基于單片機的智能小車系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)摘要隨著社會的發(fā)展和科技水平的提高，人們越來越喜歡智能相關(guān)的產(chǎn)品。智能產(chǎn)品種類很多，但當(dāng)今智能汽車無疑是成為汽車行業(yè)最大的研究方向。本文設(shè)計了基于單片機的自動循跡測速智能小車，小車的動力和轉(zhuǎn)向由電機和舵機分別提供，兩者受到單片機的控制，從而使小車實現(xiàn)速度和角度控制，同時本設(shè)計還可以對路程和速度進行測量，實現(xiàn)了智能小車的實時控制和顯示。本設(shè)計的智能小車主要分為硬件設(shè)計部分和軟件設(shè)計部分，本設(shè)計主要在于硬件部分各個模塊的設(shè)計，主控單元控制著各個模塊，按步驟進行工作；軟件部分主要完成了智能車的程序設(shè)計，包括智能小車循跡和測速功能的主程序，還有基于PWM控制算法的控制程序設(shè)計。該設(shè)計完成后，通過實物焊接和測試，得出結(jié)論：該智能小車符合預(yù)期要求，可以實現(xiàn)測速、循跡等功能，而且在實時性和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)優(yōu)異。智能小車作為未來的研究方向，它在我們的生活和學(xué)習(xí)應(yīng)用非常廣泛，不久的將來一定能成為一個熱點。本文設(shè)計的自動循跡智能小車有如下優(yōu)點：實時、精準(zhǔn)、穩(wěn)定，具有相當(dāng)?shù)膶嵱靡饬x和價值。關(guān)鍵詞：智能小車；自動循跡；PWM技術(shù)；實時性目錄1緒論 11.1研究背景及意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.2.1國外研究現(xiàn)狀 21.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 21.3本課題主要研究內(nèi)容 31.4章節(jié)分布 32系統(tǒng)總體方案設(shè)計 42.1方案論述與對比 42.1.1主控芯片的選擇 42.1.2電機的選擇 52.1.3電機驅(qū)動芯片選擇 52.2整體方案 72.3本章小結(jié) 73智能車硬件設(shè)計 73.1主控模塊 73.1.1STC89C52單片機最小系統(tǒng) 103.2電機驅(qū)動模塊 123.3測速傳感器模塊 133.4紅外（循跡）傳感器模塊 143.5液晶顯示模塊 153.6舵機模塊 173.7程序下載模塊 183.7本章小結(jié) 194智能車軟件設(shè)計 194.1主程序設(shè)計 194.2子程序設(shè)計 204.2.1PWM調(diào)節(jié)電機 204.2.1PWM調(diào)節(jié)舵機 21參考文獻 271緒論1.1研究背景及意義世界上最早的汽車出現(xiàn)于19世紀(jì)八十年代，汽車行業(yè)也在歷史的長河中蓬勃發(fā)展。在當(dāng)今數(shù)字化時代，汽車企業(yè)的制造技術(shù)逐漸提高，自動化技術(shù)成為了越來越多汽車企業(yè)的研究方向，電子智能在汽車行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，現(xiàn)如今，為了滿足消費者高端人性化的需求，智能汽車的研發(fā)與生產(chǎn)已經(jīng)是未來發(fā)展的趨勢，相信在不久的未來，人們一定可以擁有一輛屬于自己的自動駕駛汽車。智能汽車的發(fā)展建立在強大的工業(yè)基礎(chǔ)之上，我國在智能工業(yè)機器人的發(fā)展上，雖然不在世界前列，但也在飛速發(fā)展，智能機器人涉及的很多技術(shù)同樣適用于智能車輛，例如傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)等等?，F(xiàn)如今，智能汽車的研究特點主要有其二：一智能化的程度越來越高，二應(yīng)用的領(lǐng)域越來越大。智能車輛的關(guān)鍵體現(xiàn)在智能二字，所謂智能，就是機器單獨的情況下完成一些操作；比如智能汽車，車輛本身裝有傳感器，可以進行自動識別路況，傳感器得到的數(shù)據(jù)上傳到控制中心，經(jīng)過合理、迅速的計算來調(diào)整適合車輛的行駛路線和車輛的行進速度。這一技術(shù)在一些惡劣環(huán)境（不適合人類工作的一些場合）就顯得非常關(guān)鍵。在未來，智能交通是重要的發(fā)展方向，智能汽車將在越拉越多的領(lǐng)域扮演更重要的角色。到目前為止，中國機動車的數(shù)量達到驚人的3.78億輛，注冊登記機動車的人數(shù)還在持續(xù)增長。但是機動車大量增長的背后，令人非常棘手、難以解決的問題也迎面而來，每個家庭都有汽車，甚至不止一輛，這就是道路交通造成擁擠，人們通行速度變慢，浪費了大量時間；駕駛員技術(shù)參差不齊，不遵守交通規(guī)則的現(xiàn)象屢見不鮮，導(dǎo)致交通事故層出不窮；汽車燃燒大量汽油、柴油，造成了環(huán)境污染；這些現(xiàn)象給國民和環(huán)境帶來巨大損失，更是在催生人們對智能汽車的需求，要想解決這些問題，就得從汽車智能化和交通智慧化開始，但是汽車智能化顯得更為重要?，F(xiàn)在汽車行業(yè)已經(jīng)大力發(fā)展新能源汽車，減少了環(huán)境污染問題，但沒有解決道路交通問題，因此各大企業(yè)正在向智能化汽車方向發(fā)展，全球很多國家，尤其美國和德國，大力投資智能化產(chǎn)業(yè)。目前，智能車輛的發(fā)展正處于上升時期。我國在2020年2月24號發(fā)布了《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》，計劃到2025年，中國智能汽車體系基本形成，到2035年到2050年，全面建成具有中國標(biāo)準(zhǔn)的智能汽車體系，滿足人民需求的安全、綠色、高效的智能汽車將逐步成形。因此，抓住這難得的機遇，使中國的智能制技術(shù)造逐步達到國際領(lǐng)先水平。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀 世界上第一輛真正意義的智能小車是美國率先開發(fā)出來，因此智能小車的研究歐美國家一直處于領(lǐng)先；1974年位于瑞典的Volvo公司就發(fā)明了AGVS,它不僅可以用于轎車車體上，還能用于汽車的生產(chǎn)。AGVS的發(fā)明主要是為了將來替換叉車、拖車這種工廠常用的傳統(tǒng)運輸工具。1985年德意志聯(lián)邦大學(xué)就研制了一款多智能原型車輛，它利用車輛自身的視覺系統(tǒng)來調(diào)整車輛橫向和縱向的運行能力，同時已經(jīng)可以在高速公路上以100Km/h的速度行駛。1995年，美國就研發(fā)智能汽車成立了公路系統(tǒng)聯(lián)盟，大力研發(fā)智能汽車，已有較大進展。日本對智能車的研究也一直處于領(lǐng)先水平，早在1996年，日本為了研究車輛的自主導(dǎo)航系統(tǒng)，成立了高速公路先進巡航/輔助駕駛研究協(xié)會，目前，三菱公司和尼桑公司在防撞設(shè)備和車道偏離技術(shù)上屬于世界先進水平。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀在智能小車的研究領(lǐng)域，我國起步較晚，跟歐美國家以及日本相比，技術(shù)上有著一定差距。國內(nèi)雖然發(fā)展落后，但是在國內(nèi)科研人士的努力下，我國也取得了較大的成就。各大高校是研究智能小車的先驅(qū)；最早當(dāng)屬清華大學(xué)的汽車研究所，其技術(shù)涉及主動避障、汽車導(dǎo)航、車載微機等方面，并且有比較長遠(yuǎn)的探索。吉林工業(yè)大學(xué)較早開始研發(fā)智能小車，成功研發(fā)出具有全新引導(dǎo)系統(tǒng)的智能小車，在國內(nèi)屬于領(lǐng)先水平。1989年算是中國智能小車關(guān)鍵的一年，中國一汽集團和國防科技大學(xué)合作成功研制了CITAVT型自主導(dǎo)航車，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到四代原型車，該車的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，能在高速公路上進行自主超車，而且該車能在公路上自行駕駛并達到75Km/h的速度，該智能小車的很多關(guān)鍵性技術(shù)突破達到了智能小車研究的領(lǐng)先水平。國內(nèi)為了促進智能小車的發(fā)展，舉辦了很多全國性的智能小車競賽；得益于飛思卡爾半導(dǎo)體公司的全球性高效資助，由此，在2006年，第一次全國性的智能小車競賽舉辦成功。由于飛思卡爾公司的大力支持，競賽因此也被命名為“飛思卡爾”智能車競賽。賽事受國家教育部高等教育司委托，舉辦地點在清華大學(xué)?！帮w思卡爾”智能小車競賽在國內(nèi)的影響力逐漸增大，越來越多的高校都加入其中，參加過該競賽的院校數(shù)量已經(jīng)超過60所，第一次參賽的隊伍就多達115支，飛思卡爾競賽影響力可想而知。1.3本課題主要研究內(nèi)容本課題主要設(shè)計帶有循跡行駛功能的智能小車，根據(jù)紅外循跡傳感器間距，制作一個以白色為背景，黑色膠帶為跑道的測試場地，小車能夠根據(jù)黑線的走向來進行調(diào)整，主控芯片去控制電機轉(zhuǎn)速和舵機轉(zhuǎn)向角度，從而使小車能夠完成循跡功能；而顯示是從測速傳感器得到小車的行進狀態(tài)，傳輸給MCU,MCU經(jīng)過計算傳輸給液晶顯示器，從而得到小車的行進狀態(tài)。1.4章節(jié)分布第一章主要寫了本設(shè)計的緒論；主要是研究本設(shè)計相關(guān)的智能小車在國內(nèi)外的發(fā)展，總結(jié)了國內(nèi)外取得的一些突破性的成果。最后介紹了本卡提的研究內(nèi)容，以及章節(jié)分布。第二章是對智能小車的主要模塊進行選型，在查閱大量文獻以及參數(shù)手冊后，對本設(shè)計的主控芯片進行了論證和選擇，以及論證了智能車電機驅(qū)動主控的選型，在符合任務(wù)書的要求下，確定了系統(tǒng)總體設(shè)計方案。第三章是智能小車的硬件部分設(shè)計，主要對STM89C52單片機、LM393芯片、L293D驅(qū)動芯片、SD測速模塊以及1602A液晶顯示屏等各個模塊進行了詳細(xì)的介紹，內(nèi)容是工作原理以及原理框圖。第四章是智能小車的軟件部分設(shè)計，根據(jù)小車的工作要求，繪制相應(yīng)的主程序流程圖，另外根據(jù)PWM調(diào)速技術(shù)對電機和舵機的控制，繪制了子程序流程圖，根據(jù)流程圖來編寫程序。第五章主要是介紹了智能車組裝焊接完成后的功能實現(xiàn)，對工作要求進行了介紹，并分析結(jié)果。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1方案論述與對比查閱資料，根據(jù)任務(wù)書要求，根據(jù)智能小車的發(fā)展趨勢，對智能小車的主控芯片進行選擇，然后根據(jù)小車的尺寸和功能要求，對電機進行選型，電機一般不能直接被單片機驅(qū)動，因此挑選了一種電機驅(qū)動主控，來實現(xiàn)小車的主要功能。根據(jù)選擇的模塊以及該設(shè)計任務(wù)要求，最終確定了本設(shè)計系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖。2.1.1主控芯片的選擇根據(jù)查閱相關(guān)資料，分析智能小車的發(fā)展，然后得出了主控芯片的選型為8051系列單片機。本設(shè)計選用的是來自宏晶科技的STC89C52RC單片機，該型號是STC89C51的升級版，該單片機較比前代有運行速度高、抗干擾強、較低功耗、操作簡單、性價比較高等很多優(yōu)點。故選擇此作為主控芯片。STC89C52的參數(shù)如下表2-1所示。表2-SEQ表格\*ARABIC1單片機參數(shù)STC89C52RC工作電壓（V）5.5~3.3最高時鐘頻率Hz5V0~80Flash程序存儲器（字節(jié)）8KSRAM字節(jié)512定時器3URAT串口1個DPRT2EEPROM(字節(jié))2K+看門狗有中斷源8中斷優(yōu)先級4I/O35/39支持掉電喚醒外部中斷4個內(nèi)置復(fù)位有封裝40-PinPDIP封裝44-PinLQFP/PLCC2.1.2電機的選擇智能小車需要電機驅(qū)動，由于小車具有一定重量，因此需要選擇扭矩較大的電機。直流減速電機的工作原理是先由其內(nèi)部的高速電機提供高轉(zhuǎn)速，然后通過減速齒輪得到較小的轉(zhuǎn)速，從而提供較大的力矩，所以直流減速電機就成為了首選。直流減速電機具有安裝簡單、調(diào)試方便、能輸出較大扭矩等優(yōu)點，因此常用于智能小車系統(tǒng)中，使小車具有一定的負(fù)重能力，并保證智能小車能夠平穩(wěn)運行。經(jīng)過實際考察，分析常用直流電機的動力及電壓要求，最終選擇了減速比為48:1的130電機。電機上電后，在內(nèi)部減速齒輪的作用下，得到的實際轉(zhuǎn)速為125r/min。假設(shè)本設(shè)計的車輪直徑是6.9厘米，則通過計算可以得出，小車的最大時速：V=2πr*v=0.451m/s;此速度絕對可以滿足本設(shè)計要求。2.1.3電機驅(qū)動芯片選擇本設(shè)計中直流減速電機工作時所需電流較大，功率較高，但單片機的工作電壓和工作電流較低，不能提供較大的驅(qū)動電流，另外，單片機輸出的PWM信號也無法對電機進行直接驅(qū)動，需要電機驅(qū)動模塊對PWM波進行處理后才能驅(qū)動。綜合以上兩方面因素，需要挑選一種電機驅(qū)動器，可以增大直流減速電機的控制電流，能夠使單片機信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C驅(qū)動信號，最終實現(xiàn)單片機對電機的控制。電機驅(qū)動模塊最重要的當(dāng)屬電機驅(qū)動芯片，所以選擇合適的驅(qū)動芯片就顯得尤為重要。智能小車MCU輸出合適的PWM波來改變小車的行進狀態(tài)，PWM的占空比不同得到的電壓值就不同，從而使兩個電機的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生差異，因此PWM調(diào)速效果比較好。根據(jù)設(shè)計要求，L293D和L298N都可以滿足驅(qū)動要求，考慮到本設(shè)計采用的是小型直流電機，故選擇L293D芯片作為主控驅(qū)動芯片。L293D是一塊簡單好用的電機驅(qū)動芯片。其實物圖如圖2-2所示，原理圖如圖2-3所示。圖2-2L293D芯片圖2-3L293D驅(qū)動模塊引腳圖L293D參數(shù)如下：模塊工作電壓為5V，驅(qū)動提供的電壓滿足本設(shè)計電機的要求，是一種專門驅(qū)動直流電機的芯片。芯片工作原理是當(dāng)接收高電平時，就正常會驅(qū)動電機，輸出開啟，輸入端同相，當(dāng)接收低電平時，停止驅(qū)動電機，輸出關(guān)閉，變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。L293D的真值表如下表2-4所示。表2-4L293D真值表輸入輸出YAENHHHLHLXLZ2.2整體方案本課題設(shè)計的是基于STC89C52的智能循跡小車，在本設(shè)計中，智能小車系統(tǒng)由主控單元、紅外傳感器模塊、電源控制模塊、測速模塊、電機及其驅(qū)動模塊、舵機模塊、和液晶顯示屏組成。其基本要求是準(zhǔn)確檢測黑線的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)電機和舵機優(yōu)化控制，能使智能小車能夠平穩(wěn)，同時還要對小車的路程和速度進行測量，從而達到任務(wù)書要求。綜合設(shè)計要求，得出系統(tǒng)小車系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。圖2-5系統(tǒng)整體框圖2.3本章小結(jié)本章對智能小車的主要模塊進行選型，分析資料研究文獻后，對本設(shè)計的主控芯片進行了論證和選擇，以及論證了智能車電機驅(qū)動主控的選型，在符合任務(wù)書的要求下，得出了系統(tǒng)整體框圖。3智能車硬件設(shè)計3.1主控模塊智能小車的心臟是主控芯片。主控芯片對過從各傳感器收集到的信息就行處理，分析跑道情況，從而調(diào)節(jié)電機的速度和舵機的轉(zhuǎn)向，使之達到最佳，使智能小車達到自動循跡的功能。本設(shè)計采用了STC89C52單片機作為主控芯片，通過信號對智能小車進行控制，智能小車整個系統(tǒng)根據(jù)不同的功能來進行分類：單片機主控模塊、電機模塊、電機驅(qū)動模塊、測速模塊、顯示模塊和循跡模塊。各個模塊通過傳感器收集信號，然后把信號發(fā)給單片機，單片機通過計算處理得控制智能小車作出相應(yīng)的動作。STC89C52的引腳原理圖如圖3-1所示。圖3-1STC89C52單片機原理圖STC89C52引腳參數(shù)如下表3-2所示。表3-2本設(shè)計中單片機引腳資源分配編號引腳連接位置功能1VCC+5V電源電源正極輸入2VSS(GND)地線接地3XTAL1振蕩器反向放大器時鐘振蕩電路輸入端晶振電路4XTAL2振蕩器反相放大器的輸入端晶振電路5RST復(fù)位輸入復(fù)位電路6RXD/P3.0串行輸入口程序下載接口7TXD/P3.1串行輸出口程序下載接口8INTO/P3.2外部中斷口09INT1/P3.3外部中斷口110TO/P3.4定時器0的外部輸入11T1/P3.5定時器1的外部輸入循跡模塊12WR/P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通循跡模塊13RD/P3.7外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通循跡模塊LM39314PSEN外ROM讀選通信號15ALE/PROG地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖16EA訪問外部程序存儲器控制信號接電源正極17P0.0-P0.3I/O口10K排阻和電機驅(qū)動輸入18P0.4-P0.5I/O口10K排阻和電機驅(qū)動使能端19P0.6I/O口10K排阻和蜂鳴器20P0.7I/O口10K排阻21P1.0-P1.1I/O口主板LM393輸出22P1.2I/O口測速傳感器23P1.4-P1.5I/O口1602顯示器24P1.7I/O口1602顯示器25P2.0I/O口1602顯示器26P2.1-P2.7I/O口1602顯示器和數(shù)碼管3.1.1STC89C52單片機最小系統(tǒng)眾所周知，單片機不能只靠一個芯片運行，想要工作就必須組成一個基本系統(tǒng)，由時鐘電路、復(fù)位電路、電源電路組成，一般稱為單片機最小系統(tǒng)，是保證單片機工作的最小模塊。原理圖如下圖3-3所示。圖3-3單片機最小系統(tǒng)1、電源電路：查閱手冊得出STC89C52芯片的工作電壓為：4.0V-5.5V，因此本設(shè)計給單片機提供了5V電壓以滿足工作要求。電源正極接到VCC（40腳），VSS（20腳）接電源地端。根據(jù)電壓要求，本設(shè)計采用了兩節(jié)18650電池構(gòu)成電池組，單個電池電壓為3.7V，經(jīng)過L7805三端穩(wěn)壓器來輸出5V電壓，從而得到單片機的工作電壓，還有一個撥動開關(guān)控制小車的上電。電源電路的原理圖如下圖3-4所示。圖3-4電源模塊電路2、時鐘電路就單片機的心臟，就像人類心跳范圍一樣，單片機工作時也有一個頻率，時鐘電路就是提供一個穩(wěn)定的時鐘頻率，使單片機穩(wěn)定工作，有的單片已經(jīng)內(nèi)置晶振電路，由于本設(shè)計采用的是STC89C52，沒有內(nèi)置晶振，因此本設(shè)計采用了外接時鐘電路。STC89C52的工作頻率一般為11.0592MHz或者12MHz，因此需要在選擇一個符合單片機工作要求的晶振，根據(jù)電壓要求，選擇了兩個30pF的電容，構(gòu)成了時鐘振蕩電路如圖3-5所示。圖3-5時鐘震蕩電路3、復(fù)位電路：單片機需要復(fù)位電路來把發(fā)生紊亂的單片機恢復(fù)正常，或者是使電路恢復(fù)到原始狀態(tài)。有時候單片機的硬件電路會錯誤運行，如果沒有加以干涉，硬件電路就會一直按照錯誤的邏輯運行。復(fù)位電路的作用就是使硬件電路恢復(fù)初始狀態(tài)，不再繼續(xù)錯誤運行下去，讓程序從頭開始運行。本設(shè)計選擇的復(fù)位電路是自動上電復(fù)位，具體工作原理是利用電阻和電容接入單片機的復(fù)位引腳RST，給復(fù)位模塊上電，RST引腳變?yōu)楦唠娖?，保?us時間單片機就會在第二個高電平周期時完成復(fù)位，單片機就完成復(fù)位功能，其原理圖如圖3-6所示。圖3-6復(fù)位電路3.2電機驅(qū)動模塊本設(shè)計采用了L293D，有驅(qū)動電流大、驅(qū)動電機數(shù)量較多、耐高溫等優(yōu)點，是智能小車可靠的選擇。L293D引腳EN1和EN2接收的是使能信號，當(dāng)輸入為高電平時有效，主要是接收來自單片機的PWM信號，來控制電機的轉(zhuǎn)速。IN1和IN2主要是接收單片機控制電機方向的信號，OUT1和OUT2是接到直流電機的兩端，根據(jù)單片機傳輸?shù)男盘?，控制電機的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。電機及其電機驅(qū)動模塊如圖3-7所示。圖3-7L293D原理圖3.3測速傳感器模塊本設(shè)計采用了以74HC14A芯片為核心的測速模塊，芯片工作電壓為5V，接線方式為OUT接單片機的I/0口，電源接+5V電壓，GND接地，本設(shè)計采用它的優(yōu)勢在于，本設(shè)計采用51系列單片機，無需設(shè)置輸入輸出模式。該模塊的基本原理是：傳感器是輸出脈沖信號的，傳感器有一個紅外發(fā)射端，當(dāng)紅外射線兩端導(dǎo)通后，電路就是低電平，這就可以為測速提供邏輯支持，在小車電機另一側(cè)安裝測速傳感器，電機的側(cè)面?zhèn)鲃影惭b一個碼盤，本設(shè)計選擇的碼盤上有20個格柵，那么電機轉(zhuǎn)動一圈，就會產(chǎn)生20次外部低電平；由此我們可以通過計算，低電平的觸發(fā)次數(shù)除以20得到電機轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，測量小車車輪周長后，就可以得到小車行駛路程。速度的話就要引入時間，利用MCU定時器，可以計算1秒內(nèi)產(chǎn)生幾次外部低電平，假設(shè)一秒內(nèi)產(chǎn)生了40個低電平，那么小車1秒內(nèi)就轉(zhuǎn)動了兩圈，根據(jù)小車輪子周長，也可以輕松計算小車的速度。根據(jù)以上原理，就可以測量出小車的實時速度和行駛的路程。測速模塊原理圖如圖3-8所示，測速模塊實物圖如圖3-9所示。圖3-8測速傳感器原理圖圖3-9測速傳感器實物圖3.4紅外（循跡）傳感器模塊本設(shè)計選擇了紅外傳感器作為循跡模塊，紅外傳感器的型號為TCRT5000，本設(shè)計的循跡模塊采用了兩個紅外傳感器，分別在左右兩邊并且中間留有一定距離?；竟ぷ髟硎莻鞲衅靼l(fā)射紅外線，如果是白紙就會反射到傳感器的接收端，比較器反向端T1=0V，比較器同向端等于3V，所以同向端大于反向端，輸出端OUT1就會輸出1，如果是檢測是黑色就是比較器反向端T1為5V，同向端3V，反向端大于同向端輸出0。本設(shè)計的循黑線原理為：可以根據(jù)下圖進行分析，假如小車左偏，單片機接收到傳感器信號，小車就會進行方向調(diào)整，使小車變?yōu)檎顟B(tài)。循跡原理圖如圖3-10所示。圖3-10循跡原理循跡電路原理圖如圖3-11所示。圖3-11循跡模塊原理圖3.5液晶顯示模塊本設(shè)計使用的是1602A液晶顯示器，液晶顯示器比數(shù)碼管更加專業(yè)、美觀，本設(shè)計采用的1602A液晶顯示器有很多優(yōu)點，比如功耗低、體積小、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點，可以在很多地方見到它，被廣泛應(yīng)用到家電、電子設(shè)備等等低功耗系統(tǒng)中，本設(shè)計采用的1602A顯示器帶有電子背光，可以在黑暗情況下顯示，在工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。1602顯示器是有一個個顯示單元組成的，比如我選擇的顯示器有128行，每一行有256列，8列就是一個字節(jié)的8位，所以這一行就有32個字節(jié)，那么128×32個顯示單元就跟4096個字節(jié)對應(yīng),顯示屏的明暗就與字節(jié)相對應(yīng),所以指令就對應(yīng)著顯示器上的字符顯示,這大概是1602A的基本工作原理。1602A顯示器的引腳功能如表3-12所示：表3-121602A引腳功能表編號符合引腳說明1VSS電源地端2VDD電源+5V3VL液晶顯示偏壓4RS數(shù)據(jù)/命令選擇5R/W讀/寫選擇6E使能信號7D0數(shù)據(jù)8D1數(shù)據(jù)9D2數(shù)據(jù)10D3數(shù)據(jù)11D4數(shù)據(jù)12D5數(shù)據(jù)13D6數(shù)據(jù)14D7數(shù)據(jù)15BLA背光正極16BLK背光負(fù)極本設(shè)計中1602液晶顯示模塊原理圖如圖3-13所示。圖3-131602液晶顯示器原理圖3.6舵機模塊本設(shè)計采用的是S3003舵機，該舵機有速度快、扭矩大、精度高等優(yōu)點，該舵機最大扭力可以達到3KG，完全滿足本設(shè)計的要求。舵機是小車的方向盤，舵機是由直流電機、減速齒輪組、傳感器和控制電路等組成的系統(tǒng)，因此舵機其實也是一個電機系統(tǒng)，可以根據(jù)單片機輸出的PWM信號進行調(diào)節(jié)，從而使小車迅速準(zhǔn)確地完成轉(zhuǎn)向功能。單片機想要控制舵機的轉(zhuǎn)角，是靠控制信號的持續(xù)時間決定的，就需要產(chǎn)生PWM周期信號，單片機模擬出PWM信號的輸出，調(diào)整占空比。具體的方法是：假設(shè)想讓舵機完成左轉(zhuǎn)45°，就需要1.0ms的脈沖，舵機內(nèi)部的馬達就是因為脈沖寬度來決定的。舵機原理圖如圖3-14所示。圖3-14舵機原理圖3.7程序下載模塊本設(shè)計在智能小車的主板上裝有程序下載接口，接口與程序下載模塊已經(jīng)焊接在一起，因此是一個單獨的USB轉(zhuǎn)TTL模塊。因為現(xiàn)在的電腦已經(jīng)淘汰COM口，因此需要借助轉(zhuǎn)換電路進行通信，該模塊采用的主控芯片是CH340G，芯片可以提供串口信號和MODEM信號，可以使計算機和小車之間完成通信，計算機端只需要安裝CH340G驅(qū)動，然后計算機就可以識別出COM端口，程序下載模塊上的TXD與單片機的RXD(P30)相連，RXD與單片機的TXD(P31)相連,電源由計算機USB接口進行供電，GND接主板電源地端，這樣就可以實現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口功能，程序就可以從計算機下載到單片機。程序下載模塊如圖3-15所示。圖3-12USB轉(zhuǎn)串口TTL電路另外下載程序時需要使用STC-ISP燒錄軟件，在串口選擇上需要打開計算機控制面板查看具體串口名稱，如果選擇不對則不會燒錄成功。3.7本章小結(jié)本章主要介紹智能小車硬件設(shè)計，分別對各個模塊的作用以及工作原理進行了詳細(xì)講解，以STC89C52為核心，逐步設(shè)計小車硬件部分，最終設(shè)計出可以達到任務(wù)書要求的小車硬件電路。4智能車軟件設(shè)計4.1主程序設(shè)計在硬件電路設(shè)計完成的基礎(chǔ)上，開始對小車主程序進行研究，根據(jù)任務(wù)書要求，小車需要完成循跡功能的同時還要對速度和路程完成測量顯示。本設(shè)計認(rèn)為兩者是需要同時進行的，因此主程序中兩者屬于并列關(guān)系。根據(jù)要求得到主程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1主程序流程圖4.2子程序設(shè)計4.2.1PWM調(diào)節(jié)電機首先PWM是脈沖寬度調(diào)制英文的縮寫，主要是由微機輸出來控制模擬電路，工業(yè)上應(yīng)用廣泛。這里引入一個概念叫占空比，單片機都有自己的脈沖周期，在一個周期內(nèi)，高電平所占的時間比上整個周期就是占空比，一般用百分?jǐn)?shù)來進行表示。例如周期是1秒，那么頻率也為1Hz，假設(shè)高電平為0.25秒，那么占空比就為0.25/1=25%。單片機通過I/O口輸出不同方波的占空比，可以使數(shù)字信號變?yōu)槟M電壓信號。在直流電機上，電壓是以一種連續(xù)重復(fù)脈沖加到電機上，重復(fù)脈沖是包含著連接和中斷，因此，可以控制連接和中斷的時間，來輸出不同的電壓。因此當(dāng)額定電壓是5V時，假設(shè)占空比為75%，那么高電平占脈沖周期的3/4,低電平占1/4，因此電壓就是3.75V，那么電機驅(qū)動模塊就會發(fā)送給電機3/4的轉(zhuǎn)速指令，單片機就可以這樣控制電機轉(zhuǎn)速。電機控制流程圖如圖4-2所示。4.2.1PWM調(diào)節(jié)舵機舵機雖然是由單片機直接控制，但舵機內(nèi)部有著自己的控制電路，假如需要進行較大的轉(zhuǎn)向，舵機將會全速運行，反之，舵機將以較慢的速度運行，這是舵機內(nèi)部控制電路自己的比例控制。本設(shè)計采用的S3003舵機需要一個20ms左右的時間脈沖，假設(shè)在該脈沖里，0.5ms到2.5ms是高電平，中間間隔為2ms，這時脈沖的寬度就決定了舵機的轉(zhuǎn)向角度，本舵機最大轉(zhuǎn)向180度，所以在脈沖寬度為1.5ms時，舵機就會轉(zhuǎn)向90度的位置。一般舵機對應(yīng)的轉(zhuǎn)向角度如下表4-3所示。表4-3舵機轉(zhuǎn)向控制關(guān)系脈沖寬度轉(zhuǎn)向角度0.5ms0度1.0ms45度1.5ms90度2.0ms135度2.5ms180度舵機的控制流程圖如圖4-4所示。圖4-4舵機控制流程圖4.3本章小結(jié)本章主要是智能小車的軟件部分，詳細(xì)介紹了小車的主程序以及子程序設(shè)計，根據(jù)PWM調(diào)速技術(shù)，來對小車的電機和舵機進行控制，從而保證小車正常運行。參考文獻[1]李明．先進制造技術(shù)與應(yīng)用前沿———機器人[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2012．[2]王紹坤．基于ARMS的無線遙控車系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].長春:吉林大學(xué)，2011．[3]陳松，宋曉琳．基于DSP的智能小車路徑跟隨系統(tǒng)設(shè)計[J].工程設(shè)計學(xué)報，2012，19(4):312-317．[4]李波，楊衛(wèi)，張文棟，等．一種智能小車自主尋/循跡系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機測量與控制，2012，20(10):2798-2801．[5]朱思敏．自循跡智能小車控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].杭州:浙江工業(yè)大學(xué)，2013．[6]宋永獻，馬娟麗，賀乃寶，等．基于TMS320F2812的智能循跡小車控制系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機測量與控制，2011，19(9):2128-2130．[7]劉萌萌,苗煒麗,余彥瓊.基于AT89C52單片機的智能小車設(shè)計[J].內(nèi)燃機與配件,2020(02):214-21