（物聯(lián)網(wǎng)）基于單片機(jī)控制的智能小車設(shè)計(jì)與制作

..............................................4................................................5....................................................6........................................................7 3.1.1直流電機(jī)電路設(shè)計(jì) 3.1.2通道控制 3.1.3電機(jī)調(diào)速 3.1.4驅(qū)動(dòng)模塊 ...........................................15...............................................17 摘要:課題的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)并制作一輛智能小車，要求實(shí)現(xiàn)小車的語音控制、小車的預(yù)期功能。當(dāng)今世界，傳感器技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)正在飛速發(fā)展，機(jī)械、電氣和電子信息特別是日本，比如日本本田制作的機(jī)器人，其仿人雙足行走已經(jīng)做得十分逼真，而作為機(jī)械行業(yè)的代表產(chǎn)品—汽車，其與電子信息產(chǎn)業(yè)的融合速度也顯著提高，呈現(xiàn)出兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：一是電子裝置占汽車整車（特別是轎車）的價(jià)值量比例逐步提高，汽車將由以機(jī)械產(chǎn)品為主向高級(jí)的機(jī)電一體化方向發(fā)展，汽車電子產(chǎn)業(yè)也很有可能成為依托整車制造業(yè)和用車提升配置而快速成為新的增長(zhǎng)點(diǎn)；二是汽車開始向電子化、多媒體化和智能化方向發(fā)展，使其不僅作為一種代步工具、同時(shí)能具有交通、娛樂、辦公和通訊等多種功能。無容置疑，機(jī)電一體化人才的培養(yǎng)不論是在國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，都開始重視起來，主要表現(xiàn)在大學(xué)生的各種大型的創(chuàng)新比賽，比如：亞洲廣播電視聯(lián)盟亞太地區(qū)機(jī)器能很好的培養(yǎng)大學(xué)生對(duì)于機(jī)電一體化的興趣與強(qiáng)化機(jī)電一體化的相關(guān)知識(shí)。但很現(xiàn)實(shí)的狀況是，國(guó)內(nèi)不論是在機(jī)械還是電氣領(lǐng)域，與國(guó)外的差距還是很明顯的，所以作為物流自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，必須加倍努力，為逐步趕上國(guó)外先進(jìn)水平并超過之而努力。我選擇這個(gè)課題作為我課程設(shè)計(jì)的目的在于：通過獨(dú)立設(shè)計(jì)并制作一輛具有簡(jiǎn)蜂鳴器唱歌、躲避障礙和直線行走三大功能。完成硬件實(shí)物制作與組裝，并編制相關(guān)程序，使其實(shí)現(xiàn)功能的融合，做出具有預(yù)先要求功能的實(shí)物。小車總體功能描述：在小車的底盤上有一個(gè)總開關(guān)，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，小車開始工作，唱著歌直線前行，并可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。在小車前進(jìn)過程中，將調(diào)用避障函數(shù)進(jìn)行當(dāng)檢測(cè)到右側(cè)有障礙物時(shí)，向左轉(zhuǎn)，當(dāng)檢測(cè)到前方障礙物無法避開時(shí)，小車停車并倒退，此時(shí)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲。下面根據(jù)設(shè)計(jì)要求，針對(duì)各模塊需要完成的功能，本著簡(jiǎn)單、實(shí)用、廉價(jià)、容易操作、穩(wěn)定的原則，對(duì)各模塊進(jìn)行充分的理論分析和方案論證。結(jié)果、最終結(jié)果以及狀態(tài)標(biāo)志位等。數(shù)。以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。套。息，各功能部件分時(shí)使用總線，即所謂的內(nèi)部單總線得單片機(jī)能反復(fù)寫入程序，使用更加地方便。分發(fā)揮其資源豐富，強(qiáng)大地控制功能和位尋址操作功能，更可貴的是其價(jià)格低廉。后輪的電機(jī)用來驅(qū)動(dòng)小車，這就是傳統(tǒng)的控制小車方向的方式，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)向過于靈敏；另外一種常見驅(qū)動(dòng)方式為兩電機(jī)四驅(qū)，差速轉(zhuǎn)向，其優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)向性能好，能實(shí)件制作比較有難度；還有一種驅(qū)動(dòng)方案是采用三輪方案，即前面或后面安裝一個(gè)萬向輪，然后兩電機(jī)分別控制兩驅(qū)動(dòng)輪，這種驅(qū)動(dòng)方式具有兩電機(jī)四驅(qū)的優(yōu)點(diǎn)，而且硬件制作簡(jiǎn)單多了。對(duì)于第二種驅(qū)動(dòng)方式雖然有制作的經(jīng)驗(yàn)，但是制作過于麻煩。綜合以上三種方案，擬定后輪采用兩個(gè)直流電機(jī)傳遞動(dòng)力，轉(zhuǎn)向時(shí)控制直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)一個(gè)輪子反轉(zhuǎn)，另靈敏度較高。智能小車既然智能，至少要求其在行走的過程中不能碰到障礙物，所以其必須檢測(cè)這種東西的反射情況來判斷前面有無障礙。用單獨(dú)設(shè)計(jì)接口電路。但是其體積較大，而且檢測(cè)距離不夠遠(yuǎn)，對(duì)障礙的要求也比較高，比如遇到玻璃之類的透明物體就不能有效識(shí)別了。但其具有體積小、靈敏度高、檢測(cè)距離遠(yuǎn)、對(duì)障礙物要求不高等優(yōu)點(diǎn)。光電開關(guān)避障比較簡(jiǎn)單，就是在一定距離內(nèi)有反射就認(rèn)為遇到障礙，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)接收靈敏度來小幅度調(diào)節(jié)避障距離，這種方式不需要單片機(jī)參與計(jì)算，所以可以為單片機(jī)節(jié)省資源；而超聲波的避障原理則相對(duì)復(fù)雜一些：超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到發(fā)射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播所以這個(gè)距離可以方便的在程序中調(diào)節(jié)，但是這種避障方式需要單片機(jī)參與計(jì)算，綜合對(duì)比兩種方案的優(yōu)略，最終采用超聲波避障，從網(wǎng)絡(luò)上查得一種比較合適接接驅(qū)動(dòng)模塊，給電機(jī)供電，另一條線路接穩(wěn)壓模塊，降壓至5V給單片機(jī)供電。車體驅(qū)動(dòng)方式已經(jīng)在前一章確定下來，硬件部分則在原有小車基礎(chǔ)上進(jìn)行，小車的實(shí)物圖如圖3.1所示，控制板下的電路板為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路板。該小車為四輪結(jié)構(gòu)，車的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.1所示。其中前面兩個(gè)滾珠由銅柱支撐，來調(diào)節(jié)小車的前進(jìn)方向。在自然狀態(tài)下，前輪向前滾動(dòng)。后面兩個(gè)車輪由后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)，為整個(gè)小車提供動(dòng)力，所以又稱前面的輪子為方向輪，后面的兩個(gè)輪直流電機(jī)的線路在開發(fā)面板上已集成好了，接線時(shí)只需按程序設(shè)定好的通道接線。轉(zhuǎn)向、倒退。結(jié)合對(duì)后輪的狀態(tài)分析，得到小車的運(yùn)行狀態(tài)與輸入的對(duì)照表，如表3.1所示：0000停1010100101100101理器的數(shù)字輸出對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測(cè)量，通信，功率控制與變換等許多領(lǐng)域。一種模擬控制方式，根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件下變化時(shí)保持恒定。脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，損耗和發(fā)熱都比較小。頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。脈寬調(diào)速也可通過單片機(jī)控制繼電器的閉合來實(shí)現(xiàn)，但是驅(qū)動(dòng)能力有限。為順*設(shè)置提供調(diào)制方波的片上定時(shí)器/計(jì)數(shù)器口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。輸入電平為一高一低，電機(jī)正或反轉(zhuǎn)。同為低光電開關(guān)工作時(shí)，由內(nèi)部振蕩回路產(chǎn)生的調(diào)制脈沖經(jīng)反射電路后，由發(fā)射管輻射出光脈沖。當(dāng)被測(cè)物體進(jìn)入受光器作用范圍時(shí)，被反射回來的光脈沖進(jìn)入光敏二極管。并在接收電路中將光脈沖解調(diào)為電脈沖信號(hào)，再經(jīng)放大器放大和同步選通整輸出光電開關(guān)控制信號(hào)。直接反射光電開關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過時(shí)，將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，直接反射式的光電開關(guān)是首選的檢測(cè)模式。在第2章的方案論證部分已經(jīng)對(duì)小車的總體功能有所描述了，第3章小車所有的硬件，本章則將以小車總體功能和硬件為基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)的軟始初始高速速行否高速速行是是低速行駛是否是是否是否是 主程序的作用是把小車的各個(gè)功能連接起來，以實(shí)現(xiàn)小車預(yù)期的功能。圖4.1流程描述：打開小車的電源開關(guān)時(shí)執(zhí)行端口初始化程序，電動(dòng)機(jī)全速運(yùn)行，紅延時(shí)是返延時(shí)是返若為右障礙時(shí)，則小車向左轉(zhuǎn)，若左右都有障礙無法避免時(shí)，則小車倒車，并且開啟警報(bào)聲。右拐的子程序中調(diào)用的，障礙檢測(cè)其實(shí)是個(gè)測(cè)距的過程，圖4.2是避障程序的流程處理結(jié)果并置標(biāo)志否是時(shí)否是時(shí)波，同時(shí)開始計(jì)時(shí)，延時(shí)一斷時(shí)間再開中斷，延時(shí)的作用是避開余波信號(hào)的干擾，在中斷中記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，然后返回主程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，再得出距離并與安全距不斷檢測(cè)障礙標(biāo)志位，當(dāng)障礙標(biāo)志位為1時(shí)就認(rèn)為遇到障礙了，下面以前進(jìn)程序的流程描述：在接到前進(jìn)命令時(shí)，調(diào)用小車的前進(jìn)命令，首先關(guān)閉識(shí)別器，防止如果有，則不前進(jìn)并播放遇到障礙語音提示，沒有的話就開始前進(jìn)，前進(jìn)的過程中不斷的調(diào)用避障程序，并檢測(cè)障礙標(biāo)志，當(dāng)障礙標(biāo)志為1時(shí)立即停車，并播放遇到障礙的語音提示。如果小車一直沒有遇到障礙，在前進(jìn)一段設(shè)定的時(shí)間后會(huì)自然停止。問題討論：由小車的避障程序和前進(jìn)程序可以看出，避障程序在等待回波中斷的時(shí)候浪費(fèi)了不少時(shí)間，所以在循線中沒法實(shí)現(xiàn)避障，在此，提出一個(gè)解決方案：把數(shù)據(jù)處理程序都放到中斷程序里，這樣就能節(jié)省大量的時(shí)間而使得避障功能能在循線時(shí)實(shí)現(xiàn)了。由于時(shí)間問題，沒有對(duì)此方案進(jìn)行驗(yàn)證。語音播放程序很多函數(shù)都是有函數(shù)庫提供，所以語音播放函數(shù)比較簡(jiǎn)單，其分智能小車總體圖如圖5.1所示，其使用說明如下:電源接入驅(qū)動(dòng)輸入端，給驅(qū)動(dòng)供電；直流電機(jī)接驅(qū)動(dòng)輸出端。紅外傳感器由單片機(jī)供電。所有連接都已經(jīng)連接好，使用者不要隨便拆卸。安裝電池后就可以打開小車底部的電源開關(guān)了，根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求，我系統(tǒng)地閱讀了大量的資料，并認(rèn)真分析了設(shè)計(jì)課題的需項(xiàng)目。雖然條件艱苦，但經(jīng)過不懈鉆研和努力，購買到了所有所需的元器件，并系統(tǒng)的進(jìn)行了多項(xiàng)試驗(yàn)，最終做出了整個(gè)小車的硬件系統(tǒng)，然后結(jié)合課題任務(wù)和小車硬件進(jìn)行了程序的編制，最終順利的通過了系統(tǒng)軟硬件的聯(lián)機(jī)調(diào)試，成功實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)所要求的直線行走調(diào)速、報(bào)警和避障三大功能。通過本次課程設(shè)計(jì)，不僅是對(duì)我所學(xué)單片機(jī)知識(shí)的考查，更是對(duì)我的自學(xué)能力和收集資料能力以及動(dòng)手能力的考驗(yàn)。本次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)一個(gè)項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)有了初步認(rèn)識(shí)，還認(rèn)識(shí)了幾種傳感器，并能獨(dú)立設(shè)計(jì)出其接口電路，再有對(duì)電路板的制作有了一定的了解，并學(xué)會(huì)了使用Pr了實(shí)驗(yàn)的重要性，在硬件制作和軟件調(diào)試的過程中，出現(xiàn)了很多問題，最終都是通過實(shí)驗(yàn)的方法來解決的。還有以前對(duì)程序只是一個(gè)很模糊的概念，通過這次的課程設(shè)計(jì)使我對(duì)程序完全有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)，并能使用C熟練的進(jìn)行編程了。通過本次課程設(shè)計(jì)，極大的鍛煉了我思考和分析問題的能力，并對(duì)機(jī)電一體化有了一個(gè)更深的認(rèn)識(shí)?？傊谡n程設(shè)計(jì)的過程中，無論是對(duì)于學(xué)習(xí)方法還是理論知識(shí)，我都有了新的認(rèn)識(shí)，受益匪淺，這將激勵(lì)我在今后再接再厲，不斷完善自己的理論知識(shí)，提高由于時(shí)間有限，我所設(shè)計(jì)的智能小車和已有的智能的小車相比，還處于初級(jí)階段。主要體現(xiàn)在：1.我的智能小車功能簡(jiǎn)單，主要是調(diào)速和避障功能，后期還可以向語音系統(tǒng)、2.我的智能小車靈敏度較差，主要是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)和制作過程中，以原有的一些材料為主，比如傳感器本身就是靈敏度不高。還有在制作工藝上還存在很多問題，導(dǎo)致靈敏度不高。3.程序的設(shè)計(jì)還不夠簡(jiǎn)潔完善，導(dǎo)致單片機(jī)在控制硬件執(zhí)行指令時(shí)存在誤差。voiddelay_ms(uintz)/{uintx,y;}main()//主函數(shù){while(1)//無限循環(huán){{}{}{}{} 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