无线遥控智能小车的设计

1、 本科毕业设计论文题目 无线遥控智能小车的设计 学生姓名 学 号 所属院部 专 业 班 级 0 指导教师 年5月作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日 摘 要摘 要本设计是以单片机为控制核心，加以直流电机、光电传感器和电源电路以及其他电路构成。系统由单片机通过i/o口控制小车的前进后退以及转向。避障和测速分别采用红外反射式光电传感器和霍尔元件采集信号来实现。同时利用了pwm技术动态的控制电动机的转速，利用数码管来显示小车运行时的速度和指令代码。基于这些完备可靠的硬件设计，并使用了一套独特的软件算法实现了小车在高速运动中的精确控制。它实现了小车躲避前方障碍和测量速度等功能，以六个传感器为

2、核心实现智能控制，并且用开关来实现自动模式和手动模式之间的转换。关 键 词：单片机；直流电机；避障；智能小车33abstractabstractthis design is based on microcontroller ,as the core of controlling , making up of direct current moter, photoelectric sensors ,and circuit of the power and others circuit . the system controlling the car of going forwards or ba

3、ckwards and changing direction through i/o port by microcontroller. according to the reflecting-infrared ultrasonic sensors and the hall element to achieve signal acquisition, avoid hindering, measure the speed of the car, and so on. and also control the rotational speed of the motor with technology

4、 of pwm; make use of digital tube to show the speed, run-time instruction code when the car runs. base on these reliable hardware design, using a unique software algorithm to realize the accuracy controll of the car when runs in high-speed. it also realize the functions of avoiding of the front obst

5、acle and measuring the speed, make use of six transducers as the core to realize intellective control, and use the switch to realize the conversion modes between automatic and manual mode.key words: scm; direct current moter; obstacle avoidance; intellectual smart car目 录绪论目 录1 绪论11.1 课题背景、目的及意义11.1.

6、1 课题背景11.1.2 课题目的及意义11.2 课题研究的预期目标、主要内容及结构安排21.2.1 课题研究的预期目标21.2.2 主要内容及结构安排22 总体设计32.1 总体方案论证与比较32.2 各独立模块论证与比较32.2.1 电源的选择32.2.2 电机和电机驱动电路的选择42.2.3 避障传感器的选择62.2.4 测速传感器的选择72.2.5 显示电路设计72.2.6 声光报警电路的设计73 硬件设计93.1 单片机无线电遥控硬件电路设计93.1.1 遥控发射器的电路设计93.1.2 遥控接收系统的电路设计93.2 避障模块电路设计103.2.1 小车避障原理103.2.2 障碍

7、物检测电路113.2.3 元件安装位置113.3 测速模块113.3.1 霍尔转速传感器检测装置113.3.2 转速数字式测量方法123.4 显示电路134 软件设计154.1 主程序模块154.2 避障子程序164.3 89s52单片机直流电机调速软件设计164.4 无线电遥控部分174.4.1 初始化程序174.4.2 无线电收发程序设计184.5 转速信号处理电路设计195 测试结果及误差分析215.1 测试方法215.2 误差分析216 结束语237 结论与展望25致 谢27参考文献29附 录31即可）：7 结论与展望1 绪论1.1 课题背景、目的及意义1.1.1 课题背景自第一台工业

8、机器人诞生以来，智能机器的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。随着科学技术的发展，运用于机器人的传感器的种类越来越多，其中传感器成为机器人自动行走和避障的重要部件。传感器的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于传感器的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器运转需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。随着微电子技术、计算机技术和制造技术的飞速发展，数码相机、dvd、洗衣机、汽车等面向最终用户的消费类产品越来越呈现出光机电一体化、智能化、小型化、节能化等趋势。 光纤制造设

9、备、集成电路芯片制造设备、石油化工生产设备、汽车和飞机制造设备等现代化的装备工业也体现着光机电一体化、智能化、自动化的显著特点。高科技含量的电子互动式小车也将成为玩具行业发展的主流。目前，我国在这些方面的技术水平与欧美等拥有先进制造技术的国家还有相当的差距。我们迫切需要培养和训练能够设计智能化、自动化设备的工程技术人才。智能化作为现代科技发展的新方向，它可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探，娱乐等用途。智能遥控小车就是其中的一个体现。本次设计的无线电遥控智能小车，采用at89s52单片机作为小车的检测和控制核心；采用各个感应器来检测运动过程的状况，从

10、而把反馈到的信号送单片机，使单片机按照预定的工作模式控制小车在各区域按预定的速度行驶。本设计结构简单，易于实现，而且还具有高度的智能化、人性化特点。1.1.2 课题目的及意义所谓遥控智能小车，是指通过光、电等传感器，赋予运动小车感受周围环境变化的能力，通过单片微型计算机处理小车周围环境变化的信息，赋予运动小车自主决策能力，并将决策通过执行机构施加于外界，从而对周围环境变化作出反应。本设计就是基于计算机控制技术、单片机技术、传感器技术、智能控制技术、机电一体化技术、无线电遥控技术及机器人技术，研制了一个能自动避障、无线电遥控的智能小车。本次毕业设计我选择“遥控智能小车的设计”是为了更好地学习和研

11、究自动化的相关知识，掌握电路设计的方法和技巧。学会如何将学习到的理论知识运用到实际当中去，怎样能够活学活用，深入的了解电子元器件的使用方法，了解各种元器件的基本用途和方法，能够灵活敏捷的判断电路中出现的故障，学会独立设计电路，积累更多的设计经验，加强焊接能力和技巧，同时在实践过程中锻炼查阅、归纳资料的能力，提高将理论知识运用于实践的能力。同时通过亲自独立设计训练我们大学生应用所学专业知识解决实际工程实践问题的技能 , 巩固所学专业知识，拓宽知识面。激发我们大学生的创新意识，培养大学生实践动手能力和综合科研能力。1.2 课题研究的预期目标、主要内容及结构安排1.2.1 课题研究的预期目标本课题欲

12、研究开发出一套基于无线电遥控和红外避障的遥控智能小车，要实现的主要目标有：（1）多传感器组成的传感器网络调节电路。（2）无线电遥控信息和传感器信息的单片机采集。（3）自动避障、车速实时测量、声光报警和显示。1.2.2 主要内容及结构安排在本文中，智能小车要实现无线电遥控、避障和测速等性能。其中无线电遥控由无线电脉冲个数的编码，单片机软件解码；避障性能采用红外线传感器进行避障，进而测速。以下详述各部分内容及结构安排：第一章 综述国内外智能小车的发展的现状和背景，对多传感器信息的融合技术、无线电遥控技术和避障技术进行了说明，同时介绍了本文的选题背景、主要研究内容和研究意义。第二章 遥控智能小车的硬

13、件设计的合理性和稳定性是智能小车实现本文功能要求的基础。本章主要介绍了电源选择、电机驱动控制电路设计、无线电遥控的设计、控制系统、避障模块和转速测量电路等。第三章 硬件电路是通过小车各个模块的衔接，才成为一个完整的整体。本章介绍了在选择好各个模块电路后，再实现各个模块之间的协调。第四章 遥控智能小车的软件设计是使小车简单易行必不可少的。因此，本章介绍了遥控编解码、避障和调速等的程序设计。第五章 本章将软硬件结合起来进行系统性能的测试和误差分析。2 总体设计2.1 总体方案论证与比较方案一：采用各类数字电路来组成小车的控制系统，对外围避障信号，采用硬件进行编解码来遥控小车，处理各路信号。本方案电

14、路复杂，灵活性不高，效率低，不利于小车智能化的扩展，对各路信号处理比较困难。方案二：采用at89s52单片机来作为整机的控制单元，无线电信号实现远距离遥控控制，用红外线传感器进行避障，用霍尔传感器进行测速。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路问题，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，能较好的实现题目的设计要求，因此本课题采用方案二来实现。方案二的基本原理框图如图2.1 所示。图2-1 整机的控制单元2.2 各独立模块论证与比较2.2.1 电源的选择方案一：采用两个电源供电，将电动机驱动电源与单片机以及其

15、周边电路电源完全隔离，利用光电耦合器传输信号。这样可以使电动机驱动所造成的干扰彻底消除，提高了系统的稳定性。但是多一组电池，增加了小车的重量，同时也增加了小车的惯性，消弱了电动机的控制性能，降低了灵敏度。方案二：采用单一电源供电。电源直接给电动机供电，因电动机起动瞬间电流较大，会造成电源电压波动，因而控制与检测部分电路通过集成稳压供电，将电压稳定在一定数值范围内，以免有波动电压造成电路的损毁，同时也具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能，其供电方式也比方案一简单。我们在选用的时候，根据自己的经济情况采用了第二种方案，并且选取的是可充电电池组，作为供电电源。2.2.2 电机和电机驱动电路的

16、选择1） 电机的选择对于电动车来说，其驱动轮的驱动电机的选择十分重要。由于本实验要实现对路径的准确定位和速度测量，我们综合考虑了以下两种方案，如下表2-1所示。表2-1 电机选择方案比较方案调速起停和正反转其他特点方案一步进电机性能好快速起停，正转、反转控制灵活负荷不超过动态转矩值启动或反转灵敏，价格昂贵方案二直流电机调速平滑、方便无极快速起、制动和反转体积小，重量轻，装配简单，使用方便，性价比高综上所述，我们选择了方案二。2） 驱动电路的选择方案一：使用直流电机，加上适当减速比的减速器。直流电机具有良好的调速性能，控制起来也比较简单。直流电机只要通上直流电就可连续不断的转动，调节电压的大小就

17、可以改变电机的转速。直流电机的驱动电路实际上就是一个功率放大器。常用的驱动方式是pwm方式，即脉冲宽度调制方式。pwm的理论基础是：冲量相等而形状不同的的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其效果基本相同。采用pwm进行电机的调速控制，实际是保持加在电机电枢上的脉冲电压频率不变，调节其脉冲宽度。电机是一个惯性环节，它的电枢电流和转速均不能突变，很高的频率的pwm加在电机上，效果相当于施加一个恒定电压的直流电，如下图所示。电压可以由脉冲的宽度调节。图2-2 脉宽调节信号电机驱动电路，采用pwm（脉宽调制）h型变换电路，它是由四个三级管和四个续流二级管组成的桥式电路。该电路的特点是：可以用一个驱动电源以脉

18、冲控制电流的方向来控制电动机的正转和反转。它的通用电气原理图如下所示：图2-3 电机驱动电路遥控智能小车是采用两台直流电机驱动，一台电机驱动小车左侧前轮，另一台电机驱动右侧前轮。当输入两个前进信号时，两台电机同时正转，小车前进。当输入两个后退信号时，两台电动机同时反转，小车后退。当输入左转信号时，右侧电机正转前进，左侧电机反转后退。当输入右转信号时，左侧电机正转前进，右侧电机反转后退。电机控制电路采用h型直流驱动电路，并加以pwm脉宽调制进行调速控制。优点：左右边车轮分开驱动，方向控制非常方便。采用pwm（直流脉宽调制），它利用器件的开关作用将直流电源电压转换为一定频率的方波电压加在直流电动机

19、的电枢上，通过对方波脉冲宽度控制来改变电枢的平均电压，从而实现电动机的转速。由于选用89s52单片机可以直接进行pwm输出，即由单片机的i/o口输出一系列频率固定的方波，再通过驱动电路来驱动电机，在单片机中编程改变输出方波的占空比就可改变加到电机上的平均电压，从而可以改变电机的转速。遥控智能小车要实现倒退、前进、左转和右转、避障、测速等功能，需要自行设计出电机驱动控制电路。单台电机控制电路方框图如下：图2-4 单台电机控制电路方框图方案二：使用步进电机。步进电机具有良好的控制性能，当给步进电机输入一个电脉冲信号时，步进电机的输出轴就转动一个角度，因此可以实现精确的位置控制。与直流电机不同，要使

20、步进电机连续的转动，需要连续不断的输入点脉冲信号，转速的大小由外加的脉冲频率决定，而且其转动不受电压波动和负载变化的影响，也不受温度、气压等环境因素的影响，仅与控制脉冲有关。但步进电机的驱动相对较复杂，要由控制器和功率放大器组成。这两种方案都能达到很好的控制效果，鉴于此处实验不要求十分精确，使用直流电机足以满足题目所需精度，因此选择方案一。2.2.3 避障传感器的选择考虑到在测障过程中小车车速及反应调向速度的限制，小车应在距障碍物10cm的范围内做出反应，这样在顺利绕过障碍物的同时还为下一步寻找最佳的位置和方向。否则，如果范围太大，则可能产生障碍物的判断失误；范围过小又很容易造成车身撞上障碍物

21、或虽绕过障碍物却无法实现理想定向方案。方案一：采用红外检测。考虑使用红外一体化接收头和555电路来制作检测电路。发射管和接收头的位置按反射式放置。红外发光管持续发出调制后的红外光，当前方某一距离有障碍物时，接收头接收到反射的调制红外光则输出对应的电平，从而判断障碍物的存在。红外一体化接收头使用方便，市面上有现成的光电开关，使用很方便，将红外传感器安装在小车最前方的两边，电路简单，安装简易，反应快。采用反射式光电开关gp2a25，没有检测到障碍物时，传感器输出为高电平，小车沿遥控器所命令方向行进；当前方某一距离有障碍物时，传感器输出一个低电平。小车即可据此作出相应的调整以避开障碍物。方案二：使用

22、超声波检测。超声波检测装置包括一个发射器和一个接收器。发射器向外发射一个固定频率的声波信号，当遇到障碍物时，声波返回被接收器接收。选择合适的工作频率，采用合适的干扰抑制手段，可以达到较理想的效果。不过由于超声波检测装置有两部分组成，电路比较复杂，安装比较麻烦。鉴于方案一简便易行，检测效果可靠，故采用方案一。2.2.4 测速传感器的选择方案一：红外测速可以实现非接触、主动式的测量，这种测量方式不从被测物体吸取能量，不破坏现场环境，使用红外光还可以避免可见光的影响，从而增加了系统的抗干扰能力。方案二：因霍尔传感器具有无触点、长寿命、高可靠性、无火花、无自激振荡、温度性能好、抗污染能力强、构造简单、

23、坚固、体积小、耐冲击等优点。鉴于本论文精度要求不高，而且简单易行，这里选择方案二。2.2.5 显示电路设计方案一：使用数码管显示。数码管使用简单，价格低廉，虽然数码管消耗的电力比液晶多一点，但是数码管显示更加清晰，更加适合在白天等强光条件下显示。方案二：使用液晶显示。液晶显示电路复杂，使用灵活，液晶极其省电，但是使用有温度范围限制，且因是反光式的，在外界光线很明亮的情况下很容易看不清楚。综合小车性价比的要求，采用方案一。2.2.6 声光报警电路的设计当电路检测前方有障碍物或者偏离轨道时，电路都产生发光发声报警。声光报警电路采用高亮的led灯以及蜂鸣器来实现，其电路如下图所示。图2-5 声光报警

24、电路3 硬件设计3.1 单片机无线电遥控硬件电路设计单片机遥控器应用系统分遥控发射电路和遥控接收电路两部分。3.1.1 遥控发射器的电路设计本设计仅利用单片机at89s52对2*4的矩阵键盘进行监控，当无线遥控器的某个按键按下时，由单片机判断是否有按键发生并检测出键值。单片机根据检测到的键值发出相应的码值，无线发射器负责将键信号以编码的形式在315mhz的频率上发射出去。图3-1 无线电发射器原理图3.1.2 遥控接收系统的电路设计该设计中无线发射接收芯片采用的是szsaw系列的0733编码发射芯片和czs-7接收解码芯片，它的工作方式为频移键控fsk，因此发射信号比较稳定。0733发射芯片有

25、四位数据端，czs-7接收芯片除了四位数据端外还有一端为判断位vt端，当vt为1时表明没接收到信号，反之则接收到信号。芯片数据端的默认状态均为低电平。根据无线编码解码的特点，结合at89s52优秀的处理器功能，设计了以at89s52为控制核心的实现无线遥控技术的硬件电路图，在最小电路图的基础上添加了矩阵键盘和专用ic，其电路示意图如下图所示。图3-2 遥控接收系统原理图遥控器由专用发射芯片0733发射信号，当czs-7接收到信号后其vt端由低电平变为高电平，at89s52的p2.4端检测到vt的电平变化后，单片机开始查询p2口的低四位【27】。3.2 避障模块电路设计3.2.1 小车避障原理红

26、外发射管向某一方向发射红外光 ，遇到障碍物后红外光被反射由接收管接收 ，从而就可以方便地判断出小车的前方是否有障碍物。由于障碍物是在某一区域内随意摆放，传感器检测到障碍物后让小车准确地躲避障碍物是一个模糊控制过程。直流式红外二极管收发模块具有电路简单、易于调试等特点 ，但它同时很容易受到外界光源的干扰 ，无法适应场地更换时不同背景光源的影响。避障的红外对管装在小车上部，受到太阳光的强烈干扰，只有在室内(无太阳光)小车才可有效避障，因此最好采用调制的脉冲驱动电路来驱动红外发射接收模块。采用调制脉冲驱动电路，通过光检测器检出电路中输入的同步信号，而得到信噪比很好的光检信号。一般红外信号需要调制到3

27、8khz的载波上，这样可以与生活中常见的普通红外线区别开来 ；另外红外接收电路采用 fps一6038，其内部已经集成了专用电路，具有调谐、放大、检测功能。红外光发射和接收电路原理图如图所示。图 3-3 传感器工作原理图3.2.2 障碍物检测电路本设计的障碍物检测较为简便，使用光电式开光gp2a25进行检测，安装也十分容易，只有三个引脚，直接安装在小车的前方。当小车检测到障碍物时就发出声音报警。光电开关安装示意图见下：图3-4 光电开关安装示意图3.2.3 元件安装位置红外避障发送接收模块安装在小车车头，小车行驶过程中若没有接收到反射信号，表示在有效距离内无障碍物，一旦检测到反射信号，小车停止前

28、进，同时单片机控制小车转向，并作小范围探测，找一无障碍方向继续前进。3.3 测速模块3.3.1 霍尔转速传感器检测装置转速测量系统安装示意图如下所示，下面对检测装置主要部件进行介绍。图3-5 转速测量系统安装图霍尔转速传感器。该传感器是利用霍尔效应原理工作的：一个金属或半导体薄片置于磁场中，磁场垂直于薄片，当薄片通以电流时，在薄片的两侧面上就会产生一个微量的霍尔电压， 如果改变磁场的强度，霍尔电压的大小亦随之改变，当磁场消失时，霍尔电压变为零。霍尔效应式转速传感器输出的信号是矩形脉冲信号，很适合于数字控制系统，抗干扰能力强。齿轮信号盘。信号盘可用一般的黑色钢板制成，结构图如图3.6所示。它就是

29、转速测量时所用的转盘，盘上共有24个齿。中心孔用来在电机转轴上定位，从而信号盘与电机的转轴一起转动，传感器固定在支架上 ，垂直于信号盘，其安装图如图3.7所示。当信号盘随电机转轴旋转时，信号盘的每个齿经过探头正前方时产生感应，探头就输出一个标准的脉冲信号。对该信号盘而言，每24个脉冲对应电机的1个工作循环。因此，脉冲信号的频率大小就反映了信号盘转速的高低，可由单片机进行测量并换算为转速【3】 。图3-6 信号盘结构图 图3-7 转速测量装置安装图3.3.2 转速数字式测量方法旋转设备转动速度的数字检测基本方法是利用与该设备同轴连接的霍尔转速传感器的输出脉冲频率与转速成正比的原理，根据脉冲发生器

30、发出的脉冲速度和序列，测量转速和判别其转动方向。根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有：m法 (测频率法)、t法 (测周期法)和mt法 (频率周期法)。 1)m法。在规定的检测时间内，检测霍尔传感器所产生的脉冲信号的个数来确定转速 。虽然检测时间一定，但检测的起止时间具有随机性，因此m 法测量转速在极端情况下会产生1个转速脉冲的误差。当被测转速较高或检测电机转动一圈发出的转速脉冲信号的数量时，才有较高的测量精度，因此m法适合于高速测量。 2)t法。它是测量霍尔传感器所产生的相邻两个转速脉冲信号的时间来确定转速。相邻两个转速脉冲信号时间的测量是采用对已知高频脉冲信号进行计数来实现的。在极端情况下

31、 ，时间的测量会产生1个高频脉冲周期，因此t法在被测转速较低(相邻两个转速脉冲信号时间较大)时，才有较高的测量精度，所以t法适合于低速测量。 3)mt法。它是同时测量检测时间和在此检测时间内霍尔传感器所产生的转速脉冲信号的个数来确定转速。由于同时对两种脉冲信号进行计数，因此只要“同时性”处理得当，nt法在高速和低速时都具有较高的测速精度。 传感器输出脉冲的间隔对m法有很大的影响。采用m法时，平均速度越准确 (相对误差小 )，其估计的瞬时速度就越不准确，反之瞬时速度越准确，其平均速度的相对误差就越大 。mt法相对于其他两种方法有较高的精度，但它的实时性差。t法实际上是对计时器进行计数，相对于m法

32、对脉冲进行计数，该方法有着较高的精度。另外t法对每个转速脉冲都进行了转速的计算，最大限度地利用了传感器所提供的转速信息，能实时地反映转速的变化过程。综合考虑文中系统采用了测周期法(t法 )。3.4 显示电路这里使用数码管显示，显示电路如下图所示。图3-8 显示系统电路图4 软件设计4.1 主程序模块主程序流程图如图所示。主程序主要完成对各个子模块的调用。它是整个软件系统的核心。整个程序主要实现二大功能：一是用无线电遥控器控制小车的运动性质。二是对机器人小车运动状态的检测。用红外传感器检测机器人小车周围障碍物的情况，由霍尔元件测量机器人的速度。图4-1 智能小车主程序流程图4.2 避障子程序图4

33、-2 避障流程图4.3 89s52单片机直流电机调速软件设计为了消除转速采样中的各种干扰，可采用中值滤波。根据中值就可以求出所应写入到定时器/计数器1输出比较寄存器(ocrib)中的值，从而使89s52单片机输出一定占空比的pwm波形，达到调节电机速度的目的。单片机的程序流程图见下： 图4-3 调速流程图4.4 无线电遥控部分4.4.1 初始化程序初始化程序的任务是清除存放脉宽数据单元，关闭发射指示灯，关闭遥控输出口，设置相应定时器模式，设置中断等。3） 二进制信号的编码与调制无线电遥控系统中有很多编码标准，常见的有philips和nec编码格式。本文采用类似nec 编码格式的脉宽调制编码方式

34、编码，由发送单片机完成。规定二进制信号的“1”由宽度均等于026ms(即 1o个 26 s的宽度)的低电平与高电平构成；二进制信号的“o”的高电平宽度为026 ms，低电平是高电平宽度的 2倍(如下图所示)。图4-4 二进制信号的编码信号的调制仍由发送单片机完成，它把编码后的二进制信号“1”和“0”调制成频率为 38 khz(周期为 26 us)的间断脉冲串，通过无线电发射二极管发送出去(如下图所示)。图4-5 二进制信号的解调4） 二进制信号的解调与解码二进制信号的解调由一体化接收头czs-7完成，它把接收到的无线电信号(图4.5所示)解调复原，输出与上图4.4反相的信号，并将其输入接收机解

35、码，还原出发送端的数据。5） 基于字节传输的无线电遥控数据格式发送字节时，先通过单片机发送2o个脉冲串作为传输开始，接着发送 8位数据(字节高位在前，低位在后)，最后发送 10个脉冲串作为传输结束。6） 数据帧接收处理当无线电接受器输出脉冲帧数据时，第一位码的低电平将启动中断程序，实时接收数据帧。在数据帧接收时，将对第一位（起始位）码的码宽进行验证，若第一位低电平码的脉宽小于0.26ms,将作为错误处理，反之，待发送 10个脉冲串作为传输结束【5】。4.4.2 无线电收发程序设计主程序在完成上电初始化后进行端口按键查询。当确认有键按下时，从外存储器中调用相应的遥控编码将其发出,接收电路将接收到

36、的编码信号再进行解码，实现遥控控制。无线电程序流程图如下所示：图4-6无线电编码发送流程图图4-7无线电编码接收流程图4.5 转速信号处理电路设计按照转速装置设计方案，转速信号处理流程图如下图所示 。hzl201霍尔齿轮传感器接受齿轮信号盘的转动，转化为近似方波脉冲信号。由于要使用单片机进行转速信号计数，霍尔传感器输出的方波脉冲信号必须转化为标准ttl电平，所以在信号处理流程图中加入了信号处理电路。通过这个电路就能将霍尔传感器输出的电压信号变为标准的ttl电平，之后要做的工作就是将该转速信号显示在led上 ，通过一系列的处理，就能实时地反应转速信号的变化 。图4-8 转速信号处理流程图信号处理

37、电路。根据转速信号处理流程图，首先设计了信号处理电路，传感器输出的转速信号为方波脉冲信号，它的高电平低于 15 v高于 14 v，而低电平接近0。可见该脉冲信号的电压幅值与单片机接口不匹配，因此该电路又选用了一个由三极管 (8050)组成 的整形电路处理转速信号使其满足单片机的接收要求。当输出为高电平信号时，三极管 vt1的基-射级处于正向偏置状态，故集-射极处于正向通路状态，其输出电压约为0；当输出为 低电平信号时，三极管vt1的基-射级处于反向偏置状态，故集-射极处于断路状态，其输出电压约为 +5 v。处理电路如下图所示，经处理后的方波脉信号满足单片机的接收要求【29】。图4-9转速信号处

38、理电路5 测试结果及误差分析5.1 测试方法测试仪器：测试仪器包括秒表、数字万用表、信号发生器、示波器、mcs51仿真机、直流稳压电源等。数字万用表主要用来测试分立元件的电阻、压降、漏电流、截止/导通状态等参数；信号发生器与示波器用于测试各光电传感器信号的接收与传输；mcs51仿真机用于测试软件；直流稳压电源在测试期间为各待测系统供电；秒表用于产品测试，按照任务书的基本要求对制成的电动车进行产品测试。测试数据及测试结果分析：（1）遥控响应精度分析计时系统对小车起停的时间差与秒表所显示的时间差相比较，相差甚微，理论上的误差不到100ms/d。（2）计时精度分析 计时系统采用了新型显示芯片。理论上

39、的误差不到1s/year。（3）测距精度分析 测速系统采用了电机轴光电码盘检测技术。电机轴与车轮轴之间采用了齿轮箱二级减速，变比1/16。车轮周长135mm,光电码盘与电机轴安装在一起，主动轮每转一周，将会有50个脉冲电机轴每一转产生2个脉冲，车轮每转产生32个脉冲，理论测量精度可达135mm/50=2.7mm3m。（4）定位精度分析 本设计采用实际测量与软件补偿技术，理论上可使定位精度提高到误差10mm。5.2 误差分析(1)速度误差：由于我们采用的霍尔传感器检测速度，轮圈直径太小，不太灵敏，这是导致速度路程误差的主要原因。另外小车运行过程中路程是一随机状态误差再所难免。(2)时间误差：我们

40、采用单片机内部计数器检测时间，精度较高不易显示。(3)遥控响应精度误差分析：遥控方位应该相对小车在一定的范围内，否则反应迟钝或无反应。6 结束语从本次毕业设计的智能小车自动控制中体会到，要对高速行驶中的汽车实施控制并不是一个简单的自动控制问题，它涉及到了机械学、力学、光学、电磁学等方面的知识，并与单片机相互配合，利用了单片机的强大功能实现了带速度反馈的闭环速度控制系统、智能避障系统、防止车轮打滑等功能。印象最深的是电路设计焊接完毕后进行调试，刚开始的时候，自己不知道如何去调试，从何下手，经过同学和老师的指点，我一步步进行调试。在调试过程中损毁了不少的电器元器件，从损毁的电器元器件中，摸索学到了

41、如何维修电路，从何下手去检查电路中出现的故障，自己如何解决故障。从最终测试结果来看，本系统具有基本的环境适应能力，很好的完成了题目的要求。7 结论与展望致 谢致 谢附 录参考文献1 王福瑞等编著。单片微机测控系统设计大全。北京航空航天大学出版社，1999 2 李华。mcs-51系列单片机使用接口技术。北京航空航天大学出版社，19903 黄继昌等。传感器工作原理及应用实例。北京：人民邮电出版社，19984 纪宗南。单片机外围器件实用手册 输入通道器件分册。北京航空航天大学出版社，19985 楼然苗等编著。单片机课程设计指导。北京航空航天大学出版社，20076 余永全等。单片机在控制系统中的应用。

42、电子工业出版社，2003.107 邱关源。电路。 高等教育出版社，20058 康华光。电子技术基础（模拟部分）和（数字部分）。高等教育出版社，20059 童诗白,华成英等.模拟电子技术基础m.第三版.高等教育出版社,2001.10 康华光,邹寿彬等.电子技术基础数字部分m.第四版.高等教育出版社,2003.11 周绍英，电力拖动，冶金工业出版社，2006.12 李建忠.单片机原理及应用m.西安电子科技大学出版社,2004.13 吴金戌,沈庆阳,郭庭吉.8051单片机实践与应用m.清华大学出版社,2003.14 肖洪兵,胡辉,郭速学等.跟我学用单片机m.航空航天大学出版社,2004.15 李广弟

43、，朱月秀，王秀山等.单片机基础m.北京航空航天大学出版社,2005.16 陈伯时，电力拖动自动控制系统（第二版），机械工业出版社.17 王俊峰，电子产品开发设计与制作m.人民邮电出版社,2005.18 徐德淦，电机学，机械工业出版社，2004.19 付家才，电机实验与实践，高等教育出版社,2006.20 潘永雄.新编单片机原理与应用m.西安电子科技大学出版社,2003.21 杨宁，胡学军等.单片机与控制技术m.北京航空航天出版社,2005.22 徐煜明，韩雁等.单片机原理及接口技术m.电子工业出版社,2005.23 吴秀清，周荷琴等.微型计算机原理与接口技术m.第二版.中国科学技术出版社,20

44、03.24 杨金岩，郑应强，张振仁.8051单片机数据传输接口扩展技术与应用实例m.人民邮电出版社，2005.25 李朝青.单片机学习辅导测验及解答讲义m.北京航空航天大学出版社,2003.26 陈小忠，黄宁，赵小侠.单片机接口技术实用子程序m.人民邮电出版社,2005.27 李光飞，楼然苗等.单片机课程设计实例指导m.北京航空航天大学出版社,2004. 28 阮锋.移动机器人控制系统研究。浙江大学硕士论文。200429 龚根华。轮式移动机器人控制系统设计与研究。南京航空航天大学硕士论文.200430 richard r.spencer 著.introduction to electronic

45、 circuit designm .电子工业出版社,2004.31 h m reddy,a r c maharaj,s d prasad and g c onwubolu.development of an obstacle-avoiding mobile robotic platform using a low-end budget pic microcontroller.proc.instn mech.engrs vol.218 part b:j.engineering manufacture.附 录一主程序;*;* 主 程 序 *;*vout equ p1.0 ;脉冲输出端口start:

46、 mov sp,#4fh mov r0,#40h ;40h-43h为显示数据存放单元（40h为最高位） mov r7,#0bh lcall clearmemio ;上电初始化 cleardisp: mov r0,#00h inc r0 djnz r7, cleardisp mov 20h,#00h mov tmod,#21h ;t1为8位自动重装模式，t0为16位定时器 mov th0,#00h ;65毫秒初值 mov tl0,#00h mov th1,#0f2h ;40khz初值 mov tl1,#0f2h mov p0,#0ffh mov p1,#0ffh mov p2,#0ffh mov

47、 p3,#0ffh mov r4,#04h ;红外脉冲个数控制（为赋值的一半） setb px0 setb et0 setb ea setb tr0 ;开启测距定时器start1: lcall display jnb 00h,start1 ;收到反射信号时标志位为1 clr ea setb ea clr 00hloop: lcall display djnz r2,loop sjmp start1lcall delay ;持续512微秒 setb p2.7 ;关调光脉冲ljmpmain ;转main循环 nop ;pc值出错处理 nop ljmp start ;出错时重新初始化二.中断入口程序;*;* 中断入口程序 *;* org 0000h ljmp start org 0003h ljmp pint0 org 000bh ljmp i