第一篇：基于單片機設計智能小車的參考文獻

參考文獻

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第二篇：智能小車設計文獻綜述

智能小車設計文獻綜述

智能小車設計文獻綜述

摘要：隨著電子工業的發展，智能技術廣泛運用于各種領域，智能小車不僅在工業智能化上得到廣泛的應用，而且運用于智能家居中的產品也越來越受到人們的青睞。國外智能車輛的研究歷史較長。相比于國外，我國開展智能車輛技術方面的研究起步較晚，在智能車輛技術方面的研究總體上落后于發達國家但是也取得了一系列的成果。隨著人工智能技術、計算機技術、自動控制技術的迅速發展，智能控制將有廣闊的發展空間。本設計的智能小車利用紅外對管檢測黑線與障礙物，并以單片機為控制芯片控制電動小汽車的速度及轉向，從而實現自動循跡避障的功能。并對智能小車研究現狀以及未來的應用與發展前景做一個全方面的介紹。關鍵詞:智能技術，自動循跡，避障 前言

隨著電子技術、計算機技術和制造技術的飛速發展，數碼相機、DVD、洗衣機、汽車等消費類產品越來越呈現光機電一體化、智能化、小型化等趨勢。智能化作為現代社會的新產物，是以后的發展方向，他可以按照預先設定的模式在一個特定的環境里自動的運作，無需人為管理，便可以完成預期所要達到的或是更高的目標。智能小車，也稱輪式機器人，是一種以汽車電子為背景，涵蓋控制、模式識別、傳感技術、電子、電氣、計算機、機械等多科學的科技創意性設計，一般主要路徑識別、速度采集、角度控制及車速控制等模塊組成。一般而言,智能車系統要求小車在白色的場地上,通過控制小車的轉向角和車速,使小車能自動地沿著一條任意給定的黑色帶狀引導線行駛[1]。智能小車運用直流電機對小車進行速度和正反方向的運動控制，運用直流電機對小車進行速度和正反方向的運動控制，通過單片機來控制直流電機的工作，從而實現對整個小車系統的運動控制。智能小車的發展歷史、國內外研究現狀

2.1 國外研究現狀

國外智能車輛的研究歷史較長，始于上世紀50年代。它的發展歷程大體可以分成三個階段[2][3][4]：

第一階段，20世紀50年代是智能車輛研究的初始階段。1954年美國Barrett Electronics 公司研究開發了世界上第一臺自主引導車系統AGVS（Automated Guided Vehicle System）。該系統只是一個運行在固定線路上的拖車式運貨平臺，但它卻具有了智能車輛最基本得特征即無人駕駛。早期研制AGVS的目的是為了提高倉庫運輸的自動化水平，應用領域僅局限于倉庫內的物品運輸。隨著計算機的應用和傳感

智能小車設計文獻綜述

技術的發展，智能車輛的研究不斷得到新的發展。

第二階段，從80年代中后期開始，世界主要發達國家對智能車輛開展了卓有成效的研究。在歐洲，普羅米修斯項目于1986年開始了在這個領域的探索。在美洲，美國于1995年成立了國家自動高速公路系統聯盟（NAHSC），其目標之一就是研究發展智能車輛的可能性，并促進智能車輛技術進入實用化。在亞洲，日本于1996年成立了高速公路先進巡航/輔助駕駛研究會，主要目的是研究自動車輛導航的方法，促進日本智能車輛技術的整體進步。進入80年代中期，設計和制造智能車輛的浪潮席卷全世界，一大批世界著名的公司開始研制智能車輛平臺。

第三階段，從90年代開始，智能車輛進入了深入、系統、大規模研究階段。最為突出的是，美國卡內基.梅隆大學（Carnegie Mellon University）機器人研究所一共完成了Navlab系列的10臺自主車（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了顯著的成就。

目前，智能車輛的發展正處于第三階段。這一階段的研究成果代表了當前國外智能車輛的主要發展方向。在世界科學界和工業設計界中，眾多的研究機構研發的智能車輛具有代表性的有：

德意志聯邦大學的研究，1985年，第一輛VaMoRs智能原型車輛在戶外高速公路上以100km/h的速度進行了測試，它使用了機器視覺來保證橫向和縱向的車輛控制。1988年，在都靈的PROMRTHEUS項目第一次委員會會議上，智能車輛維塔（VITA,7t）進行了展示，該車可以自動停車、行進，并可以向后車傳送相關駕駛信息。這兩種車輛都配備了UBM視覺系統。這是一個雙目視覺系統，具有極高的穩定性。

荷蘭鹿特丹港口的研究，智能車輛的研究主要體現在工廠貨物的運輸。荷蘭的Combi road系統，采用無人駕駛的車輛來往返運輸貨物，它行駛的路面上采用了磁性導航參照物，并利用一個光陣列傳感器去探測障礙。荷蘭南部目前正在討論工業上利用這種系統的問題，政府正考慮已有的高速公路新建一條專用的車道，采用這種系統將貨物從鹿特丹運往各地。

日本大阪大學的研究，大阪大學的Shirai實驗室所研制的智能小車，采用了航位推測系統（Dead Reckoning System），分別利用旋轉編碼器和電位計來獲取智能小車的轉向角，從而完成了智能小車的定位。另外，斯特拉斯堡實驗中心、英國國防部門的研究、美國卡內基梅隆大學、奔馳公司、美國麻省理工學院、韓國理工大學對智能車輛也有較多的研究。

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2.2 國內研究現狀

相比于國外，我國開展智能車輛技術方面的研究起步較晚，開始于20世紀80年代。而且大多數研究處在于針對某個單項技術研究的階段。雖然我國在智能車輛技術方面的研究總體上落后于發達國家，并且存在一定得技術差距，但是我們也取得了一系列的成果[5 ]，主要有：

（1）中國第一汽車集團公司和國防科技大學機電工程與自動化學院與2003年研制成功我國第一輛自主駕駛轎車。該自主駕駛轎車在正常交通情況下的高速公路上，行駛的最高穩定速度為13km/h,最高峰值速度達170km/h，并且具有超車功能，其總體技術性能和指標已經達到世界先進水平。

（2）南京理工大學、北京理工大學、浙江大學、國防科技大學、清華大學等多所院校聯合研制了7B.8軍用室外自主車，該車裝有彩色攝像機、激光雷達、陀螺慣導定位等傳感器。計算機系統采用兩臺Sun10完成信息融合、路徑規劃，兩臺PC486完成路邊抽取識別和激光信息處理，8098單片機完成定位計算和車輛自動駕駛。其體系結構以水平式結構為主，采用傳統的“感知-建模-規劃-執行”算法，其直線跟蹤速度達到20km/h，避障速度達到5-10km/h。

智能車輛研究也是智能交通系統ITS的關鍵技術。目前，國內的許多高校和科研院所都在進行智能交通系統ITS（Intelligent Transport System）關鍵技術、設備的研究。隨著ITS研究的興起，我國已形成一支ITS技術研究開發的技術專業隊伍。并且各交通、汽車企業越來越加大了對ITS及智能車輛技術研發的投入，整個社會的關注程度在不斷提高。交通部已將ITS研究列入“十五”科技發展計劃和2010年長期規劃。相信經過相關領域的共同努力，我國ITS及智能車輛的技術水平一定會得到很大提高。

目前學術界對智能小車的研究也很多，桂林理工大學黃建能等[2]設計的無線遙控小車，其由四部分組成：主控模塊、無線通信模塊、電機驅動模塊和電源模塊。主控模塊采用STC89C52單片機作為處理器；無線通信模塊采用芯片 PT2262和 PT2272實現無線收發；用內置兩個H橋的 L298芯片驅動直流電機實現對小車的控制，實現前進、后退，左轉、右轉以及加速、減速的動作。整個無線遙控小車系統具有體積小、成本低、操作簡單等優點，并具有一定的可擴展性。

于連國、李偉等[6]設計了自動往返的智能電動車，其采用 STC89C51 單片機作為小車的檢測和控制核心；使用紅外傳感器檢測跑道黑線并把反饋到的信號傳給單片機，能夠使小車在各區域均能按預定的速度行駛。

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葛廣軍,楊帆[7]設計了一種能夠自動循跡的智能小車。該智能小車的控制系統以單片機MC912DG128為核心,由路徑識別、車速檢測、舵機控制、直流電機、電機驅動芯片LMD18200和電壓轉換芯片LM7525等模塊組成，并詳細闡述了控制系統的組成原理和軟硬件設計。實驗的結果表明：該控制系統具有循跡效果好、性能穩定等優點。

董濤,劉進英等[8]設計并制作了一種具有紅外遙控、自動避障、智能尋徑等功能的智能小車，該車以玩具小車為車體,直流電機及其控制電路為整個系統的驅動部分，STC89C52單片機為整個系統的控制核心,采用IRM-2638紅外一體接收頭接收控制信號實現對小車的遙控,加以多種傳感器以實現小車的自動避障與智能尋徑等功能，該小車還配備了兩塊數碼顯示管，以便實時觀察小車狀態。該小車工作穩定，還可用于各種機器人比賽。

姜寶華、齊強等[9]基于STC89C52RC單片機設計了一種遙控智能小車。小車具有自動、遙控兩種模式。該小車在遙控模式下小車可在1公里范圍遙控到達指定位置，并在手持設備上顯示小車位置坐標；自動模式下在封閉環境輸入任意坐標，小車可自動運行到該位置。

可以預計，我國飛速發展的經濟實力將為智能車輛的研究提供一個更加廣闊的前景。我們要結合我國國情，在某一方面或某些方面，對智能車進行深入細致的研究，為它今后的發展及實際應用打下堅實的基礎。智能小車設計構想

智能車輛是集環境感知、規劃決策、多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統，是智能交通系統的一個重要組成部分。本次設計對智能小車的控制系統進行了研究，設計實現一個基于路徑規劃處理的智能小車控制系統，實現智能小車最基本的兩個功能：循跡、避障。

3.1 主控系統

方案1：采用可編程邏輯器件CPLD作為控制器。CPLD可以實現各種復雜的 邏輯功能、規模大、密度高、體積小、穩定性高、IO資源豐富、易于進行功能擴展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統的處理速度，適合為大規模控制系統的控制核心。但本設計不需要復雜的邏輯功能，對數據的處理速度要求也不是非常高。且從使用及經濟角度考慮我放棄了此方案。

方案2：采用51單片機作為整個系統的核心[7]，用其控制行進中的小車，以實現其既定的性能指標。充分分析我們的系統，其關鍵在于實現小車的自動控制，而

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在這一點上，單片機就顯現出來它的優勢——控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發揮其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優點。因此，這種方案是一種較為理想的方案。

綜上所述，我采用了方案二。

3.2 電機驅動模塊

方案1：采用繼電器對電動機的開或關進行控制,通過開關的切換對小車的速度進行調整.此方案的優點是電路較為簡單,缺點是繼電器的響應時間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。

方案2：采用電阻網絡或數字電位器調節電動機的分壓，從而達到分壓的目的。但電阻網絡只能實現有級調速，而數字電阻的元器件價格比較昂貴。更主要的問題在于一般的電動機電阻很小，但電流很大，分壓不僅回降低效率，而且實現很困難。

方案3：采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。線性型驅動的電路結構和原理簡單，加速能力強，采用由達林頓管組成的 H型橋式電路。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調的開關狀態下，精確調整電動機轉速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡單的實現轉速和方向的控制，電子管的開關速度很快，穩定性也極強，是一種廣泛采用的 PWM調速技術。

這種調速方式有調速特性優良、調整平滑、調速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現頻繁的無級快速啟動、制動和反轉等優點。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。

綜合考慮，本設計選擇了方案三。

3.3 循跡模塊

方案1：采用簡易光電傳感器結合外圍電路探測，但實際效果并不理想，對行駛過程中的穩定性要求很高，且誤測幾率較大、易受光線環境和路面介質影響。在使用過程極易出現問題，而且容易因為該部件造成整個系統的不穩定。故最終未采用該方案。

方案2：采用兩只紅外對管，分別置于小車車身前軌道的兩側，根據兩只光電開關接受到白線與黑線的情況來控制小車轉向來調整車向，測試表明，只要合理安裝好兩只光電開關的位置就可以很好的實現循跡的功能。

方案3：采用三只紅外對管，一只置于軌道中間，兩只置于軌道外側，當小車脫離軌道時，即當置于中間的一只光電開關脫離軌道時，等待外面任一只檢測到黑

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線后，做出相應的轉向調整，直到中間的光電開關重新檢測到黑線（即回到軌道）再恢復正向行駛。現場實測表明，小車在尋跡過程中有一定的左右搖擺不定，雖然可以正確的循跡但其成本與穩定性都次于第二種方案。

綜合考慮，本設計選擇方案二。

3.4 避障模塊

方案1：采用一只紅外對管置于小車中央。其安裝簡易，也可以檢測到障礙物的存在，但難以確定小車在水平方向上是否會與障礙物相撞，也不易讓小車做出精確的轉向反應。

方案2：采用二只紅外對管分別置于小車的前端兩側，方向與小車前進方向平行，對小車與障礙物相對距離和方位能作出較為準確的判別和及時反應。

方案3：采用一只紅外對管置于小車右側。通過測試此種方案就能很好的實現小車避開障礙物，且充分的利用資源而不浪費。

綜合考慮，本設計選擇方案二。設計原理簡述

4.1 循跡原理

這里的循跡是指小車在白色地板上循黑線行走，通常采取的方法是紅外探測法。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質的特點，在小車行駛過程中不斷地向地面發射紅外光，當紅外光遇到白色紙質地板時發生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機就是否收到反射回來的紅外光為依據來確定黑線的位置和小車的行走路線。紅外探測器探測距離有限，一般最大不應超過15cm。對于發射和接收紅外線的紅外探頭，可以自己制作或直接采用集成式紅外探頭。

當小車在白色地面行駛時，裝在車下的紅外發射管發射紅外線信號，經白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號，那么圖中光敏三極管將導通，比較器輸出為低電平；當小車行駛到黑色引導線時，紅外線信號被黑色吸收后，光敏三極管截止，比較器輸出高電平，從而實現了通過紅外線檢測信號的功能。將檢測到的信號送到單片機I/O口，當I/O口檢測到的信號為高電平時，表明紅外光被地上的黑色引導線吸收了，表明小車處在黑色的引導線上；同理，當I/O口檢測到的信號為低電平時，表明小車行駛在白色地面上。

循跡流程框圖如圖4.1所示。

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開始前進N是否檢測到黑線Y左轉Y判斷是否是左邊檢測到黑線N右轉

圖4.1 循跡流程框圖

4.2 紅外避障原理

避障傳感器基本原理，和循跡傳感器工作原理基本相同，利用物體的反射性質。在一定范圍內，如果沒有障礙物，發射出去的紅外線，因為傳播距離越遠而逐漸減弱，最后消失。如果有障礙物，紅外線遇到障礙物，被反射到達傳感器接收頭。傳感器檢測到這一信號，就可以確認正前方有障礙物，并送給單片機，單片機進行一系列的處理分析，協調小車兩輪工作，完成一個漂亮的躲避障礙物動作傳。

躍遷到導帶，成為自由電子，同時產生空穴，電子—空穴對的出現使電阻率變小。光照愈強，光生電子—空穴對就越多，阻值就愈低。當光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照增大而增大。入射光消失，電子-空穴對逐漸復合，電阻也逐漸恢復原值，電流也逐漸減小。

紅外避障流程框圖如圖4.2所示。

智能小車設計文獻綜述

開始前進N左轉是否檢測到障礙物NY左紅外是否檢測到障礙物N左右紅外對管都檢測到障礙物YY右轉后退

圖4.2 紅外避障流程圖 總結及展望

智能小車的研究、開發和應用涉及傳感技術、電氣技術、電氣控制技術、智能控制等學科，智能控制技術是一門跨科學的綜合性技術，當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。智能作為現代社會的新產物，是以后的發展方向，它可以按照預先設定的模塊在一個特定的環境里自動的運行，可運用于科學勘探等用途，無需人為的管理，便可以完成預期所要達到的或更高的目標。智能機器人正在代替人們完成這些任務，凡不宜有人直接承擔的任務，均可由智能機器人代替，可以適應不同環境，不受溫度、濕度等條件的影響，完成危險地段，人類無法介入等特殊情況下的任務，智能小車就是其中的一個體現。對于智能小車研究還可以從以下方向展開：在小車上裝攝像頭進行實時視頻監控采集，通過無線傳給遠端的主機，主機可以發送命令給小車，執行相應的動作等等。還可以擴展其他的模塊。就可以廣泛的應用于科學研究、地質勘探、危險搜索、智能救援等。

智能小車設計文獻綜述

參考文獻

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第三篇：基于89C51單片機的智能小車設計

湖北輕工職業技術學院

單片機實訓報告

題

姓

學

專 目：基于STC89C52的智能小車設計 名：劉

加

象 號：20110302113 業：電子信息工程技術

指導老師：何

伶

俐 日

期：2013-01-06

信息工程系電信教研室

目錄

引言...............................................................................................................................3 一 整體方案設計.........................................................................................................4 1.1整體方案設計的思路............................................4 1.2整體方案的流程圖..............................................4 二 智能小車系統概況.................................................................................................4 2.1恒壓恒流橋式2A驅動芯片L298N...................................................................4 2.2直流電機簡介..................................................5 2.3顯示模塊的綜合概括............................................7 三 模塊方案比較與論證：.........................................................................................9 3.1 電機模塊的選擇..............................................9 3.2 電機驅動模塊的選擇..........................................9 3.3 控制器模塊的選擇............................................9 四 系統硬件電路設計...............................................................................................11 4.1 顯示模塊的設計.............................................11 4.2 直流電機的驅動模塊.........................................12 五 軟件的簡單介紹...................................................................................................14 5.1 KEIL的簡介..................................................14 5.2 PROTUES的簡介................................................14 5.3 STC_ISP_V483的簡介.........................................15 六 結論.......................................................................................................................18 七 致謝.......................................................................................................................18 參考文獻.....................................................................................................................19 附錄一：實物圖.........................................................................................................20 圖1實物圖.................................................................................................................20 圖2實物圖.................................................................................................................21 附錄二：總程序.........................................................................................................21

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引言

隨科學技術的進步，智能化和自動化技術越來越普及，也廣泛應用于機器人玩具制造領域，使智能機器人越來越多樣化。智能機器人是一個多種高新技術的集成體，它融合了機械、電子、傳感器、計算機硬件、軟件、人工智能等許多學科的知識，涉及到當今許多前沿領域的技術。而隨著社會的不斷發展，智能設備的不斷出現，無線遙控的運用也越來越廣泛。無線遙控器由于控制距離遠，抗干擾性強，已越來越多的出現在生活的各個方面。本文使用了一款通用的無線遙控電路，基于STC89C52作為控制核心，采用專用編碼解碼電路，由于其體積小、功能強大，因此可非常方便的移植到遙控機器人、遙控小車上等，并實現遠距離控制。在早期，遙控小車并不少見，但大多產品制造簡單，實現的功能少，往往只有一些簡單的功能，例如左轉右轉，前進后退等，大多采用紅外控制，外加一些復雜的電路組合而成。遙控小車的使用者針對的是小孩子，但笨重的設備和昂貴的價格往往讓許多小孩的甜美夢想落空。在現在，用單片機進行無線遙控小車的方案，利用較少的外設實現了基本的功能。其較強的抗干擾性使得該遙控器具有很好的通用性其功能也日趨完善。其中包括防撞防爆系統和基本的方向控制，另外在行進中可以盡享柔美的音樂，看美麗的燈光隨音律而閃爍，讓孩子玩得更開心！此外，電路的簡化，材料的減少使得價格也降低了不少，真的是物美價廉，可以為孩子的童年再添一些笑語。

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一 整體方案設計

1.1整體方案設計的思路

利用紅外線傳感器發射和接收信號模塊來控制單片機，讓單片機翻譯傳輸指令，從而實現相應的功能。具體的過程如下：四路紅外傳感器，每一路發射一個信號，檢測接收到的信號，若出現高電平，則說明該方向前方有障礙物，則單片機控制電機正轉和反轉，從而實現繞開障礙物繼續前行。同時還增加一個無線發射和無線接收模塊控制單片機，讓單片機翻譯傳輸指令，從而實現相應的功能。無線發射模塊發出指令，無線接收模塊接收信號后，傳遞給單片機，單片機翻譯接收到信號后，傳輸給驅動電路驅動電機旋轉，從而實現讓小車的前進、后退、左轉和右轉。1.2整體方案的流程圖

基于單片機STC89C52整體設計的智能小車，根據原來設計的思路上畫出了相對應的流程路，由于是整體結構圖，就只是畫出了大致的結構流程，而細節將在后面做出介紹。

圖1整體方案的流程圖 二 智能小車系統概況

2.1恒壓恒流橋式2A驅動芯片L298N L298是SGS公司的產品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內部同樣包含4通道邏輯驅動電路。可以方便的驅動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。L298N芯片可以驅動兩個二相電機，也可以驅動一個四相電機，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調節輸出電壓；可以直接用單片機的IO

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口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。

L298N可接受標準TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4．5～7 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2．5～46 V。輸出電流可達2．5A，可驅動電感性負載。1腳和15腳下管的發射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅動2個電動機，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅動一臺電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉。EnA，EnB連接控制使能端，控制電機的停轉。表1是L298N功能邏輯圖。In3，In4的邏輯圖與表1相同。由表1可知EnA為低電平時，輸入電平對電機控制起作用，當EnA為高電平，輸入電平為一高一低，電機正或反轉。同為低電平電機停止，同為高電平電機剎停。等。

圖2單片機利用L298控制電機的原理圖

15腳是輸出電流反饋引腳，其它與L298相同。在通常使用中這兩個引腳也可以直接接地。上圖是其與51單片機連接的電路圖 2.2直流電機簡介 2.2.1直流電機的應用

電動機簡稱電機，是使機械能與電能相互轉換的機械，直流電機把直流電能變為機械能。作為機電執行元部件，直流電機內部有一個閉合的主磁路。主磁通在主磁路中流動，同時與兩個電路交聯，其中一個電路是用以產生磁通的，稱為激磁電路；另一個電路是用來傳遞功率的，稱為功率回路或電驅回路。現行的直流電機都是旋轉電驅式，也就是說，激磁繞組及其所包圍的鐵芯組成的磁極為定子，帶換向單元的電驅繞組和電驅鐵芯結合構成直流電機的轉子。直流電機有以下4方面的優點：

1)調速范圍廣，且易于平滑調節。

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2)3)4)過載、啟動、制動轉矩大。易于控制，可靠性高。調速時的能量損耗較小。

所以，在調速要求高的場所，如軋鋼機、輪船推進器、電機、電氣鐵道牽引、高爐送料、造紙、紡織、拖動、吊車、挖掘機械、卷揚機拖動等方面，直流電機均得到廣泛的應用。

2.2.2直流電機的基本工作原理

直流電機工作原理：當電刷A,B接在電壓為U的直流電源上時，若電刷A是正電位，B是負電位，在N極范圍內的導體ab中的電流是從a流向b，在S極范圍內的導體cd中的電流是從c流向d。載流導體在磁場中要受到電磁力的作用，因此ab與cd兩導體都受到電磁力的作用。根據磁場方向和導體中的電流方向，利用電機左手定則判斷，ab邊受力的方向是向左的，而cd邊則是向右的。由于磁場是均勻的，導體中流過的又是相同的電流，所以ab邊和cd邊所受電磁力的大小相等。這樣，線圈上就受到了電磁力的作用而按逆時針轉動。當線圈轉到磁極的中性面上時，線圈中的電流等于零，電磁力等于零，但是由于慣性的作用，線圈繼續轉動。線圈轉過半周之后，雖然ab與cd的位置調換了，ab邊轉到S極范圍內，cd邊轉到N極范圍內，但是由于換向片和電刷的作用，轉到N極下的cd邊中電流方向也變了，是從d流向c，在s極下的ab邊中的電流則是從b流向a。因此電磁力的方向仍然不變，線圈仍然受力按逆時針方向轉動。可見，分別處在N,S極范圍內的導體中電流方向總是不變的，因此線圈兩個邊的受力方向也不變，這樣線圈就可以按照受力方向不停地旋轉，通過齒輪或皮帶等機構的傳動，便可以帶動其他機械工作。

從以上分析可以看到，要使線圈按照一定的方向旋轉，關鍵問題是當導體從一個磁極范圍轉到另一個異性磁極范圍時（也就是導體經過中性面后），導體中電流的方向也要同時改變，換向器和電刷就是完成這一任務的裝置。在直流電機中，換向器和電刷把輸入的直流電變為線圈中的交流電。可見，換向器和電刷是直流電機中不可缺少的關鍵部件。

當然，在實際的直流電機中，不只有一個線圈，而是有許多線圈牢固地嵌在轉子鐵芯槽中，當導體中通過電流在磁場中因受力而轉動時，就帶動整個轉子旋轉，這就是直流電機的基本工作原理。2.2.3直流電機的參數

轉矩-電機得以旋轉的力矩，單位為㎏?m或N?m。

轉矩系數-電機所產生轉矩的比例系數，一般表示每安培電驅電流所產生的轉矩大小。

摩擦轉矩-電刷、軸承、換向單元等因摩擦而引起的轉矩損失。

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啟動轉矩-電機啟動時所產生的旋轉力矩。

轉速-電機旋轉的速度，工程單位為r/min，即轉每分。在國際單位制中為rad/s，即弧度每秒。

電樞電阻-電樞內部的電阻，在有刷電機里一般包括電刷與換向器之間的接觸電阻，由于電阻中流過電流時會發熱，因此總希望電樞電阻盡量小。

電樞電感-因為電樞繞組由金屬線圈構成，必然存在電感，從改善電機運行性能的角度來說，電樞電感越小越好。

電氣時間常數-電樞電流從零開始達到穩定值的63.2%時所經歷的時間。測定電氣時間常數時，電機應處于堵轉的狀態并施加階躍性質的驅動電壓。工程上，常常利用電動機轉子的轉動慣量J、電樞電阻Ra、電機反電動勢系數Ke和轉矩系數Kt求出機械時間常數：

Tm?（J*Ra）（/Ke*Kt）?1-1 轉動慣量-具有質量的物體維持其固有運動狀態的一種性質。

反電動勢系數-電機旋轉時，電樞繞組內部切割磁力線所感應的電動勢相對于轉速的比例系數，也稱發電系數或感應電動勢系數。

功率密度-電機每單位質量所能獲得的輸出功率值。功率密度越大，電機的有效材料的利用率就越高。

轉子-rotor；定子-stator；電樞-armature；勵磁-excitation。2.3顯示模塊的綜合概括

顯示模塊包括：LCD1602,溫度傳感器DS18B20,時鐘芯片DS1302三個部分組成。

2.3.1LCD1602的簡介

1602B可以顯示2行16個字符，有8位數據總線D0-D7，和RS、R/W、EN三個控制端口，工作電壓為5V，并且帶有字符對比度調節和背光。該模塊也可以只用D4-D7作為四位數據分兩次傳送。這樣的話可以節省MCU的I/O口資源。1602B引腳說明如下：

表2.3 LCD液晶顯示器各引腳功能及結構

編號 1 2 3 4 符號 VSS VDD VL RS

引腳說明 電源地 電源正極 對比度調節 數據/命令選擇

編號 9 10 11 12

符號 D2 D3 D4 D5

引腳說明 雙向數據口 雙向數據口 雙向數據口 雙向數據口

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讀/寫選擇 模塊使能端 雙向數據口 雙向數據口 14 15 16

D6 D7 BLK BLA

雙向數據口 雙向數據口 背光源地 背光源正極

注意事項：從該模塊的正面看，引腳排列從右向左為：15腳、16腳，然后才是1－14腳(線路板上已經標明): VDD：電源正極，4.5－5.5V，通常使用5V電壓；

VL：LCD對比度調節端，電壓調節范圍為0－5V。接電源的正極時對比度最弱，接地電源時對比度最高，但對比度過高時會產生“鬼影”，因此通常使用一個10K的電位器來調整對比度，或者直接串接一個電阻到地；

RS：MCU寫入數據或者指令選擇端。MCU要寫入指令時，使RS為低電平；MCU要寫入數據時，使RS為高電平；

R/W：讀寫控制端。R/W為高電平時，讀取數據；R/W為低電平時，寫入數據； E：LCD模塊使能信號控制端。寫數據時，需要下降沿觸發模塊。D0－D7：8位數據總線，三態雙向。如果MCU的I/O口資源緊張的話，該模塊也可以只使用4位數據線D4－D7接口傳送數據。本充電器就是采用4位數據傳送方式；

BLA：LED背光正極。需要背光時，BLA串接一個限流電阻接VDD，BLK接地，實測該模塊的背光電流為50mA左右；

BLK：LED背光地端。

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三 模塊方案比較與論證：

3.1 電機模塊的選擇

方案1：采用步進電機作為該系統的驅動電機。由于其轉過的角度可以精確的定位，可以實現小車前進路程和位置的精確定位。雖然采用步進電機有諸多優點，步進電機的輸出力矩較低，隨轉速的升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，其轉速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統。經綜合比較考慮，我們放棄了此方案。

方案 2：直流電機：直流電機的控制方法比較簡單，只需給電機的兩根控制線加上適當的電壓即可使電機轉動起來，電壓越高則電機轉速越高。對于直流電機的速度調節，可以采用改變電壓的方法，也可采用PWM調速方法。PWM調速就是使加在直流電機兩端的電壓為方波形式，通過改變方波的占空比實現對電機轉速的調節。

基于以上分析，我們選擇了方案二，使用直流電機作為電動車的驅動電機。3.2 電機驅動模塊的選擇

方案 1：采用SM6135W電機遙控驅動模塊。SM6135W是專為遙控車設計的大規模集成電路。能實現前進、后退、向右、向左、加速五個功能，但是其采用的是編碼輸入控制，而不是電平控制，這樣在程序中實現比較麻煩，而且該電機模塊價格比較高。

方案 2：采用電機驅動芯片L298N。L298N為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅動，可直接的對電機進行控制，無須隔離電路。通過單片機的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機進行正反轉，停止的操作，非常方便，亦能滿足直流減速電機的大電流要求。調試時在依照上表，用程序輸入對應的碼值，能夠實現對應的動作。表1是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關系。

表3.2 L298N的引腳和輸出引腳的邏輯關系

EN A（B）

H H H L

IN1（IN3）

H L 同IN2（IN4）

X

IN2（IN4）

L H 同IN2（IN4）

X

電機運行情況

正轉 反轉 快速停止 停止

基于以上分析，我們選擇了方案二，用L298N來作為電機的驅動芯片。3.3 控制器模塊的選擇

方案1：采用凌陽的SPCE061A小板作為主控制芯片，而且可以采用凌陽的小車模組，可以很快的完成其基本功能，當是用該小板存在一定的局限性，較難

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擴張功能，而且各個模塊的拼湊，沒有比集成在一塊板的穩定性高。

方案2：采用STC89C52作為主控制芯片，該芯片有足夠的存儲空間，可以方便的在線ISP下載程序，能夠滿足該系統軟件的需要，該芯片提供了兩個計數器中斷，對于本作品系統已經足夠，采用該芯片可以比較靈活的選擇各個模塊控制芯片，能夠準確的計算出時間，有很好的實時性。

基于以上分析，我們選擇了方案二，用STC89C52作為電機的主控制芯片。

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四 系統硬件電路設計

系統采用存儲空間較大的STC89C52作為主控制芯片，電動車電機驅動芯片采用L298N；并利用直流電機驅動小車，能較有效的控制其在特定位置轉彎及行駛出錯處理,該系統無論在結構和技術上都具有較好的科學性。4.1 顯示模塊的設計

4.1.1 顯示模塊的仿真圖

顯示模塊中主要考慮的是顯示什么，綜合考慮后，我想到的首先是時間的顯示，于是我采用時鐘芯片DS1302來實現時間的顯示，單純的顯示時間似乎很無趣，于是我加入了溫度的顯示，溫度傳感器DS18B20結構完善，連接簡單，功能齊全，易于控制。合并以上的思路，我確定出了顯示的模塊，具體的仿真圖如下：

圖3 顯示模塊的電路原理圖

4.1.2 顯示模塊的流程

顯示模塊是智能小車額外增加的功能，但它仍然是重要的組成部分，顯示模塊是如何工作的呢？其實，先是由按鍵控制時鐘芯片DS1302，進行時間的調節，在調節的過程中，信號傳遞給STC89C52，單片機將其翻譯后發送信號給時鐘芯片DS1302，時鐘芯片DS1302會將時間的改變顯示在LCD1602上，同樣的道理，溫度傳感器DS18B20也是先將檢測到的信號傳遞給單片機，單片機再傳遞給LCD1602

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4.2 直流電機的驅動模塊

4.2.1 直流電機驅動模塊的仿真圖

圖4 直流電機驅動模塊的仿真圖

4.2.2 直流電機驅動模塊的流程圖

電機驅動模塊的核心是電機的驅動芯片及電機，電機選擇了直流電機，這樣可以方便控制，而電機的驅動芯片L298可以同時控制兩個直流電機，其中芯片中連接單片機的5引腳和7引腳用于控制直流電機1，而芯片中的10引腳和12引腳用于控制直流電機2.電機1接的是小車的左輪，電機2接的是小車的右輪，當兩個電機一起正向轉動時，小車前進；當兩個電機一起反向轉動時，小車后退；當電機1正轉，電機2反轉時，小車右轉；當電機1反轉，電機2正轉時，小車左轉。由于無線模塊只能控制鎖存的4條線路，不能將功能都進行有效控制，只能控制前進和后退，所以額外采用按鍵來控制左轉和右轉。

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圖5 直流電機驅動模塊的流程圖

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五 軟件的簡單介紹

在這次研究中，主要用到了keil，protues，proter和STC_ISP_V480等軟件 5.1 Keil的簡介

單片機開發中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的C語言源程序要變為CPU可以執行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變為機器碼，用于MCS-51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發技術的不斷發展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發，單片機的開發軟件也在不斷發展，Keil軟件是目前最流行開發MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（uVision）將這些部份組合在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選（目前在國內你只能買到該軟件、而你買的仿真機也很可能只支持該軟件），即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。5.2 protues的簡介

Protues軟件是英國Lab center electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。Protues軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：（1）原理布圖（2）PCB自動或人工布線（3）SPICE電路仿真。

支持當前的主流單片機，如51系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。軟件仿真功能如下：1）提供軟件調試功能 2）提供豐富的外圍接口器件及其仿真RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。這樣很接近實際。在訓練學生時，可以選擇不同的方案，這樣更利于培養學生。3）提供豐富的虛擬儀器，利用虛擬儀器在仿真過程中可以測量外圍電路的特性，培養學生實際硬件的調試能力。4）具有強大的原理圖繪制功能。電路功能仿真特點如下：在PROTUES繪制好原理圖后，調入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，可以在PROTUES的原理圖中看到模擬的實物運行狀態和過程。PROTUES 是單片機課堂教學的先進助手。PROTUES不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達到的效果。

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它的元器件、連接線路等卻和傳統的單片機實驗硬件高度對應。這在相當程度上替代了傳統的單片機實驗教學的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調試、運行結果等。

課程設計、畢業設計是學生走向就業的重要實踐環節。由于PROTUES提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設計的靈活性、提供了實驗室在數量、質量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養學生實踐精神、創造精神的平臺。

隨著科技的發展，“計算機仿真技術”已成為許多設計部門重要的前期設計手段。它具有設計靈活，結果、過程的統一的特點。可使設計時間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風險。相信在單片機開發應用中PROTUES也能獲得愈來愈廣泛的應用。

軟件缺點:器件庫潰乏，庫中缺少很多重要芯片，嚴重影響電路仿真軟件出錯或亂碼，此時仿真效果不及硬件仿真。5.3 STC_ISP_V483的簡介

在運行STC_ISP_V483下載軟件之前，應該先給出ISP的C程序源代碼ISP.C.要注意的是:此程序是在Keil-C中要建立工程文件,包含IAP.C函數,并且在IAP.C和ISP.C中都要保留STC的定義.傳入用戶代碼時,需要與計算機進行通信,一般采用RS232串行通信,數據協議采用簡單協議。具體的使用方法：

一、先把學習實驗板和計算機連接好（接好串口線和電源）

二、打開STC-ISP v483，在MCU Type欄目下選中單片機，如STC89C52RC：根據您的9針的數據線連接情況選中COM端口，最好把波特率適當下調一些，按圖示選中各項：

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圖6STC-ISP v483的界面圖

三、先確認硬件連接正確，按下圖點擊“打開文件”并在對話框內找到您要下載的HEX文件：

四、選中兩個條件項，這樣可以使您在每次編譯KEIL時HEX代碼能自動加載到STC-ISP，點擊“Download/下載”：

五、手動按下電源開關便即可把可執行文件HEX寫入到單片機內，下圖是正在寫入程序截圖：

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圖7 單片機程序下載截圖

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六 結論

根據本次設計要求，我們認真分析了設計課題的需求，還系統學習了51系列單片機的工作原理及其使用方法，并獨自設計智能小車的整個項目。

雖然條件艱苦，但經過不懈鉆研和努力，購買到了所有所需的元器件，并系統的進行了多項試驗，最終做出了整個小車的硬件系統，然后結合課題任務和小車硬件進行了程序的編制，本系統能夠基本滿足設計要求，能夠較快較平穩的是小車沿引導線行駛，但由于經驗能力有限，該系統還存在著許多不盡人意的地方有待于進一步的完善與改進。

通過本次課題設計，不僅是對我們課本所學知識的考查，更是對我的自學能力和收集資料能力以及動手能力的考驗。本次畢業設計使我們對一個項目的整體設計有了初步認識，還認識了幾種傳感器。本次畢業設計使我們意識到了實驗的重要性，在硬件制作和軟件調試的過程中，出現了很多問題，最終都是通過實驗的方法來解決的。還有以前對程序只是一個很模糊的概念，通過這次的課題設計使我對程序完全有了一個新的認識，并能使用Keil軟件熟練的進行編程了。通過本次課題設計，極大的鍛煉了我們的思考和分析問題的能力，并對單片機有了一個更深的認識。

總之，在課題設計的過程中，無論是對于學習方法還是理論知識，我們都有了新的認識，受益匪淺，這將激勵我們在今后再接再厲，不斷完善自己的理論知識，提高實踐運作能力。

七 致謝

本設計能夠順利完成，還承蒙何老師以及身邊的組隊同學的指導和幫助。在設計過程中，何老師給予了悉心的指導，最重要的是給了我們組隊解決問題的思路和方法，并且在設計環境和器材方面給予了大力的幫助和支持，在此，我對何老師表示最真摯的感謝！同時感謝所有幫助過我的同學！

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參考文獻

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附錄一：實物圖

圖1實物圖

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圖2實物圖

附錄二：總程序

}

void dianji1(){

for(j=10;j--;j>0)left2=0;#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar num=1,num1=1,m,m1,i,j;sbit zxun=P0^0;sbit yxun=P0^1;sbit left=P1^5;sbit right=P1^6;sbit left1=P3^0;sbit left2=P3^1;sbit left3=P3^2;sbit left4=P3^3;void dianji2(){ for(i=10;i--;i>0){

if(num>=10)

num=0;

else

{

if(num<=m1)

left=1;

else if(num<10)

left=0;

}

}

{

}

}

void run(){ m=2;

m1=2;left1=1;

left3=1;left4=0;

}

void zuo(){

m=0;m1=1;left1=1;left2=0;left3=1;}

left4=0;void you()

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if(num1>=10)num1=0;else {

if(num1<=m)

right=1;else if(num1<10)

right=0;

}

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{ m=1;m1=0;left1=1;left2=0;left3=1;left4=0;} void timer0()interrupt 1 { TH0=0XF8;//1ms定時

TL0=0X30;num++;num1++;dianji2();dianji1();} void main(){ TMOD=0X01;TH0= 0XF8;//1ms定時

TL0= 0X30;TR0= 1;ET0= 1;EA = 1;while(1){

switch(P0&0x03){

case 0x00:

// 全部沒有壓線，直轉

run();

break;

case 0x01:

// 右壓線，左轉

zuo();

break;

case 0x02:

// 左壓線，右轉

you();

break;} } }

第 22 頁

第四篇：智能小車設計的文獻綜述

智能小車的設計

智能小車的設計

摘要：隨著工業機械化和自動化的發展以及工業智能化的優點，智能小車在工業智能化上得到廣泛的應用。本文就智能小車的設計構造以及機械智能化未來的應用與發展前景。

關鍵詞：智能小車/設計構造/應用與發展 智能小車的設計構造

智能小車是集理論力學、機械結構、數字電路、模擬電路、傳感器、單片機、控制理論和算法等多門學科為一體的綜合系統。其內容涵蓋機械、電子、自動控制原理、計算機、傳感技術等多個學科和領域。該小車的車體由基于VB和串口無線通信的直流電機控制模塊、L298N電機驅動模塊、C8051F單片機控制模塊以及車載機械手組成。可用于無人駕駛、自動抓取物體等人工智能領域。

1.1 基于VB和串口無線通信的直流電機控制模塊

利用VB6.0語言編程實現對機器人上直流伺服電機的控制，從而實現機器人的加速和恒速運行。分別將兩塊接口為標準的RS-232接口、型號為ZT-TR43C的無線數傳模塊，接到發、收的兩臺PC機上，并利用VB通信控件MSCommon實現串口無線通信，從而實現機器人的遠程無線控制。

近年來，在機器人與外部的通信方式選擇上，由于機器人具有廣闊運動空間，因而無線通信成為其所必須具備的通信方式之一。本文以一種輪簡單的四輪智能小車作為研究對象，通過VB編程和無線模塊通信實現遠程控制；通過對智能小車后輪的兩個驅動電機速度控制，使智能小車完成直線運行、轉彎運行等動作。

目前，直流伺服電機有著很廣泛的應用前景，如在印刷機械、造紙機械、紡織機械、工業機器人、高速電梯、數控機床等重要行業中，均得到了普遍的應用。本文提到的智能小車本身對位置伺服要求比較高，對速度也有一定的控制要求，而對小車的控制可以說最根本的就是對電機進行控制。

VB是一種易學習、功能強、效率高的可視化編程語言，用它來做可視化人機界面有著很好的應用前景。利用面向對象的可視化VB語言對其進行編程控制，1

智能小車的設計

避免VC、C語言編程的繁瑣與難閱讀性。另外，利用Visual Basic 6.0 版本的可實現串行通信的MSCommon控件，實現了串口通信；通過無線傳輸模塊實現了兩臺PC機之間的通信，為對小車進行遠程控制搭建了很好的實驗平臺。同時，利用VB的Timer 控件對程序進行觸發，使控制電機能夠緩慢加減速；通過改變加速度的大小，使電機運轉平穩，避免了PWM控制的不穩定。

通過PC機的RS-232串行接口與外部設備進行通信，是許多控制系統中常用的一種通信解決方案。在本小車控制中，通信采用的都是RS-232通信方式。VB提供的串行通信控件為MSCommon控件，此控件用于支持VB對串行口的訪問。在串口通信過程中當發送數據、接收數據或者發生通信錯誤時，均觸發該控件的OnComm事件，進行相應的數據處理。MSCommon 控件相應的屬性為:CommPort屬性，設置并返回通信端口號；Settings屬性，以字符串的形式設置并返回波特率、奇偶校驗、數據位、停止位；PortOpen屬性，設置并返回通信端口的狀態，也可以打開和關閉端口；InputLen屬性，說明Input屬性從接收緩沖區中讀取的字符數；MSCommon控件的PortOpen屬性決定了通信開始和結束。

1.2 L298N電機驅動模塊

1.2.1 L298N與電機驅動模塊

電機驅動模塊主要采用L298N，L298N可直接的對電機進行控制，無須隔離電路。通過單片機的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機進行正反轉，停止的操作，非常方便，亦能滿足直流減速電機的大電流要求。L298N是專用驅動集成電路，屬于H橋集成電路，與L293D的差別是其輸出電流增大，功率增強。其輸出電流為2A，最高電流4A，最高工作電壓50V，可以驅動感性負載，如大功率直流電機，步進電機，減速電機，伺服電機，等，特別是其輸入端可以與單片機直接相聯，從而很方便地受單片機控制。當驅動直流電機時，可直接控制步進電機，并可以實現電機正轉與反轉，實現此功能只需改變輸入端的邏輯電平。

1.2.2 L298N型驅動器的原理及應用

L298N是SGS公司生產的一種高電壓、大電流電機驅動芯片，內部包含4通道邏輯驅動電路，是一種二相和四相電機的專用驅動器。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流 2

智能小車的設計

可達3A，持續工作電流為2A；額定功率25W。內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅動電機，該芯片可以驅動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅動兩臺直流電機。

1.3 C8051單片機控制模塊

Cygnal公司的C8051單片機使用Cygnal的專利CIP-51微控制器內核。以下介紹C8051單片機的一些重要技術以及在本系統中的應用。

①C8051單片機使用Cygnal的專利CIP-51微控制囂內核，采用流水線指令結構；70％指令的執行時間為1個或2個系統時鐘周期；速度可達25 MIPS(時鐘頻率為25 MHz時)。這樣就可以應用復雜的控制算法提高控制精度。

②C8051單片機內部有4個通用16位計數器／定時器和專用的看門狗定時器(WDT)，這樣就不再需要附加外部計數器件和外部看門狗電路。本系統中定時器0和定時器2用作小車左右輪反饋脈沖計數，定時器1配置成自動重裝載的8位計數器／定時器。用于波特率發生器。

③C8051單片機引入r數字交叉開關，允許將內部數字系統資源分配給端口I／O引腳。通過設置優先權交叉開關控制寄存器，將片內的計數器／定時器、串行總線、硬件中斷、ADC轉換啟動輸入、比較器輸出以及微控制器內部的其他數字信號配置為出現在端口I／O引腳。

④C805l單片機內部有一個可編程計數器陣列(PCA)，由一個專用的16位計數器／定時器和5個16位捕捉／比較模塊組成。通過設置特殊功能寄存器PCA0CPM將捕捉／比較模塊0和1(CEX0和CEXl)設置成8位脈沖寬度調制器(PWM)驅動左右輪電機轉動。

⑤C805l單片機內部有12位逐次逼近型ADC，可以在不增加外圍電路的前提下方便地檢測模擬信號。本系統從電機電樞回路中引出電流信號送入單片機，實現電流環控制。

⑥C805l單片機具有片內JTAG和調試電路，通過4腳JTAG接口并使用安裝在最終應用系統中的器件就可以進行全速、非侵入式的在系統調試．而且支持斷點、智能小車的設計

單步、觀察點、堆棧監視器，支持觀察修改存儲器和寄存器。

由以上介紹可以看出，在小車子系統中選用C8051單片機是非常合適的，由于可以硬件生成PWM，占用CPU資源很少；高性能的指令系統以及和VB語言之間進行交叉匯編，為設計各種控制算法提供了廣闊的空間。

1.4 車載機械手

1.4.1 機械手的簡單介紹

機械手是典型的機電一體化裝置，它綜合運用了機械與精密機械、微電子與計算機、自動控制與驅動、傳感器與信息處理以及人工智能等多學科的最新研究成果，隨著經濟的發展和各行各業對自動化程度要求的提高，機器人技術得到了迅速發展，出現了各種各樣的機械手產品。手爪的應用環境干差萬別，抓取可靠、環境適應性好、控制簡單、自適應性強、自主能力高是衡量機器人手爪設計水平的重要標志。性能優良的機器人手爪可以實現可靠、快速和精確地抓取。近年來機器人技術得到大力的發展，手爪的研究也步入一個良好的發展時期，機器人手爪正由簡單發展到復雜，由笨拙發展到靈巧，其中的仿人靈巧手已經發展到可以與人手媲美。機械手對目標物體抓取的穩定性研究是一個值得長期探討的課題。

1.4.2 車載機械手的總體結構體系

搭載機械手的移動機器人本體為四輪萬向輪小車，它具備自主導航能力。在遇到物體時，可遠程控制并操作機械手抓取。車載機械手主要由執行機構、驅動機構和控制系統3大部分組成。執行機構是機械臂、機械手爪與基座的總稱。驅動機構有液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動和機械驅動。目前專用機械手采用電氣驅動方式的較多，而本設計運用的是舵機控制方式的二指機械手。

1.4.3 車載機械手的執行機構

1.4.3.1 手部

手部安裝與手臂前端是用來抓持工件(或工具)的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。它模仿人類手指，分為無關節型，固定關節型和自由關節型3種。手指的數量又可分為二指、三指、四指等，本次設計采用的為二指形手爪。1.4.3.2 手臂

智能小車的設計

手臂的作用是引導手指精確地抓住目標物體，并運送到所需要的位置上去，故手臂的位置需精確定位。手臂分為有關節臂和無關節臂，以前主流設計幾乎都是無關節手臂。而目前設計多為有關節手臂，本次設計的小型偵察車車載機械手即為有關節手臂。手臂由以下幾部分組成：①動作元件，帶動手臂運動的動力裝置，在本車載機械手中為兩臺直流無刷伺服電機，驅動手臂運動；②導向裝置，保證手臂的正確方向及承受由于目標物體重量所產生的彎曲和扭轉力矩；③手臂，承接和承受外力作用的部件，手臂上的零部件都裝在手臂上。1.4.3.3 關節與基座

關節部分是非常關鍵，要求其既能保證電機軸固定到連接手臂，又要滿足不同臂長需要，即在一定范圍內可靈活更換臂長，手臂套筒長度可自由調節。機械手通過基座安裝固定在小型車的儀器艙上，基座是用以承受機械手全部重量的構件，對其結構的要求是剛性好、占地面積小、操作維修方便和造型美觀。機械智能化的應用與發展前景

隨著現代科學技術的迅速發展，機器智能化技術的應用幾乎擴展到整個工業領域，并在工業生產中發揮了巨大作用。但對于未知或特殊的任務，作為機械智能化的代表-機器人還不能獨立完成，而且缺少必要的柔性。為了提高整個系統的效能，需要研究如何使人與機器人相互配合，共同完成作業任務。搭載于機器人上的機械手能模仿人手臂的某些動作功能，可以按固定程序抓取、搬運物件或對工具的自動操作，代替人的繁重勞動以實現工作的機械化和自動化，業已成為機器人系統中非常重要的組成部分。特別是近年來機械手已逐漸應用于易燃易爆品的裝配、拆卸、搬運，以及消防、反恐、防爆等高度危險環境，代替人類完成力所不及的工作，這類機械手因此也被稱為“專用機械手”。世界各國對專用機械手的研究愈加重視，紛紛投入大量的人力、物力加以研究和應用。從目前情況看，我國“專用機械手”還處在研究、跟蹤、試驗階段，其主要原因在于這類機械手不僅需要載體平臺的穩定移動，而且還要求機械手穩定執行操作。針對污染與核輻射環境的應急處理需要，筆者設計出小型3自由度機械手，搭載于已開發出來的小型移動機器人平臺上。在機器人偵察各種污染和輻射環境、人員不便進入的情況下，車載機械手的出現，可以代替人員進行手工操作、抓取、采集樣品等，大大改善了工作條件，提高了工作效率，保障了人員安全。

智能小車的設計

參考文獻

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第五篇：智能小車單片機課程設計報告

單片機課程設計

題 目: 專 業: 班 級: 組長 成員 成員 成員 成員

智能小車設計 計算機科學與技術

14級2班

姓名 學號

年 12 月 23 日

2016

打開命令行終端的快捷方式: ctr+al+t:默認的路徑在家目錄

ctr+shift+n:默認的路徑為上一次終端所處在的路徑.linux@ubuntu:~$ linux:當前登錄用戶名.ubuntu:主機名

:和$之間:當前用戶所處在的工作路徑.windows下的工作路徑如C:IntelLogs linux下的工作路徑是:/.../..../ ~:代表的是/home/linux這個路徑.(家目錄).ls(list):列出當前路徑下的文件名和目錄名.ls-a(all):列出當前路徑下的所有文件和目錄名,包括了隱藏文件..:當前路徑..:上一級路徑

ls-l:以橫排的方式列出文件的詳細信息

total 269464(當前這個路徑總計所占空間的大小,單位是K)drwxr-xr-x 3 linux linux 4096 Dec 4 19:16 Desktop

chmod u-或者+r/w/x 文件名 chmod g-或者+r/w/x 文件名 chmod o-或者+r/w/x 文件名(3).cd /home/linux 進入到1目錄里并創建一個2普通文件,再退回上一級,并且刪除1目錄 6.拷貝文件.cp(copy)路徑1/源文件 路徑2:把路徑1下的文件拷貝到路徑2下

cp 路徑1/源文件 路徑2/目標文件:把路徑1下的文件拷貝到路徑2下并且重命名位目標文件.cp(copy)-r 路徑1/目錄名 路徑2:把路徑1下的目錄拷貝到路徑2下 7.剪切文件

mv(move)路徑1/源文件 路徑2:把路徑1下的文件剪切到路徑2下

mv 路徑1/源文件 路徑2/目標文件:把路徑1下的文件剪切到路徑2下并且重命名位目標文件

mv 源文件 目標文件:重命名文件

mv 路徑1/目錄名 路徑2:把路徑1下的目錄剪切到路徑2下 8.clear:清屏 9.exit 退出終端 vi編輯器.vi 文件名:如果文件不存在則創建并打開 如果文件已存在,則直接打開

VI編輯器的三種模式

1.命令行模式:剛進入編輯器的時候,默認處在這種模式下

2.編輯模式(插入模式):輸入a/i/o即可進入,按下esc鍵退回命令行模式,再輸入冒號 ,即可進入底行模式.3.底行模式下:w(保存),q(退出),wq(保存并退出),q!(強制退出不保存)按下退格鍵,刪除冒號,即可進入命令行模式.終極保存法;w!sudo tee %d回車再回車即可

命令行模式下的快捷操作: 1.整行復制:光標移動想要復制的那一行,輸入yy即可,再把光標移動到你想要粘貼位置的上一行,輸入p即可

2.多行復制:光標移動想要復制的那幾行的 6.多行剪切:光標移動想要剪切的那幾行的 再編譯一個c應用程序,在程序中來調用庫里實現的函數

gcc 應用程序名-l庫名(注意是去掉lib和.so的庫名)

文件IO linux系統下一切設備皆文件

操作文件: open():打開一個文件

read()://從文件里邊讀出數據 write()//向文件里寫入數據 close()//關閉文件

man手冊: man 2 函數名

open: 頭文件

#include #include #include

1.int open(const char *pathname, int flags);//僅限于打開一個已存在文件

參數1:文件的路徑 參數2:打開方式的標志

O_RDONLY,//只讀方式打開

O_WRONLY,//只寫方式打開

O_RDWR.//可讀可寫方式打開 返回值: 打開成功:返回一個正數(文件描述符)打開失敗:-1

2.int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);//可以打開一個不存在的文件 參數1:文件的路徑 參數2:打開方式的標志

O_RDONLY,//只讀方式打開

O_WRONLY,//只寫方式打開

O_RDWR.//可讀可寫方式打開

如果文件不存在必須|O_CRAET,創建該文件 參數3:權限 數 比如:0666

返回值: 打開成功:返回一個正數(文件描述符)打開失敗:-1

write: 頭文件: #include

typedef int ssize_t

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);參數1:就是open函數的返回值,文件描述符 參數2:你想要寫入的數據

參數3:你想要寫入的數據的字節大小

返回值: 寫入成功:返回的是寫入的字節大小 寫入失敗:-1

strlen:實際長度 sizeof:數組的大小

arduino viod setup(){ 端口的配置;}

void loop(){ 任務的執行;

}

arduino之呼吸燈實驗: int led=13;void setup(){ pinMode(led,OUTPUT);} void loop(){ digitalWrite(led,HIGH);delay(1000);digitalWrite(led,LOW);delay(1000);} 漸變燈: 暗->亮->暗

PWM波:可調脈沖寬度波.3,5,6,9,10,11這幾個端口可以輸出pwm波 analogWrite(pin, value)//輸出pwm波 pin:管腳號:3,5,6,9,10,11中的任意一個 value:0~255中的任何一個數: 0:占空比為0% 255:占空比位100%

遠程視頻監控步驟: 1.將jpegsrc.v8b.tar.gz(圖片庫)和mjpg-streamer-code-182.tar.gz(視頻查看軟件)拷貝到ubuntu的家目錄

2.解壓縮

tar xvf jpegsrc.v8b.tar.gz 3.cd jpeg-8b 4../configure //創建Makefile文件 5.make 6.sudo make install //安裝

程序運行時，默認尋找的頭文件的路徑在/usr/include,庫文件的路徑/lib

cd /usr/local/include sudo cp * /usr/include cd /usr/local/lib

sudo cp libjpeg* /lib

7.切換到家目錄:cd 移植查看視頻的軟件：

tar xvf mjpg-streamer-code-182.tar.gz cd mjpg-streamer-code-182 cd mjpg-streamer make clean //清除已經編譯過的程序

make

運行查看視頻的軟件:sudo./start.sh 打開火狐瀏覽器

在地址欄輸入127.0.0.1:8080 若發現視頻綠屏

先強制結束程序運行:ctl+c.解決方法：

修改start.sh

將 要對uboot環境信息進行設置

首先把撥碼開關撥到0000位置.選擇uboot的啟動方式.uboot從外存啟動.1.找到自己的COM端口號;打開putty 2.選中Serial,把波特率改為115200,端口號改為自己的端口號,Flow contrlo選擇none 3.開啟電源,會出現一個倒計時,在倒計時完成之前,隨便敲一個鍵盤.4.輸入命令print可以顯示uboot的打印信息

確保: ipaddr=192.168.1.100//代表開發板的ip地址 serverip=192.168.1.200//代表ubuntu的IP地址 bootargs=root=nfs nfsroot=192.168.1.200:/source/rootfs ip=192.168.1.100 init=/linuxrc console=ttySAC0,115200//

打開虛擬機: 1.進入到/tftpboot目錄下.把zImage拖到虛擬機,前加cp ,后加./ 使用ls查看一下是否出現zImage 2.cd /source 把rootfs這個壓縮包拖到虛擬機,前加cp ,后加./ 使用ls查看一下是否出現rootfs.tgz 3.解壓命令: sudo tar-xvf rootfs.tgz 要讓你輸入密碼;輸入1回車即可,密碼是不可見的.再用ls查看是否多了一個藍色的文件rootfs.4.修改ubuntu的ip地址.找到wiffi圖標,點擊選中edit connection->IPV4 seting->manual->add ip netmask gateway 192.168.1.200 255.255.255.0 192.168.1.1 點擊保存.關閉窗口.再打開圖標選中wired connection1 再看ip是否改回來了.5.網線連接開發板和電腦

在putty界面輸入:ping 192.168.1.200 如果host 192.168.1.200 is alive,這是掛載系統很好的征兆.not alive的話需要關閉電腦的無線網

輸入boot或者重啟開發板不要再按下任何鍵了,如果出現

####很快就要掛載成功了 如果出現TTTTTTTTTTTTTT 在ubuntu輸入命令:sudo service tftpd-hpa restart 其中sudo的作用是暫時將用戶的權限提升到超級用戶(root)的權限.如果出現Please press Enter to activate this console.代表系統掛載成功.通過gcc編譯生成的程序不能在開發板上運行.通過命令file a.out看到文件的格式為intel 30386,說明這是X86格式的程序,只能PC上運行

而不能在arm板上運行,解決措施,使用交叉編譯器來編譯.交叉編譯器的配置: 將arm-cortex_a8-linux-gnueabi.tar.bz2拖到ubuntu的家目錄

解壓命令tar-xvf arm-cor+tab鍵自動補齊,用ls查看是否生成arm-cortex_a8個目錄.配置交叉編譯器: sudo vi /etc/bash.bashrc文件

在最后一行添加export PATH=$PATH:/home/linux/arm-cortex_a8/bin 保存并退出文件

保存完成后重啟文件:source /etc/bash.bashrc

重啟成功后輸入arm-cor+tab鍵會自動補齊成arm-cortex_a8-linux-gnueabi-代表交叉編譯器配置成功.利用交叉編譯器編譯程序: arm-cortex_a8-linux-gnueabi-gcc 文件名,并將生成的可執行程序拷貝到/source/rootfs下

然后再到putty上執行./a.out就可以在開發板上運行程序了.

相關代碼

Che.c

#include “cgic.h” #include #include #include #include #include

void zigbee_serial_init(int fd){ struct termios options;

tcgetattr(fd, &options);options.c_cflag |=(CLOCAL | CREAD);options.c_cflag &= ~CSIZE;options.c_cflag &= ~CRTSCTS;options.c_cflag |= CS8;options.c_cflag &= ~CSTOPB;options.c_iflag |= IGNPAR;options.c_iflag &= ~(BRKINT | INPCK | ISTRIP | ICRNL | IXON);

//options.c_cc[VTIME] = 2;options.c_cc[VMIN] = 12;

options.c_oflag = 0;options.c_lflag = 0;

cfsetispeed(&options, B115200);cfsetospeed(&options, B115200);

tcsetattr(fd,TCSANOW,&options);

} int cgiMain(){ int fd;char a='1';cgiHeaderContentType(“text/htmlnn”);fprintf(cgiOut,“n”);fprintf(cgiOut,“n”);fprintf(cgiOut,“n”);

fprintf(cgiOut,“n”);fprintf(cgiOut,“”);fprintf(cgiOut,“n”);fprintf(cgiOut,“n”);fprintf(cgiOut,“