡潔、靈活、可擴(kuò)展性好，更能達(dá)到題目的設(shè)計(jì)要求，因此采用方案二來實(shí)現(xiàn)。 避障單元方案比較與選擇方案一：采用超聲波避障，超聲波受環(huán)境影響較大，電路復(fù)雜，而且地面對超聲波的反射，會影響系統(tǒng)對障礙物的判斷。方案二：采用紅外線避障，利用單片機(jī)來產(chǎn)生38KHz信號對紅外線發(fā)射管進(jìn)行調(diào)制發(fā)射

4、，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管對反射回來信號進(jìn)行解調(diào)，輸出比較電平。外界對紅外信號的干擾比較小，且易于實(shí)現(xiàn)，價(jià)格也比較便宜，故采用方案二。紅外線避障方法，利用一管發(fā)射另一管接收，接收管對外界紅外線的接收強(qiáng)弱來判斷障礙物的遠(yuǎn)近，由于紅外線受外界可見光的影響較大，因此通過調(diào)制信號產(chǎn)生38KHz的載波來減少外界的一些干擾。只要障礙物在限定范圍內(nèi)就會產(chǎn)生相對的電平供單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)避障功能。 尋跡單元方案比較與選擇方案一：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接收。由于光敏二極管受可見光的影響較大，穩(wěn)定性差。方案二：利用集成型紅外對管作為尋跡單元的傳感器，其中紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線

5、，紅外線二極管進(jìn)行接收。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。本方案也易于實(shí)現(xiàn)，比較可靠，因此采用方案二。當(dāng)小車底部的某邊紅外線收發(fā)對管遇到黑帶時，可以檢測到輸入電平為高電平，反之為低電平。結(jié)合單片機(jī)查詢方式，通過程序控制小車哪邊輪胎轉(zhuǎn)動來改變方向。這樣不斷循環(huán)檢測，方向控制，使小車按黑線行走。 遙控單元方案比較與選擇方案一：由發(fā)射和接收兩大部分組成紅外遙控系統(tǒng)，應(yīng)用編/解碼專用集成電路芯片來進(jìn)行控制操作，發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路等。相對結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且使用的時候必須將遙控器前的紅外

6、發(fā)射孔對準(zhǔn)接收管才可以。方案二：無線電遙控也由發(fā)射和接收兩大部分組成，由于無線電遙控模塊在市場上非常普及，加上無線電遙控有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、無方向性等優(yōu)點(diǎn)，對于小車的控制是一個不錯的選擇4。方案三：超聲波遙控是利用超聲波來傳送指令的遙控，可以應(yīng)用于需要遙控、遙測的場合。采用AX5326與AX5327等構(gòu)成的遙控系統(tǒng)具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)大、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但由于超聲波遙控價(jià)格相對上面兩種價(jià)格較貴，而且對于小車的遙控也太過于夸大化。結(jié)合三種方案，最終選擇用電量、發(fā)射、接受功率都不大，一般的小障礙也可以穿越，而且遙控?zé)o方向性的無線電遙控。采用帶有PT2272解碼的TDL-9915接

7、收模塊和帶有PT2262編碼的TDL9988-4發(fā)送模塊完成。 語音控制單元方案比較與選擇方案一：采用柱極式話筒產(chǎn)生不同的頻率信號來完成聲音提示，經(jīng)放大整形后產(chǎn)生一個脈沖電平輸入給單片機(jī)完成聲音提示功能。但方案給人以提示的可懂性比較差，但在一定程度上能滿足要求，而且易于實(shí)現(xiàn)，成本也不高。方案二：采用DS1420可分段錄放音模塊，能夠給人以直觀的提示，也可以實(shí)現(xiàn)更多電平轉(zhuǎn)換以讓單片機(jī)控制，但DS1420錄放音模塊價(jià)格比較高，程序編制過程過于復(fù)雜，所以方案二性價(jià)比不如方案一。柱極式話筒接收聲波信號，通過三極管放大信號，使信號通過整流的二極管得到一個脈沖信號，并經(jīng)過74HC04取反后供單片機(jī)控制，實(shí)

8、現(xiàn)語音控制。2.2 總體設(shè)計(jì)框圖此系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制核心，處理執(zhí)行各個外部傳感器檢測得到的電平信號，其中外部信號有四部分得到：尋跡模塊，避障模塊，遙控模塊和語音模塊。最后把處理結(jié)果傳遞給小車電機(jī)，使得到相應(yīng)效果。如圖2-1總體設(shè)計(jì)框圖單片機(jī)核心控制語音控制自動尋跡避障模塊無線遙控電機(jī)轉(zhuǎn)動圖2-1 總體設(shè)計(jì)框圖3 硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)硬件主要有六大模塊組成：單片機(jī)控制模塊、無線遙控模塊、紅外對管尋跡模塊、紅外線避障模塊、電機(jī)控制模塊和語音控制模塊。3.1 單片機(jī)控制模塊本模塊采用51系列單片機(jī)作為核心處理器。單片機(jī)控制系統(tǒng)基本由最小系統(tǒng)和外圍信號I/O口組成，其中最小系統(tǒng)包括電源（地），CPU時序電

9、路（一般使用11.0592M或者12M和30P電容組成），復(fù)位電路。有了以上三塊，單片機(jī)就能夠正常工作。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。其應(yīng)用范圍廣，性能良好，可用于解決復(fù)雜的控制問題。利用AT89

10、S51的IO端口對傳感器信號進(jìn)行實(shí)時判斷監(jiān)控來控制步進(jìn)電機(jī)做出相應(yīng)的反映。如圖3-1是較為常見的帶燒錄接口的單片機(jī)最小系統(tǒng)圖。圖3-1 帶燒錄接口的單片機(jī)最小系統(tǒng) 時鐘電路單片機(jī)的時鐘產(chǎn)生有兩種方法：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響震蕩

11、器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值通常取30PF。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。 復(fù)位電路復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機(jī)器周期中由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。所謂上電復(fù)位，是指計(jì)算機(jī)加電瞬間，要在RST引腳出現(xiàn)大于10MS的正脈沖，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。按鈕復(fù)位是指用戶按下“

12、復(fù)位”按鈕，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)5。如圖3-2是上電復(fù)位及按鈕復(fù)位的一種實(shí)用電路。上電時，+5V電源立即對單片機(jī)芯片供電，同時經(jīng)電阻R對電容C3充電。C3上電壓建立的規(guī)程就產(chǎn)生一定寬度的負(fù)脈沖，經(jīng)反向后，RST上出現(xiàn)正脈沖使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了上電復(fù)位。按鈕按下時，RST上同樣出現(xiàn)高電平，實(shí)現(xiàn)了按鈕復(fù)位。在應(yīng)用系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需要復(fù)位。如果這些芯片復(fù)位端的復(fù)位電平和單片機(jī)一致，則可以與單片機(jī)復(fù)位腳相連，因此，非門在這里不僅起了反向作用，還增大了驅(qū)動能力，電容C1，C2起慮波作用，防止干擾竄入復(fù)位端產(chǎn)生誤動作5。 燒寫接口電路RST置高電平，然后向單片機(jī)串行發(fā)送編程命令。P1.7(SCK)輸入移位

13、脈沖，P1.6(MISO)串行輸出，P1.5(MOSI)串行輸入。被燒寫的單片機(jī)一定是最小系統(tǒng)（單片機(jī)已經(jīng)接好電源，晶振，可以運(yùn)行）。如圖3-3 燒寫接口電路。圖3-3 燒寫接口電路3.2 無線遙控模塊此模塊實(shí)現(xiàn)了無線電遠(yuǎn)距離控制小車的停啟、方向行駛的功能，在整個小車系統(tǒng)中起到不可忽視的作用。 無線遙控工作原理圖3-4是無線電遙控設(shè)備方框圖，由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。發(fā)射機(jī)主要包括編碼電路和發(fā)射電路。編碼電路由操縱器(操縱開關(guān)或電位器等)控制，操縱者通過操縱器；使編碼電路產(chǎn)生所需要的控制指令。這些控制指令是具有某些特征的、相互間易于區(qū)分的電信號，例如：用頻率為270Hz的正弦信號作

14、為控制左舵的指令，用頻率為350Hz的正弦信號作為控制右舵的指令，即不同頻率的正弦信號代表不同的控制指令。除了可利用頻率特征外，還可用正弦信號的幅度及相位特征、脈沖信號的幅度、寬度及相位特征以及碼組特征等表示各種指令。圖3-4 無線電遙控設(shè)備方框圖編碼電路產(chǎn)生的指令信號都是頻率較低的電信號，無法直接傳送到遙控目標(biāo)上去，還要將指令信號送到發(fā)射電路，使它載在高頻信號(載波)上，才能由發(fā)射天線發(fā)送出去。我們把指令信號載到載波上去的過程叫調(diào)制，調(diào)制作用由發(fā)射電路的調(diào)制器完成。發(fā)射電路的主要作用是產(chǎn)生載波，并由調(diào)制器將指令信號調(diào)制在載波上，經(jīng)天線將已調(diào)載波發(fā)送出去。接收機(jī)由接收電路及譯碼電路組成。接收電

15、路又包括高頻部分及解調(diào)器部分。由接收天線送來的微弱信號經(jīng)接收機(jī)高頻部分的選擇和放大后，送到解調(diào)器。由于“卸”下來的各種指令信號是混雜在一起的、還要送到譯碼電路譯碼。譯碼電路的工作就象把卸下來的貨物鑒別分類，再分別送到使用場地一樣，它對各種指令信號進(jìn)行簽別，送到相應(yīng)的執(zhí)行放大電路。執(zhí)行放大電路把指令信號放大到具有一定的功率，用以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械動作，例如電機(jī)的轉(zhuǎn)動、電磁鐵的吸動等，帶動被控的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對被控目標(biāo)的控制6。本模塊采用的無線遙控是市場上現(xiàn)成的帶有PT2272解碼的TDL-9915接收模塊和帶有PT2262編碼的TDL9988-4發(fā)送模塊，如圖3-5。3.

16、2.2 PT2262/2272 芯片編碼芯片PT2262 發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272 接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT 腳才輸出高電平，與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒有按鍵按下時，PT2262 不接通電源，其17 腳為低電平，所以315MHz 的高頻發(fā)射電路不工作，當(dāng)有按鍵按下時，PT2262 得電工作，其第17 腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號，當(dāng)17 腳為高電平期間315MHz 的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當(dāng)17 腳為低平期間315MHz 的高頻發(fā)射電路停止振

17、蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于PT2262 的17 腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK 調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為100的調(diào)幅。如圖3-6 PT2262引腳圖：圖 3-6 PT2262引腳圖PT2272解碼芯片有不同的后綴，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示鎖存輸出，數(shù)據(jù)只要成功接收就能一直保持對應(yīng)的電平狀態(tài)，直到下次遙控?cái)?shù)據(jù)發(fā)生變化時改變。M表示非鎖存輸出，數(shù)據(jù)腳輸出的電平是瞬時的而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對應(yīng)，可以用于類似點(diǎn)動的控制。后綴的6和4表示有幾路并行的控制通道，當(dāng)采用4路并行數(shù)據(jù)時（PT2272-M4)，對應(yīng)的地址編碼應(yīng)該是8位，如果采用6路的并行數(shù)

18、據(jù)時(PT2272-M6)，對應(yīng)的地址編碼應(yīng)該是6位。如圖 3-7PT2272引腳圖：圖 3-7 PT2272解碼電路引腳圖編碼電路PT2262和解碼PT2272的第18 腳為地址設(shè)定腳，有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)，只有發(fā)射端PT2262和接收端PT2272的地址編碼完全相同，才能配對使用。同一個系統(tǒng)地址碼必須一致，不同的系統(tǒng)可以依靠不同的地址碼加以區(qū)分。3.3 紅外對管尋跡模塊尋跡是指小車在白色地板上循黑線行走，本系統(tǒng)采取的方法是紅外探測法，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

19、反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光7。由此過程來改變接收管的輸出電壓，單片機(jī)以電壓的變化為依據(jù)來執(zhí)行小車電機(jī)確定行走路線。 模塊系統(tǒng)分析圖3-8為紅外線尋跡安裝圖，圖3-9為尋跡模塊實(shí)現(xiàn)原理圖，分析如下：圖 3-8 紅外線尋跡安裝圖圖 3-9尋跡模塊原理圖如圖3-9是整個紅外線尋跡過程實(shí)現(xiàn)的原理圖。四針接口處P3，P4的1，2腳是跟紅外線發(fā)射管連接，3，4則是跟接收管相連，放置插針是為了更容易實(shí)現(xiàn)紅外線管的放置。由于紅外線接收光的變化可以讓接收管上的電壓發(fā)生變化，相當(dāng)于可變電阻，這種特性為設(shè)計(jì)提供基本的保障。比較芯片LM358（LM3

20、93）可以根據(jù)接收管的電壓和參考電壓進(jìn)行比較后輸出相應(yīng)電平。此圖的比較接法為正接法，就是當(dāng)紅外線管遇到黑線時，反射減少，“+”斷輸入電壓增加，使的輸出端輸出電壓為高，經(jīng)上拉電阻R12（R20）上拉后達(dá)到單片機(jī)有效接收電平。小車進(jìn)入尋跡模式后，即單片機(jī)開始不停地掃描與探測器連接的單片機(jī)I/O口，一旦檢測到某個I/O口有信號，即進(jìn)入判斷處理程序,先確定2個探測器中的哪一個探測到了黑線，如果左面?zhèn)鞲衅鳎t燈亮）探測到黑線，即小車左半部分壓到黑線，車身向右偏出，此時應(yīng)使小車向左轉(zhuǎn)；如果右面?zhèn)鞲衅鳎S燈亮）探測到了黑線，即車身右半部壓住黑線，小車向左偏出了軌跡，則應(yīng)使小車向右轉(zhuǎn)。在經(jīng)過了方向調(diào)整后，小車

21、再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測黑線重復(fù)上述動作，實(shí)現(xiàn)方向控制，按照黑線行駛。其中，R11和R19為限流電阻，防止紅外線發(fā)生管因電流過大而燒壞；由R14和一個可變電阻組成的電路為參考電壓電路，由于檢測小車行駛的過程會因環(huán)境或則黑線材料的改變使輸出電壓成一個變化值，所以通過可變電阻來改變參考電壓，使能正常運(yùn)行；同時R12和R20為上拉電阻，讓輸入單片機(jī)的電壓達(dá)到高電平；發(fā)光二極管則是能更直觀的判斷出哪對傳感器在起作用。 LM393芯片介紹雙電壓比較器電路LM393，如圖3-10 LM393原理結(jié)構(gòu)圖和表3-1 引腳功能表。圖 3-10 LM393原理結(jié)構(gòu)圖表3-1 引腳功能表引出端序號功能符號引出端序

22、號功能符號1輸出端1OUT15正向輸入端21N+(2)2反向輸入端11N-(1)6反向輸入端21N-(2)3正向輸入端11N+(1)7輸出端2OUT2續(xù)表3-14地GND8電源VCC3.4 紅外避障模塊紅外避障模塊主要實(shí)現(xiàn)小車的避障處理，當(dāng)小車檢測到前面有障礙物時，由單片機(jī)發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)小車停止功能。其實(shí)現(xiàn)原理與紅外線對管尋跡模塊基本一致，只是為了實(shí)現(xiàn)更好的避障效果（主要是距離問題），所以采用了自制紅外接發(fā)電路。 紅外避障電路介紹本模塊主要有兩部分組成，38KHZ的紅外發(fā)射模塊和接收比較模塊，采用38KHZ頻率段是能有效的排除可見光的干擾，實(shí)現(xiàn)避障有效距離50CM左右，更好的完成對電機(jī)的控制。如

23、圖3-11 紅外線避障電路原理圖。通過555芯片組成多諧振蕩器，根據(jù)式（3-1）可設(shè)計(jì)出38KHZ方波信號 （3-1）圖 3-11 紅外線避障電路原理圖接通電源后，電容C被充電當(dāng)2腳上升到2/3，使3腳為低電平，同時內(nèi)部三極管T導(dǎo)通，此時電容C通過和T放電，下降，當(dāng)下降到/3時，翻轉(zhuǎn)為高電平。當(dāng)放電結(jié)束時，T截止，通過、向電容C充電，上升到/3時，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平，如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到一個周期性的矩形波，由3腳輸出，再通過三極管9013驅(qū)動后由發(fā)射管發(fā)出并由接收模塊接收實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制8。3.4.2 555芯片工作原理NE555是一個能產(chǎn)生精確定時脈沖的高穩(wěn)度控制器，其輸出

24、驅(qū)動電流可達(dá)200MV。在多諧振蕩器工作方式時，其輸出的脈沖占空比由兩個外接電阻和一個外接電容確定；在單穩(wěn)態(tài)工作方式時，其延時時間由一個外接電阻和一個外接電容確定，可延時數(shù)微秒到數(shù)小時。工作電壓范圍：4.5V16V。如圖3-12 555內(nèi)部框架圖。圖 3-12 555內(nèi)部框架圖其中圖中2腳的功能為觸發(fā)，5腳功能為控制電壓，6腳功能為閥值，7腳功能為放電端。3.5 電機(jī)驅(qū)動模塊小車電機(jī)為直流減速電機(jī)，帶有齒輪組，考慮不需調(diào)速功能，所以采用電機(jī)驅(qū)動芯片L293D。L293D是著名的SGS公司的產(chǎn)品。為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動，設(shè)計(jì)用來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動感性負(fù)載(比如

25、繼電器，直流和步進(jìn)馬達(dá))，和開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路。L293D可直接的對電機(jī)進(jìn)行控制，無須隔離電路。通過單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，非常方便，用程序輸入對應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)的動作，有效控制電機(jī)運(yùn)動，如圖3-13 電機(jī)驅(qū)動原理圖。J16和J17控制左邊電機(jī)，J18和J19控制右邊電機(jī)。取左邊電機(jī)為例，當(dāng)J16輸入數(shù)字電平“1”， J17輸入數(shù)字電平“0”時實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)；當(dāng)J16輸入數(shù)字電平“0”， J17輸入數(shù)字電平“1”時實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)；當(dāng)J16輸入數(shù)字電平“0（1）”， J17輸入數(shù)字電平“0（1）”時實(shí)現(xiàn)停止；最后結(jié)合左右電機(jī)通

26、過單片機(jī)共同實(shí)現(xiàn)小車的前后左右四個方向行駛9。圖 3-13 電機(jī)驅(qū)動原理圖3.6 語音控制模塊本模塊為小車的附加功能模塊，主要采用柱極式話筒接收聲波信號，通過三極管放大電路放大信號，使信號經(jīng)過電容和整流的二極管得到一個電壓峰值為一伏的脈沖信號，并經(jīng)過74HC04取反后供單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)語音控制10。如圖3-14 語音控制模塊原理圖。圖3-14 語音控制模塊原理圖其中圖中P15為連接柱極式話筒的接口，P16為電源接口，R23的作用是調(diào)節(jié)話筒的靈敏度，C7則是用來濾除波形中的直流部分。中間電路為典型的三極管共e極放大電路，其放大倍數(shù)可以根據(jù)R24和R25來確定。但由于9013管的自身特性，使的其最

27、大的放大電壓為1伏，經(jīng)過電容的整形形成直流電壓輸入二極管。當(dāng)話筒沒有接受到一定強(qiáng)度的聲波時，由于二極管的管壓降，使電壓不能經(jīng)過其到非門芯片而讓芯片輸出電平為數(shù)字“1”，但當(dāng)話筒接收到的聲波信號經(jīng)放大后超過二極管的管壓降，非門的輸入端上有一個正電壓，而使輸出端為低電平“0”，實(shí)現(xiàn)跳變觸發(fā)的產(chǎn)生，進(jìn)而讓單片機(jī)的中斷口進(jìn)行判斷，作出響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)語音控制。4 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)小車智能運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵所在，相當(dāng)于人類大腦思維活動，通過軟件設(shè)計(jì)可將各個變化信號數(shù)據(jù)有效的結(jié)合處理，產(chǎn)生相應(yīng)的動作反應(yīng)。在小車運(yùn)行的控制過程中，我們采用模糊控制算法實(shí)現(xiàn)對小車樣本訓(xùn)練。4.1 模糊控制算法4模糊控制的控制過程，如果

28、由人來實(shí)現(xiàn)，都是按照這樣的一個順序進(jìn)行的：感覺器官的觀測（獲取信息）-人腦的思維、判斷（存儲和處理信息）-手動的調(diào)整（信息的實(shí)施）。 智能小車中的模糊控制算法本設(shè)計(jì)的模糊控制規(guī)則的建立方法是：智能小車通過經(jīng)驗(yàn)和測試數(shù)據(jù)來建立模糊控制規(guī)則。其主要控制過程為：尋跡與避障的紅外發(fā)射裝置發(fā)送信息，由收裝置接收，接收裝置相當(dāng)于人的感覺器官獲取信息傳給單片機(jī)，單片機(jī)相當(dāng)于人的大腦，可以存儲和處理信息，通過訓(xùn)練樣本庫，測試出小車尋跡最佳偏轉(zhuǎn)角度，最佳避障距離等，包括其他的遙控信號、語音信號等，從而命令智能小車執(zhí)行相應(yīng)的操作，完成智能行駛。4.2 軟件設(shè)計(jì)框圖本系統(tǒng)中通過遙控啟動后，小車一直處于自動尋跡和尋找

29、障礙信號的狀態(tài)中，當(dāng)避障信號和遙控信號任一信號給單片機(jī)收集到后都轉(zhuǎn)入相應(yīng)的狀態(tài)停止和遙控方向行駛。另外中斷控制程序語音控制則是實(shí)現(xiàn)當(dāng)外部有一定強(qiáng)度的信號進(jìn)入控制核心就對整個小車實(shí)現(xiàn)狀態(tài)停止等待功能，其主程序流程如圖4-1所示。開始初始化各端口查詢按鍵向前D按下？NY尋跡行駛遙控控制？方向行駛避障控制？避障控制？停止結(jié)束YYYNNN中斷保護(hù)現(xiàn)場語音控制行駛停止中斷返回恢復(fù)現(xiàn)場圖4-1 程序流程圖4.3 軟件程序設(shè)計(jì)部分源程序本程序以匯編的形式編輯，結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)小車整個系統(tǒng)功能。小車以自動尋跡為主體，不斷測試避障信號，實(shí)現(xiàn)隨時避障，并通過遙控控制小車的方向行駛。此程序主要以查詢方式實(shí)現(xiàn)，同時也結(jié)合

30、了語音控制的中斷方式，主體程序如下：ORG 0000HLJMP STARTORG 03HLJMP INT0 ;跳入中斷程序，進(jìn)行語音控制START: MOV IE,#81H SETB IT0 ;開放中斷11 JB P0.1,hou JB P0.0,qian ;查詢判斷按鍵，當(dāng)有遙控按鍵按下出 JB P0.3,zuo ;現(xiàn)高電平就跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)子程序，運(yùn)行 JB P0.2,you ;小車 JMP STARTINT0: SETB P3.5 ;中斷語音控制子程序 SETB P3.4 SETB P3.6 SETB P3.7 CALL anjian ;中斷停止后可由遙控重新啟動 CALL Delay1S J

31、MP INT0 RETIqian: CLR P3.4 ;前行子程序 CLR P3.7LOOP1: SETB P3.5 ;左輪 SETB P3.6 ;右輪 CALL Delay1S CLR P3.5 CLR P3.6 ;通過延時減慢電機(jī)轉(zhuǎn)速 CALL Delay1S JNB P2.6,Bting ;實(shí)現(xiàn)避障功能 CALL anjian ;實(shí)現(xiàn)遙控按鍵控制，并不斷執(zhí)行尋跡 JMP LOOP1hou: CLR P3.5 ;后退子程序 CLR P3.6LOOP: SETB P3.4 SETB P3.7 CALL Delay1S CLR P3.4 CLR P3.7 CALL Delay1S CALL a

32、njian JMP LOOPzuo: CLR P3.4 ;左轉(zhuǎn)子程序 CLR P3.7LOOP2: CLR P3.5 SETB P3.6 CALL Delay1S CLR P3.5 CLR P3.6 CALL Delay1S JNB P2.6,Bting CALL anjian JMP LOOP2you: CLR P3.4 ;右轉(zhuǎn)子程序 CLR P3.7LOOP3: SETB P3.5 CLR P3.6 CALL Delay1S CLR P3.5 CLR P3.6 CALL Delay1S JNB P2.6,Bting CALL anjian JMP LOOP3Bting: SETB P3.5

33、 ;停止子程序，電機(jī)兩端都置高電平實(shí)現(xiàn) SETB P3.4 SETB P3.6 SETB P3.7 CALL Delay1S CALL anjian JMP Btinganjian: JB P0.1,hou ;按鍵子程序，包括遙控，尋跡 JB P0.0,qian JB P0.3,zuo JB P0.2,you JB P2.4,zuo JB P2.5,you RETDelay1S:MOV R1,#10H ;延時子程序del0: MOV R2,#10Hdel1: MOV R3,#100H kk : DJNZ R3,kk DJNZ R2,del1 DJNZ R1,del0 RET END5.3系統(tǒng)調(diào)

34、試本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊設(shè)計(jì)法，所以方便對各電路模塊功能進(jìn)行逐級測試：單片機(jī)控制模塊的調(diào)試、無線遙控模塊的調(diào)試、紅外對管尋跡模塊的調(diào)試、紅外線避障模塊的調(diào)試以及電機(jī)控制模塊和語音控制模塊的調(diào)試，最后將各模塊組合后結(jié)合軟件進(jìn)行整體測試。硬件調(diào)試對各個模塊的功能進(jìn)行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實(shí)現(xiàn)指定的功能。1 電機(jī)控制此模塊調(diào)試實(shí)現(xiàn)的功能是結(jié)合軟件共同實(shí)現(xiàn)，當(dāng)連接單片機(jī)與電機(jī)控制芯片的I/0加上一定的電平可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)左右轉(zhuǎn)向，前后轉(zhuǎn)向以及停止等功能，同時通過程序延時降低電機(jī)轉(zhuǎn)速。如表5-1為電機(jī)測試記錄。表5-1 電機(jī)測試記錄P3.4P3

35、.5P3.6P3.7小車行駛狀態(tài)0110小車向前行駛1001小車向后行駛010（1）0（1）小車向前右轉(zhuǎn)0（1）0（1）10小車向前左轉(zhuǎn)100（1）0（1）小車向左后退0（1）0（1）01小車向右后退0（1）0（1）0（1）0（1）小車停止行駛2無線遙控此功能實(shí)現(xiàn)四個按鍵控制四路方向，按下“D”，小車向前行駛，“B”對應(yīng)向后，“C”對應(yīng)向左，“A”則實(shí)現(xiàn)向右行駛功能。經(jīng)過多次的測試與數(shù)據(jù)記錄，得出相應(yīng)的結(jié)果，如表5-2。表5-2 遙控測試記錄分析次數(shù)第1次第2次第3次第4次第5次第6次第7次按鍵DACBCDA駛向前右左后左停停距離1M0.9M1M0.5M1.5M3M2.5M次數(shù)第8次第9次第10次第11次第12次第13次第14次按鍵BDCABCD駛向后前停右后左前距離0.5M2M2M1M0.5M1.5M0.3M續(xù)表5-2最佳距1.5M以內(nèi)成功率11/14=89.6%3 紅外對管尋跡尋跡對管有兩個組成，所以分別調(diào)試其兩路有效信號。當(dāng)兩對管都放置黑線之外的白色地板上時，單片機(jī)對應(yīng)I/O口收到的電平都為低，輸入電壓為0.3V左右，當(dāng)左邊的紅外線管進(jìn)入黑線范圍，對應(yīng)電平變高，為4.2V左右