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1、摘 要 智能作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，無(wú)需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。本設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)多功能小車(chē)的智能模式，設(shè)計(jì)中的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點(diǎn)等可以為自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)器人、采礦勘探機(jī)器人、家用自動(dòng)清潔機(jī)器人等自動(dòng)半自動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與普及有一定的參考意義。同時(shí)小車(chē)可以作為玩具的發(fā)展對(duì)象，為中國(guó)玩具市場(chǎng)技術(shù)含量的缺乏進(jìn)行一定的彌補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益，形成商業(yè)價(jià)值。 整個(gè)小車(chē)平臺(tái)主要以51單片機(jī)為控制核心，通過(guò)無(wú)線遙控實(shí)現(xiàn)前進(jìn)后退和轉(zhuǎn)向行駛；通過(guò)紅外線傳感器,實(shí)現(xiàn)小車(chē)的自適應(yīng)巡航、避障等功能。 設(shè)計(jì)采用對(duì)比選

2、擇，模塊獨(dú)立，綜合處理的研究方法。通過(guò)翻閱大量的相關(guān)文獻(xiàn)資料，分析整理出有關(guān)信息，在此基礎(chǔ)上列出不同的解決方案，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)比方案優(yōu)劣選出最優(yōu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。 從電機(jī)車(chē)體，最小系統(tǒng)到無(wú)線遙控，紅外線對(duì)管的自動(dòng)尋跡再到紅外線自動(dòng)避障和語(yǔ)音控制，完成各模塊設(shè)計(jì)。通過(guò)調(diào)試檢測(cè)各模塊，得到正確的信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的功能。最后將各個(gè)調(diào)試成功的模塊結(jié)合到小車(chē)的車(chē)體上，結(jié)合程序，通過(guò)單片機(jī)的控制，將各模塊有效整合在一起，達(dá)到所預(yù)期的目標(biāo)，完成最終設(shè)計(jì)與制作，能使小車(chē)在一定的環(huán)境中智能化運(yùn)轉(zhuǎn)。 關(guān)鍵詞：智能，紅外線傳感器，自動(dòng)尋跡，語(yǔ)音控制，綜合處理 Abstract As a new p

3、roduct of modern society, intelligence is the trend in future development. It can work in some specific environment according to the mode which sets in advance. Dispensing with behavior adjustment management,but it can achieve the expected， even higher goal. The design mainly reflected a smart-car m

4、odel,The theoretical scheme, analysis method, uniqueness and innovation etc. that pointed in this paper, I think they are will be certain reference value in design and popularity of automatic or semi-automatic robot such as automatic transportation robot, prospecting robot, cleaning household robot

5、etc.. This car can be used as a model of development of toy, to make up the deficiency of technical content in the chinese toy market,to realize economic profit and to form commercial value. The design takes micro-controller 51 as control center, use wireless control to make car go forward, go back

6、ward or turn around; use infrared sensor to achieve the function of adaptive cruise and avoiding barriers. Using methods of contrast selection, module independence, integrated treatment; consulting a large number of related literature and data; and listing differnet solution; according to practical

7、 situation and choose the best scheme to design. The motor car body, the minimum system and wireless control, the auto-guiding of infrared diode or auto-avioding barriers and voice-control, step by step, the design is forming gradually. And then, debugging and checking every single module, getting

8、 the correct signal output. Finally, combining program, conforming every module efficiently to make it work. Key Words: intelligence, infrared sensor, auto-guiding, voice- control, combined processing 目 錄 1 引言 1 2 總體設(shè)計(jì) 2 2.1 各模塊分析選擇 2 2.1.1 主控單元方案比較與選擇 2 2.1.2 避障單元方案比較與選擇 3 2.1.3 尋

9、跡單元方案比較與選擇 3 2.1.4 遙控單元方案比較與選擇 3 2.1.5 語(yǔ)音控制單元方案比較與選擇 4 2.2 總體設(shè)計(jì)框圖 4 3 硬件設(shè)計(jì) 6 3.1 單片機(jī)控制模塊 6 3.1.1 時(shí)鐘電路 7 3.1.2 復(fù)位電路 7 3.1.3 燒寫(xiě)接口電路 8 3.2 無(wú)線遙控模塊 8 3.2.1 無(wú)線遙控工作原理 9 3.2.2 PT2262/2272 芯片 10 3.3 紅外對(duì)管尋跡模塊 11 3.3.1 模塊系統(tǒng)分析 11 3.3.2 LM393芯片介紹 13 3.4 紅外避障模塊 14 3.4.1 紅外避障電路介紹 14 3.4.2 555芯片工作

10、原理 15 3.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 15 3.6 語(yǔ)音控制模塊 16 4 軟件設(shè)計(jì) 18 4.1 模糊控制算法 18 4.1.1 模糊理論的發(fā)展 18 4.1.2 模糊控制算法原理 18 4.1.3 智能小車(chē)中的模糊控制算法 19 4.2 軟件設(shè)計(jì)框圖 19 4.3 軟件程序設(shè)計(jì)部分源程序 20 5 制作和調(diào)試 24 5.1 使用的儀器儀表及軟件 24 5.2 系統(tǒng)制作 24 5.3系統(tǒng)調(diào)試 24 5.3.1硬件調(diào)試 25 5.3.2 軟件調(diào)試 27 5.3.3 聯(lián)合調(diào)試 27 6 結(jié)論與展望 28 致 謝 29 參考文獻(xiàn) 30 附錄1 系統(tǒng)實(shí)物

11、圖 31 附錄2 實(shí)驗(yàn)原理圖 32 附錄3 畢業(yè)設(shè)計(jì)作品說(shuō)明書(shū) 33 35 1 引言 智能化作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，無(wú)需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。 中國(guó)自1978年把“智能模擬”作為國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的主要研究課題，開(kāi)始著力研究智能化。從概念的引進(jìn)到實(shí)驗(yàn)室研究的實(shí)現(xiàn)，再到現(xiàn)在高端領(lǐng)域（航天航空、軍事、勘探等）的應(yīng)用，這一過(guò)程為智能化的全面發(fā)展奠定基石。智能化全面的發(fā)展是實(shí)現(xiàn)其對(duì)資源的合理充分利用，以盡可能少的投入得到最大的收益，大大提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有工

12、業(yè)生產(chǎn)水平從自動(dòng)化向智能化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)今智能化發(fā)展由高端向大眾普及[1]。從先前的模擬電路設(shè)計(jì)，到數(shù)字電路設(shè)計(jì)，再到現(xiàn)在的集成芯片的應(yīng)用，各種能實(shí)現(xiàn)同樣功能的元件越來(lái)越小為智能化產(chǎn)物的生成奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。 本設(shè)計(jì)以智能化全面發(fā)展的普及與應(yīng)用為目的，整體開(kāi)發(fā)過(guò)程簡(jiǎn)單易懂，所選擇的平臺(tái)與各電子元件恰當(dāng)合理，無(wú)需花費(fèi)過(guò)多的人力財(cái)力便可達(dá)到預(yù)期所要求各功能的實(shí)現(xiàn)，也符合課題研究的意義。設(shè)計(jì)的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點(diǎn)等可以為國(guó)內(nèi)自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)器人、采礦勘探機(jī)器人、家用自動(dòng)清潔機(jī)器人等自動(dòng)半自動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與普及有一定的參考意義。小車(chē)也可以作為玩具的發(fā)展對(duì)象，為中國(guó)玩具市場(chǎng)技術(shù)含量的缺乏進(jìn)行一

13、定的彌補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益，形成商業(yè)價(jià)值。同時(shí)作為高校畢業(yè)設(shè)計(jì)研究課題，對(duì)學(xué)生的思維、動(dòng)手能力以及總結(jié)論述等綜合能力得到充分鍛煉，有利于以后獨(dú)立及全面的發(fā)展。 設(shè)計(jì)主要以簡(jiǎn)易智能機(jī)器人為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，選擇通用、價(jià)廉的51單片機(jī)為控制平臺(tái)，選擇常見(jiàn)的電機(jī)模型車(chē)為機(jī)械平臺(tái)，通過(guò)細(xì)化設(shè)計(jì)要求，結(jié)合傳感器技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)等相關(guān)知識(shí)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的各種功能。設(shè)計(jì)完成以由無(wú)線電遙控、紅外線對(duì)管的自動(dòng)尋跡、紅外線自動(dòng)避障以及語(yǔ)音控制組成的硬件模塊結(jié)合軟件設(shè)計(jì)組成多功能智能小車(chē)，共同實(shí)現(xiàn)小車(chē)的前進(jìn)倒退、轉(zhuǎn)向行駛，自動(dòng)根據(jù)地面黑線尋跡導(dǎo)航，檢測(cè)障礙物后停止和語(yǔ)音信號(hào)的控制等功能，實(shí)現(xiàn)智能控制，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

14、 2 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(chē)。小車(chē)具有以下幾個(gè)功能：自動(dòng)避障功能；尋跡功能（按路面的黑色軌道行駛）；無(wú)線遙控功能和語(yǔ)音控制。作品既可以對(duì)高端智能化進(jìn)行剖析，也可以作為高級(jí)智能玩具發(fā)展對(duì)象，同時(shí)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(dòng)機(jī)為主驅(qū)動(dòng)，通過(guò)各類(lèi)傳感器件來(lái)采集各類(lèi)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(dòng)作，以達(dá)到自身控制。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用高電壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)集成芯片L293D；避障采用紅外線收發(fā)來(lái)完成，自動(dòng)尋跡采用紅外線接收二極管完成；無(wú)線遙控則是采用帶有PT2272解碼的TDL-9

15、915接收模塊和帶有PT2262編碼的TDL9988-4發(fā)送模塊完成以及附加功能的語(yǔ)音模塊是以柱極式話筒脈沖波經(jīng)過(guò)處理后完成。最后由控制單元處理數(shù)據(jù)后通過(guò)匯編程序有序合理的將各模塊信號(hào)整合在一起并完成相應(yīng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了智能控制，相當(dāng)于簡(jiǎn)易機(jī)器人[2]。 2.1 各模塊分析選擇 通過(guò)收集各硬件模塊資料信息，對(duì)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。 2.1.1 主控單元方案比較與選擇 方案一：采用各類(lèi)數(shù)字電路來(lái)組成小車(chē)的控制系統(tǒng)，對(duì)外圍避障信號(hào)，自動(dòng)尋跡信號(hào)，無(wú)線遙控信號(hào)，語(yǔ)音控制信號(hào)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(chē)智能化的擴(kuò)展，對(duì)各路信號(hào)處理比較困難。

16、方案二：采用AT89S51單片機(jī)來(lái)作為整機(jī)的控制單元。紅外線探頭采用市面上通用的發(fā)射管與及接收頭，經(jīng)過(guò)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(duì)路面信號(hào)采集，送到單片機(jī)系統(tǒng)處理，同樣包括無(wú)線遙控信號(hào)和語(yǔ)音控制信號(hào)。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來(lái)解決復(fù)雜的硬件電路部分，使系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)潔化，各類(lèi)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(jiǎn)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(lái)實(shí)現(xiàn)。 2.1.2 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(duì)超聲波的反射，會(huì)影響系統(tǒng)對(duì)障礙物的判斷

17、。 方案二：采用紅外線避障，利用單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生38KHz信號(hào)對(duì)紅外線發(fā)射管進(jìn)行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時(shí)候反射回來(lái)，紅外線接收管對(duì)反射回來(lái)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，輸出比較電平。外界對(duì)紅外信號(hào)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(duì)外界紅外線的接收強(qiáng)弱來(lái)判斷障礙物的遠(yuǎn)近，由于紅外線受外界可見(jiàn)光的影響較大，因此通過(guò)調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生38KHz的載波來(lái)減少外界的一些干擾。只要障礙物在限定范圍內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)的電平供單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)避障功能。 2.1.3 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

18、極管受可見(jiàn)光的影響較大，穩(wěn)定性差。 方案二：利用集成型紅外對(duì)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，紅外線二極管進(jìn)行接收。采用紅外線發(fā)射，外面可見(jiàn)光對(duì)接收信號(hào)的影響較小，再用射極輸出器對(duì)信號(hào)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(chē)底部的某邊紅外線收發(fā)對(duì)管遇到黑帶時(shí)，可以檢測(cè)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(guò)程序控制小車(chē)哪邊輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)改變方向。這樣不斷循環(huán)檢測(cè)，方向控制，使小車(chē)按黑線行走。 2.1.4 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(zhuān)用集成電路芯片來(lái)進(jìn)行控制操作，發(fā)射部分包括鍵盤(pán)

19、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(duì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且使用的時(shí)候必須將遙控器前的紅外發(fā)射孔對(duì)準(zhǔn)接收管才可以。 方案二：無(wú)線電遙控也由發(fā)射和接收兩大部分組成，由于無(wú)線電遙控模塊在市場(chǎng)上非常普及，加上無(wú)線電遙控有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、無(wú)方向性等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于小車(chē)的控制是一個(gè)不錯(cuò)的選擇[4]。 方案三：超聲波遙控是利用超聲波來(lái)傳送指令的遙控，可以應(yīng)用于需要遙控、遙測(cè)的場(chǎng)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(duì)上面兩種價(jià)格較貴，而且對(duì)于小車(chē)的遙控也太過(guò)于夸大化。

20、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(wú)線電遙控。采用帶有PT2272解碼的TDL-9915接收模塊和帶有PT2262編碼的TDL9988-4發(fā)送模塊完成。 2.1.5 語(yǔ)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(hào)來(lái)完成聲音提示，經(jīng)放大整形后產(chǎn)生一個(gè)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

21、序編制過(guò)程過(guò)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(hào)，通過(guò)三極管放大信號(hào)，使信號(hào)通過(guò)整流的二極管得到一個(gè)脈沖信號(hào)，并經(jīng)過(guò)74HC04取反后供單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)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(gè)外部傳感器檢測(cè)得到的電平信號(hào)，其中外部信號(hào)有四部分得到：尋跡模塊，避障模塊，遙控模塊和語(yǔ)音模塊。最后把處理結(jié)果傳遞給小車(chē)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(yǔ)音控制 自動(dòng)尋跡 避障模塊 無(wú)線遙控 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 圖2-1 總體設(shè)計(jì)框圖 3 硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)硬

22、件主要有六大模塊組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊、無(wú)線遙控模塊、紅外對(duì)管尋跡模塊、紅外線避障模塊、電機(jī)控制模塊和語(yǔ)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(hào)I/O口組成，其中最小系統(tǒng)包括電源（地），CPU時(shí)序電路（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(gè)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(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、

23、非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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(wèn)題。利用AT89S51的I／O端口對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷監(jiān)控來(lái)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(jiàn)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) 3.1.1 時(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生有兩種方法：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。 系統(tǒng)的時(shí)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

24、路。AT89單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)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(gè)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(gè)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(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、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(shí)，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。 3.1.2

25、復(fù)位電路 復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)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(dòng)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“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。 圖3-2 復(fù)位電路 上電時(shí)，+5V電源立即對(duì)單片機(jī)芯片供電，同時(shí)經(jīng)電阻R對(duì)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

26、機(jī)實(shí)現(xiàn)了上電復(fù)位。按鈕按下時(shí)，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(mén)在這里不僅起了反向作用，還增大了驅(qū)動(dòng)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(dòng)作[5]。 3.1.3 燒寫(xiě)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)輸入移位脈沖，P1.6(MISO)串行輸出，P1.5(MOSI)串行輸入。被燒寫(xiě)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(xiě)接口電路。 圖3-3 燒寫(xiě)接口電路 3.2 無(wú)

27、線遙控模塊 此模塊實(shí)現(xiàn)了無(wú)線電遠(yuǎn)距離控制小車(chē)的停啟、方向行駛的功能，在整個(gè)小車(chē)系統(tǒng)中起到不可忽視的作用。 3.2.1 無(wú)線遙控工作原理 圖3-4是無(wú)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(kāi)關(guān)或電位器等)控制，操縱者通過(guò)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(hào)，例如：用頻率為270Hz的正弦信號(hào)作為控制左舵的指令，用頻率為350Hz的正弦信號(hào)作為控制右舵的指令，即不同頻率的正弦信號(hào)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(hào)的幅度及相位特征、脈沖信號(hào)的

28、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(wú)線電遙控設(shè)備方框圖 編碼電路產(chǎn)生的指令信號(hào)都是頻率較低的電信號(hào)，無(wú)法直接傳送到遙控目標(biāo)上去，還要將指令信號(hào)送到發(fā)射電路，使它載在高頻信號(hào)(載波)上，才能由發(fā)射天線發(fā)送出去。我們把指令信號(hào)載到載波上去的過(guò)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(hào)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。接收電路又包括高頻部分及解調(diào)器部分。由接收天線送來(lái)的微弱信號(hào)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(lái)的各種指令信號(hào)是混雜在一起的、還要送到譯碼電

29、路譯碼。譯碼電路的工作就象把卸下來(lái)的貨物鑒別分類(lèi)，再分別送到使用場(chǎng)地一樣，它對(duì)各種指令信號(hào)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(hào)放大到具有一定的功率，用以驅(qū)動(dòng)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(dòng)作，例如電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)、電磁鐵的吸動(dòng)等，帶動(dòng)被控的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控目標(biāo)的控制[6]。 本模塊采用的無(wú)線遙控是市場(chǎng)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。 圖3-5 TDL-9915 和TDL9988-4 3.2.2 PT2262/2272 芯片 編碼芯片PT2262 發(fā)出的編碼信號(hào)由：地址碼

30、、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片PT2272 接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過(guò)兩次比較核對(duì)后，VT 腳才輸出高電平，與此同時(shí)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(huì)連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒(méi)有按鍵按下時(shí)，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(shí)，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(hào)，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(hào)，當(dāng)17 腳為低平期間315MHz 的高頻發(fā)射電路停止振蕩，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(hào)，從而對(duì)高頻電

31、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(duì)應(yīng)的電平狀態(tài)，直到下次遙控?cái)?shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)改變。M表示非鎖存輸出，數(shù)據(jù)腳輸出的電平是瞬時(shí)的而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對(duì)應(yīng)，可以用于類(lèi)似點(diǎn)動(dòng)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(shí)（PT2272-M4)，對(duì)應(yīng)的地址編碼應(yīng)該是8位，如果采用6路的并行數(shù)據(jù)時(shí)(PT2272-M6)，對(duì)應(yīng)的地址編碼應(yīng)該是6位。如圖 3-7

32、 PT2272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1～8 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(duì)使用。同一個(gè)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(duì)管尋跡模塊 尋跡是指小車(chē)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(cè)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(chē)行駛過(guò)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(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車(chē)上的接收管接收；如

33、果遇到黑線則紅外光被吸收，小車(chē)上的接收管接收不到紅外光[7]。由此過(guò)程來(lái)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(lái)執(zhí)行小車(chē)電機(jī)確定行走路線。 3.3.1 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(gè)紅外線尋跡過(guò)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（L

34、M393）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(shí)，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(chē)進(jìn)入尋跡模式后，即單片機(jī)開(kāi)始不停地掃描與探測(cè)器連接的單片機(jī)I/O口，一旦檢測(cè)到某個(gè)I/O口有信號(hào)，即進(jìn)入判斷處理程序,先確定2個(gè)探測(cè)器中的哪一個(gè)探測(cè)到了黑線，如果左面?zhèn)鞲衅鳎t燈亮）探測(cè)到黑線，即小車(chē)左半部分壓到黑線，車(chē)身向右偏出，此時(shí)應(yīng)使小車(chē)向左轉(zhuǎn)；如果右面?zhèn)鞲衅鳎S燈亮）探測(cè)到了黑線，即車(chē)身右半部壓住黑線，小車(chē)向左偏出了軌跡，則應(yīng)使小車(chē)向右轉(zhuǎn)。在經(jīng)過(guò)了方向調(diào)整后，

35、小車(chē)再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測(cè)黑線重復(fù)上述動(dòng)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(guò)大而燒壞；由R14和一個(gè)可變電阻組成的電路為參考電壓電路，由于檢測(cè)小車(chē)行駛的過(guò)程會(huì)因環(huán)境或則黑線材料的改變使輸出電壓成一個(gè)變化值，所以通過(guò)可變電阻來(lái)改變參考電壓，使能正常運(yùn)行；同時(shí)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(duì)傳感器在起作用。 3.3.2 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

36、3-1 引腳功能表 引出端序號(hào) 功能 符號(hào) 引出端序號(hào) 功能 符號(hào) 1 輸出端1 OUT1 5 正向輸入端2 1N+(2) 2 反向輸入端1 1N-(1) 6 反向輸入端2 1N-(2) 3 正向輸入端1 1N+(1) 7 輸出端2 OUT2 續(xù)表3-1 4 地 GND 8 電源 VCC 3.4 紅外避障模塊 紅外避障模塊主要實(shí)現(xiàn)小車(chē)的避障處理，當(dāng)小車(chē)檢測(cè)到前面有障礙物時(shí)，由單片機(jī)發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)小車(chē)停止功能。其實(shí)現(xiàn)原理與紅外線對(duì)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(wèn)題），所以采用了自制紅外接發(fā)

37、電路。 3.4.1 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(jiàn)光的干擾，實(shí)現(xiàn)避障有效距離50CM左右，更好的完成對(duì)電機(jī)的控制。如圖3-11 紅外線避障電路原理圖。通過(guò)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(hào) （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(shí)內(nèi)部三極管T導(dǎo)通，此時(shí)電容C通過(guò)和T放電，下降，當(dāng)下降到/3時(shí)，翻轉(zhuǎn)為高電平。當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，T截止，通過(guò)、向電容C充電，

38、上升到/3時(shí)，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(gè)周期性的矩形波，由3腳輸出，再通過(guò)三極管9013驅(qū)動(dòng)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(gè)能產(chǎn)生精確定時(shí)脈沖的高穩(wěn)度控制器，其輸出驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)200MV。在多諧振蕩器工作方式時(shí)，其輸出的脈沖占空比由兩個(gè)外接電阻和一個(gè)外接電容確定；在單穩(wěn)態(tài)工作方式時(shí)，其延時(shí)時(shí)間由一個(gè)外接電阻和一個(gè)外接電容確定，可延時(shí)數(shù)微秒到數(shù)小時(shí)。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

39、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(dòng)模塊 小車(chē)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(dòng)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(dòng)，設(shè)計(jì)用來(lái)接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載(比如繼電器，直流和步進(jìn)馬達(dá))，和開(kāi)關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。L293D可直接的對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，無(wú)須隔離電路。通過(guò)單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)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(duì)應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，有效控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，如圖3-13 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖。J

40、16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(shí)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(shí)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(shí)實(shí)現(xiàn)停止；最后結(jié)合左右電機(jī)通過(guò)單片機(jī)共同實(shí)現(xiàn)小車(chē)的前后左右四個(gè)方向行駛[9]。 圖 3-13 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖 3.6 語(yǔ)音控制模塊 本模塊為小車(chē)的附加功能模塊，主要采用柱極式話筒接收聲波信號(hào)，通過(guò)三極管放大電路放大信號(hào)，使信號(hào)經(jīng)過(guò)電容和整流的二極管得到一個(gè)電壓峰值為一伏的脈沖信號(hào)，并經(jīng)過(guò)74HC04取反后供單片機(jī)控制

41、，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制[10]。如圖3-14 語(yǔ)音控制模塊原理圖。 圖3-14 語(yǔ)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(lái)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(lái)確定。但由于9013管的自身特性，使的其最大的放大電壓為1伏，經(jīng)過(guò)電容的整形形成直流電壓輸入二極管。當(dāng)話筒沒(méi)有接受到一定強(qiáng)度的聲波時(shí)，由于二極管的管壓降，使電壓不能經(jīng)過(guò)其到非門(mén)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(hào)經(jīng)放大后超過(guò)二極管的管壓降，非門(mén)的輸入端上有一個(gè)正電壓，而使輸出端為低

42、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(yǔ)音控制。 4 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)小車(chē)智能運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵所在，相當(dāng)于人類(lèi)大腦思維活動(dòng)，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)可將各個(gè)變化信號(hào)數(shù)據(jù)有效的結(jié)合處理，產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作反應(yīng)。在小車(chē)運(yùn)行的控制過(guò)程中，我們采用模糊控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)樣本訓(xùn)練。 4.1 模糊控制算法 4.1.1 模糊理論的發(fā)展 20世紀(jì)60年代，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)著名教授扎德發(fā)表了一篇關(guān)于模糊集合的論文，由此提出了模糊理論。四十多年來(lái)，在模糊理論算法、模糊推理、工業(yè)控制應(yīng)用，以及穩(wěn)

43、定性理論研究方面，都有不少研究論文發(fā)表。 80年代后，自動(dòng)控制系統(tǒng)隨著被控對(duì)象的復(fù)雜化，它不僅表現(xiàn)在控制系統(tǒng)具有多輸入、多輸出的強(qiáng)偶合性、參數(shù)時(shí)變性和嚴(yán)重的非線性等特性，更突出的是從系統(tǒng)對(duì)象所能獲取的知識(shí)信息量相對(duì)的減少，以及與此相反的對(duì)控制性能的要求卻日益高度化。 如今，對(duì)模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、模糊推理算法，以及模糊控制穩(wěn)定性等問(wèn)題的研究成果已進(jìn)入實(shí)用化時(shí)期，其成果應(yīng)用主要集中于工業(yè)窯爐方面，如退火爐，電弧冶煉爐，水泥爐及造紙機(jī)的控制等。 目前，模糊控制技術(shù)有了更大的發(fā)展，過(guò)去將大型機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程作為控制對(duì)象，而現(xiàn)在模糊控制技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始大量應(yīng)用在家用電器、交通工具等方面。 4.1.

44、2 模糊控制算法原理 模糊控制的關(guān)鍵和核心是模糊控制規(guī)則，即用人的自然語(yǔ)言對(duì)操作者的手動(dòng)控制策略加以描述，得到一些不精確的、定性的、判定的規(guī)則，這些規(guī)則就是模糊控制技術(shù)中的模糊控制規(guī)則。這些模糊控制規(guī)則的來(lái)源是根據(jù)操作者對(duì)被控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)性的認(rèn)識(shí)、表達(dá)和對(duì)被控對(duì)象的控制經(jīng)驗(yàn)，從這些抽出輸入和輸出關(guān)系，加以描述，實(shí)質(zhì)上就是被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。在實(shí)際應(yīng)用中，特別是人工操作控制，并不需要建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。為了模擬人工控制過(guò)程，對(duì)人工控制操縱的經(jīng)驗(yàn)和策略進(jìn)行歸納、總結(jié)，建立一系列的模糊控制規(guī)則，將這些規(guī)則進(jìn)行一定的處理便產(chǎn)生相應(yīng)的模糊控制算法，利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些模糊語(yǔ)句，此時(shí)就構(gòu)成了一個(gè)模糊

45、控制器，而其中的模糊控制算法則描述了控制器的行為特征。 對(duì)于模糊控制規(guī)則的建立方法很多，主要有：以專(zhuān)家知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)建立模糊控制規(guī)則；以熟練操作者的手動(dòng)操作策略、經(jīng)驗(yàn)和測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)建立模糊控制規(guī)則，根據(jù)被控對(duì)象的模糊模型建立模糊控制規(guī)則以及根據(jù)學(xué)習(xí)算法建立模糊控制規(guī)則等。 模糊控制的控制過(guò)程，如果由人來(lái)實(shí)現(xiàn)，都是按照這樣的一個(gè)順序進(jìn)行的：感覺(jué)器官的觀測(cè)（獲取信息）-----人腦的思維、判斷（存儲(chǔ)和處理信息）-----手動(dòng)的調(diào)整（信息的實(shí)施）。 4.1.3 智能小車(chē)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(chē)通過(guò)經(jīng)驗(yàn)和測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)建立模糊控制規(guī)則。其主要控制過(guò)程為：尋跡與避

46、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(jué)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(chǔ)和處理信息，通過(guò)訓(xùn)練樣本庫(kù)，測(cè)試出小車(chē)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(hào)、語(yǔ)音信號(hào)等，從而命令智能小車(chē)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(guò)遙控啟動(dòng)后，小車(chē)一直處于自動(dòng)尋跡和尋找障礙信號(hào)的狀態(tài)中，當(dāng)避障信號(hào)和遙控信號(hào)任一信號(hào)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(yǔ)音控制則是實(shí)現(xiàn)當(dāng)外部有一定強(qiáng)度的信號(hào)進(jìn)入控制核心就對(duì)整個(gè)小車(chē)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(kāi)始 初始化各端口 查

47、詢按鍵 向前D按下？ N Y 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 Y Y Y N N N 中斷 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 語(yǔ)音控制 行駛停止 中斷返回 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 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(chē)整個(gè)系統(tǒng)功能。小車(chē)以自動(dòng)尋跡為主體，不斷測(cè)試避障信號(hào)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)避障，并通過(guò)遙控控制小車(chē)的方向行駛。此程序主要以查詢方式實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也結(jié)合了語(yǔ)音控制的中斷方式，主體程序如下： 5 制作和調(diào)試 5.1 使用的儀器儀表及軟件 數(shù)字萬(wàn)用表

48、 DT9203 單片機(jī)仿真器 WAVE6000 燒寫(xiě)器 GF2100 直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源 DH1718E-5 示波器 DF1641D 畫(huà)圖制板軟件 PROTEL DXP 編譯軟件 ISP在線編譯 電烙鐵 TLW-30 5.2 系統(tǒng)制作 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的制作主要是硬件制作，包括三個(gè)部分：面包板上的調(diào)試，PCB電路板的制作，各元器件的焊接和模塊的連接。面包板上的調(diào)試是保證系統(tǒng)功能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，

49、在各個(gè)模塊都能產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)后可以根據(jù)電路圖制作集成PCB電路板，使系統(tǒng)電路美觀而且更能保證穩(wěn)定性，最后通過(guò)焊接元器件，實(shí)現(xiàn)有效功能后連接到小車(chē)平臺(tái)上，形成完美整體。 其中制作集成PCB電路板過(guò)程最為復(fù)雜，在面包板上的調(diào)試過(guò)程完成后根據(jù)已有的電路，將其通過(guò)電路畫(huà)圖軟件得到原理圖并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化生成PCB圖。在得到PCB電路圖后，通過(guò)1：1比例打印到熱轉(zhuǎn)印紙，熱轉(zhuǎn)印紙轉(zhuǎn)印到已經(jīng)截好的銅板上，放進(jìn)三氯化鐵溶液中腐蝕得到成型電路板，最后根據(jù)板上的焊盤(pán)進(jìn)行鉆孔，完成PCB電路板制作[12]。 5.3系統(tǒng)調(diào)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，

50、所以方便對(duì)各電路模塊功能進(jìn)行逐級(jí)測(cè)試：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊的調(diào)試、無(wú)線遙控模塊的調(diào)試、紅外對(duì)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(yǔ)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(cè)試。 5.3.1硬件調(diào)試 對(duì)各個(gè)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(shí)通過(guò)程序延時(shí)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速。如表5-1為電機(jī)測(cè)試記錄。 表5-1 電機(jī)測(cè)試記錄 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 小車(chē)行駛狀態(tài) 0 1

51、 1 0 小車(chē)向前行駛 1 0 0 1 小車(chē)向后行駛 0 1 0（1） 0（1） 小車(chē)向前右轉(zhuǎn) 0（1） 0（1） 1 0 小車(chē)向前左轉(zhuǎn) 1 0 0（1） 0（1） 小車(chē)向左后退 0（1） 0（1） 0 1 小車(chē)向右后退 0（1） 0（1） 0（1） 0（1） 小車(chē)停止行駛 2 無(wú)線遙控 此功能實(shí)現(xiàn)四個(gè)按鍵控制四路方向，按下“D”，小車(chē)向前行駛，“B”對(duì)應(yīng)向后，“C”對(duì)應(yīng)向左，“A”則實(shí)現(xiàn)向右行駛功能。經(jīng)過(guò)多次的測(cè)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(cè)試記錄分析 次數(shù) 第1次 第2次 第3次

52、 第4次 第5次 第6次 第7次 按鍵 D A C B C D A 駛向 前 右 左 后 左 停 停 距離 1M 0.9M 1M 0.5M 1.5M 3M 2.5M 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 B D C A B C D 駛向 后 前 停 右 后 左 前 距離 0.5M 2M 2M 1M 0.5M 1.5M 0.3M 續(xù)表5-2 最佳距 1.5M以內(nèi) 成功率 11/14=89.6% 3 紅外對(duì)管尋跡 尋跡對(duì)管有兩個(gè)

53、組成，所以分別調(diào)試其兩路有效信號(hào)。當(dāng)兩對(duì)管都放置黑線之外的白色地板上時(shí)，單片機(jī)對(duì)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(duì)應(yīng)電平變高，為4.2V左右，同時(shí)指示等紅燈亮，說(shuō)明要控制小車(chē)右轉(zhuǎn)；當(dāng)在右邊時(shí)同左邊情況對(duì)應(yīng)，需控制左轉(zhuǎn)。其中選取八次硬件測(cè)試記錄如下表5-3： 表5-3 尋跡硬件測(cè)試記錄 測(cè)試次數(shù) 第1次 第2次 第3次 第4次 第5次 第6次 第7次 第8次 放置位置 雙管黑線上 左管黑線上 右管黑線上 左管黑線上 雙管黑線上 雙管黑線外 左管黑線上 右管黑線上 放置距離 3CM 2CM 2CM 3

54、CM 5CM 2CM 7CM 4CM P2.4電壓 4.31V 4.12V 0.32V 4.15V 4.21V 0.21V 0.12V 0.21V P2.5電壓 4.18V 0.25V 4.25V 0.30V 4.30V 0.18V 0.21V 4.23V 由上表可以看出小車(chē)的尋跡紅外線管只要放置在離地面4CM之內(nèi)一般都可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸出，而實(shí)際車(chē)頭離地面的距離也只有2-4CM，可以實(shí)現(xiàn)有效控制。 4 紅外線避障 此模塊的檢測(cè)與紅外線尋跡模塊基本一致，相當(dāng)于一路尋跡信號(hào)，在沒(méi)有障礙物時(shí)輸入電壓為0.9V左右，屬于低電平，碰到障礙物電壓跳變?yōu)?.

55、7V左右，以此來(lái)得到單片機(jī)控制。避障數(shù)據(jù)測(cè)試記錄情況如下表5-4： 表5-4 避障數(shù)據(jù)測(cè)試記錄情況 測(cè)試次數(shù) 第1次 第2次 第3次 第4次 第5次 放置距離 30CM 20CM 25CM 50CM 35CM P2.7電壓 0.89V 4.62V 4.62V 0.87V 0.86V 測(cè)試次數(shù) 第1次 第2次 第3次 第4次 第5次 放置距離 15CM 25CM 20CM 30CM 40CM P2.7電壓 4.70V 4.66V 4.65V 0.89V 0.87V 由上表可以得到，在調(diào)節(jié)確定滑變電阻后測(cè)試數(shù)據(jù)可以得到，小

56、車(chē)的避障有效范圍可以達(dá)到30CM左右，同時(shí)也可以再通過(guò)調(diào)節(jié)滑變電阻增加和減小有效距離。 5 語(yǔ)音控制 主要是得到一個(gè)觸發(fā)跳變信號(hào)，經(jīng)過(guò)此電路的連接，連接與單片機(jī)的74HC04的2腳在沒(méi)有一定聲波輸入是屬于高電平，電壓為5V，當(dāng)接收到一定聲波后電壓馬上變?yōu)?.1V，產(chǎn)生了觸發(fā)跳變，供單片中斷口實(shí)現(xiàn)功能。但由于硬件的限制，此信號(hào)得到需要一個(gè)相當(dāng)強(qiáng)的聲音才可實(shí)現(xiàn)效果。 5.3.2 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試采用單片機(jī)仿真器WAVE6000及微機(jī)，將編好的程序進(jìn)行調(diào)試，主要是檢查語(yǔ)法錯(cuò)誤并確認(rèn)硬件完整無(wú)誤。由于本系統(tǒng)是分模塊進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的，所以調(diào)試時(shí)先分模塊進(jìn)行調(diào)試。如小車(chē)紅外線尋跡程序，在調(diào)試時(shí)將它

57、放在一個(gè)子程序里單獨(dú)測(cè)試，看其是否能夠完成預(yù)定的功能，如能，測(cè)試通過(guò)，否則，修改并反復(fù)測(cè)試直到通過(guò)。 雖然在軟件的調(diào)試過(guò)程中，綜合利用了設(shè)定斷點(diǎn)、單步、跟蹤等調(diào)試手段，使得調(diào)試工作更易進(jìn)行。但是也出現(xiàn)了一定的問(wèn)題，如語(yǔ)音程序只能實(shí)現(xiàn)第一次調(diào)用，電機(jī)延時(shí)沒(méi)起到效果等等。通過(guò)了多次分離合并，修改測(cè)試語(yǔ)句以及單片機(jī)外加LED燈觀察現(xiàn)象等方法得以解決，達(dá)到綜合效果。 5.3.3 聯(lián)合調(diào)試 各模塊都調(diào)試通過(guò)之后，將各個(gè)模塊連接起來(lái)與硬件結(jié)合進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。在進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試時(shí)，經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，不斷的來(lái)修改參數(shù)來(lái)完善結(jié)果。使程序按照要求設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行。 6 結(jié)論與展望 本

58、設(shè)計(jì)方案按照任務(wù)書(shū)的要求，以51單片機(jī)為控制核心，結(jié)合無(wú)線遙控模塊、紅外對(duì)管尋跡模塊、紅外線避障模塊、電機(jī)控制模塊和語(yǔ)音控制模塊實(shí)現(xiàn)小車(chē)的自動(dòng)尋跡功能（按路面的黑色軌道行駛），自動(dòng)避障功能，無(wú)線遙控和語(yǔ)音控制功能。基本完成各項(xiàng)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)小車(chē)的智能化行駛。 系統(tǒng)是通過(guò)軟硬結(jié)合的方式，得到硬件檢測(cè)信號(hào)后輸入單片機(jī)各個(gè)對(duì)應(yīng)的I/O接口，通過(guò)匯編程序控制過(guò)程，小車(chē)由遙控啟動(dòng)后，自動(dòng)尋跡，并不斷檢測(cè)遙控、避障和語(yǔ)音信號(hào)，只要得到其中任何一種信號(hào)都將轉(zhuǎn)入它們對(duì)應(yīng)的功能模塊，實(shí)現(xiàn)有效控制。 由于時(shí)間不足以及客觀多方面的困難，整個(gè)小車(chē)相比任務(wù)書(shū)中的要求已經(jīng)簡(jiǎn)化的比較多，伴隨著也出現(xiàn)多個(gè)地方的不足：遙控只能

59、達(dá)到前進(jìn)后退左右轉(zhuǎn)向，不能控制停止；電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)快使尋跡靈敏度不高；語(yǔ)音控制的麥克風(fēng)接收的擊掌聲需非常響才有效果等等。不過(guò)，這些一定的不足有利于激發(fā)我的興趣，不斷改進(jìn)完善小車(chē)：遙控達(dá)到以上功能外還將加入速度控制，停啟等；語(yǔ)音則應(yīng)用語(yǔ)音芯片實(shí)現(xiàn)人類(lèi)語(yǔ)音智能控制；同時(shí)也可以加入里程計(jì)算顯示或則其他溫度、濕度、氣壓的控制檢測(cè)等多方面的功能，達(dá)到智能機(jī)器人的效果。這些也需從工作中學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)，讓自己更上一個(gè)臺(tái)階。 致 謝 本人在做設(shè)計(jì)期間，得到了肖質(zhì)紅老師的精心指導(dǎo)，多次尋找相關(guān)資料，為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓思路。肖老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，高度的敬業(yè)的精神，兢兢業(yè)業(yè)、孜

60、孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對(duì)我產(chǎn)生重要影響。她淵博的知識(shí)、開(kāi)闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時(shí)肖老師致力要求我自己獨(dú)立完成設(shè)計(jì)，培養(yǎng)我以后做事的獨(dú)立性。 持續(xù)幾個(gè)月的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，雖然不是特別完美，但它凝聚了多方的心血，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，同學(xué)們的支持合作，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。和他們的接觸及溝通不僅使我樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。 在此深深得感謝肖老師，和一直在過(guò)程中幫助的鄭老師，以及指導(dǎo)，關(guān)心和幫助的同學(xué)和朋友，

61、感謝你們使得我不斷的在學(xué)習(xí)中進(jìn)步，成長(zhǎng)。 參考文獻(xiàn) [1] 夏美云，張鴻彥.人工智能發(fā)展探討[J]. 焦作大學(xué)學(xué)報(bào)，2005年4期，49～66. [2] 江晉劍，錢(qián)萌.一種基于AT89S52的簡(jiǎn)易智能小車(chē)設(shè)計(jì)[J].科技論文，2007，7，97～100. [3] 船倉(cāng)一郎，土屋 堯，崛桂太郎（日）.機(jī)器人控制電子學(xué)[M].北京：科技出版社，2004，5. [4] 陳繼榮.智能電子制作創(chuàng)新制作——機(jī)器人制作入門(mén)[M].北京：科學(xué)出版社，2007，10. [5] 李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 西安：西安科技大學(xué)出版社，2002，2. [6] 趙負(fù)圖

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64、hashan. Intelligent Technical Audition and Vision Sensors for Walking Robot Realizing Telepresence Functions[J]. Climbing and Walking Robots, 2006,1(4), 387～397. 附錄1 系統(tǒng)實(shí)物圖 附錄2 實(shí)驗(yàn)原理圖 附錄3 畢業(yè)設(shè)計(jì)作品說(shuō)明書(shū) 一、 作品名稱(chēng) 多功能智能小車(chē)的設(shè)計(jì)與制作 二、 作品功能 1、無(wú)線電遙控小車(chē)行駛的方向； 2、按照黑線自動(dòng)尋跡行駛； 3、碰到障礙物停止，并交由遙控控制； 4、語(yǔ)音控制小車(chē)

65、停止； 三、 運(yùn)行環(huán)境 硬件環(huán)境： 尋跡路線多寬，障礙物多遠(yuǎn)，環(huán)境光線多強(qiáng)，聲音強(qiáng)度； 軟件環(huán)境： 軟件運(yùn)行環(huán)境：匯編程序； 四、 操作步驟 1、遙控D鍵啟動(dòng)向前行駛，按鍵控制方向行駛，B向后行駛，C左轉(zhuǎn)，A右轉(zhuǎn)； 2、黑線自動(dòng)尋跡行走，車(chē)頭紅外線接收一定距離障礙物后停止，可由遙控重新控制； 3、低頭向麥克風(fēng)吹下或則足夠的拍手聲可將小車(chē)停止； 五、 注意事項(xiàng) 1、由于小車(chē)的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)快與尋跡信號(hào)檢測(cè)的輸入形成時(shí)間差，使得小車(chē)的尋跡靈敏度有一定的降低，所以需注意尋跡黑線適當(dāng)鋪寬。 2、避障模塊的靈敏度相對(duì)較高，需注意環(huán)境光線，應(yīng)適當(dāng)昏暗。