毕业论文-基于AT89S52单片机的智能小车设计14684.doc

郑州大学 本科生毕业论文（设计） 题 目 基于 at89s52 单片机的智能小车设计 指导教师 职称 学生姓名 学号 专 业 电子信息工程 班级 电信二班 院 （系） % 电子信息% 完成时间 # i 摘 要 随着社会经济科技的发展交通运输日益兴旺，汽车数量大幅攀升。交通拥挤状 况日益严重，撞车事故屡屡发生，造成不可避免的人身伤亡和经济损失，针对这种 情况，设计以一种智能的、可靠的、高效汽车控制系统势在必行。 论文内容是基于at89s52的单片机智能小车设计，at89s52的易用性和多功能性 受广大使用者的好评。本设计是以设计题目的要求为需要，采用at89s52单片机作为 核心控制芯片，采用l298n作为直流电机的驱动芯片，结合e18-d80nk 红外避障传感 器、tcrt5000红外反射式接近开关传感器，软件采用c语言编程实现了预定模式下智 能小车的循迹、超车、避障等功能。硬件模块主要包括单片机最小体统（晶振模块、 复位电路）红外反射式接近开关模块、红外避障模块、电机驱动模块、电源模块。 红外避障传感器和红外反射式接近开关传感器采集信号后交单片机进行处理；单片 机控制电机驱动模块，从而驱动小车按照设定的模式运动。 关键字 单片机/小车/避障/超车 ii microcontroller-based intelligent car design abstract with the socio-economic and scientific development of transport is thriving, the number of cars rose sharply. worsening traffic congestion situation, the frequent occurrence of the crash, resulting in inevitable human casualties and economic losses, and this situation, design an intelligent, reliable and efficient vehicle control system is imperative. paper content at89s52-based single-chip smart car designed the at89s52 ease of use and versatility by the majority of users. this design is based on the requirements of the design subject in need of using at89s52 mcu as the core control chip, l298n as a dc motor driver chips, combined with the e18-d80nk infrared obstacle avoidance sensor, tcrt5000 infrared reflective proximity switch sensor, the software uses the c programming language smart car in the intended mode tracking, overtaking, obstacle avoidance, and other functions. the hardware module including the smallest single-chip decency (crystal module, the reset circuit) infrared reflective proximity switch module, infrared obstacle avoidance module, motor driver module, power module. infrared obstacle avoidance sensors and infrared reflective proximity switch sensor signal acquisition, cross- scm for processing; microcontroller to control the motor drive module, which drive the car in accordance with the set pattern of movement. keywords single-chip, car, obstacle avoidance, overtaking 目 录 摘 要. abstract. 1 综述1 1.1 智能小车概况1 1.2 智能小车的发展前景1 1.3 设计概况.1 2 总体方案设计2 2.1 设计任务描 述.2 2.2 需求分 析3 2.3 总体设 计3 2.4 总体方 案3 2.5 电路方框图.4 3 各部分电路分析.4 3.1 电源模块.4 3.2 单片机最小系统5 3.3 电机驱动电路.10 3.4 tcrt5000 红外反射式接近开关电 路.13 3.5 e18-d80nk 红外避障模块14 4 系统调式.15 4.1 硬件试.15 4.2 软件调试19 4.3 软硬联调21 4.4 功能测试21 4.5 测试数据与测试结果分析21 结束语.22 致 谢.23 参考文献.24 附录 1 电路原理 图.25 附录 2 小车程序.27 1 1 综述 1.1 智能小车的概况 自第一台智能小车诞生以来，智能小车的发展已经遍及机械、电子、冶金、交 通、宇航、国防等领域。一方面由于智能小车的智能水平不断提高，并且迅速地改 变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人 劳动的机器一直是人类的梦想。 另一方面随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也越来越受人们的关注。 全国电子大赛和省电子大赛几乎每年都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都 很重视该题目的研究。本设计就是也是在这样的背景下产生的，设计的智能小车应 该能够进行自动避障和超车功能。 1.2 智能小车的发展前景 人类进入 21 世纪,随着科学技术的迅猛发展和生活水准的快速提高,人们对汽 车的安全性、舒适性要求越来越高。各种先进的技术,如汽车智能交通系统、汽车主 动安全技术、汽车自动驾驶技术、车辆巡航技术等被应用和研究,智能汽车的研究也 正在成为世界汽车研究的热点。 1.3 设计概况 本设计在参阅了大量网上设计的智能小车的基础上，利用单片机技术，采用 c 语言进行编程，并结合 tcrt5000 红外反射式接近开关传感器及 e18-d80nk 红外避 障传感器构造的智能小车。该设计通过实现了小车的无人驾驶，通过对路面的检测， 由单片机来判断控制其小车的反应情况，使其变得智能化，实现自动的前进，转弯， 停止功能.此系统还不断的完善后可以应用到道路检测，安全巡逻中，能满足社会的 需要，此外用单片机和数字电路设计的智能小车具有运动灵活、控制准确、功耗低、 成本低等优点。所以单片机设计的智能小车具有广阔的发展前景。本文首先简要介 绍了设计的智能小车的功能及总体方案，然后详细介绍设计流程，以及硬件和软件 系统设计，并给出设计细节，包括各部分电路的走向、芯片的选折、程序设计、方 案可行性分析等。 2 2 总体方案设计 2.1 设计任务描述 本章主要简要地介绍系统总体方案的选定和总体设计的思路，在后面章节中将 整个系统分为机械结构、控制模块、控制算法等三部分对智能车控制系统进行深入 的介绍分析。 设计任务描述： (1)设计目的：巩固已学的理论知识，能够深入理解单片机的基本原理、硬件 组成和工作过程，了解单片机的系统组成及相关模块的链接配合，正确设计的 各个单元电路，合理编程使小车按预先模式行驶。 (2)基本要求： 1、甲车和乙车分别从起点标志线开始，在行车道各正常行驶一圈。 2、甲、乙两车按图 1 所示位置同时起动，乙车通过超车标志线后 在超车区内实现超车功能，并先于甲车到达终点标志线，即第一圈 实现乙车超过甲车。 3、甲、乙两车在完成 2 时的行驶时间要尽可能的短。 （注：乙车用一物体代替） 说明： 1.赛车场地由 2 块细木工板（长 244cm，宽 122cm，厚度自选）拼接而成， 离地面高度不小于 6cm(可将垫高物放在木工板下面，但不得外露)。板上边界线由 约 2cm 宽的黑胶带构成；虚线由 2cm 宽、长度为 10cm、间隔为 10cm 的黑胶带构 成；起点/终点标志线、转弯标志线和超车标志区线段由 1cm 宽黑胶带构成。 图 1 中斜线所画部分应锯掉。 2.车体（含附加物）的长度、宽度均不超过 40cm，高度不限，采用电池供电， 不能外接电源。 3.测试中甲、乙两车均应正常行驶，行车道与超车区的宽度只允许一辆车行驶， 车辆只能在超车区进行超车（车辆先从行车道到达超车区，实现超车后必须返回行 车道）。甲乙两车应有明显标记，便于区分。 4.甲乙两车不得发生任何碰撞，不能出边界掉到地面。 5.不得使用小车以外的任何设备对车辆进行控制，不能增设其它路标或标记。 3 6.测试过程中不得更换电池。 2.2需求分析 设计一种智能小车，借助于tcrt5000红外反射式接近开关传感器及e18-d80nk 红外避障传感器，并通过at89s52单片机对小车进行实时控制，首先在预定的模式下 运动不能超出轨道有障碍的情况下实施避障减速在有障碍且在超车区的情况下实施 超车。这样循环下去。 2.3总体设计 通过学习和研究相关技术资料了解到，在现有玩具电动车的基础上，加装 tcrt5000 红外反射式接近开关传感器和 e18-d80nk 红外避障传感器实现对电动车 的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后 由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。通过实验发现 tcrt5000 红外反射式接近开关传感器是系统的关键模块之一，寻迹方案的好坏，直接关系到 最终性能的优劣，如何处理好边界与几条标志线的检测及与红外避障之间的配合和 相互转换是本设计的难点，因此确定好循迹模块的选择、编好循迹程序是决定系统 总体方案的关键。 循迹模块采用tcrt5000红外反射式接近开关传感器，优点是价格便宜，在满足 系统要求下具有精度高，能很好的判断相差比较大的两种颜色 2.4 总体方案 系统的采用at的8位微控制器at89s52单片机作为核心控制单元用于智能车系统 的控制。在选定智能车系统采用e18-d80nk 红外避障传感器-tcrt5000红外反射式接 近开关循迹方案后，路径信号经at89s52的i/o口输入处理后，用于小车运动控制决 策，由p0口输出电机控制信号。 根据系统方案的设计，系统应包括以下模块：at89s52主控模块、路径检测模 块、电源模块、电机驱动模块、e18-d80nk 红外避障传感器、tcrt5000红外反射式 接近开关传模块、辅助调试模块等。 at89s52主控模块，作为整个智能车的的“大脑” ，红外避障和接近开关传感器 的信号，根据控制算法做出控制决策，驱动直流电机完成对智能车的控制。 电机驱动模块，驱动直流电机完成智能车的前进停止转向等功能。红外避障模 块，探测有无障碍物，接近开关探测路面状况 4 2.5 电路方框图 图 2-1 总体方框图 3 各部分电路分析 3.1 电源模块 稳压电源是单片机控制系统的重要组成部分，它不仅为测控系统提供多路电 源电压，还直接影响到系统的技术指标和抗干扰性能。近年来，传统的线性稳压电 源正逐步被更高效率的开关电源所取代，特别是单片机开关电源的迅速推广应用， 为设计新型、高效、节能电源创造了良好的条件。本机采用的是 5v 的电源，用干电 池供电。其电路图如下。 图 3-1 5v 稳压电源 at89s52 电机驱动 模块 小 车 红外 避障 信号 1 障碍 物 接近开 关传感 器 计 数 信号 2 5 3.2 单片机最小系统 一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两个部分内容：一是系统扩展，即 单片机内部的功能单元，如 rom、ram、i/o 口、定时/计数器、中断系统等不能满足 应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二 是系统配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘显示器、打印机、 a/d、d/a 转换器等，要设计合适的接口电路。 单片机最小系统： 根据题目要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装 e18-d80nk 红外避障传感器，tcrt5000 红外反射式接近开关传感器，实现对电动小车的循迹、 检测、避障、超车运行状况的实时监控，并将测量数据送至单片机进行处理，然后 由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。 这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠、精度高可 满足多系统的各项要求。at89s52 单片机是一种低功耗、高性能 cmos 8 位微控制器， 具有 8k 在系统可编程 flash 存储器。使用 atmel 公司高密度非易失性存储器技术制 造，与工业 80c51 产品指令和引脚完全兼容。片上 flash 允许程序存储器在系统可 编程，亦适于常规编程器。在芯片上，拥有灵巧的 8 位 cpu 和在系统可编程 flash，使得 at89s52 单片机为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、超有效的解决方 案。 at89s52 具有以下标准功能：8k 字节 flash，256 字节 ram，32 位 i/o 口线，看 门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时/计数器，一个 6 向量 2 级终端结构， 全双工串口，片内晶振及时钟电路。另外，at89s52 可降至 0hz 静态逻辑操作，支 持两种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu 停止工作，允许 ram、定时器/计数 器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram 内容被保存，振荡器被冻结，单 片机一切工作停止。 基本电路包括晶振，常选用 11.0592mhz 和 12mhz，复位电路采取电容充电的方 式来上电复位，为了方便和性能，本小车采用干电池作为动力，由于使用片内存储 器，所有 ea/vpp 要接地。 at89s52 的 io 端 口 ： p0 口 ： p0 口 是 一 个 8 位 漏 极 开 路 的 双 向 i/o 口 。 作 为 输 出 口 ， 每 位 能 驱 动 8 个 ttl 逻 辑 电 平 。 对 p0 端 口 写 “1”时 ， 引 脚 用 作 高 阻 抗 输 入 。 6 当 访 问 外 部 程 序 和 数 据 存 储 器 时 ， p0 口 也 被 作 为 低 8 位 地 址 /数 据 复 用 。 在 这 种 模 式 下 ， p0 具 有 内 部 上 拉 电 阻 。 在 flash 编 程 时 ， p0 口 也 用 来 接 收 指 令 字 节 ； 在 程 序 校 验 时 ， 输 出 指 令 字 节 。 程 序 校 验 时 ， 需 要 外 部 上 拉 电 阻 。 p1 口 ： p1 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 i/o 口 ， p1 输 出 缓 冲 器 能 驱 动 4 个 ttl 逻 辑 电 平 。 对 p1 端 口 写 “1”时 ， 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可 以 作 为 输 入 口 使 用 。 作 为 输 入 使 用 时 ， 被 外 部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输 出 电 流 （ iil） 。 此 外 ， p1.0 和 p1.2 分 别 作 定 时 器 /计 数 器 2 的 外 部 计 数 输 入 （ p1.0/t2） 和 定 时 器 /计 数 器 2 的 触 发 输 入 （ p1.1/t2ex） 。 在 flash 编 程 和 校 验 时 ， p1 口 接 收 低 8 位 地 址 字 节 。 引 脚 号 第 二 功 能 p1.0 t2（ 定 时 器 /计 数 器 t2 的 外 部 计 数 输 入 ） ， 时 钟 输 出 p1.1 t2ex（ 定 时 器 /计 数 器 t2 的 捕 捉 /重 载 触 发 信 号 和 方 向 控 制 ） p1.5 mosi（ 在 系 统 编 程 用 ） p1.6 miso（ 在 系 统 编 程 用 ） p1.7 sck（ 在 系 统 编 程 用 ） p2 口 ： p2 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 i/o 口 ， p2 输 出 缓 冲 器 能 驱 动 4 个 ttl 逻 辑 电 平 。 对 p2 端 口 写 “1”时 ， 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可 以 作 为 输 入 口 使 用 。 作 为 输 入 使 用 时 ， 被 外 部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输 出 电 流 （ iil） 。 在 访 问 外 部 程 序 存 储 器 或 用 16 位 地 址 读 取 外 部 数 据 存 储 器 时 ， p2 口 送 出 高 八 位 地 址 。 在 这 种 应 用 中 ， p2 口 使 用 很 强 的 内 部 上 拉 发 送 1。 在 使 用 8 位 地 址 访 问 外 部 数 据 存 储 器 时 ， p2 口 输 出 p2 锁 存 器 的 内 容 。 在 flash 编 程 和 校 验 时 ， p2 口 也 接 收 高 8 位 地 址 字 节 和 一 些 控 制 信 号 。 p3 口 ： p3 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 i/o 口 ， p2 输 出 缓 冲 器 能 驱 动 4 个 ttl 逻 辑 电 平 。 对 p3 端 口 写 “1”时 ， 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可 以 作 为 输 入 口 使 用 。 作 为 输 入 使 用 时 ， 被 外 部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输 出 电 流 （ iil） 。 7 p3 口 亦 作 为 at89s52 特 殊 功 能 （ 第 二 功 能 ） 使 用 ， 如 下 表 所 示 。 在 flash 编 程 和 校 验 时 ， p3 口 也 接 收 一 些 控 制 信 号 。 端 口 引 脚 第 二 功 能 p3.0 rxd(串 行 输 入 口 ) p3.1 txd(串 行 输 出 口 ) p3.2 into(外 中 断 0) p3.3 int1(外 中 断 1) p3.4 to(定 时 /计 数 器 0) p3.5 t1(定 时 /计 数 器 1) p3.6 wr(外 部 数 据 存 储 器 写 选 通 ) p3.7 rd(外 部 数 据 存 储 器 读 选 通 ) 此 外 ， p3 口 还 接 收 一 些 用 于 flash 闪 存 编 程 和 程 序 校 验 的 控 制 信 号 。 rst复 位 输 入 。 当 振 荡 器 工 作 时 ， rst 引 脚 出 现 两 个 机 器 周 期 以 上 高 电 平 将 是 单 片 机 复 位 。 ale/prog当 访 问 外 部 程 存 储 器 或 数 据 存 储 器 时 ， ale（ 地 址 锁 存 允 许 ） 输 出 脉 冲 用 于 锁 存 地 址 的 低 8 位 字 节 。 一 般 情 况 下 ， ale 仍 以 时 钟 振 荡 频 率 的 1/6 输 出 固 定 的 脉 冲 信 号 ， 因 此 它 可 对 外 输 出 时 钟 或 用 于 定 时 目 的 。 要 注 意 的 是 ： 每 当 访 问 外 部 数 据 存 储 器 时 将 跳 过 一 个 ale 脉 冲 。 对 flash 存 储 器 编 程 期 间 ， 该 引 脚 还 用 于 输 入 编 程 脉 冲 （ prog） 。 如 有 必 要 ， 可 通 过 对 特 殊 功 能 寄 存 器 （ sfr） 区 中 的 8eh 单 元 的 d0 位 置 位 ， 可 禁 止 ale 操 作 。 该 位 置 位 后 ， 只 有 一 条 movx 和 movc 指 令 才 能 将 ale 激 活 。 此 外 ， 该 引 脚 会 被 微 弱 拉 高 ， 单 片 机 执 行 外 部 程 序 时 ， 应 设 置 ale 禁 止 位 无 效 。 psen程 序 储 存 允 许 （ psen） 输 出 是 外 部 程 序 存 储 器 的 读 选 通 信 号 ， 当 at89c52 由 外 部 程 序 存 储 器 取 指 令 （ 或 数 据 ） 时 ， 每 个 机 器 周 期 两 次 psen 有 效 ， 即 输 出 两 个 脉 冲 ， 在 此 期 间 ， 当 访 问 外 部 数 据 存 储 器 ， 将 跳 过 两 次 psen 信 号 。 ea/vpp外 部 访 问 允 许 ， 欲 使 cpu 仅 访 问 外 部 程 序 存 储 器 （ 地 址 为 0000h-ffffh） ， ea 端 必 须 保 持 低 电 平 （ 接 地 ） 。 需 注 意 的 是 ： 如 果 加 密 位 lb1 被 编 程 ， 复 位 时 内 部 会 锁 存 ea 端 状 态 。 8 at89s52 芯片的实物如图 3-2 所示： 图 3-2 at89s52 芯片实物图 最小系统电路如下图： 图 3-3 单片机最小系统 (1)时钟电路 at89s52 虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外附加电路。at89s52 单片 机的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式。 9 本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在 xtal1、xtal2 引脚 上外接定时元件，内部的电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内部时钟方式， 即用外接晶振和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在 1.2mhz 到 12mhz 之间选择。 电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速 度有少许影响，cx1、cx2 可在 20pf 到 100pf 之间取值。所以本设计中，振荡晶体 选择 11.0592mhz，电容选择 30pf。 其电路图如下图： 图 3-4 时钟电路 (2)复位电路 复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚 rst 通过一个触 发器与复位电路相连，触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期中由复位电 路采样一次。 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。所谓上电复位，是指计 算机加电瞬间，要在 rst 引脚出现大于 10ms 的正脉冲，使单片机进入复位状态。按 钮复位是指用户按下“复位”按钮，使单片机进入复位状态。如图 3-5 是上电复位 及按钮复位的一种实用电路。上电时，+5v 电源立即对单片机芯片供电，同时经电 阻 r 对电容 c7 充电。c7 上电压建立的规程就产生一定宽度的负脉冲，经反向后， rst 上出现正脉冲使单片机实现了上电复位。按钮按下时，rst 上同样出现高电平， 实现了按钮复位。在应用系统中，有些外围芯片也需要复位。如果这些芯片复位端 的复位电平和单片机一致，则可以与单片机复位脚相连， 其电路图如下图： 10 图 3-5 复位电路 3.3 电机驱动电路 l298n 是 sgs 公司的产品，比较常见的是 15 脚 multiwatt 封装的 l298n,内 部同样包 4 通道逻辑驱动电路。它是专用驱动集成电路，属于 h 桥集成电路， 与 l293d 的差别是其输出电流增大，功率增强。其输出电流为 2a，最高电流为 4a，最高工作电压 50v，可以驱动感性负载，如大功率直流电机、步进电机、电 磁阀、特别是输入端可以与单片机直接相连，从而很方便的受单片机控制。当 驱动直流电机时，可以直接控制两路电机，并可实现电机正转与反转，实现该 功能只需改变输入端的逻辑电平。l298n 引脚封装图如下所示。 图 3-6 l298n 引脚封装图 l298n 驱动电路框图如下图： 11 图 3-7 l298n 驱动电路框图 l298n 引脚功能表 表 3-1 l298n 引脚功能表 12 电路连接图如下所示。 图 3-8 电机驱动原理图 故该模块采用芯片 l298n 控制两个电机的正反转，以及改变电机的转速。板上 的与为高电平时有效，只有当与为高电平时电机才旋转， 否则单机不转，这里的电机指的是电平。为和的使能端， 为和的使能端。当，时电机 正转，电机反转。同理，当 ，电机正转， ，电机反转。、2 接电机 1，3、4 接电机 2。power 接直流电源，注意正负，电源正端为 vcc， 电源负端为 gnd。 其中 senasea、senaseb 分别为两个 h 桥的电流反馈脚，不用时可以直接接地。 vcc，vs 是接电源引脚，电压范围分别是 4.5-7v、2.5-46v，设计中端与单片 机电源共用工作电源，端独立接电源。，为使能端，低 电平禁止输出。、为数据输入引脚，对应 l298n 的 5、7、10、12 分别接到 at89s52 的 p0.0 p0.1 p0.2 p0.3；、2、3、4 为数据输出引脚分别接电机的正负 极。若有接收到信号，则把相对应的高电平输入给单片机 p0.4-p0.7 对应的 i/o 口， 并通过程序使单片机 p0.0-p0.3 对应 i/o 口置高电平，并传送给电机驱动模块来实 现小车的走动。若没接收到信号，则继续检测。1、15 脚是输出电流反馈脚，其它 与 l293 相同。下图是其与 at89s52 单片机连接的电路图。 13 图 3-9 l298n 与 at89s52 单片机连接原理图 l298n 驱动直流电机，它靠两个引脚控制一个电机的运动。通过调制后面两个 轮子转速或正反转来达到控制小车转向的目的。芯片 l298n 引脚和功能如表 3.2： 表 3-2 芯片 l298n 引脚和功能 3.4 tcrt5000 红外反射式接近开关电路 tcrt5000 光电传感器模块是基于 tcrt5000 红外光电传感器设计的一款红外 反射式光电开关。传感器采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管 组成，输出信号经施密特电路整形，稳定可靠。 （1）工作原理： 14 循迹模块探测板子表面黑胶带的方法是光线射到板子上并反射，由于黑胶带 和板子对光的反射系数不同，所以我们可以根据收到的光的强弱来判断黑线，进 而规避黑线来保证小车在板子的行车道中正常前进。传感器的红外发射二极管不 断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时， 光敏三极管一直处于关断状态，当发射管的红外信号经反射被接收管接收后,接 收管的电阻会发生变化,在电路上一般以电压的变化形式体现出来,而经过 adc 转 换或 lm393 等电路整形后得到处理后的输出结果.电阻的变化起取于接收管所接 收的红外信号强度,常表现在反射面的颜色和反射面接收管的距离两二方面。 （2）电路原理图： o ut -a1 in-a2 in+ a3 g nd4 in+ b 5 in-b 6 o ut b 7 v c c 8 ic 1 lm 3 9 3 o ut ina - o pto iso 1 ina + +5 r 7 1 0 3 o ut +5 +5 1 2 3 j 1 c on 3 r 1 1 4 7 k r 1 3 3 0 r 1 7 1 0 k ina - d 1 le d r 2 1 1 k 图 3-10 tcrt5000 传感器模块电路原理图 3-5 e18-d80nk 红外避障传感器 e18-d80nk 红外避障传感器是一种集发射与接收一体的光电传感器，发射光经 过调制后发出，接收头对反射光进行解调输入。有效避免了可见光的干扰。透镜的 使用，更增加了该传感器的检测距离，由于红外光的特性，不同颜色的物体，能探 测的最大距离也有不同；白色物体最远，黑色物体最近。检测障碍物的距离可以根 据要求通过尾部的电位器旋钮进行调节。该传感器因其探测距离远、受可见光干扰 小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点倍受关注。传感器内部原理图如下图。 15 图 3-11 e18-d80nk 传感器模块内部原理图 4 系统调式 根据方案设计的要求，测试过程共分为三大部分：硬件调试、软件调试、软硬 联调。电路按模块调试，各模块逐个调试后，再进行联调。单片机软件先在最小系 统板上调试，确保电路正常工作后，再与硬件系统联调。 4.1 硬件调试 硬件调试，对各个模块的功能进行调试，主要调试各模块能否实现指定的功能。 查看硬件电路的连接是否与逻辑图一致，用万用表检测有无短路或断路现象，器件 的规格、极性是否有误。检查完毕，用万用表测量一下电路板正负电源两端之间的 电阻，排除电源短路的可能性。下图为小车实体图。 16 图 4-1 小车实体图 （1）电机控制 此模块调试实现的功能是结合软件共同实现，当连接单片机与电机控制芯片的 i/0 加上一定的电平可以实现电机左右转向，前后转向以及停止等功能，同时通过 程序延时降低电机转速。如下表为电机测试记录。 表 4-1 电机测试记录 p0.1 p0.2 p0.3 p0.4 小车行驶状态 0 1 0 1 小车向前行驶 1 0 1 0 小车向后行驶 0 1 1 0 小车向前右转 1 0 0 1 小车向前左转 0（1） 0（1） 0（1） 0（1） 小车停止行驶 （2）接近开关传感器 接近开关传感器有三个组成，所以一路一路进行调试。当把红外对管放到黑线 上时，单片机对应 i/o 口收到的电平都为低，输入电压为 0.3v 左右，同时指示等红 灯亮，且左电机向前，右电机向后。当把红外对管放到白线上时，对应电平变高， 17 为 4.2v 左右，指示等红灯不亮，两个电机都向前。 图 4-2 左侧检测正常 同理对右边的进行实验，当把红外对管放到黑线上时，单片机对应 i/o 口收到 的电平都为低，输入电压为 0.3v 左右，同时指示等红灯亮，且右电机向前，左电机 向后。当把红外对管放到白线上时，对应电平变高，为 4.2v 左右，指示等红灯不亮， 两个电机都向前。 图 4-3 右侧检测正常 对中间的接近开关传感器进行实验，中间的接近开关传感器与两边的略有不同， 中间的不对电机进行控制，是对超车标志的检测。当红外对管经过黑线时，单片机 对应 i/o 口收到的电平都为低，输入电压为 0.3v 左右，同时指示等红灯亮，当把红 外对管放到白线上时，对应电平变高，为 4.2v 左右，指示等红灯不亮。 18 图 4-4 中间计数正常 （3）红外线避障 此模块的检测与红外线寻迹模块基本一致，相当于一路寻迹信号，在没有障碍 物时输入电压为 0.9v 左右，属于低电平，碰到障碍物电压跳变为 4.7v 左右，以此 来得到单片机控制。在调节确定电位器电阻后测试数据可以得到，小车的避障有效 范围可以达到 30cm 左右，同时也可以再通过调节电位器的阻值增加和减小有效距离。 图 4-5 避障检测正常 19 4.2 软件调试 本系统的软件调试因 at89s52 核心模块的使用而变得相对容易，keil 软件开发 环本系统的软件调试因 at89s52 核心模块的使用而变得相对容易，keil 软件开发环 境，能判 断语法错误和逻辑错误，这样使调试相对简单，由于本系统是分模块进行程序 设计的，所以调试时先分模块进行调试。如小车红外线寻迹程序，在调试时将它放 在一个子程序里单独测试，看其是否能够完成预定的功能，如能，测试通过，否则， 修改并反复测试直到通过。 虽然在软件的调试过程中，综合利用了设定断点、单步、跟踪等调试手段，使 得调试工作更易进行。但是也出现了一定的问题，接近开关传感器的计数不准，电 机延时没起到效果等等。通过了多次分离合并，修改测试语句以及单片机外加 led 灯观察现象等方法得以解决，达到综合效果。 （1）软件设计框图 本系统上电以后单片机对相应 i/o 进行检测，判断小车开始的状态，然后向前 运动，在运动的过程中判断是否遇到边界，遇到边界就做相应的操作（左转或右转） ， 同时判断前方有无障碍物若有障碍物且不在超车区，就减速慢行直到无障碍物，若 有障碍物且在超车区，接下来要判断是第几圈，若是第一圈就停止片刻，若是到第 二圈则实施超车。在运行到预定地点停止。 程序流程图如下 20 图 4-6 程序流程图如下 开始 初始化各端口 超车 判断全部传器 正常 n y 向前直行 是边界 相反方向转向 障碍 到超车区 暂停 结束 y y y n n n 减速直行 第 1 圈 停车区 n 21 4.3 软硬联调 本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系 统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试：单片机控制 模块的调试、接近开关传感器调试、红外线避障模块的调试以及电机控制模块的调 试，最后将各模块组合后结合软件进行整体测试。在软件和硬件都基本调通的情况 下，进行系统的软硬件联调。按照又上向下，模块化设计的理念对模块逐个调试： 首先，调红外接近开关模块，是否能正常检测，然后调试单片机能否对信号进行处 理，接着调试单片机对 l298n 的控制。最后等模块逐一调通后，再进行联调。再连 接成一个完整的系统调试。 4.4 功能测试 完成了整体调试后，对本设计进行功能测试。在事先准备好的轨道上，对小车 功能一一实现。 4.5 误差的定性分析及改进措施 1、由于器件精度的限制电路很难做到十分精确，并且各种干扰对电路的正常工 作都是有害的，硬件设计中除含有焊接误差外，计数传感器还容易受到抖动的干扰。 2、电机部分，电机的轴承在本次设计中既做动力源，又承接着小车大部分重量， 这样就会影响到电机的转速。这样需要给小车轮子加一个轴承，让小车的重量压在 这个轴承上面，电机只用来控制轴承的转动。 还有以下需要改进的地方： 1、本设计中采用的直流电机可以改为步进电机。步进电机调速更加容易。直流 电机在运动过程中，由于惯性不能立刻停止运动，但步进电机有很好的制动能力。 2、可增加无线传输模块，实现两辆小车的通信。这样可提高小车的灵活性。经 过不断的努力，坚持不懈的调试，查找并解决设计中出啊线的问题，系统最终达到 了基本的要求，能够按照预定的模式完成循迹、计数、避障、超车等功能。但是设 计的误差和精度方面受到外界的干扰，系统稳定性有待进一步提高。 22 结束语 这次设计的智能小车系统基本达到了预期目标，实现了既定的功能。在设计中 主要克服两大难题，其一，较为复杂的电路焊接和检测。进一步提高了焊接技术和 检查电路等实际操作能力。其二，软件设计中程序的编写是重中之重，实际编写各 个模块的编写并不是太难，难就难在各个部分的兼容性，尤其是检测并计数，通过 这次实践掌握了一些程序编写的技巧和拼凑几个程序时的几个要点。总之，这次系 统设计使我更深入的了解了 51 系统单片机的工作原理，提高了对其的运用能力。 本设计是基于 2011 全国电子设计大赛的题目背景又由于系统采用了 at89s52 单片机作为主控芯片，结构简单，容易实现，总体设计合理，符合题目的基本要求， 是主流的智能化的信息融合技术的设计理念，功能强大，模块化设计，可移植性强， 功率较低，有广范的应用领域和发展前景。 23 致 谢 经过半年左右的准备，此次大学毕业设计及论文终于在预定的时间里顺利完 成。这其中离不开指导老师董老师的悉心指导，无论是在平时的阶段，还是在论文 的选题、资料查询、开题、研究、设计和撰写的每一个环节，都得到导师的悉心指 导和帮助，在设计的每个阶段，指导老师都给了我明确的指示，对其中存在的重点 和难点进行了很好的解析。同时在设计方向和流程方面，指导老师也给了我宝贵的 意见。在设计的制作过程中，同学们也给了我很大帮助，特别是一些细节和程序调 试方面的问题。在此对他们的帮助表示由衷的感谢！ 感谢系里的各位老师，在大学四年里，你们教会了我很多知识，不管是书本上 的还是那些做人方面的，你们的言传身教将使我终生受益。感谢辅导员老师，你给 予我们的生活上的帮助，学习上的鼓励支持以及无时无刻的关心都让我永远铭记。 感谢大学四年的各位同学，有了你们的相伴，大学生活才更精彩更有意义。 最后感谢我的父母，感谢你们给我提供这大学四年的学习机会，感谢你们给予 我生活上的帮助和学习。 24 参考文献 1楼然苗，李光飞，51 系统单片机设计实例.北京:北京航空航天大学出版社.2006. 2李忠文.实用电机控制电路.北京：化学工业出版社，2003. 3李东生,张勇，许四毛.protel99se 电路设计技术入门与应用.北京：电子工业出版社， 2006,40-70. 4卓晴，黄开胜，邵贝贝等.学做智能车挑战“飞思卡尔”杯.北京：北京航空航天大学出版社， 2007. 5（美）dennis clark，（美）michael owings.机器人设计与控制（英文版）.北京：科学出 版社，2004,15-30. 6梅丽凤.单片机原理及接口技术.北京：清华大学出版社，2002,9-45. 7（日）铃木泰博.机器人竞赛指南.北京：科学出版社，2002,9-45. 8贾伯年，俞朴，宋爱国.传感器技术.南京：东南大学出版社，2007,16-23. 9(美)simon haykin.精通 8051 程序设计（英文版）.北京：人民邮电出版社，2006,16-30. 10黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计.北京：北京航天航空大学出版社，2007,1-100. 11郁有文，常建，程继红.传感器原理及工程应用.西安：西安电子科技大学出版社，2003 12郭惠，吴迅.单片机 c 语言程序设计完全自学手册m.电子工业出版社,2008.10：1-200. 25 附录 1 电路原理图 26 附录 2 小车程序 g an employment tribunal claim employment tribunals sort out disagreements between employers and employees. you may need to make a claim to an employment tribunal if: you dont agree with the disciplinary action your employer has taken against you your employer dismisses you and you think that you have been dismissed unfairly. for more information about dismissal and unfair dismissal, see dismissal. 27 you can make a claim to an employment tribunal, even if you havent appealed against the disciplinary action your employer has taken against you. however, if you win your case, the tribunal may reduce any compensation awarded to you as a result of your failure to appeal. remember that in most cases you must make an application to an employment tribunal within three months of the date when the event you are complaining about happened. if your application is received after this time limit, the tribunal will not usually accept it. if you are worried about how the time limits apply to you, take advice from one of the organisations listed under further help. employment tribunals are less formal than some other courts, but it is still a legal process and you will need to give evidence under an oath or affirmation. most people find making a claim to an employment tribunal challenging. if you are thinking abou