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智能 无线 控制 节制 小车 设计 全套 含有 cad 图纸 三维 建模

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毕业设计（论文）任务书 学生姓名： 学号： 学 院： 专业： 任务起止时间： 2013年 2 月 25 日 至 2013 年 6月 21 日 毕业设计（论文）题目：智能 无线控制小车设计 主要工作内容： 设计轮型机器人，功能上要求达到视频传输，与控制中心进行无线数据传输，有一定的遥控避障能力，实现基本的 前进、后退、左右转向，加速减速功能。 （ 1） 学习机械绘图软件，设计移动机器人机构 （第 1周 第 4周） （ 2） 学习掌握电子线路图绘制工具软件，数据传输 系统设计及驱动设计（第 5周 第 10周） （ 3）绘制零件图、装配图、三维效果图，绘制电子线路图，编写控制程序 （第 11 周 第 14周） （ 4）编写论文（第 15周 第 16周） 资料： 1、 机器人设计与控制 美 丹尼斯 科学出版社 2004 2、 机电传动控制 邓星钟主编 华中科技大学出版社 2006 3、 电路板绘图软件 4、 机器人控制电子学 日 船仓一郎等著 科学出版社 2004 5、 电机驱动与控制专用集成电路及应用 吴红星主编 中国电力出版社 指导教师意见： 认真准备资料，按时完成毕业设计 签名： 2013年 3 月 3 日 系主任意见： 签名： 年 月 日 教务处制表 A B C D E F G H J C D E F G H J Y:da 1 20:23:340 D R 1 15 8 9 10 11 12 13 14 27C 162C 153C 144C 135C 126C 117C 102342430k I 智能无线控制小车设计 摘要 智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。随着计算机、网络、机械电子、信息、自动化以及人工智能等技术的飞速发展，移动机器人的研究进入了一个崭新的阶段。目前，智能移动机器人，无人自主车等领域的研究进入了应用的阶段，随着研究的深入，对移动机器人的自主导航能力，实时监控功能，动态避障策略和时间等方面提出了更高的要求。本次设计的简易智能小车，采用 控制核心；采用无线蓝牙来实现对小车运动的状态的控制； 采用霍尔元件来测量小车运行速度，旋转角度； 采用智能手机来实现小车的视频传输模块。无线控制模块使小车具备启动停止，加减速、转向等功能 ;视频传输模块使小车具备实时监控，定位等功能 ； 最后将两者通过单片机联系到一起，实现所智能无线控制小车的基本功能。 本设计的智能小车结构简单，技术发展成熟，较容易实现，但各模块之间的联系、软件设计以及整个系统的优化都具有很大的灵活性。不管采用什么思路，智能化、人性化，一定程度在小车上得以体现。 关键词 蓝牙控制模块 ； 霍 尔元件 ；太阳能电池板； 单片机 he s a of is in It in to in it of a a as to to of of as so It be to up We s or of is is it to of is of is No be 录 摘要 . I . 1章 绪论 . 错误 !未定义书签。 题背景 . 错误 !未定义书签。 能小车的研究现状 . 错误 !未定义书签。 章小节 . 错误 !未定义书签。 第 2章 智能小车的可行性分析 . 错误 !未定义书签。 目分析 . 错误 !未定义书签。 案选择 . 错误 !未定义书签。 体方框图 . 错误 !未定义书签。 章小节 . 错误 !未定义书签。 第 3章 硬件设计 . 错误 !未定义书签。 控模块的设计 . 错误 !未定义书签。 片机的内部结构 . 错误 !未定义书签。 片机的引脚功能 . 错误 !未定义书签。 片机最小系统 . 错误 !未定义书签。 线通讯模块设计 . 错误 !未定义书签。 牙模块的选择 . 错误 !未定义书签。 牙模块 . 错误 !未定义书签。 车车体设计 . 错误 !未定义书签。 车车体的结构设计 . 错误 !未定义书签。 机及驱动的选用 . 错误 !未定义书签。 像头云台设计 . 错误 !未定义书签。 台电机及其驱动的选择 . 错误 !未定义书签。 台的结构设计 . 错误 !未定义书签。 线视频传输模块设计 . 错误 !未定义书签。 源模块设计 . 错误 !未定义书签。 阳能电池板 . 错误 !未定义书签。 源测试 . 错误 !未定义书签。 际应用 . 错误 !未定义书签。 向与转速的闭环控制 . 错误 !未定义书签。 尔元件 . 错误 !未定义书签。 速测量方法 . 错误 !未定义书签。 章小节 . 错误 !未定义书签。 第 4章 软件设计 . 错误 !未定义书签。 糊控制算法 . 错误 !未定义书签。 糊理论的发展和原理 . 错误 !未定义书签。 能小车中的模糊算法 . 错误 !未定义书签。 件设计框图 . 错误 !未定义书签。 件程序设计的部分原程序 . 错误 !未定义书签。 序的烧写过程 . 错误 !未定义书签。 章小节 . 错误 !未定义书签。 第 5章 制作和调试 . 错误 !未定义书签。 用的仪表和软件 . 错误 !未定义书签。 统制作 . 错误 !未定义书签。 统调试 . 错误 !未定义书签。 件调试 . 错误 !未定义书签。 件调试 . 错误 !未定义书签。 合调试 . 错误 !未定义书签。 章小节 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 附录 A 翻译文献 . 错误 !未定义书签。 附录 B 小车机械结构三维模型图 . 错误 !未定义书签。 附录 C 智能小车控制电路图 . 错误 !未定义书签。 附 录 A 翻译文献 原文： by By of of be to a of or of be in a of or of of a is by or by is of is or As we in is in by of a to a in a as as an 0 of in In in is of to is as (of in an is 0 in of of to at of of we to a in be be in of of d Fa of in 0 a P 122 a （ 1 In of be 8in ()2 a i N （ 1 aI=in aC=of in m =of CK m（ 1 is a by of in an of in is in In of is in of at in as is of of in is by a or so of of as aa d m a d （ 1 of a as of a is is I a a me i T（ 1 of by is as a or is by of of In it is is to It be to in of is to it is to in of 0a m. a at mis to 00 （ 1 is be by no of a of of is of In is to of of of be by of of of be an or be of of in of a is is a of A of in a of in is a in of a is of be in be in in a be in in a or be in of is in in in a be in to In t a a I R（ 1 In a is a of a in of in of a is as so As a so of of is of in a is of on of a of it of of be by of in of of be In it is a In a in t a a I R（ 1 is in to in a is in to of In is be by a in by a in to is by is a % in no to by be An of is of a in be at of of to to A of be by By of be In in is by in is in to in by is a is to by In be so to of or so it is A of a a of on of in It of a it to a of in of by of of in if of so be to A D.C is up of is of It of a a or is of It is up of a on is A a is on is to by of a On by of or or In is up of 1is a of to To of or 1mm by by of 翻译： 直流电机的介绍 直流电机的特点是他们的多功用性。依靠不同的并励、串励和他励励磁绕组的组合，他们可以被设计为动态的和静态的运转方式从而呈现出宽广范围变化的伏安、特 性或速度转矩特性。因为它简单的可操纵性，直流系统经常被用于需要大范围发动机转速或精确控制发动机的输出量的场合。 直流电机的总貌如图所示。定子上有凸极，而且由一个或几个励磁线圈励磁。气隙磁通量以磁极中心线为轴线对称分布。这条轴线叫做磁场轴线或直轴。 我们都知道， 在每个旋转电枢线圈中产生的交流电压，经由一与电枢联接的旋转的换向器和静止 的电刷，在电枢线圈出线端转换成直流电压。换向器电刷组合构成了一个机械整流器，它形成了一个直流电枢电压和 一个 被固定在空间中的电枢磁势波形。电刷的位置应使换向线圈也处于磁极中性区，即两磁极之间。这样，电枢磁势波的轴线与磁极 轴线相差 90度 ,也就是在交轴上。在示意图中，电刷位于交轴上，因为这是线圈和电刷相连的位置。这样， 电枢磁势波的轴线也是沿着电刷轴线的 （在实际电机中，电刷的几何位置大约偏移图例中所示位置90 度，这是因为元件的 末端形状构成图示结果与换向器相连。）。电刷上的电磁转矩和旋转电势与磁通分布的空间波形无关；为了方便我们可以假设在气隙中有一个正弦的磁通密度波形。转矩可以从磁场的观点分析得到。 转矩可以用每个磁极的直轴气隙磁通 d 和电枢磁势波的空间基波分量 1互作用的结果 来表示。在交轴上的电刷和这个磁场的夹角为 90 度，其正弦值等于 1，对于一台 P 极电机 2122 a （ 1 式中带负号被去掉 因为转矩的正方向可以由物理的推论测定出来。锯齿电枢磁势波的空间基波是它最大值的28。代替上面的等式可以给出： ()2 a i N （ 1 其中：枢外部点路中的电流； 枢绕组 中总导体数； m =通过绕组的并联支路数； 及 2 CK m（ 1 其为一个由绕组设计而确定的常数。 简单的单个线圈的电枢中的整流电压前在面已被讨论过。将绕组分散在几个槽中的效果可用图形表示，在图示中每一个整流的正弦波是在线圈中产生的电压 ,换向线圈边处于磁中性区。从电刷观察到的电压是电刷间所有串联线圈中整流电压的 总和，在图中标以每个磁极用 12个或更多换向片 ,可以使波动变得很小。从电刷中观测到平均产生的电压等于整流线圈电压的平均值的总和。电刷之间整流电压旋转电势为 2 aa d m a d （ 1 数。分布绕组的整流电压与集中绕组有相同的平均值，不同的是波动大大减低了。 在上面的 等式中，所有的变量都是 标准国际单位制。 a a me i T（ 1 这 个等式清楚地说明，与旋转电势相关的瞬间功率等于与磁场转矩有关的瞬时机械功率，能量的流向是由设备的确定，是发动机还是发电机。 直轴气隙磁量由励磁绕组的合成磁势 产生，其磁通 磁势曲线就是电机的具体铁磁材料 的几何尺寸决定的磁化曲线。在磁化曲线中 , 假设电枢磁势波的轴线与磁场轴垂直，因此假定电枢磁势 对直轴磁通不产生作用。在本文的后面有必要重新检验这一假设，饱和效应会深入研究。因为 电枢电势 是与磁通、时间、速度成比例，所以通常用恒定转速0m下的电枢电势0意转速电压m时，任一给定磁通下的电压就是说 00 （ 1 图中 磁化曲线只有一个励磁绕组励磁的，这种曲线可以通过测试的方法轻松获得，不需要任何设计步骤的知识。 大范围励磁下的铁磁阻与空气气隙相比可以忽略不计，在这种情况下磁通与励磁绕组的总磁势成线性比例关系，比例常数就是直轴的气隙导磁性。 直流电机的显著优势源自于通过选择励磁绕组的励磁方式而获得不同的运转方式。励磁绕组可以从外部直流电源以他励的方式励磁，也可以以自励的方式励磁。换句话，直流电机可以提供自身励磁。励磁方式不仅极大地影响它的静态特性，而且极大地影响在 控制系统中电机的动态性能。 他励发电机的联接图解 已经给出的。所需的励磁电流只是电枢电流中的一小部分。在励磁电路中少量的功率可以控制相对一大部分电枢电路的功率。换句话说，发电机是一个功率放大器，当需要在大范围控制电枢电压时，他励发电机通常在反馈控制系统中使用。自励发电机的励磁绕组可以有三种不同的供电方式。励磁线圈可以与电枢串联起来，这便是串励发电机；励磁绕组可以与电枢并联在一起，这便是并励发电 机。也可以同时以两种方式相连接组成一个复励发电机。为了引起自励过程，在自励发电机中必须存在剩磁。 在典型的静态伏 中，假定原动机速度恒定，稳态电动势与端电压之间的关系为 t a a I R（ 1 其中 电枢输出电流， 电枢回路电阻。在发动机中， 于 电磁转矩 T 是一 个反转矩。 他励发电机的端电压随着负载电流的增大而轻微的减小，主要是因为电压在电枢电阻上的压 降。串励发电机中的励磁电流与负载电流相同，所以气隙磁通和电压随负载变化很大，因此很少采用串励发电机。并励发电机电压随负载增加会有所下降，但在许多应用场合，这并不妨碍使用。复励发电机的连接通常使串励绕组的磁势与并励绕组磁势相加，其优点是通过串励绕组作用，每极磁通随着负载增加，从而产生一个随负载增加近似为常数的输出电压。通常，并励绕组匝数多，导线细；而绕在 外部的串励绕组由于它必须承载电机的整个电枢电流，所以其构成的导线相 对较粗。不论是并励还是复励发电机的电压都可借助并励磁场中的变阻器在适度的范围内得到调节。 所有励磁的方法在电动机上同样适用。在电动机典型的静态转速 转矩特性中，电机端电压假设由恒压源供电，在电动机中感应的电势 路端电压 t a a I R（ 1 电枢输入电流。电势 于端电压 电枢电流与发电机中的方向相反，且电磁转矩与电枢旋转方向相同。 对于并励与他励电动机来说，磁场磁通基本近似为常数，因此转矩的增加必须要求电枢电流近似成比例增大，同时为允许增大的电流通过小的电枢电阻，要求反电势稍有减少。由于反电势决定于磁通和转速，因此，转速必须稍稍降低。与鼠笼式感应电动机类似，并励电动机实际是一种从空载到满负荷的速度基本上只有 5%的下降的恒速电动机。从起动转矩到达到最大转矩之间 一直是被电枢电流所控制可以正常交替进行。 并励电动机的一个显著优点是速度控制，通过在并励绕组回路装上内部变阻器，励磁电流和每极磁通都可任意改变。而磁通的变化导致转速相反的变化以维持反 电势大致等于外施加端电压。用这种方法我们可以获得最大调速范围为 4或 5比 1，最高转速同样受到换向条件的限制。通过改变外施加电枢电压，可以获得很宽的调速范围。 对于串励电动机来说，电枢电流、电枢磁势波以及定子磁场磁通随负载增长而增长。因为由于负载增大而造成的磁通增大，速度必须降低，这样才可以维持反电势与外加电压之间的平衡 。此外，由于 磁通增加，所以转矩增大所引起电枢电流的增大比并励电动机中的要小。因此串励电动机是一种具有明显下降的转速于要求转矩过载很多的应用场合，由于对应的过载功率随相应的 转速下降而维持在一个合理的范围内。因此，这种特性具有特别的优越性。磁通随着电枢电流的增大而增大，同时还带来非常有用的起动特性。 在复励电动机中，串励磁场可以连接成积复励式，使其磁势与并励磁场相加；也可以连接成差复励式，两磁场方向相反 ,差复励很少使用。积复励电动机具有界于串励和并励之间的速度 负载特性，转速随负载的降低取决于并励 磁场和串励磁场的相对安匝数。这种电动机没有像串励电动机那样轻载高转速的缺点，但它在相当的程度上保持着串励方式的优点。 直流电机的应用优势是可以连接成串励、并励及复励式等各种励磁方式。其中的一些特性我们已在本文中的提及到了。如果增加电刷可以通过换向器获得更多的电压，那么还会存在更多的应用场合，不论对人工的还是自动控制的适应性是它们的显著特性。 一个直流电机是由两个基本元素组成： 定子是电机固定的部分。它由以下基础组成；在结构中有一个磁轭；励磁磁极和绕组；换向极和绕组；有滑动轴承的端罩；电刷和电刷固定器；出线 盒。 转子是电机旋转的部分。它构成了一个中心，这个中心是安放在设备轴上并且已经平均地隔开，把电枢绕组放入槽中。还有一个换向器和一个风扇组成，被放在设备的轴上。 它用螺栓和底座固定在地板上。低压电机的磁轭和本身的结构是一体的，穿过励磁磁极闭合而产生的磁通量。它的结构和磁轭是用生铁和铸钢制造成的，有时候也用焊接的钢板。在低压和可控补偿整流器电机中，磁轭是由 1 毫米的薄铁板制成的。磁轭经常被安放在一个非铁磁性的结构内（通常是由铝合金制成，为了缩减重量）。在内部有两个端盖并且都包含球体和滑动轴承。 励磁磁极 由用 1极被放入结构内的依靠螺栓固定。它们支撑绕组，让它运送励磁流动。在电枢上，磁极铁心的末端是极靴，它通过气隙有助于磁通量的分布。绕组被放置在一个绝缘结构内的中心处，被极靴保护。 包含CAD图纸和三维建模及说明书,咨询Q 197216396智能无线控制小车设计摘要智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。随着计算机、网络、机械电子、信息、自动化以及人工智能等技术的飞速发展，移动机器人的研究进入了一个崭新的阶段。目前，智能移动机器人，无人自主车等领域的研究进入了应用的阶段，随着研究的深入，对移动机器人的自主导航能力，实时监控功能，动态避障策略和时间等方面提出了更高的要求。本次设计的简易智能小车，采用AT89C51单片机作为小车的检测和控制核心；采用无线蓝牙来实现对小车运动的状态的控制；采用霍尔元件来测量小车运行速度，旋转角度；采用智能手机来实现小车的视频传输模块。无线控制模块使小车具备启动停止，加减速、转向等功能;视频传输模块使小车具备实时监控，定位等功能；最后将两者通过单片机联系到一起，实现所智能无线控制小车的基本功能。本设计的智能小车结构简单，技术发展成熟，较容易实现，但各模块之间的联系、软件设计以及整个系统的优化都具有很大的灵活性。不管采用什么思路，智能化、人性化，一定程度在小车上得以体现。关键词 蓝牙控制模块；霍尔元件；太阳能电池板；单片机IThe research on Intelligent Wareless Robot Car AbstractAs a new product 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.With the rapid development of computer, network, mechanical, electronic, information, automation and artificial intelligence technology, the mobile robot has entered a new stage. Currently, the study about intelligent mobile robot,unmanned autonomous car and some relevant areas are reaching a application stage.With further research, the mobile robot autonomous navigation capabilities, real-time monitoring, dynamic obstacle avoidance strategies and time put forward higher requirements.The design takes micro control unit AT89C51 as center control unit,use the Bluetooth to control the moving status,use Hall Element to measure the speed of the car and the angle of rotation; use intelligent mobile phone as the Video transmission module. Combine wireless unit and video transmission module together, the the car become the so called mobile robot. It can be controlled to move forward, move backward, turning, speed up and slow down. We can also read this moving status,watch the robots surroundings through computer or intelligent mobile phone.The design of the smart car structure is simple and the technology is developed, thus making it easy to achieved. But the combination of all modules,the Bluetooth unit is still challengeable. Besides, the software design,optimization of the entire system is also flexibility. No matter what ideas, artificial Intelligence can be applied with the intelligent toy car.Keywords Bluetooth control module; Hall Element; solar panel; MCUII目录摘要IAbstractII第1章 绪论1 1.1 课题背景1 1.2 智能小车的研究现状2 1.3 本章小节2第2章 智能小车的可行性分析42.1 题目分析42.2 方案选择4 2.3 总体方框图5 2.4 本章小节6 第3章 硬件设计7 3.1 主控模块的设计7 3.1.1 单片机的内部结构8 3.1.2 单片机的引脚功能83.1.3 单片机最小系统93.2 无线通讯模块设计123.2.1 蓝牙模块的选择133.2.2 蓝牙模块BF10133.3 小车车体设计163.3.1 小车车体的结构设计163.3.2 电机及驱动的选用173.4 摄像头云台设计203.4.1 云台电机及其驱动的选择213.4.2 云台的结构设计23 3.5 无线视频传输模块设计 24 3.6 电源模块设计263.6.1 太阳能电池板26 3.6.2 电源测试273.6.3 实际应用323.7 转向与转速的闭环控制333.7.1 霍尔元件343.7.2 转速测量方法35 III3.8 本章小节36 第4章 软件设计374.1 模糊控制算法374.1.1 模糊理论的发展和原理37 4.1.2 智能小车中的模糊算法37 4.2 软件设计框图374.3 软件程序设计的部分原程序39 4.4 程序的烧写过程 40 4.5 本章小节42 第5章 制作和调试43 5.1 使用的仪表和软件435.2 系统制作 43 5.3 系统调试43 5.3.1 硬件调试435.3.2 软件调试445.3.3 联合调试45 5.4 本章小节45致谢46 参考文献47附录A 翻译文献48 附录B 小车机械结构三维模型图61附录C 智能小车控制电路图62 智能无线控制小车设计IThe research on detection algorithm of harmonic and reactive current based on the PSCADII目录III第1章 绪论11.1 课题背景11.2 智能小车的研究现状11.3 本文主要内容2第2章 智能小车的可行性分析42.1 题目分析42.2 方案选择42.3 总体方框图5第3章 硬件设计73.1 主控模块的设计73.1.1 单片机的内部结构83.1.2 单片机的引脚功能83.1.3 单片机最小系统93.2 无线遥控模块设计123.2.1 无线遥控模块的工作原理123.2.2 PT2262/2272芯片133.3 小车车体设计173.3.1 小车车体的结构设计173.3.2 电机及驱动的选用17（1）电机方案的论证与比较18（2）电机驱动芯片183.4 摄像头云台设计193.4.1 云台的结构设计193.4.2 云台驱动电机的选择193.5 无线视频传输模块的193.6 电源模块设计20第4章 软件设计214.1 模糊控制算法214.1.1 模糊理论的发展和原理214.1.2 智能小车中的模糊算法214.2 软件设计框图224.3 软件程序设计的部分原程序224.4 程序的烧写过程22第5章 制作和调试245.1 使用的仪表和软件245.2 系统制作245.3 系统调试245.3.1 硬件调试245.3.2 软件调试255.3.3 联合调试26千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行XI第1章 绪论1.1 课题背景随着计算机、网络、机械电子、信息、自动化以及人工智能等技术的飞速发展，移动机器人的研究进入了一个崭新的阶段。同时，太空资源、海洋资源的开发与利用为移动机器人的发展提供了广阔的空间。目前，智能移动机器人，无人自主车等领域的研究进入了应用的阶段，随着研究的深入，对移动机器人的自主导航能力，实时监控功能，动态避障策略和时间等方面提出了更高的要求。地面智能机器人路径规划，是行驶在复杂动态自然环境中的全自主机器人系统的重要环节，而地面智能机器人全地域全自主技术的研究，是当今国内外学术界面临的挑战性问题1。智能无线控制小车是智能移动机器人的典型代表，是一类能够通过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标自主运动，从而完成一定功能的机器人系统。理想的自主移动机器人可以不需人的干预在各种环境中自主完成规定任务，具有较高的智能水平，但目前全自主的移动机器人还大多处于实验阶段，进入实用的多为自主移动机器人2，通过人的干预在特定环境中执行各种任务，而遥控机器人则完全离不开人的干预。智能无线控制小车技术研究综合了无线遥控、视频传输、定位与运动控制等技术。涉及包括蓝牙遥控、视频采集、路径控制等模块，作为移动机器人的主要组成部分。移动机器人的运动控制主要是完成移动机器人的运动平台，提供一种移动机器人的控制方式。性能良好的移动机器人运动控制系统是移动机器人运行的基础，能够服务于移动机器人研究的通用开发平台。运动控制是智能无线控制小车的执行机构，对小车的平稳运行起着重要作用。随着新的智能控制算法的不断涌现，移动机器人正向着智能化方向发展，这就对运动控制系统性能提出了更高的要求。设计实现智能无线控制小车的控制系统，能够熟悉移动机器人硬件和软件的开发，掌握移动机器人的运动控制特性，为后续的移动机器人的功能扩展搭建一个可行、稳定的平台，而这个平台则可以成为多种机器人开发的公共基础平台。实现智能移动机器人控制系统的开发具有一定的现实意义，将为以后的移动机器人开发奠定坚实基础。1.2 智能小车的研究现状移动机器人的研究始于60年代末期斯坦福研究院（SRI）的Nils Nilssen和Charles Roesn等人，在1966年至1972年中研制出了自主移动机器人Shakey3。70年代末，移动机器人研究又出现了新的高潮，特别是80年代中期以来，设计和制造机器人的浪潮席卷全世界。一大批世界著名的公司，如美国通用电气、日本本田、索尼等开始研制移动机器人平台，这些促进了移动机器人学多种研究方向的出现。例如，轮式移动机器人的代表作有：Smart Robots公司推出的新型基于Linux的移动机器人SR4；美国Activmedia Boties公司用于教学的P3-Dx轮式移动机器人；卡内基梅隆研发的Nomad移动机器人；美国国家航天航空局闻名遐迩的火星登陆车“勇气号”等4 。我国的机器人学研究起步较晚，但进步较快，已在工业机器人特种机器人和智能机器人各个方面都取得了显著成绩。在“七五”期间，完成了示教再现工业机器声成套技术。为了跟踪国外搞技术，80年代国家高技术计划中安排了智能机器人的研究开发，包括水下无缆机器人高功能装配机器人和多种特种机器人。进行了智能机器人体系结构、机构、控制、人工智能、机器视觉，高性能传感器及新材料的应用研究，取得了大量成果。其中，轮式移动机器人的研究也硕果累累。国内研究轮式移动机器人的科研单位及公司主要有研制能力风暴的as-r机器人的上海广茂达伙伴机器人有限公司；研制的casia-i自主移动机器人的中科院自动化所；研制“青青”轮式移动机器人的哈尔滨工业大学，研制“小蜘蛛”轮式移动机器人登月车的上海交大等5。当前，移动机器人技术的研究与发展的趋势包括有：机器人机构导航定位路径规划传感器信息融合技术智能技术移动机器人传感器技术等研究。我国自“八五”期间开始进入这一研究领域，并在国家863计划中予以重点支持。较为全面对路径规划、视觉导航、信息融合、自动驾驶等一些基本的智能机器人技术做了探索，所形成的一些关键技术成果也在其他领域得到应用。我国在机器人技术与自动化工艺装备等方面已经取得了突破性进展，缩短了同发达国家的差距，但是在机器人的核心及关键技术的原创性研究、高性能关键工艺装备的自主设计和制造能力、高可靠性基础功能部件的批量生产应用方面，同发达国家相比，我国仍存在较大差距。1.3 本章小节本课题采用通用51单片机实现轮式移动机器人电机驱动和闭环调速。实现基于wifi的无线视频监控和无线蓝牙控制设计，为机器人提供简单方便的障碍物检验和导航6。DSP实时监测驱动电动机的正交编码脉冲实现移动机器人的运动学定位，作为机器人一种比较粗略的定位方式，可以作为后续高精度定位方式的补充。无线控制使小车具备启动停止，加减速、转向等功能，视频传输模块使小车具备实时监控，定位等功能，最后将两者通过单片机联系到一起，实现所智能无线控制小车的基本功能。移动机器人控制系统设计与实现的主要内容有底层系统设计和控制系统的实现：（1） 移动机器人底层系统设计：移动机器人的底层系统设计包括移动机器人的控制电路设计、电机驱动电路设计和无线控制电路设计。底层设计涉及到的软件算法包括电机驱动和速度闭环、电机码盘的机器人定位、视频传输等。（2） 移动机器人的控制系统的实现：移动机器人控制系统的主要内容是生成机器人的运动控制信息，控制机器人的运动。无线遥控是移动机器人需要完成的任务之一，其典型工作过程为机器人完成相应的移动，完机器人的前进、后退、转向、加减速。运动控制过程中用到的视频输入信息包括WiFi模块提供的无线上网信息，电机码盘提供的机器人的位置、速度信息，摄像头云台提供的物体的方位信息，以及视觉摄像机采集并经过处理后的视频信息等。第2章 智能小车的可行性分析2.1 题目分析顾名思义，智能无线控制小车的本质就是一种小车，或者说是一种轮型机器人，相比与一般的玩具小车，这种小车具备无线控制等多种功能，智能程度较高，所以称之为智能小车。通过对题目进行了充分的分析和思考，将得出下列目标、任务、及指标。1.目标：设计制作一个智能轮型机器人，能够具有无线遥控、显示和视频传输功能。2.任务：（1）远距离控制轮型机器人前进、后退、加减速、停止等，使其按照自己的意愿行走。（2）显示小车行走的一些速度、转角等基本信息。（3）能够远距离的将云台摄像头的视频及时、不失真的传输给上位机。3.指标：（1）采用无线蓝牙遥控器在一定的范围内控制轮型机器人运动。（2）采用智能手机的无线视频传输技术，将轮型机器人所拍到的视频及时床输给上位机，通过上位机观察其周围情况。2.2 方案选择对于方案的可行性分析，主要根据方案的成熟程度、所需的技术难度、可靠性还有性价比。本小节将宏观的对智能无线控制小车各个功能模块进行初步的选择与优化。1.无线遥控模块方案一、采用红外遥控模块。本模块发射部分由PT2262芯片完成编码，并通过F05V微型发射模块发射信号，接收部分由J05U超外差式接收模块接收信号，并由PT2272完成解码。但此模块有个致命的缺点，就是定位、移动的精度无法满足智能小车的设计要求。方案二、采用无线蓝牙模块。随着通信技术的发展，蓝牙技术已日趋成熟，各种新型产品层出不穷。其中的无线蓝牙数据传输控制器，已发展为可以双向传输数据，SPP蓝牙串行服务,非常方便和手机、PC等连接。所以对于智能小车的无线遥控模块，采用优势明显的无线蓝牙模块BF-10。2.无线视频传输模块方案一、购买WIFI-Robot驱动板7，参照网络教程做出WIFI智能车。此方案简单所需的软硬件都可以在网上买到，但此方案对于初次尝试坐智能小车的我来说，不确定因素大，难于实现。方案二、采用具备视频功能的手机，设计合适的摄像头云台，将其固定在给定的摄像头云台上，从而通过互联网进行手机与手机，手机与电脑之间的视频传送。该方案原理简单，成本低，易于实现，并且能够达到规定的要求。所以采用方案二。3.主控制模块智能小车的控制板主要有两种选择：凌阳单片机和51单片机。由于课本本中学过51单片机，并且手中有现成的两块STC89C51板，所以选用它作为智能小车的主控制器。4.电源模块在电源模块的设计中，我们考虑到在满足各模块工作电压的需求的同时，尽可能做到绿色环保，无公害。经过市场调查，发现采用太阳能电池板是个不错的选择。根据小车的功率选择合适的太阳能电池板。设计稳压电源时，考虑到电池电压较低，并且在电量损耗时存在电压降低的情况，应此我们采用了低压差的稳压芯片LM2940。2.3 总体方框图根据以上方案，对于小车的大致结构有了系统的认识，小车的总体方框图如下图2-1。 图2-1 主板设计框图 2.4 本章小节本章主要从原理上对小车的可行性进行分析，首先对智能小车题目进行分析论证，即确定小车应该具备什么功能。然后是方案的选择方面，在很多方案中选择一种最简单可行的方案，来实现所要达到的功能。最后，系统的列出系统的设计框图，作为后续章节的设计主线。第3章 硬件设计 本系统硬件主要有五大模块组成：单片机控制模块、无线遥控模块、无线视频传输模块、电机及其控制模块和电源模块。3.1 主控模块的设计 本模块采用51系列单片机作为核心处理器。单片机控制系统基本由最小系统和外围信号I/O口组成，其中最小系统包括电源（地），CPU时序电路（一般使用11.0592M或者12M和30P电容组成），复位电路。有了以上三块，单片机就能够正常工作。 STC89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的STC89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。其应用范围广，性能良好，可用于解决复杂的控制问题。利用STC89C51的IO端口对传感器信号进行实时判断监控来控制步进电机做出相应的反映8。如图3-1是较为常见的带烧录接口的单片机最小系统图。图3-1 带烧录接口的单片机最小系统3.1.1 单片机的内部结构一个基本的MCS-51单片机通常包括：中央处理器、ROM、RAM、定时/计数器和I/O口等各功能部件，各个功能由内部的总线连接起来，从而实现数据通信。其内部框图如图3-2所示。图3-2单片机结构框图3.1.2 单片机的引脚功能图3.2 MS51单片机结构图 常见的51单片机中一般采用双列直插（DIP）封装，共40个引脚。图3-3为引脚排列图。其中的40个引脚大致可以分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。图3-3 STC89C51引脚排列图（1）电源1 VCC：芯片电源端，一般为+5V。2 GND：接地端。（2）时钟1 XTAL1：晶体振荡电路的反相输入端。2 XTAL2：晶体振荡电路的输出端。（3）控制线1 MCS-51单片机的控制线有4根，其中3根是复用线，具有两种功能。ALE/：地址锁存允许/编程脉冲。2 PSEN：外部ROM读选通信号。3 RST：复位引脚。4 /VPP：内外ROM选择/EPROM编程电源。（4）I/O引脚MCS-51单片机共有4个8位并行I/O端口，共32个可编程I/O引脚。 3.1.3 单片机最小系统单片机最小系统主要由电源、复位、振 荡电路以及扩展部分等部分组成。最小系统原理图如图3-4所示。 图3-4 最小系统电路图（1） 电源供电模块对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。51单片机虽然使用时间最早、应用范围最广，但是在实际使用过程中，一个和典型的问题就是相比其他系列的单片机，51单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象，克服这种现象出现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供给，也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给，如图3-5所示。电源电路中接入了电源指示LED，图中R11为LED的限流电阻。S1 为电源开关。图3-5 电源模块电路图（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3-6是上电复位及按钮复位的一种实用电路。图3-6 复位电路（3）振荡电路 单片机的时钟产生有两种方法：内部时钟方式和外部时钟方式。系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路9。STC89C51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。如图3-7所示，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值通常取30PF。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。图3-7 振荡电路图STC89C51使用11.0592MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间10。（4）烧写接口电路RST置高电平，然后向单片机串行发送编程命令。P1.7(SCK)输入移位脉冲，P1.6(MISO)串行输出，P1.5(MOSI)串行输入。被烧写的单片机一定是最小系统（单片机已经接好电源，晶振，可以运行）。如图3-8程序下载接口电路。图3-8程序下载接口电路3.2 无线通讯模块设计无线通讯模块主要完成对小车运动无线遥控功能。红外线和可见光具有相同的特性，因此只能直线传输。作为一种特替代方法，遥控器可以将射频（RF）用作无线传输媒介，这样一来就能穿透不透明物体和固定障碍物。射频的这一固有特性还能给用户赋予一种全新的自由感和移动体验，并大大延伸作用距离。过去的十年中涌现了一系列无线技术，如蓝牙、无线USB、WiFi、Z-Wave、ZigBee以及工作于不同频段的其它射频解决方案11，它们能够简化有线网络，覆盖家庭、办公室等任何场所。这些技术各不相同，而且针对不同的应用。每一项技术都拥有各自的优缺点。我们究竟选用何种无线射频技术来解决我们的家居遥控问题呢？蓝牙主要用于手机的无线耳麦，并正在进入汽车领域，用于相同的应用。蓝牙2.1版有望克服耗电量大的缺陷。由于蓝牙的工作频率与Wi-Fi、无绳话机和微波所使用的未经许可的2.4GHzISM（工业/科学研究/医疗）频段重叠，在家庭环境中使用蓝牙遥控器极有可能产生通信延时和电池寿命缩短的问题，因为它采用了易受干扰的跳频扩频（FHSS）回避机制。Z-Wave和ZigBee是两个针对但不限于自动化和传感器网络应用的协议。它们都工作在900MHzISM频段，ZigBee还提供2.4GHz版本。虽然900MHz解决方案的确能够提高信号的穿透性，但却以牺牲数据速率为代价，很多人对此不能接受。Wi-Fi毫无疑问是当今最常见的无线技术之一。WiFi提供足够的带宽，不仅能够用于显示，而且能够将丰富的媒体内容传送到遥控器上。虽然WiFi看起来是一种理想的射频技术，但每一种技术都有缺点，WiFi也不例外：功耗和系统成本是它的两大短板。认证无线USB技术也有类似的缺点，该技术是一项电缆替代标准。采用无线USB技术的遥控器能够保留有线USB在承载架构、功能和数据速率方面的优势，并可充分利用相关的设计开发经验12。但对于习惯于生产1到2美元的红外遥控器的大多数制造商而言，这种技术太过昂贵。蓝牙是一种短距的无线通讯技术，电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来，省去了传统的电线。透过芯片上的无线接收器，配有蓝牙技术的电子产品能够在十公尺的距离内彼此相通，传输速度可以达到每秒钟1兆字节。以往红外线接口的传输技术需要电子装置在视线之内的距离，而现在有了蓝牙技术，这样的麻烦也可以免除了。本此设计采用一种利用蓝牙系统建立手机或PC控制端与智能小车之间的无线通讯，实现了手机或PC控制智能小车的功能，并提出了一种手机遥控小车的解决方案。实验结果表明，此方案可以较为理想地实现电脑控制。3.2.1 蓝牙模块的选择市场上开发的出的蓝牙模块比较具有代表性的有爱立信ROK101007、CSR的bluecore2E蓝牙模块、DELTA公司的DFBM-CF121蓝牙芯片等。考虑经济性已经适用性的原因，我们选用遵从蓝牙1.2协议以上的芯片模块，综合考察市场，我们选用由深圳蓝色飞舞科技公司生产的蓝牙模块BF10。具体实物如图3-9所示。图3-9蓝牙模块BF10实物图3.2.2 蓝牙模块BF10BF10蓝牙通信模块为深圳蓝色飞舞科技公司自主开发的智能型无线数据传输产品，本产品标准型支持：4800bps1382400bps等多种接口波特率，支持从模式，支持64通道蓝牙替代串口线，应用原理图如图3-10所示。 3-10 BF10应用电路图 采用世界领先的蓝牙芯片供应商CSR的BlueCore4-Ext芯片，完全兼容蓝牙2.0规范，硬件支持数据和语音传输，最高可支持3M调制模式。语音接口支持PCM协议。BF10模块高灵敏性接收，低成本，体积小巧，低功耗5。其引脚图如图3-11所示。1 模块描述及应用原理供电： +3.3VRESET复位： 低有效，上拉470K电阻到3.3V，下接0.1uF电容到 地。PIO0：主从模式设置脚，悬空或者高电平表示主模式，低电平表示从模式。PIO1：蓝牙连接状态脚，高电平表示连接成功。PIO7：蓝牙连接指示脚，接LED灯及电阻到地。主模式下未连接成功频率较慢闪烁，连接成功常亮。从模式下未连接成功频率快闪烁，连接成功常亮。PIO5 清空配对蓝牙配对地址，平时为低，高脉冲则清空。3-11 BF10引脚图UART_TX 蓝牙模块串口数据发送脚，接单片机的RXDUART_RX 蓝牙模块串口数据接收脚，接单片机的TXD2 工作模式 （1）主模式工作流程：1 若存在配对地址则连接对应的蓝牙设备（不记忆模式则直接跳至）。2 若不存在已配对的地址，则模块扫描周围蓝牙设备（相同设备类型码）。3 找到蓝牙设备后配对连接（输入配对码）。4 连接成功之后打开串口，PIO1、PIO7高电平表示连接成功，串口数据可以全双工通信。（2）从模式工作流程：1 等待主模块来连接。2 检验配对码是否正确。3 连接成功后，PIO1、PIO7置高，串口数据可以全双工通信。3. 应用方法（1）操作方式：1 将 PIO0 接地，设置为从模式。2 将 PIO6、 PIO7 、PIO8、 PIO9 、PIO10、 PIO11 悬空或者置高，设置为64 通道。3 设置 PIO2、 PIO3 、PIO4 、PIO5 为对应需要的波特率。4 给模块上电，等待 PC 蓝牙适配器、PDA 等主机设备连接该模块。5 连接成功后，PIO1 脚都是输出为高低脉冲。若连接成功之后，PIO1 管脚输出为高电平。可以连接一个LED 进行显示状态。（2）串口通信波特率：1 设置两个模块的 PIO6 PIO7 PIO8 PIO9 PIO10 PIO11 相同的通道，不能为通道64（即全高电平）。具体参考设置模块通道2 模块上电，主模块则自动去查找该通道的从模块，此时主模块和从模块的PIO1 脚都是输出为高低脉冲。若连接成功之后，主从模块的PIO1 管脚输出为高电平。可以连接一个LED 进行显示状态。3 连接成功之后，两个模块两端就能进行串口数据全双工通信了。从客户端模式从客户端模式是用在被电脑的蓝牙适配器、PDA、手机等通用蓝牙设备连接进行数据传输的情况，原理图如图3-12。图3-12 应用原理框图 3.3 小车车体设计 小车车体作为整个系统的载体，车体的形状、设计理念直接影响到后续云台的设计。对于小车车体的设计，我主要研究小车车体的机械结构设计，小车驱动电机的选择和驱动模块的选择。3.3.1 小车车体的结构设计 对于小车的结构，主要要求车体较大，有足够的摄像头云台和电源模块的放置空间，同时还应该结构简单。智能小车采用两个驱动轮，负责校车的动力，分别位于小车的左右两侧，小车的前后采用两个万向轮。这样小车就可以原地旋转360，并且转向平稳、灵活。具体结构如图3-13所示。图3-13 车体结构3.3.2 电机及驱动的选用本次设计中采用了L298N驱动两台独立直流电机分别控制小车的左轮右轮实物图如图3-14。向小车发送左转或右转指令时，可以分别控制两轮的转速，使程序简洁，方便。前轮则用一个可自由旋转360的小轮代替，无论是停止还是转向，前轮都可以随之改变，方便操作，简化了程序的复杂性13。图3-14 L298N实物图（1）电机方案的论证与比较方案一：采用步进电机，精确度较高，一般步进电机的精度为步进的3%-5%，且不积累，缺点是体积较大，速度较慢，且价格较高。方案二：采用直流电机，直流电机运转平稳，可以保证小车运行的精度，虽然其控制的精确度没有直流电机的高，但完全可以满足本设计中的要求，而且价格也比较合理。经过市场调研，觉得JB37Y520减速马达比较合适，其结构图如图3-15，图3-16所示。 图3-15 驱动电机机构图 图3-16 驱动电机实物图由于本次设计的智能小车体积较大，所嫁接的太阳能电池板，和智能手机都比较沉重，所以采用大功率的驱动电机。经过测试，12V的JB37Y520减速马达完全能满足要求，其主要参数如表3-1所示。3-1 驱动电机参数表额定电压：12V额定电流：1A额定转矩：1N.M额定转速：10-2000 rpm额定功率：10W型号：520品牌：Aslong产品类型：有刷直流电动机产品认证：ROHS外形尺寸：2733mm（2） 电机驱动芯片 L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机14。其原理图如图16所示。图3-17 L298N原理图L298N可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，非常方便，用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作，有效控制电机运动，如图3-18直流电机驱动原理图。 图3-18直流电机驱动原理图L298N使用方法简单，能很容易的驱动小车的两个直流减速电机。1和15和8引脚直接接地，4管脚VS接12V的电压，它是用来驱动电机的，9引脚是用来接6V电压的，它是用来驱动L298芯片的。再此，需要注意的是，L298N需要从外部接两个电压，一个是给电机的，另一个给L298N芯片的。6和11引脚是它的使能端，一个使能端控制一个电机，可以把它理解为总开关，只有当它们都是高电平的时候两个电机才有可能工作，5、7、10、12是L298N的信号输入端和单片机的IO口相连，2、3、13、14是输出端，输入5和7控制输出2和3，输入的10、12控制输出的13、14。3.4 摄像头云台设计摄像头云台主要作用是在云台电机的驱动下，有选择的旋转一定角度，同时，将这些角度通过无线数据传输模块床给上位机（电脑或智能手机），我们再通过单片机和霍尔元件，控制小车的驱动电机，是小车按照摄像图制定的方向前进。在整个过程中，要求云台有自动复位的功能，也就是在小车旋转到给定的角度后，云台能回到初始位置，及所采集的视频是小车的正前方。在作为智能手机的载体，云台的结构，设计自由度极大地影响到小车定位、视频传输这一块的质量。综上，摄像头云台的设计主要包括摄像头云台结构设计和驱动电机的选择。3.4.1 云台电机及其驱动的选择根据小车的设计需求，云台旋转的角度要有一个精确地控制。而步进电机最容易实现这样的精确控制。可以根据给定的脉冲数，推算出 步转角度进电机的旋转角度，进而得出云台的旋转角度，再通过单片机，蓝牙输出模块将数据传输给上位机，我们通过所显示的角度值控制小车驱动电机旋转顶你个角度，从而实现小车自身按照给定方向旋转。在做小车前，已经买过两个步进电机和驱动。所以为了降低成本，采用已有的器材。云台驱动电机选用自带减速装置的28BYJ-48 5V步进电机。驱动选用ULN2803APG驱动板。ULN2803芯片介绍：有8个NPN达林顿晶体管，连接在阵列非常适合逻辑接口电平数字电路15，具体如图3-19。 图3-19 ULN2803引脚图该电路为反向输出型，即输入低电平电压，输出端才能导通工作。该芯片的输入端可以直接跟单片机IO口相连接，输出端直接连接步进电机。工作时需要提供5V的外接电源。具体驱动步进电机的原理图3-20所示。图3-20 步进电机驱动原理图 步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5VDC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。其主要参数如表3-2所示。表3-2主要技术参数电机型号电压 V相数步距角度减速比N启动转矩启动频率定位转 矩噪声绝缘介电强度28BYJ48545.63/6464300g.cm550P.P.S300g.cm356000VAC1S 四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC- CD-DA-AB-），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）。 步进电机分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式（HB）永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5或15；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8而五相步进角一般为 0.72。这种步进电机的应用最为广泛。红线接电源5V，橙色电线接P1.3口，黄色电线接P1.2口，粉色电线接P1.1口，蓝色接P1.0口。由于单片机接口信号不够大需要通过ULN2003放大再连接到相应的电机接口，具体接线如表3-3所示。表3-3 云台步进电机接线与程序关系表橙A P1.3黄B P1.2粉C P1.1蓝D P1.0十六制（P1口）1 0000x0811000x0c01000x0401100x0600100x0200110x0300010x0110010x09速度计算公式：运转速度=脉冲频率60/步进电机分割数/减速比64 步进电机分割数=360/6.625 图3-21，图3-22是28BYJ48的实物图和机构图图3-21 28BYJ48机械结构图 图3-22 28BYJ48实物图3.4.2 云台的结构设计 根据小车定位的需要，摄像头云台应安装在小车车体的最上层，并且位于中间位置。这样就保证了车在原地旋转的时候，云台的几何位置不变，这样避免了将云台的旋转角度转化为小车旋转角度过程中不必要的干扰因素，是计算更加简单。 在云台的设计过程中，对于云台的自由度主要小车工作的需求而定。市场上大多数摄像头自带有两个自由度，分别是左右和上下旋转，只要将摄像图固定在一个合适的位置，摄像头可以左右上下旋转，又很大的覆盖面。在本次设计摄像头云台时，考虑到后续任务打，难度大，所以采用较为简单的一个自由度，即只能沿着自身轴线旋转。在确定了云台安装位置和功能要求后，下来就到云台结构设计阶段了。云台的设计参数主要以下三部分决定，小车车体尺寸，智能手机尺寸和驱动电机尺寸。 智能手机机以iphone4s 为参考，其设计尺寸为115.258.69.3mm，与小车连接的是四个R3的孔，距离为边长是140m的正方形。云台驱动步进电机自带的连接孔是两个相距35.5mm半径是R3的孔。简单结构如图3-23所示：图3-23 云台结构图3.5 无线视频传输模块设计无线视频传输就是指不用布线（线缆）利用无线电波来传输视频、声音、数据等信号的传输系统。无线视频传输分为：模拟微波传输和数字微波传输。在无线视频监控系统中，摄像头是最前端、最基础、投资数量最大的一个产品，也是最关键设备，它负责对监视区域进行摄像并转换成电信号，再进一步用于传输，其质量直接影响视频监控系统的整体应用，同时还关系到工程造价。 模拟微波传输就是把视频信号直接调制在微波的信道上（微波发射机，HD-630），通过天线（HD-1300LXB）发射出去，监控中心通过天线接收微波信号，然后再通过微波接收机（Microsat 600AM）解调出原来的视频信号。如果需要控制云台镜头，就在监控中心加相应的指令控制发射机（HD-2050），监控前端配置相应的指令接收机（HD-2060），这种监控方式图像非常清晰，没有延时，没有压缩损耗，造价便宜，施工安装调试简单，适合一般监控点不是很多，需要中继也不多的情况下使用16。数字微波传输就是先把视频编码压缩(HD-6001D)，然后通过数字微波(HD-9500)信道调制，再通过天线发射出去。接收端则相反，天线接收信号，微波解扩，视频解压缩，最后还原模拟的视频信号，也可微波解扩后通过电脑安装相应的解码软件，用电脑软解压视频。而且电脑还支持录像、回放、管理、云镜控制和报警控制等功能。这种监控方式图像有720*576和352*288的分辨率选择，前者造价更高，视频有0.2-0.8秒左右的延时，造价根据实际情况差别很大，但也有一些模拟微波不可比的优点，如监控点比较多。环境比较复杂，需要加中继的情况多，监控点比较集中它可集中传输多路视频，抗干扰能力比模拟的要好一点等优点，适合监控点比较多，需要中继也多的情况下使用17。无线视频传输的优势：1. 综合成本低，性能更稳定。只需一次性投资，无须挖沟埋管，特别适合室外距离较远及已装修好的场合；在许多情况下，用户往往由于受到地理环境和工作内容的限制，例如山地、港口和开阔地等特殊地理环境，对有线网络、有线传输的布线工程带来极大的不便，采用有线的施工周期将很长，甚至根本无法实现。这时，采用无线监控可以摆脱线缆的束缚，有安装周期短、维护方便、扩容能力强，迅速收回成本的优点。2. 组网灵活，可扩展性好，即插即用。管理人员可以迅速将新的无线监控点加入到现有网络中，不需要为新建传输铺设网络、增加设备，轻而易举地实现远程无线监控。3. 维护费用低。无线监控维护由网络提供商维护，前端设备是即插即用、免维护系统。4. 无线监控系统是监控和无线传输技术的结合，它可以将不同地点的现场信息实时通过无线通讯手段传送到无线监控中心，并且自动形成视频数据库便于日后的检索。5. 在无线监控系统中，无线监控中心实时得到被监控点的视频信息，并且该视频信息是连续、清晰的。在无线监控点，通常使用摄像头对现场情况进行实时采集，摄像头通过无线视频传输设备相连，并通过由无线电波将数据信号发送到监控中心。随着互联网技术的发展，视频传输的方式变得越来越易于实现。加之智能手机越来越普及，很多人都用上了具备视频对话功能的手机。所以智能小车中的无线视频传输完全可以借用一个支持QQ视频功能的一般的智能手机，其构想图如图3-24所示。图3-24 无线视频传输模型 3.6 电源模块设计本次设计的另一个创新点就是采用太阳能电作为小车的各种电源。随着国家对新能源开发的大力投入，我国的光伏产业去得了极大地发展，太阳能产品也得到了普遍的运用。经过市场调研，太阳能电池板的种类齐全，价格低廉。做智能小车采用太阳能电池板是个非常有意义的选择。比如，减少浪费，保护环境，减少不必要的更换电池或者充电是智能小车更加方便智能化18。3.6.1 太阳能电池板 太阳能电池是一种直接将太阳能转换成电能的半导体器件。目前，广泛应用的为单晶硅和多晶硅太阳能电池，也是这次实验的主要元器件。在初期设计时，想组装成12V太阳能小车。这将首先选型12V的太阳能电池板，如图3-25所示。具体各元器件及参数为：5瓦/18伏（12伏系统使用）；尺寸24323016毫米；峰值电压：17.2V；峰值电流：0.29A；开路电压：21.6V；短路电流：0.33A；功率偏差：3%；实物重量：0.56千克；蓄电池一个（11.1V 1350mAh）；直流电动机（12V 250rpm）。 图3-25 全新12V单晶硅太阳能电池板3.6.2 电源测试充电实验：将太阳能电池板接到已放电的蓄电池上。如图3-26所示。在阳光下开始充电，用万用表分别测量蓄电池充电时的电压和电流值，并记录对应的充电时间。充电实验进行了多次，测量数据见表3-4 所示。充电电压曲线见图3-27，充电电流曲线见图3-28。图3-26 太阳能蓄电池充电测量图表3-4. 充电测量数据时间/min电压/V电流/AT(1)T(2)U1(晴） U2（晴）U3 (多云)U4(晴)U5（晴）I3(多云)I4(晴)I5（晴）U5（1）U5(2)I5（1）I5（2）03309.4329.5239.5429.4329.28011.460.070.140.200.1853609.7119.8919.6919.9579.67311.580.080.150.200.181039010.1710.169.67010.209.86611.900.080.150.200.181542010.3710.339.61310.489.91612.150.110.150.200.173045010.6210.619.69410.6710.1112.460.110.150.200.156048010.7210.749.67110.7810.5212.750.110.140.210.159051010.8710.889.68110.9210.6112.760.110.140.210.1412054010.9610.979.72111.0110.9212.80.100.140.210.1315057011.0111.029.72511.0511.0212.820.090.130.230.1318011.0411.069.73311.0811.020.060.130.2221011.0611.099.75711.110.050.20U15、I15表示第几次实验，T(1)表示时间从0300min，T(2)表示时间从330570min。U5(1)表示对应T(1)的电压，U5(2)表示对应T(2)的电压，I5(1)表示对应T(1)的电流，I5(2)表示对应T(2)的电流。 图3-27 充电电压曲线图 图3-28 充电电流曲线图通过分析表3-4数据可知：太阳能小车的充电效率受天气状况影响非常大。如：当天气多云时，充电电压最高仅9.8V，充电电流也小，实际上蓄电池没有充满。当天气晴朗时，小车的充电电压最高值达到12.82V，充电电流约为0.20A。放电实验：将已充满电的蓄电池与12V的直流电动机连接，测量小车空转（即小车不与地面接触）时的放电电压和电流值。同时记录放电时间。测量接线图如图3-29所示，测量数据见表3-5。放电电压曲线见图3-30，放电电流曲线见图3-31。图3-29 太阳能蓄电池放电测量图 图3-30 放电电压曲线图图3-31 放电电流曲线图表3-5放电测量数据时间（min）电压（V）电流（A）T(1)T(2)U1U2U5I2I5U5(1)U5(2)I5（1）I5（2）042011.0411.0812.8511.130.150.170.101545010.9310.9612.5111.090.110.150.103048010.9110.9312.3511.030.100.120.1060(1h)51010.8510.9112.2310.940.100.110.109054010.8110.8612.0710.840.100.110.10120(2h)57010.7410.7611.9310.780.100.110.1015060010.6810.6811.8510.740.100.110.10180(3h)63010.6210.6111.7310.670.100.110.1021066010.5210.5311.6610.590.100.110.09240(4h)69010.4310.4411.5810.520.090.110.0927072010.3610.3211.4510.440.090.100.09300(5h)75010.1810.0611.3810.340.090.100.093307809.6379.81011.3410.020.090.100.093458108.8349.15211.329.860.090.100.093608408.85711.266.2400.100.09U15、I15表示第几次实验，T(1)表示时间从0390min ，T(2)表示时间 从420 840min，U5(1)表示对应T(1)的电压，U5(2)表示对应T(2)的电压，I5(1)表示对应T(1)的电流，I5(2)表示对应T(2)的电流。通过分析表3-5的数据可知，太阳能小车在空转放电时，放电放电电流基本稳定在0.1A左右，放电时间最长达14h。 由式（3-1）（3-2）可计算出蓄电池的实际容量C实际（Ah）。 将表3-5中放电电流I5的数据按时间段（T）来划分。由此可计算出蓄电池的实际容量C实际（Ah）。将表5中放电电流I5的数据按时间段（T）来划分。如：放电开始的0.5h内，电流初始时约0.17A，慢慢将至0.12A。设定T1=0.5h，A； (3-1)则C1=I1T1=0.0725Ah (3-2)同理可得：I2=0.11A，T2=3h C2=I2T2=0.33AhI3=0.1A，T3=7hC3=I3T3=0.7AhI4=0.09A，T4=3.5hC4=I4T4=0.315Ah蓄电池放电的实际容量： 已知蓄电池的额定容量：，实验结果：C实际C额定。3.6.3 实际应用太阳能小车完成各项充放电实验后，再次充满电，将小车放在地面上，闭合小车控制开关，则小车正常行驶。太阳能小车空载时的运动特性小车空载（小车自重为0.92Kg）时，测量其工作电流约为0.15A，平均速度约为0.85m/s，即2.1Km/h。则可估算出小车空载行驶距离约为： 即空载时，小车可行驶约9.45h，行驶距离约19.85km。小车负载时的运动特性在小车车身上加上0.6Kg的重物，测量其负载电流约为0.19A，平均速度约为0.42m/s，即1.5km/h。这时小车可行驶的距离为：负载时，小车可行驶约7.46h，行驶距离约11.2km。小车的实用性在实验中可发现，只有当小车的充电电流大于小车的工作电流（空载或负载）时，才能保证小车在阳光下可以持续长期行驶，同时还可以对蓄电池充电，以使小车在阴天和晚上也可行驶。由此也证明，自己所制作的太阳能小车性能达到了设计要求，产品是成功的。蓄电池提供给的电源分为两路，一路为电机及驱动电路供电，另一路则通过三端稳压器7805 为单片机、传感器供电。单片机和驱动电路由两个电池盒分开供电，两者互不干扰，实现稳定供电。3.7 转向与转速的闭环控制智能小车的设计对转向精度要求较高，在设计中，随着摄像头云台的旋转，小车的车体能按照摄像头所指的方向行驶。在此之间有一个闭环控制的过程。具体原理如下：首先，摄像头不断地旋转，当旋转到所想要观测的方向时停止，通过蓝牙数据传输模块将旋转的角度显示给上位机（PC）。然后，将显示的角度通过霍尔元件作用于小车的驱动电机，是小车自身旋转一定的角度。最后，摄像头云台复位道和小车正前方同一方向的位置，小车直线行驶，从而完成转向。具体过程如图3-32所示。图3-32 速度闭环控制3.7.1 霍尔元件 根据霍尔效应是指人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点因此在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。 其中霍尔传感器A3144实物图如图3-33所示。图3-33 霍尔传感器A3144实物图霍尔传感器A3144是Allegro MicroSystems公司生产的宽温、开关型霍尔效应传感器其工作温度范围可达-40150。它由电压调整电路、反相电源保护电路、霍尔元件、温度补偿电路、微信号放大器、施密特触发器和OC门输出极构成通过使用上拉电阻可以将其输出接入CMOS逻辑电路。该芯片具有尺寸小、稳定性好、灵敏度高等特点有两种封装形式一种是3脚贴片微小型封装后缀为“LH”另一种是3脚直插式封装后缀为“UA”。A3144E系列单极高温霍尔效应集成传感器是由稳压电源霍尔电压发生器差分放大器施密特触发器和输出放大器组成的磁敏传感电路其输入为磁感应强度输出是一个数字电压讯号。它是一种单磁极工作的磁敏电路适用于矩形或者柱形磁体下工作。可应用于汽车工业和军事工程中。磁场由磁钢提供所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。 传感器的定子上有2 个互相垂直的绕组A和B， 在绕组的中心线上粘有霍尔片HA和HB ，转子为永久磁钢，霍尔元件HA和HB 的激励电机分别与绕组A和B相连，它们的霍尔电极串联后作为传感器的输出19。霍尔转速传感器的结构原理图如图3-34，霍尔转速传感器的接线图如图3-35。线圈A线圈BHAHBR1R1输出 图3-34方案霍尔转速传感器的接线图定子绕组A霍尔元件HA霍尔元件HB绕组B转子图3-35霍尔转速传感器的结构原理图3.7.2 转速测量方法 转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法(测频法)、T法(测周期法)和MPT法(频率周期法)该系统采用了M法(测频法)。由于转速是以单位时间内转数来衡量在变换过程中多数是有规律的重复运动。根据霍尔效应原理将一块永久磁钢固定在车轮转轴上的转盘边沿转盘随侧轴旋转磁钢也将跟着同步旋转在转盘下方安装一个霍尔器件转盘随轴旋转时受磁钢所产生的磁场的影响霍尔器件输出脉冲信号其频率和转速成正比。脉冲信号的周期与车轮的转速有以下关系 (3-3) 式中n为车轮转速P为车轮转一圈的脉冲数T为输出方波信号周期。根据式(3-3)即可计算出小车的转速。霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片在垂直于平面方向上施加外磁场B在沿平面方向两端加外电场则使电子在磁场中运动结果在器件的两个侧面之间产生霍尔电势。其大小和外磁场及电流大小成比例。霍尔开关传感器由于其体积小无触点动态特性好使用寿命长等特点故在测量转动物体旋转速度领域得到了广泛应用。3.8 本章小节本章主要是小车的硬件设计，作为本次设计的核心部分，在硬件设计方面力求条理清楚，层次分明有侧重点。首先是主控制模块的选择，紧接着就是无线通讯模块的选择，这两部分都是可以购买到的，简单的提一下。然后是摄像头云台和小车车体的设计，这两部分式设计的重点，详细的根据要求，设计出所需要的机械结构，并绘制出相应的图形。最后，视频传输和系统电源的设计，值得提出的是，对于视频传输模块，我采用现成的智能手机，这样设计难度降低，更具有可行性。第4章 软件设计4.1 模糊控制算法软件设计是实现小车智能运转的关键所在，相当于人类大脑思维活动，通过软件设计可将各个变化信号数据有效的结合处理，产生相应的动作反应。在小车运行的控制过程中，我们采用模糊控制算法实现对小车样本训练。4.1.1 模糊理论的发展和原理模糊控制的关键和核心是模糊控制规则，即用人的自然语言对操作者的手动控制策略加以描述，得到一些不精确的、定性的、判定的规则，这些规则就是模糊控制技术中的模糊控制规则20。这些模糊控制规则的来源是根据操作者对被控制对象的动态性的认识、表达和对被控对象的控制经验，从这些抽出输入和输出关系，加以描述，实质上就是被控对象的数学模型。在实际应用中，特别是人工操作控制，并不需要建立被控对象的数学模型。为了模拟人工控制过程，对人工控制操纵的经验和策略进行归纳、总结，建立一系列的模糊控制规则，将这些规则进行一定的处理便产生相应的模糊控制算法，利用计算机来实现这些模糊语句，此时就构成了一个模糊控制器，而其中的模糊控制算法则描述了控制器的行为特征。4.1.2 智能小车中的模糊算法本设计的模糊控制规则的建立方法是智能小车通过经验和测试数据来建立模糊控制规则。其主要控制过程为寻迹与避障的红外发射装置发送信息，由收装置接收，接收装置相当于人的感觉器官获取信息传给单片机，单片机相当于人的大脑，可以存储和处理信息，通过训练样本库，测试出小车寻迹最佳偏转角度，最佳避障距离等，包括其他的遥控信号和语音信号等，从而命令智能小车执行相应的操作，完成智能行驶。4.2 软件设计框图一开始小车一直处于自动定位状态中，当找到想去的地方时，摄像头云台锁定位置角度，并上传给上位机。上位机根据云台旋转角度值控制车体想相同方向旋转相应的角度值。单片机一直处于计算差值的过程中，当差值为零时，摄像头复位，与小车直线行驶方向相重合，从而达到定位的目的，其具体过程如图4-1所示。差值不为0车体转弯 停车 开始初始化各端 云台旋转摄像头定位 判断差值云台复位 接收来自上位机的定位信号 读取当前角度值 当前角度值与车体角度值做差 车体停止转弯 小车前行到达定位地点 是否差值为0图4-1 程序流程图4.3 软件程序设计的部分原程序本程序以C语言的形式编辑，结合硬件实现小车整个系统中摄像头云台的功能。小车以无线遥控来控制其各个运动状态，而摄像头的旋转角度决定了无线视频传输的观察视角，一定程度上决定了所接收到画面的质量。此程序主要实现以单片机来精确控制摄像头云台的步进电机的旋转角度和速度。具体子程序如下：#include static unsigned int count;static unsigned int endcount;void delay();void main(void) count = 0; P1_0 = 0; P1_1 = 0; P1_2 = 0; P1_3 = 0; EA = 1; /允许CPU中断 TMOD = 0x11; /设定时器0和1为16位模式1 ET0 = 1; /定时器0中断允许 TH0 = 0xFC; TL0 = 0x18; /设定时每隔1ms中断一次 TR0 = 1; /开始计数startrun: P1_3 = 0; P1_0 = 1; delay(); P1_0 = 0; P1_1 = 1; delay(); P1_1 = 0; P1_2 = 1; delay(); P1_2 = 0; P1_3 = 1; delay(); goto startrun; /定时器0中断处理 void timeint(void) interrupt 1 TH0=0xFC; TL0=0x18; /设定时每隔1ms中断一次 count+;void delay() endcount=2; count=0; dowhile(countendcount);4.4 程序的烧写过程（1）keil 软件的安装 打开setup 文件夹，双击setup 开始安装，选择Full Version，开始安装，根据提示安装软件。软件安装完毕后，打开MCS-51 源程序所在的文件夹双击即可打开程序。（2）应用keil 软件开发 点击projectNew project 新建一个工程，然后点菜单FileNew接着新建工程文件。新建文件为Text1，将文件保存在工程文件夹中。点菜单FileSave As，文件命名为：led，如果用C语言开发，将文件名后加上.C，如果用汇编语言开发，文件名后加上.ASM。然后点击“保存”。右击左边的Source Group 1，点击上图的蓝色“Add Files to Group Source Group 1”，进行添加文件，选中“led.c”，点击Add，即添加成功，然后再点击Close，关闭对话框。此时，左边的Source Group 1前边出现+号，点击符号：+，将看到文件已经添加到工程中，右边空白地方，即为打开的led.c文件，可以再其编写程序。（3）如何生成“.hex”文件 在keil开发环境中，ProjectOptions for Target Target 1，选择Output选项卡，点击Greate HEX File，再点击“确定”。编译程序，即可产生“.hex”文件。（4） STC89C52RC 程序下载软件的使用使用深圳宏晶单片机公司提供的STC-ISP软件，双击图标，软件界面如图4-2所示：第一步：选择MCU型号。第二步：打开下载“.hex”文件。第三步：选择串口。第四步：然后点击“Download/下载”。然后将开发板断电后再通电，程序代码即可烧录（下载）到单片机中。图4-2烧写程序操作界面4.5 本章小节 本章主要讲解小车软件方面的设计，软件设计是智能小车的设计的核心部分，它直接决定小车的设计水平。但软件设计不是本次设计的重点。本章首先讲述了软件设计的和模糊算法，然后设计出小车的程序设计流程图，最后介绍小车程序下载的过程。第5章 制作和调试5.1 使用的仪表和软件数字万用表 DT9203单片机仿真器 WAVE6000单片机开发板 TYD-51-1开发板画图制板软件 Proteus机械结构设计软件 Auto CAD， PROE程序开发软件 C+程序下载软件 Keil uVision2， STC_ISP电烙铁 TLW-305.2 系统制作 根据系统设计方案，本系统的制作主要是硬件制作，包括三个部分：元器件的购买，面包板上的调试，各元器件的焊接和模块的连接。在可行性分析后，选定最优方案，采购所能用到的一些电子器件，面包板上的调试是保证系统功能稳定实现的基础，最后通过焊接元器件，实现有效功能后连接到小车平台上，形成完美整体。5.3 系统调试 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、无线遥控模块的调试、无线视频传输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。5.3.1 硬件调试 对各个模块的功能进行调试，主要调试各模块是否能够实现指定的功能。（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。如表5-1为电机测试记录。表5-1 电机测试记录P3.4P3.5P3.6P3.7小车行驶状态0110小车向前行驶1001小车向后行驶010（1）0（1）小车向前右转0（1）0（1）10小车向前左转100（1）0（1）小车向左后退0（1）0（1）01小车向右后退0（1）0（1）0（1）0（1）小车停止行驶（2）无线遥控 此功能实现四个按键控制四路方向，按下“D”，小车向前行驶，“B”对应向后，“C”对应向左，“A”则实现向右行驶功能。经过多次的测试与数据记录，得出相应的结果，如表5-2。表5-2 遥控测试记录分析次数第1次第2次第3次第4次第5次第6次第7次按键DACBCDA驶向前右左后左停停距离1M0.9M1M0.5M1.5M3M2.5M次数第8次第9次第10次第11次第12次第13次第14次按键BDCABCD驶向后前停右后左前距离0.5M2M2M1M0.5M1.5M0.3M最佳距1.5M以内成功率11/14=89.6%5.3.2 软件调试 软件调试采用单片机仿真器WAVE6000及微机，将编好的程序进行调试，主要是检查语法错误并确认硬件完整无误。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。如摄像头云台步进电机程序，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，如语音程序只能实现第一次调用，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。5.3.3 联合调试 各模块都调试通过之后，将各个模块连接起来与硬件结合进行联合调试。在进行联合调试时，经过反复的实验，不断的来修改参数来完善结果。使程序按照要求设计的要求进行。5.4 本章小节 本章主要讲述小车的制作和调试过程，按照时间的顺序先后对小车的制作流程做一个系统的描述。首先是相关的准备工作，比如所需的硬软件等。然后讲述的是小车车体的制作过程。最后，相关的调试工作。致谢本课题的选题、课题研究及撰写绘制工作都是在吴开宇老师的悉心指导下完成的。吴老师在不离题的前提下给了我足够的发展空间，并且给我提出许多宝贵的意见。吴开宇老师随和平易近人的作风，渊博的知识，负责的态度以及对学生严格的高标准的要求，使我收益良多。吴老师在工作、学习、思想及生活方面给予我极大的帮助，使我难以忘怀。在此向吴开宇老师表示深深的感谢和崇高的敬意。在课题的研究和设计中，还得到了许多同学的帮助，在此表示诚挚的感谢。参考文献1 江晋剑，钱萌.一种基于AT89S52的简易智能小车设计J.科技论文，2007，7，97100. 2 船仓一郎，土屋 尧，崛桂太郎（日）.机器人控制电子学M.北京：科技出版社，2004，5. 67773 陈继荣.智能电子制作创新制作机器人制作入门M.北京：科学出版社，2007，10.56664 罗运俊.太阳能运用技术. 化学工业出版社 ，2011， 1. 3875 叶开恒.太一样能光伏技术. 西安交通大学出版社，2011， 11. 11216 靳瑞敏.太阳能电池原理与应用 .北京：北京大学出版社，2011，5. 32447 黄志伟.蓝牙硬件电路.科技论文2005， 8. 12328 肖伟，武强，闫秀桃，刘根. L293D 在护士移动机器人主控电路板设计中的应用J. 国外电子元器件，2007， 11. 6466.9 吴黎明.语音信号及单片机处理M. 北京：科学出版社，2007，3. 234310 陈敌北.例说8051M.北京：人民邮电出版社，2006，1. 63211 赵广林.轻松跟我学Protel 99SE电路设计与制版M.北京：电子工业出版社，2005，2. 344512 杜思深.无线数据通信技术 . 电子工业出版社，2011，1， 285613 Q. Xu, S. Sandhu, M. L. Povinelli, J. Shakya, S. Fan, and M. Lipson， Experimental Realization analogue to Electromagnetically Induced Transparency，Phys. Rev. Lett. 2006： 123-901 13 C. L. Garrido-Alzar, M. A. G. Martinez, and P. Nussenzveig, Classical Analog of Electromagnetically Induced Transparency，Am. J. Phys. 2002： 37-41 14 V. Yannopapas, E. Paspalakis, and N. V. Vitanov, Electromagnetically Induced Transparency and Slow Light in an Array of Metallic Nanoparticles, Phys. Rev. B, 2009： 35-104 15 Tajinder P Singh. Coil Occlusion Versus Conventional Surgical Closure of Patent Ductus Arteriosus. J.The American Journal Cardiology, 1997，79(9) 附录A 翻译文献 原文：Introduction to D.C. MachinesD.C. machines are characterized by their versatility. By means of various combinations of shunt-, series-, and separately excited field windings they can be designed to display a wide variety of volt-ampere or speed-torque characteristics for both dynamic and steady state operation. Because of the ease with which they can be controlled, systems of D.C. machines are often used in applications requiring a wide range of motor speeds or precise control of motor output.The essential features of a D.C. machine are shown schematically. The stator has salient poles and is excited by one or more field coils. The air-gap flux distribution created by the field winding is symmetrical about the centerline of the field poles. This is called the field axis or direct axis.As we know, the A.C. voltage generated in each rotating armature coil is converted to D.C. in the external armature terminals by means of a rotating commutator and stationary brushes to which the armature leads are connected. The commutator-brush combination forms a mechanical rectifier, resulting in a D.C. armature voltage as well as an armature m.m.f. Wave then is 90 electrical degrees from the axis of the field poles, i.e. in the quadrature axis. In the schematic representation the brushes are shown in quadrature axis because this is the position of the coils to which they are connected. The armature m.m.f. Wave then is along the brush axis as shown. (The geometrical position of the brushes in an actual machine is approximately 90 electrical degrees from their position in the schematic diagram because of the shape of the end connections to the commutator.)The magnetic torque and the speed voltage appearing at the brushes are independent of the spatial waveform of the flux distribution; for convenience we shall continue to assume a sinusoidal flux-density wave in the air gap. The torque can then be found from the magnetic field viewpoint.The torque can be expressed in terms of the interaction of the direct-axis air-gap flux per pole and space-fundamental component of the armature m.m.f.wave. With the brushes in the quadrature axis the angle between these fields is 90 electrical degrees, and its sine equals unity. For a pole machine （1-1）In which the minus sign gas been dropped because the positive direction of the torque can be determined from physical reasoning. The space fundamental of the sawtooth armature m.m.f.wave is times its peak. Substitution in above equation then gives （1-2）Where, =current in external armature circuit; =total number of conductors in armature winding; =number of parallel paths through winding.And （1-3）is a constant fixed by the design of the winding.The rectified voltage generated in the armature has already been discussed before for an elementary single-coil armature. The effect of distributing the winding in several slots is shown in figure. In which each of the rectified sine wave is the voltage generated in one of the coils, commutation taking place at the moment when the coil sides are in the neutral zone. The generated voltage as observed from the brushes and is the sum of the rectified voltages of all the coils in series between brushes and is shown by the rippling line labeled in figure. With a dozen or so commutator segments per pole, the ripple becomes very small and the average generated voltage observed from the brushes equals the sum of the average values of the rectified coil voltages. The rectified voltage between brushes, Known also as the speed voltage, is （1-4）where is the design constant. The rectified voltage of a distributed winding has the same average value as that of a concentrated coil. The difference is that the ripple is greatly reduced.From the above equations, with all variable expressed in SI units, （1-5）This equation simply says that the instantaneous power associated with the speed voltage equals the instantaneous mechanical power with the magnetic torque. The direction of power flow being determined by whether the machine is acting as a motor or generator. The direct-axis air-gap flux is produced by the combined m.m.f. of the field windings. The flux-m.m.f. Characteristic being the magnetization curve for the particular iron geometry of the machine. In the magnetization curve, it is assumed that the armature m.m.f. Wave is perpendicular to the field axis. It will be necessary to reexamine this assumption later in this chapter, where the effects of saturation are investigated more thoroughly. Because the armature e.m.f. is proportional to flux times speed, it is usually more convenient to express the magnetization curve in terms of the armature e.m.f. at a constant speed . The voltage for a given flux at any other speed is proportional to the speed, i.e. （1-6）There is the magnetization curve with only one field winding excited. This curve can easily be obtained by test methods, no knowledge of any design details being required.Over a fairly wide range of excitation the reluctance of the iron is negligible compared with that of the air gap. In this region the flux is linearly proportional to the total m.m.f. of the field windings, the constant of proportionality being the direct-axis air-gap permeance.The outstanding advantages of D.C. machines arise from the wide variety of operating characteristics that can be obtained by selection of the method of excitation of the field windings. The field windings may be separately excited from an external D.C. source, or they may be self-excited; i.e. the machine may supply its own excitation. The method of excitation profoundly influences not only the steady-state characteristics, but also the dynamic behavior of the machine in control systems. The connection diagram of a separately excited generator is given. The required field current is a very small fraction of the rated armature current. A small amount of power in the field circuit may control a relatively large amount of power in the armature circuit; i.e. the generator is a power amplifier. Separately excited generators are often used in feedback control systems when control of the armature voltage over a wide range is required. The field windings of self-excited generators may be supplied in three different ways. The field may be connected in series with the armature, resulting in a series generator. The field may be connected in shunt with the armature, resulting in a shunt generator, or the field may be in two sections, one of which is connected in series and the other in shunt with the armature, resulting in a compound generator. With self-excited generators residual magnetism must be present in the machine iron to get the self-excitation process started.In the typical steady-state volt-ampere characteristics, constant-speed prime movers being assumed. The relation between the steady state generated e.m.f. and the terminal voltage is （1-7）where is the armature current output and is the armature circuit resistance. In a generator, is larger than and the electromagnetic torque is a counter torque opposing rotation.The terminal voltage of a separately excited generator decreases slightly with increase in the load current, principally because of the voltage drop in the armature resistance. The field current of a series generator is the same as the load current, so that the air-gap flux and hence the voltage vary widely with load. As a consequence, series generators are normally connected so that the m.m.f. of the series winding aids that of the shunt winding. The advantage is that through the action of the series winding the flux per pole can increase with load, resulting in a voltage output that is nearly usually contains many turns of relatively small wire. The series winding, wound on the outside, consists of a few turns of comparatively heavy conductor because it must carry the full armature current of the machine. The voltage of both shunt and compound generators can be controlled over reasonable limits by means of rheostats in the shunt field.Any of the methods of excitation used for generators can also be used for motors. In the typical steady-state speed-torque characteristics, it is assumed that motor terminals are supplied from a constant-voltage source. In a motor the relation between the e.m.f. generated in the armature and terminal voltage is （1-8）where is now the armature current input. The generated e.m.f. is now smaller than the terminal voltage , the armature current is in the opposite direction to that in a generator, and the electron magnetic torque is in the direction to sustain rotation of the armature.In shunt and separately excited motors the field flux is nearly constant. Consequently increased torque must be accompanied by a very nearly proportional increase in armature current and hence by a small decrease in counter e.m.f. to allow this increased current through the small armature resistance. Since counter e.m.f. is determined by flux and speed, the speed must drop slightly. Like the squirrel-cage induction motor, the shunt motor is substantially a constant-speed motor having about 5% drop in speed from no load to full load. Starting torque and maximum torque are limited by the armature current that can be commutated successfully.An outstanding advantage of the shunt motor is case of speed control. With a rheostat in the shunt-field circuit, the field current and flux per pole can be varied at will, and variation of flux causes the inverse variation of speed to maintain counter e.m.f. approximately equal to the impressed terminal voltage. A maximum speed range of about 4 or 5 to I can be obtained by this method. The limitation again being commutating conditions. By variation of the impressed armature voltage, very speed ranges can be obtained.In the series motor, increase in load is accompanied by increase in the armature current and m.m.f. and the stator field flux (provided the iron is not completely saturated). Because flux increase with load, speed must drop in order to maintain the balance between impressed voltage and counter e.m.f. Moreover, the increased in armature current caused by increased torque is varying-speed motor with a markedly drooping speed-load characteristic. For applications requiring heavy torque overloads, this characteristic is particularly advantageous because the corresponding power overloads are held to more reasonable values by the associated speed drops. Very favorable starting characteristics also result from the increase flux with increased armature current.In the compound motor the series field may be connected either cumulatively, so that its m.m.f. adds to that of the shunt field, or differentially, so that it opposes. The differential connection is very rarely used. A cumulatively compounded motor has speed-load characteristic intermediate between those of a shunt and a series motor, the drop of speed with load depending on the relative number of ampere-turns in the shunt and series fields. It does not have disadvantage of very high light-load speed associated with a series motor, but it retains to a considerable degree the advantages of series excitation.The application advantages of D.C. machines lie in the variety of performance characteristics offered by the possibilities of shunt, series and compound excitation. Some of these characteristics have been touched upon briefly in this article. Still greater possibilities exist if additional sets of brushes are added so that other voltages can be obtained from the commutator. Thus the versatil