非接觸式門禁中斷控制系統(tǒng)智能家居洗衣機的論文

1、設(shè)計題目：非接觸式門禁中斷控制系統(tǒng)系 別： 信息科學(xué)系 專 業(yè)： 電子信息工程 姓 名： 陳炳、黃成、周冉冉 指導(dǎo)教師： 楊增旺 完成時間 2013年4月23日 摘要stc89s52單片機是一款八位單片機，他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。這里介紹的是如何用stc89s52單片機來實現(xiàn)智能小車的設(shè)計。本系統(tǒng)以設(shè)計題目的要求為目的，采用stc89s52單片機為控制核心，利用紅外光電管檢測道路上黑線，快慢速行駛，實現(xiàn)自動尋跡和尋光，以及超車功能。整個系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高。實驗測試結(jié)果滿足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的軟硬件各模塊設(shè)計方法及測試結(jié)果分析。 采用的技術(shù)主要有： 通過編

2、程來控制小車循跡； 使用l298來控制小車的速度和轉(zhuǎn)向； 光電開關(guān)的有效應(yīng)用； 紅外對管的采用.關(guān)鍵詞 stc89s52單片機、光電檢測器、智能小車 目 錄一 緒論.4二 方法論正與比較,42.1 軌跡探測模塊設(shè)計與比較.42.2數(shù)據(jù)存儲較. 52.3 障礙探測模塊方案分析與較.52.4 電機驅(qū)動調(diào)速系統(tǒng).62.5 電源系統(tǒng).72.6 系統(tǒng)原理圖.8三、 小車硬件設(shè)計.93.1 電源模塊設(shè)計. 93.2 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計.93.3 循跡模塊設(shè)計.103.4 后輪驅(qū)動模塊設(shè)計.113.5 洗衣機模擬. . . .12四、小車軟件設(shè)計.134.1 黑線檢測程序,.144.2 后輪電機的控制 .

3、14五、 測試數(shù)據(jù)及結(jié)論. 1 5六、總結(jié).16附錄1：程序頭文件及變量說明.附錄2：源程序.一、緒論本設(shè)計采用stc89s52單片機為簡易智能小車的核心器件。循跡模塊由若干個紅外對管組成，通過反射紅外線的變化判斷黑線的有無以達到循跡的功能，電源模塊采用電池兩路供電，單片機與大電流器件分開供電，避免大電流器件對單片機造成干擾，電機驅(qū)動模塊選用常用的h橋驅(qū)動芯片l298n結(jié)合單片機來控制電機工作，運用機械臂加持模擬并實現(xiàn)晾曬功能。技術(shù)報告以智能小車的設(shè)計為主線，包括小車的構(gòu)架設(shè)計、軟硬件設(shè)計，以及控制算法研究等，共分為五章。其中，第一章為引言部分；第二章主要介紹了小車的總體方案的選取，對單片機資

4、源的分配作了說明。第三章對小車的硬件設(shè)計進行了詳細的介紹，主要介紹了電路的設(shè)計；第四章描述了小車的軟件設(shè)計和相關(guān)算法。第五章中敘述了我們在設(shè)計過程中遇到的問題和解決方法。二、方案論證與比較1軌跡探測模塊設(shè)計與比較方案一、使用簡易光電傳感器結(jié)合外圍電路探測。由于所采用光電傳感器實際效果并不理想，對行駛過程中的穩(wěn)定性要求很高，且誤測幾率較大、易受光線環(huán)境和路面介質(zhì)影響。在使用過程極易出現(xiàn)問題，而且容易因為該部件造成整個系統(tǒng)的不穩(wěn)定。故最終未采用該方案。方案二、利用兩只光電開關(guān)。分別置于軌道的兩側(cè)，根據(jù)其接受到白線的先后來控制小車轉(zhuǎn)向來調(diào)整車向，但測試表明，如果兩只光電開關(guān)之間的距離很小，則約束了速

5、度,如果著重于小車速度的提升，則隨著車速的提升，則勢必要求兩只光電開關(guān)之間的距離加大，從而使得小車的行駛路線脫離軌道幅度較大，小車將無法快速完成準確的導(dǎo)向從而有可能導(dǎo)致尋跡失敗。方案三、用兩只紅外對管。兩只置于軌道兩邊，當小車脫離軌道時，即當置于中間的一只光電開關(guān)脫離軌道時，等待外面任一只檢測到黑線后，做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向調(diào)整，直到 中間的光電開關(guān)重新檢測到黑線（即回到軌道）再恢復(fù)正向行駛。現(xiàn)場實測表明，雖然小車在尋跡過程中有一定的左右搖擺，但只要控制好行駛速度就可保證車身基本上接近于沿靠軌道行駛。綜合考慮到尋跡準確性和行駛速度的要求，采用方案三。圖1-12數(shù)據(jù)存儲比較方案一、采用外接rom 進行存

6、儲。采用外接rom 進行存儲是保存實驗數(shù)據(jù)的慣用方法，其特點是在單片機斷電之后仍然能保存住數(shù)據(jù)，但無疑將增大軟硬開銷和時間開銷。方案二、直接用單片機內(nèi)部的ram 進行存儲。雖然不能在斷電后保存數(shù)據(jù)，但可以在實驗結(jié)束后根據(jù)按鍵顯示相應(yīng)值。而且本實驗的數(shù)據(jù)存儲不大，采用ram 可以減少io 接口的使用，便利io 接口分配，故此方案具有成本低、易實現(xiàn)的優(yōu)點，更符合實際需求。鑒于方案二的以上優(yōu)點，綜合比較，本方案采用方案二。3. 電機驅(qū)動調(diào)速系統(tǒng)方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或者數(shù)字電位器調(diào)整電動機的分壓，從而達到降速的目的。但是，電阻網(wǎng)絡(luò)只能實現(xiàn)有級降速；而數(shù)字電阻的元器件價格昂貴。最重要的問題是，一般電動機

7、的電阻很小，電流很大，分壓不僅降低效率，而且難以實現(xiàn)。方案二：采用繼電器對電動機的開/關(guān)進行控制，通過開關(guān)的切換對小車的速度進行調(diào)整。這個電路的優(yōu)點是比較簡單，但是繼電器的響應(yīng)時間比較慢、機械結(jié)構(gòu)易壞、壽命較短、可靠性不高。方案三：采用達林頓管組成的h型pwm電路。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，可精確調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在飽和截止模式下，效率非常高；h型電路保證了可以簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也高，是廣泛采用的pwm調(diào)速技術(shù)。方案分析：由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。根據(jù)以上綜合比較，以及本設(shè)計中受

8、控電機的容量和直流電機調(diào)速的發(fā)展方向，本設(shè)計采用了h型單極型可逆pwm變換器進行調(diào)速。脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱pwm變換器。脈寬調(diào)速也可通過單片機控制繼電器的閉合來實現(xiàn)，但是驅(qū)動能力有限。為順利實現(xiàn)電動小汽車的前行與倒車，本設(shè)計采用了可逆pwm變換器?？赡鎝wm變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有h型、t型等類型。我們在設(shè)計中采用了常用的雙極式h型變換器，它是由4個三極電力晶體管和4個續(xù)流二極管組成的橋式電路。5. 電源系統(tǒng)上圖為lm2940-5.0封裝和實物圖方案一：所有元器件采用單一電源。它供電簡單，方便靈活，減小了車載質(zhì)量和摩擦阻力。但是電機啟動瞬間電流很大，而且pwm驅(qū)動的電機

9、電流波動較大，會造成電壓不穩(wěn)定、有毛刺干擾等，不適用于要求電源穩(wěn)壓的cpu，嚴重時可能造成系統(tǒng)掉電。方案二：單片機必須與大電流器件分開供電，避免大電流器件對單片機造成干擾，采用兩路供電，這樣可以使用其中一路單獨為單片、指示燈供電，另外一路提供l298n、光電管、舵機的工作電壓。介于設(shè)計穩(wěn)定性考慮，采用方案二。6.系統(tǒng)原理圖三、 小車硬件設(shè)計3.1 電源模塊設(shè)計電源模塊為系統(tǒng)其它各個模塊提供所需要的電源，設(shè)計中，除了要考慮到電壓范圍和電流容量等基本參數(shù)之外，還要在電源轉(zhuǎn)換效率、降低噪聲、防止干擾和電路簡單等方面進行優(yōu)化?？煽康碾娫捶桨甘钦麄€硬件電路穩(wěn)定可靠運行的基礎(chǔ)。為此，采用兩路供電，這樣避免

10、大電流器件對單片機造成干擾。圖3-13.2 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 單片機是小車的控制中心，單片機最小系統(tǒng)的合理設(shè)計是小車平穩(wěn)運行的前提，圖3.2 為52單片機最小系統(tǒng)的幾個部分：1、晶振電路，單片機要想工作必須有一個外部時鐘源，這個時鐘源有外部晶振產(chǎn)生，具體電路為圖中的y1、c2、c3.在做電路辦事晶振和電容要靠近18腳和19腳放置。 2、復(fù)位電路，復(fù)位電路包括商店復(fù)位和手動復(fù)位兩部分，51系列單片機多為高電平復(fù)位，即采用上電復(fù)位，其原理就是利用電容充電的一段時間將復(fù)位腳拉至高電平，使單片機完成復(fù)位。3、isp下載接口，改下載接口在實際制作是可以用雙排的5*2的排針代替，電路是根據(jù)標準的isp下

11、載線來設(shè)計的，與常用的并口下載線，串口下載線和筆記本用的usbasp下載線兼容，只需將下載線接口插到本接口上就可以直接向單片機燒寫程序。圖3-2圖3-3 isp實物接口3.3 循跡模塊設(shè)計 循跡模塊完成的是黑線的識別功能，其主要采用多個紅外光電管，紅外光電管分為兩部分，一部分為無色透明類似于led的紅外發(fā)射部分，另外一部分為黑色的紅外接收部分。圖3.3為紅外檢測的基本電路圖。圖中r1為限流電阻，r2、r3為分壓電阻，lm339為電壓比較器，為了保證在輸出高電平時有5v左右的高電平輸出。只有多個紅外光電管并聯(lián)才能夠起到良好的檢測效果，在實際應(yīng)用中光電管的排列方式，排列間距是有講究的，為此，本作品

12、采用“一”字型排列，將兩個紅外光電管的間距設(shè)置為黑線的寬度。 圖3-4 光電管布局 圖3-5 3.4 后輪驅(qū)動模塊設(shè)計圖3-8 l298的實物圖和封裝圖 圖3-9 l298電路圖電路圖中有兩個電源，一路為l298工作需要的5v電源vcc，一路為驅(qū)動電機用的電池電源vss。圖中的續(xù)流二極管是為了消除電機轉(zhuǎn)動時的尖峰電壓保護電機而設(shè)計。3.5 洗衣機模擬 運用步進電機，無線控制小車以及機械臂自動夾持衣物。四、小車軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計說明在進行微機控制系統(tǒng)設(shè)計時，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實際需要設(shè)計應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計在微機控制系統(tǒng)設(shè)計中占重要地位。對于本系統(tǒng)，軟

13、件更為重要。為了完成上述任務(wù)，在進行軟件設(shè)計時，通常把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊。所謂“模塊”，實質(zhì)上就是所完成一定功能，相對獨立的程序段，這種程序設(shè)計方法叫模塊程序設(shè)計法。模塊程序設(shè)計法的主要優(yōu)點是：單個模塊比起一個完整的程序易編寫及調(diào)試；模塊可以共存，一個模塊可以被多個任務(wù)在不同條件下調(diào)用；模塊程序允許設(shè)計者分割任務(wù)和利用已有程序，為設(shè)計者提供方便。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序定時子程序、避障子程序中斷子程序顯示子程序調(diào)速子程序算法子程序構(gòu)成。本作品的核心電路是一片stc89c52。它是整個控制部分的核心，負責車速控制、電動機驅(qū)動、舵機轉(zhuǎn)向、黑線檢測等功能。程序的總

14、體設(shè)計：頭文件全局變量定義主函數(shù) 端口定時器設(shè)置 死循環(huán) 查詢光電管狀態(tài) 設(shè)定舵機轉(zhuǎn)過角度 設(shè)定后輪轉(zhuǎn)動方向和速度中斷服務(wù)函數(shù)pwm波的產(chǎn)生 首先舵機的控制就是給一定占空比的方波來實現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)角的，其次后輪電機的調(diào)速也是通過不同占空比的方波來實現(xiàn)。 圖4.14.1黑線檢測程序單片機不斷查詢光電管探測傳來的信號，調(diào)整小車轉(zhuǎn)向收到信號的一側(cè)。在設(shè)計中，我們在兩邊各設(shè)了四對反射式紅外發(fā)射接收管，保證了小車沿黑線行進。程序流程見圖4-1所示程序主要采用case語句實現(xiàn)黑線檢測.4.2 后輪電機的控制 因為后輪電機有單片機通過驅(qū)動芯片進行驅(qū)動，那么對后輪電機的控制很顯然也就包括了方向和速度的控制。方向的

15、控制很簡單，前面說過電機和至單片機的的1234四個是一一對應(yīng)的，其中12是一個通道，使能為ena腳控制，高電平有效，34是第二個通道，使能由enb控制。因此可以把電機接在12腳上，因此如果接單片機的12腳分別接在51單片機的p1.0，p1.1兩腳如果在程序中令p1.0 = 1；p1.1 =0；電機正轉(zhuǎn)，則p1.0 = 0；p1.1 =1；電機反轉(zhuǎn)，而如果在程序中對p1.0或1.1腳產(chǎn)生一個pwm波來控制，那么不同的占空比就會讓電機具有不同的速度。 對于電機的調(diào)速控制有以下兩點說明： 1、注意選擇合適的控制頻率，過高可能導(dǎo)致電機不轉(zhuǎn)，頻率過低可能使電機間歇性轉(zhuǎn)動。 2、使用不同占空比的pwm波控

16、制電機時有時雖然在空轉(zhuǎn)的情況下電機速度降低但是同時帶負載的情況會嚴重降低，所以在以往的比賽中經(jīng)常出現(xiàn)有的小車在轉(zhuǎn)彎時出現(xiàn)跑不動的情況，因此應(yīng)注意選擇頻率和占空比。五、 測試數(shù)據(jù)及結(jié)論測試方法與儀器：測試儀器 測試儀器包括秒表、數(shù)字萬用表、信號發(fā)生器、示波器、飛思卡爾電池2、測試方法 數(shù)字萬用表主要用來測試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止/導(dǎo)通狀態(tài)等參數(shù)；信號發(fā)生器與示波器用于測試各光電傳感器信號的接收與傳輸；直流穩(wěn)壓電源在測試期間為各待測系統(tǒng)供電；秒表用于產(chǎn)品測試，按照任務(wù)書的基本要求對制成的電動車進行產(chǎn)品測試。2、結(jié)論在設(shè)計過程中，我首先邊查資料，邊在實驗室焊接小車的線路板。在焊接過程中，

17、我感覺到即使是一個簡單的電路，要想很輕松的焊好，也不是很容易的事情。有時是“虛焊”的原因，有時可能是阻值選錯。在焊接顯示電路時，我就錯將680歐的電阻焊成了6.8千歐。這使我深深感受到理論與實際間的差距。通過這樣的設(shè)計，提高了我的動手能力。每天在實驗室除了焊接線路板，還可以上機編程，使我軟件調(diào)試知識也提高了。 本設(shè)計采用的是at89s52單片機，這主要是因為該單片機的穩(wěn)定性比較好。還可以采用其它系列的單片機。比如采用陵陽單片機，就可以簡化編程，但其穩(wěn)定性不是很好。 待添加的隱藏文字內(nèi)容2六、總結(jié)經(jīng)過小組成員的一致努力，設(shè)計出了具有一定功能的智能小車，達到了預(yù)期的目的。經(jīng)實驗，該智能小車可以沿黑

18、線方向行進一圈，當光電管檢測到十字交叉道是可以沿預(yù)期的方向運動，當?shù)诙螜z測到起跑線時小車可以自動停止運動。提高車速的主要方法：1）在賽車的機械結(jié)構(gòu)上作優(yōu)化。2）舵機的機械調(diào)整。這一內(nèi)容包括對舵機輸出角度的機械放大、舵機反裝等，其中心目的是提高舵機的反應(yīng)速度。3）增強驅(qū)動電機的加減速性能4）在舵機控制算法上優(yōu)化，使之過彎道走內(nèi)彎、s型曲線直接沖過，其中心目的就是使賽車少走彎道，縮短行駛距離。我們在實驗中曾發(fā)現(xiàn)，如果不進行控制算法的優(yōu)化，單純增加賽車的直線速度并不總是能縮短單圈的時間，因為速度快到一定程度后，賽車在過彎時將發(fā)生側(cè)滑，賽車走過的距離增加了，抵消了速度增加帶來的優(yōu)勢。由于時間有限，系

19、統(tǒng)中尚存在許多問題有待改進：抗干擾處理。賽車在賽道上會遇到各種情況，如交叉線、斷續(xù)線，以及還有實驗賽道上的干擾點，以及由環(huán)境光線不均勻造成的干擾。如何確保在任何情況下都能識別出賽道，或者判斷出賽車在場上的位置，需要做進一步的努力。參數(shù)計算的準確性。雖然實現(xiàn)了斜率和曲率的計算，但是其精度仍然不夠理想，特別是在能夠識別的路徑比較段的情況下，計算出的數(shù)據(jù)與實際有很大的偏差。筆者曾設(shè)想了一種基于最小二乘法捏合圓的方法，但是發(fā)現(xiàn)計算極其復(fù)雜，簡化了條件后得出的結(jié)果又不夠理想。這個方面值得繼續(xù)探索。小車的器件盡量選擇價格低廉，保證性價比不要過低。附錄1： 程序頭文件及變量說明#include /包括一個52標準內(nèi)核的頭文件#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit ena=p10; /* l298的