目錄 方案比較、選擇與論證 - 頁碼 1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 - 頁碼 2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明 - 頁碼 2 系統(tǒng)硬件詳細(xì)設(shè)計、理論分析和計算、詳細(xì)電路圖 - 頁碼 3 系統(tǒng)軟件功能設(shè)計、理論分析和計算、各程序框圖 - 頁碼 8 軟硬件分別調(diào)試、聯(lián)合調(diào)試 - 頁碼 11 測試儀器與測試試驗方法 - 頁碼 12 開發(fā)、實驗及測試儀器 - 頁碼 12 測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析計算 - 頁碼 13 特色與創(chuàng)新點討論、設(shè)計總結(jié) - 頁碼 13 附錄（操作說明、元器件清單、程序清單、參考文獻(xiàn)等） - 頁碼 14 摘 要 本系統(tǒng)按要求制作了一個簡易智能電動車，它能實現(xiàn)的功能是：從起跑線出發(fā)，沿引導(dǎo)線到達(dá) B 點。在此期間檢測到鋪設(shè)在白紙下的薄鐵片，并同時發(fā)出聲光指示信息，實時存儲、顯示在 “ 直道區(qū) ” 檢測到的薄鐵片數(shù)目。電 動車到達(dá) B 點以后進(jìn)入 “ 彎道區(qū) ” ，沿圓弧引導(dǎo)線到達(dá) C 點，能夠檢測 C 點下正方形薄鐵片，并在 C 點處停車 5 秒，停車期間發(fā)出斷續(xù)的聲光信息。之后繼續(xù)行駛，在光源的引導(dǎo)下，利用超聲傳感器傳來的信號通過障礙區(qū)進(jìn)入停車區(qū)并到達(dá)車庫。最后，電動車完成上述任務(wù)后能夠立即停車，全程行駛時間小于 90 秒。 并附加其他功能 。 另外系統(tǒng)中傳感器電路額外加入了單片機(jī)便于 89C51 單片機(jī)在之后的運行中檢測四周電路，減小 89C51 負(fù)擔(dān)。 軟件方面：因為，會，利用傳感器在檢測到某物體時輸出信號發(fā)生特定變化這種規(guī) 律，讓單片機(jī)只對此類信號有所反應(yīng)，大大減少了處理數(shù)據(jù)，算法，從而加快了系統(tǒng)的反應(yīng)速度。 一、 方案比較、選擇與論證 根據(jù)題目要求，有兩種解決方案。 1 、精確定時法 這種方案主導(dǎo)思想是在對電動車直線、轉(zhuǎn)彎行駛速度以及行程的準(zhǔn)確把握基礎(chǔ)上利用單片機(jī)定時來使電動車順利通過直道區(qū)、彎到區(qū)、障礙區(qū)并且最終到達(dá)車庫。 缺點 ：供電電壓不穩(wěn)定，易導(dǎo)致小車車速不穩(wěn)定，則距離不好控制；另外路線固定不變，不能應(yīng)對意外事件，而且想要準(zhǔn)確跑完全程對于電動車的起始位置、直線行進(jìn)參數(shù)、轉(zhuǎn)彎半徑進(jìn)行精密測量和計算，智能化差。 2 、傳感器引導(dǎo)法 這種方法核心是單片機(jī)通過對傳感器信號檢測來控制制動電機(jī)和電機(jī)轉(zhuǎn)向的動作，智能化大大增強， 可以用下圖形象的表示出來： 我們把任務(wù)分為了 直道 + 彎道區(qū)、障礙區(qū)和停車區(qū)，劃分依據(jù)是：三個部分所用到的感應(yīng)器不同，實現(xiàn)方法也存在差別。 直道 + 彎道區(qū)主要用黑白檢測光電傳感器和金屬探測接近開關(guān)。 障礙區(qū)則是用到了超聲波傳感器。（帶顯示） 停車區(qū)考慮車庫放置了光源，因此選擇了光電傳感器引導(dǎo)小車進(jìn)入車庫。 比起前一種方案來說，這種方案應(yīng)用面更廣，也更接近實用化，智能化。重要的是單片機(jī)可以通過對感應(yīng)器信號的檢測來控制電機(jī)運作，從而大大提高了運行過程中的實時性，準(zhǔn)確性、使得電動車能夠輕松的完成整個過程。 綜上所述，本系統(tǒng)設(shè)計選用方案 2 。 二、 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明 圖一 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 該系統(tǒng)實現(xiàn)了電動車的自動行駛、躲避障礙物、探測金屬、計數(shù)、報警、光電引導(dǎo)功能 、測量距離、數(shù)碼顯示、電機(jī)控制等功能。 單片機(jī)檢測出來感應(yīng)器輸出信號從而輸出控制信號，控制電機(jī)工作，在直道區(qū)，考慮引導(dǎo)線是黑顏色，不宜反光，決定利用這一特性選用反射式光電傳感器，當(dāng)其輸出信號照射到黑色引導(dǎo)線上是輸出一個非常微弱的低電平。這個過程是一個負(fù)跳變的過程通過對此信號高低電平的檢測就可以使電動車沿著直道區(qū)和彎道區(qū)的引導(dǎo)線行進(jìn)。 當(dāng)?shù)叵掠薪饘贂r，金屬探測器發(fā)出一個高電平，用單片機(jī)進(jìn)行檢測。 沿引導(dǎo)線到達(dá) C 點，將從金屬探測接近開關(guān)發(fā)送來的信號作為一個外部終端信號處理，執(zhí)行停車并發(fā)出斷續(xù)的聲光信號 ，同時進(jìn)行 5 秒定時計數(shù)工作。 在車頭安裝有超聲傳感電路對障礙物進(jìn)行檢測。（有效距離 30 厘米） 光電傳感器接收部分用于采集光信號，通過比較輸出信號向車庫行駛。（始終朝在輸出信號最強的方向行駛） 以上就是完成這個題目的大體思路和方法。 2 、系統(tǒng)硬件詳細(xì)設(shè)計、理論分析和計算、詳細(xì)電路圖 根據(jù)系統(tǒng)要求，硬件電路包括 :電源部分，單片機(jī)最小系統(tǒng)、超聲波測距電路、金屬探測電路、光電傳感器、黑白探測傳感器、 電機(jī)控制電路、顯示電路，電動車整體圖示如下： 電源部分 隨著微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，系統(tǒng)電源的設(shè)計在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中顯得越來越重要，它對單片機(jī)系統(tǒng)是否正常工作起著至關(guān)重要的作用。由于電動車本身為六節(jié) 1.5V 電池供電 ,根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇 7805 穩(wěn)壓管將直流 9V 電壓轉(zhuǎn)成 5V 輸出。 7805 直流穩(wěn)壓電路圖： 電動機(jī)和金屬感器部分用原有的 9V 電壓信號，其他電路、傳感器都為 5V 電壓供電。 （ 2）單片 機(jī)最小系統(tǒng) 利用單片機(jī)最小系統(tǒng)實驗電路板完成傳感器與電動機(jī)的連接和控制。 單片機(jī)選用 89C51，其內(nèi)部有 4K 字節(jié)的 Flash Rom，電路設(shè)計簡單。具體為 89C51 的 18、19 腳接 6MHz， 40 腳輸入信號為 5 伏， 20 腳接地， EA 腳接高電平。 （ 3 ）金屬探測電路 由電路圖可以得出，當(dāng)有金屬被其探測到時，輸出端輸出一個高電平，即發(fā)生一個正向跳變，將這個正向跳變信號用單片機(jī)檢測出來，借此控制電動機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的動作。 以下時金屬接近開關(guān)外驅(qū)動電路： （ 4 ） 顯示電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。靜態(tài)顯示占用單片機(jī)資源小?？梢蕴峁﹩为氭i存的 I/O 接口電路很多，這里我們組選擇最常用的的串并轉(zhuǎn)換電路 74LS164。 利用單片機(jī)串行發(fā)送接收端口，外接 4 片 74LS164 作為 4 位 LED 顯示器的靜態(tài)顯示接口，把 89C51 的 RXD 作為數(shù)據(jù)輸出線， TXD 作為移位時鐘脈沖。 74LS164 為 TTL 單向 8 位移位寄存器，可實現(xiàn)串行輸入，并行輸出。 系統(tǒng)總圖： 系統(tǒng)軟件功能設(shè)計、理論分析和計算、各程序框圖 根據(jù)方案設(shè)定的三個部分重點解決問題，可以將單片機(jī)大量工作集中在信號檢測和精確定時計數(shù)上。 具體實現(xiàn)方法： 因為這是一個對實時性要求很高的系統(tǒng)，所以大量數(shù)據(jù)信號都要在盡量短的時間內(nèi)完成。 具體思路如下： 利用單片機(jī)查尋法編程，不斷的檢測外部傳感器信號，并及時輸出顯示。編程關(guān)鍵實時輸出。除了傳感器本身延時外，還與優(yōu)化程序程度和電機(jī)控制度有關(guān)。 4) 軟硬件分別調(diào)試、聯(lián)合調(diào)試 階段調(diào)試 我們按照前面的方案同樣將調(diào)試分為了 3 個階段： 第一階段：首先是直道區(qū) + 彎道區(qū)的調(diào)試 通過兩邊固定的光電傳感器對引導(dǎo)線檢測來實現(xiàn)電動車沿著引導(dǎo)線到達(dá)指定的地點。 根據(jù)題目要求，在行進(jìn)線路上需要檢測金屬片，因此，我們又加上了金屬接近開關(guān)用于實現(xiàn)這個要求。 利用原來作過的靜態(tài)顯示電路板和試驗用過的子程序，我們將顯示功能又加在了系統(tǒng)當(dāng)中。 第二階段：障礙區(qū)的調(diào)試 在障礙區(qū)主要解決的問題是如何躲避障礙物，我們根據(jù)題目在車頭安 裝了一個超聲波發(fā)送接收模塊，當(dāng)檢測到有障礙物時進(jìn)行轉(zhuǎn)向。 第三階段：停車區(qū)的調(diào)試 檢測光電接收器的輸出信號，來尋找光信號最強的方向。 聯(lián)合調(diào)試 在分步調(diào)試全部通過的基礎(chǔ)上，我們開始了整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)調(diào)試，協(xié)調(diào)金屬傳感器、黑白光電傳感器、超聲波傳感器、光電傳感器的配合工作。 三、測試儀器與測試試驗方法 開發(fā)、實驗及測試儀器 實驗：顯示電路實驗、電機(jī)長時間運行試驗、模擬場地試運行試驗、超聲波發(fā)射接收以及測距試驗、光電接收試驗、電機(jī)控制試驗 測試儀器 ：示波器，多功能穩(wěn)壓電源，電壓表，秒表。 四、測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析計算 全程行進(jìn)時間： 24s （誤差 2s ） 行進(jìn)距離： 11.2m （誤差 3050cm ） 傳感器工作電壓： 金屬接近開關(guān) 9V 光電傳感器 5V 超聲波傳感 5V 黑白光電傳感器 5V 傳感器輸出信號：金屬接近開關(guān) 4.8V 光電傳感器 4.78V 超聲波傳感 5.0V 黑白光電傳感器 5V 五、特色與創(chuàng)新點討論、設(shè)計總結(jié) 在軟件和硬件上運用了一些巧妙方法： 硬件方面：超聲傳感器電路部分額外加入了單片機(jī)擴(kuò)展了此模塊功能，并且是的輸出信號有規(guī)律可循，便于 89C51 單片機(jī) 在之后的運行中檢測四周電路，減小 89C51 負(fù)擔(dān)，同時大大提高了電動車載應(yīng)對障礙物時候的反應(yīng)時間。 軟件方面：因為傳感器在檢測到某物體時，輸出信號會發(fā)生特定變化，利用這種變化規(guī)律，讓單片機(jī)只對此類規(guī)律的信號有所反應(yīng)，大大減少了處理數(shù)據(jù)，算法，從而加快了系統(tǒng)的反應(yīng)速度，大量使用類似于 JB/JNB 命令對相應(yīng)端口進(jìn)行查詢，并且簡化程序代碼，避免使用繁瑣復(fù)雜的終端控制，確保系統(tǒng)的高精確度。另外，整個運行過程中通過采用等分時端口查詢思想，只要分時足夠小，電動車就會 對外界因素有充足的反映空間，即達(dá)到了接近實時的信號檢測處理效果，又可通過最終等分時數(shù)目準(zhǔn)確計算出行駛距離，一舉兩得。 總結(jié)與體會 ： 經(jīng)過為期四天的設(shè)計，感觸頗深的是解決問題的方法、技巧。在這四天中，我們遇到許許多多問題，對待問題要多方法處理，多角度處理。通過這幾天的設(shè)計競賽，我們不但增強了實踐能力和協(xié)作精神，而且懂得了聯(lián)系實際的重要性，這對我們以后的學(xué)習(xí)和工作不無裨益。當(dāng)然，我們的設(shè)計還存在著一些缺陷，有待于在將來設(shè)計中進(jìn)一步提高，在此懇請各位老師批評指正。 附錄 操作說明 該系統(tǒng)實現(xiàn)了電 動車的自動行駛、躲避障礙物、探測金屬、計數(shù)、報警、光電引導(dǎo)功能、測量距離、數(shù)碼顯示、電機(jī)控制等功能。 1 ） 啟動時將徹底的電源開關(guān)撥至 “ ON ” 位置，此時電源接通。 2 ）供電部分是 6 節(jié) 1.5V 五號電池，供電電壓 9V 。 3 ）調(diào)整電動車底部前端的微調(diào)器，可調(diào)節(jié)電動車的直線行駛性能。（ “ R ”是右， “ L ” 是左） 4 ）使用完畢請把車身的開關(guān)至 “ OFF ” 。 5 ）長期不使用時，請取出車底及遙控器的電池，另行保管。 元器件清單 AT89C51 ， 74LS04 ， S9014 ， S9013 ，蜂鳴器，超聲波傳感器，光電傳感器，金屬探測傳感器， ULN2803 ，電阻、電容若干，發(fā)光管。 部分程序清單 (1) 測金屬： MAIN: MOV SP,60H MOV 40H,#00H MOV 41H,#00H MOV 42H,#00H MOV 43H,#00H MOV 60H,#00H ; ACALL BCD ; ACALL DISP ; MOV 40H,50H CLR P3.7 SS1: JB P3.7,SS1 ; SETB P3.7 SS2: JNB P3.7,SS2 MOV 40H,60H MOV A,40H ADD A,#01H ; INC 40H ; MOV A,40H DA A MOV 40H,A MOV 41H,#00H MOV 42H,#00H MOV 43H,#00H MOV 60H,40H ACALL BCD ACALL DISP ; ACALL DELAY1S CLR P3.7 AJMP SS1 DISP: MOV SCON,#00H MOV R0,#40H MOV R2,#04H L00C9: MOV SBUF,R0 L00CB: JNB TI,$ CLR TI INC R0 DJNZ R2,L00C9 RET BCD: MOV R0,#40H MOV R2,#04H MOV DPTR,#TABL TAB: MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV R0,A INC R0 DJNZ R2,TAB RET TABL: DB 0C0H DB 0F9H DB 0A4H DB 0B0H DB 99H DB 92H DB 82H DB 0F8H DB 80H DB 90H 引導(dǎo)線測試： MAIN: MOV P1,#0FFH ACALL DELAY1S CLR P1.0 CC1: JNB P3.5,CC2 CLR P1.2 AJMP CC1 CC2: JNB P3.4,CC3 CLR P1.3 AJMP CC2 CC3: AJMP CC1 DELAY1S: MOV R3,#50 D1: MOV R4,#20 D2: MOV R5,248 DJNZ R5,$ DJNZ R4,D2 DJNZ R3,D1 RET （ 3 ）障礙物調(diào)試： MAIN: MOV P1,#0FFH ACALL DELAY1S SS: CLR P1.0 NOP DD1: JNB P3.6,DD1 SETB P1.0 NOP NOP NOP NOP NOP NOP ; ACALL DELAY CLR P1.1 ACALL DELAY5S SETB P1.1 CLR P1.0 CLR P1.3 ACALL DELAY5S ACALL DELAY5S ACALL DELAY5S MOV P1,#0FFH AJMP SS DD3: JNB P3.6,DD3 SETB P1.0 NOP NOP NOP NOP NOP NOP CLR P1.1 ACALL DELAY5S SETB P1.1 CLR P1.2 CLR P1.0 ACALL DELAY5S MOV P1,#0FFH AJMP DD2 DELAY1S: MOV R3,#50 D1: MOV R4,#20 D2: MOV R5,248 DJNZ R5,$ DJNZ R4,D2 DJNZ R3,D1 RET DELAY5S: MOV R3,#5 D3: MOV R4,#20 D4: MOV R5,248 DJNZ R5,$ DJNZ R4,D4 DJNZ R3,D3 RET DELAY: NOP NOP NOP NOP NOP RET DD2: NOP NOP NOP NOP NOP END （ 4 ）傳感器協(xié)調(diào)程序： MAIN: ;MOV TMOD,#50H ;MOV TH1,#00H ;MOV TH0,#00H MOV P1,#0FFH ACALL DELAY1S CLR P1.0 ; AJMP LINE MOV 40H,#00H MOV 41H,#00H MOV 42H,#00H MOV 43H,#00H MOV 50H,40H ACALL BCD ACALL DISP MOV 40H,50H ;GO FORWARD SS1: JB P3.7,SS0 ACALL MEATAL AJMP SS1 SS0: JNB P3.3,SS2;LINE AJMP LINE;SS2 SS2: JNB P3.5,SS3 AJMP GUAIWAN SS3: AJMP SS1 MEATAL: DD1: JNB P3.7,DD1 MOV 40H,50H MOV A,40H ADD A,#01H ; INC 40H ; MOV A,40H DA A MOV 40H,A MOV 41H,#00H MOV 42H,#00H MOV 43H,#00H MOV 50H,40H ACALL BCD ACALL DISP ; ACALL DELAY1S MOV 40H,50H AJMP SS1 DISP: MOV SCON,#00H MOV R0,#40H MOV R2,#04H L00C9: MOV SBUF,R0 L00CB: JNB TI,$ CLR TI INC R0 DJNZ R2,L00C9 RET BCD: MOV R0,#40H MOV R2,#04H MOV DPTR,#TABL TAB: MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR MOV R0,A INC R0 DJNZ R2,TAB RET TABL: DB 0C0H DB 0F9H DB 0A4H DB 0B0H DB 99H DB 92H DB 82H DB 0F8H DB 80H DB 90H LINE: SETB P1.1 SETB P1.2 SETB P1.3 NOP CLR P1.0 ;REJUD: ;JB P3.3,CONTR JB P3.5,GUAIWAN ; AJMP REJUD CONTR: CLR P1.3 ACALL DELAY9S JB P3.5,GUAIWAN SETB P1.3 NOP JB P3.5,GUAIWAN NOP NOP JB P3.5,GUAIWAN NOP NOP NOP CLR P1.2 ACALL DELAY8S JB P3.5,GUAIWAN SETB P1.2 JB P3.5,GUAIWAN ; AJMP REJUD AJMP SS1 GUAIWAN: CLR P1.0 CLR P1.2 ACALL DELAY6S SETB P1.2 ACALL DELAY1S CLR P1.2 ACALL DEL