智能小车的设计毕业设计论文

1、摘要木设计以stc89c51单片机为控制核心，小车具有循迹检测、 电机驱动、等主要功能。首先，两个电机分別单独控制左右两个车 轮，通过调节两个电机的转速及转动时间，达到小车正常行驶及转 向的目的。车头的四个红外光电传感器通过对路况的检测反馈给单 片机，控制小车行走路线，防止超出边界线。与此同时检测前方是 否有小车，并且将信息反馈给单片机，控制小车减速，防止出现撞 车。在第二圈超车过程中，两车相继进入超车区后，甲车减速后直 线前进，乙车正常行驶并进入超车区，达到超车目的。关键词：控制；检测；反馈；stc89c51单片机；超车abstractthis design with the stc89c5

2、 1 single-chip microcomputer as the core, the car has a tracking detection，motor drive, such as the main function. first of all，the two motor control separately or so two wheels, by adjusting the two motor rotation speed and time, achieve the goal of the car moving and steering. four infrared electr

3、ic car sensor through the road test feedback to mcu, control the car walking routes，prevent beyond the border. at the same time detect whether there is a car in front, and feedback the information to the microcontroller，control the car slow down，to prevent a crash. in the second circle during the ov

4、ertaking process，the two cars have entered after overtaking area，a straight line after car slow down，b car overtaking is moving into the area，the purpose of overtaking.keywords:control,detection,feedback,stc89c5 1 single-chip microcomputer, overtaking目录翻iabstractii第丨章绪论11.1课题竹景11.2设计题目11.3设计要求1第2章方案

5、论证与比较32.1设计任务32.2设计要求32.3.1调速模块32.3.2寻迹模块52.3.3转向装置模块5第3章系统硬件设计73.1电源设计73.2最小系统设计83.3电机驱动模块设计93.4循迹模块设计103.5避障模块设计113.6妞示模块设计12第4章电路设计软件的使用144.1仿真软件的介绍144.2仿真软件的优势14第5章电路的组装及调试165.1电路的组装165.2电路调试165.3电路焊接及调试原理办法185.3.1电子电路的设计基本步骤185.3.2电子电路的组装195.3.4电子电路故障检查的一般方法20則仑22闘23附录1译文25附录2英文参考资料26附录3程序流程图27

6、附录4整机原理图28附录5元件清单29第1章绪论1.1课题背景众所周知，汽车的研究是伴随着汽车工鼎的蓬勃发展而越来越受人关 注。基本全国电子大赛和省内电子大赛每次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，可见其研究意义很大。本题h是结 合科研项目的设计类课题，设计的智能电动小车应该能够周围环境进行检 测（检测是否有黑线）、能通过无线模块进行通信、能交替领跑任务。根据题目的要求及组内讨论，确定如下方案：设计w辆电动智能小车 （甲车、乙车）能够按照给出的程序，甲前乙后同时起跑，而且准确无误 并无碰撞地在给定区域内同向行走，并在超车区内实现超车，以完成交替 领跑任务。本设计以st

7、c89c51单片机为控制核心。stc89c51是一款8位flash 单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。所以本设计与 实际相结合，现实意义很强。1.2设计题目智能小车的设计与制作1.3设计要求甲车车头紧靠起点标志线，乙车车尾紧靠边界，甲、乙w辆小车同时 起动，先后通过起点标志线，在行车道同向而行，实现两车交替超车领跑 功能。叩车车头紧靠起点标志线，乙车车尾紧靠边界，t、乙两辆小车同时起 动，先后通过起点标志线，在行车道同向ku行，实现两车交替超车领跑功能。 跑道如图1-1所示。转弯标餓转普标志钱起点摩点标志线240 cm前进方向40cm行车道80 cm40 cm乙鋸掉部分甲 矚

8、 行车道超车区0n行车道40 cm行车道40cmzocm图1-1跑道示意图第2章方案论证与比较2.1设计任务通过组内讨论以及题的要求，在下面的文章屮我们总体介绍智能小 车的结构。1、寻轨模块：用于探测黑线的有无，基础每辆小车由3个光电管组 成，通过反射红外线的变化判断黑线的有无。2、电机驱动模块：由于单片机输出的电流有限，无法直接驱动电机 工作，因此需要通过专业的电路进行驱动，木小车采用l298芯片驱动电 机。3、单片机模块：根据使用的传感器和控制策略的不同，单片机的选 择也不同。木设计主要采用stc系列屮的stc89c51单片机。4、红外传感器开关：寻找前面是否有小车，作为通讯工具。5、电源

9、模块：木设计主要用12v/6800mah的锂电池，其输入电 压12.6vdc;输出12vdc。能稳定安全地给电机供电。2.2设计要求甲车车头紧靠起点标志线，乙车车尾紧靠边界，甲、乙w辆小车同时 起动，先后通过起点标志线，在行车道同向而行，实现两车交替超车领跑 功能。2.3方案论证本设计的多种模块可有多种方案采取，以下介绍各方案的优缺点。2.3.1调速模块方案一：串电阻调速系统。方案二：静止可控整流器，简称v-m系统。方案三：脉宽调速系统。旋转变流系统由交流发电机拖动直流电动机实现变流，由发电机给需 要调速的直流电动机供电，调节发电机的励磁电流即可改变其输出电压， 从而调节电动机的转速。改变励磁

10、电流的方向则输出电压的极性和电动机 的转向都随着改变，所以g-m系统的可逆运行是很容易实现的。该系统 需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机，还 要一台励磁发电机，设备多、体积大、费用高、效率低、维护不方便等缺 点。且技术落后，冈此搁置不用。v-m系统是当今直流调速系统的主要形式。它可以是单相、三相或 更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，可实现平滑调速。v-m系 统的缺点是晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行 造成w难。它的另一个缺点是运行条件要求高，维护运行麻烦。最后，当 系统处于低速运行吋，系统的功率因数很低，并产生较大的谐波电流危害 附近的用电

11、设备。采用晶闸管的直流斩波器基木原理与整流电路不同的是，在这里晶闸 管不受相位控制，而是工作在开关状态。当晶闸管被触发导通吋，电源电 压加到电动机上，当晶闸管关断吋，直流电源与电动机断开，电动机经二 极管续流，两端电压接近于零。脉冲宽度调制(pulse width modulation), 简称pwm。脉冲周期不变，只改变晶闸管的导通吋间，即通过改变脉冲 宽度来进行直流调速。与v-m系统相比，pwm调速系统有下列优点：1、由于pwm调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用 就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速运行平 稳，调速范较宽，可达1: 10000左右。由于电流

12、波形比v-m系统好， 在相同的平均电流下，电动机的损耗和发热都比较小。2、同样由于开关频率高，若与快速响应的电机相配合，系统可以获 得很宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗扰能力强。3、由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效 率较高。根据以上综合比较，以及木设计屮受控电机的容量和直流电机调速的 发展方向，木设计采用了 h型单极型可逆pwm变换器进行调速。脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制式变换器，简称pwm变换器。脉宽调速也可通过单片机控制继电器的闭合来实现，但是驱动能力有 限。为顺利实现电动小汽车的前行与倒车，木设计采用丫可逆pwm变换 器。可逆pwm变换器主电路的结构式有h

13、型、t型等类型。我们在设计 屮采用了常用的双极式h型变换器，它是由4个三极电力晶体管和4个 续流二极管组成的桥式电路。综合考虑系统的各项性能，最后我们决定采用pwm调速系统。2.3.2寻迹模块方案一：采用光电自动寻轨传感器，通过采集黑白线返回主控制单片 机的电信号不同，来实现自动寻迹的功能。方案二：采用反射式红外传感器来进行探测。只要选择数量和探测距 离合适的红外传感器，可以准确的判断出跑道边界的位置。方案的选择：方案二屮的反射式红外传感器驱动方便，识别率高，并 且采集速度快，返冋信号准确，能够实现题的要求，即能精确实现循迹 黑线，方案二里然效果更佳，但价格较昂贵。所以选择方案二。2.3.3转

14、向装置模块方案一：双电机控制。采用两个直流电机控制小车后轮，检测不到黑 线走直线时，单片机控制w轮转速和等。当传感器检测到黑线，需要向左 转时，增加右轮转速，降低左轮转速；需要向右转时，增加左轮转速，降 低右轮转速。但此种方法必须精确控制叫车轮转速直行时相等，否则将会 出现小摇摆及抖动，达不到平滑运动的效果。方案二：步进电机控制前轮。步进电机将电脉冲信号转换成和应的角 位移的特种电机，步进电机的敁著特点是快速启动能力，测到障碍物时能 够快速转向；另外步进电机的精度高，每步可以小至0.72度，不会失步, 在负荷不超过动态转矩值时，可以瞬问启动和停止。逆转时能够糈确返冋 原始位置。外加机械机构可以

15、把角度变成直线位移。但步进电机的价格比 较昂贵。经过比较分析，采用方案一即两个直流电机控制转向。本章小结通过我们组内讨论以及题目的要求，我们的电动智能小车选主要采用 stc系列巾的stc89c51单片机，其设计主要用12v/6800mah的锂电池, 能稳定安全地给电机供电；由于单片机输出的电流有限，无法直接驱动电机工作，因此需要通过专业的电路进行驱动，只要争片机给出相应的控制 信号，便可控制电机工作。以stc 89c51为控制核心，用于探测黑白交 线的位置，基础由若干个光电管组成，通过反射红外线的变化判断黑白交 线的有无，便于走黑白交线。综合考虑系统的各项性能，我们决定采用pwm调速系统；采用

16、光电 自动寻轨传感器，通过采集黑白线返回主控制单片机的电信号不同，来实 现自动寻迹的功能；采用双电机控制控制小车的转向。第3章系统硬件设计3.1电源设计使用8节1.5v南孚电池为整个系统供电，电压可达到12v,其中通 过稳压芯片7805获取5v直流电源为单片机供电，12v电源为电机供电 以获得较高速度，该电源输出电流能力较大，而且能较k时问为小车提供 稳定的电流，使系统运行稳定，符合实呩要求。电源原理图如图3-1所示。. 1vivoqzo| <u17805<text>cw- c21000u<text0.33uf<text>cm3c30.1 uf<tex

17、t>图3-1电源原理图电源稳压芯片7805/7905是一种典型的组合装封三端稳压集成电路 模块带金属基板散热按装片该模块多用于有处理器的5v电源的处理板戏 称电脑稳压块输入电压可达直流12v输出5v+-5%以内，电流1a，最大短 时可达3a（极限）在超过500毫安输出时最好加装散热器，7805面对字 标左脚进右脚出，中间脚接地。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上 安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时， 稳压性能将变差，甚至损坏。当制作中需要一个能输出1.5a以上电流的 稳压电源，通常采用儿块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为n 个1.5a，但应用时需注

18、意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、 同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量, 以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。3.2最小系统设计木设计最小系统分两部分，一部分是晶振部分，另一部分是复位电路 部分。最小系统原理图如图3-2所示。>xtal1poo/adopo.1/ad1po.2/ad2xtal2po.3/ad3p0.4/ad4po.5/ad5p0.6/ad6rstpo.7/ad7p2.0/a8p2.1/a9r2.2/a10psenr2.3/a11alep2.4/a12eap2 5/a13p2 6/a14p2.7/a15p1.0p3.(w

19、?xdp1.1p3.1/txdp1.2p3.2jwt0p1.3p3.3*it1p1.4p3.4/t0p1.5p3.5/t1p1.6p3.6jwrp1.7p3.7/rdat89c51<text>图3-2最小系统原理图单片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一 般来说，单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在 单片机内部，复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预 设的一个值。单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚rst上外接电 阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续w个机器周期以上时复位有效。 复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期

20、。具体数值可以由 rc电路计算出时问常数。复位电路由按键复位和上电复位w部分组成。 (i)上电复位：stc89系列单片及为高电平复位，通常在复位引脚rst上 连接一个电容到vcc,再连接一个电阻到gnd，由此形成一个rc充放 电冋路保证单片机在上电时rst脚上有足够时问的高电平进行复位，随 后冋归到低电平进入正常工作状态，这个电附和电容的典型值为10k和 louf。(2)按键复位：按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关 按下时电容被放电、rst也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持 一段吋间的高电平来使¥.片机复位。单片机系统里都有晶振，在单片机系 统里晶振作用非常大，全程

21、叫晶体振荡器，他结合争片机内部电路产生单 片机所需的吋钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行 速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在争片机晶振提供的吋钟 频率。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。 高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电汝在一'定范鬧内调整频率，称 为压控振荡器(vco)。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共 振的状态下工作，以提供稳定，精确的争频振荡。争片机晶振的作用是为 系统提供基木的吋钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持 同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率 的方法保持同步。

22、晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的吋 钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振 相连的不同锁相环来提供。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 w个电容即可，电容容量一般在15pf至50pf之间。3.3电机驱动模块设计电机的左右轮分别由两个独立的电机驱动，通过控制两个电机正转时 间的不同，实现小车的前进和左右的方向选择。应用l298n进行电机驱 动，in1和in2控制小车左轮并且通过ena控制占空比，这样能控制小 车的左轮驱动能力。in3和in4控制小车右轮并且通过enb控制心

23、空比 来控制小车右轮的驱动能力，以达到调节速度的要求。输出端out1和 out2接左轮，out3和out4接右轮，前进时，两轮驱动能力相同，左 转时，右轮比左轮驱动力强，右转时，同理。血二极管的引入能够起到保 护电机的作用。电机驱动原理阁如图3-3所示。l.k-10-i-12、fa6,ibu-1upckdminiin2vs1n5imout!0ui2ena(jidenb0jt4嶋cn)1孙biii2kx：1314*51jlch jli» j5vpl1234ifcib4图3-3电机驱动原理图l298n为sgs-thomson microelectronics所出产的双全桥步进电 机专用驱

24、动芯片(dual full-bridge driver ),内部包含4信道逻辑驱动 电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，町同吋驱动2个二相或 1个四相步进电机，内含二个h-bridge的高电压、大电流双全桥式驱动 器，接收标准ttl逻辑准位信号，可驱动46v、2a以下的步进电机，且 可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的io端口來 提供模拟吋序信号。3.4循迹模块设计循迹采用反射式光电传感器，反射式光电传感器具有一对红外信号发 射与接收二极管，发射管发射一定频率的红外信号，接收管接收这种频率 的红外信号，当红外的检查方向遇到障碍物(反射面)时，红外信号反射 冋来被接收管

25、接收。经处理之后，通过数字传感器接口返冋微控制器，微 控制器可利用红外波的返冋信号来识别周围环境的变化。当遇到黑线时， 图巾三极管8050导通，反和器输入口处检测到低电平，经反和器后变为 高电平，供单片机识别，同时指示灯被点亮，图中滑动变阻器，可方便改 变光电传感器的输入电流，从而改变灵敏度，图中0. luf电容，可减少电 路巾“毛刺”，以增加电路的抗干扰能力。循迹模块原理图如图3-3所示。在木设计屮我们采用红外一体式发射接收器，发射管和接收管的直径 都为3mm，系统屮我们设计反射距离在1.5cm左左，此吋探测环境都在 检测电路板之下，不易受到其他光线的干扰。传感器都选用rpr220发射 红外

26、传感器。该封装形状规则，便于安装。红外一体式发射接收器由于感应的是红外光，常见光对它不干扰。红 外一体式发射接收器检测黑线的原理为：由于黑色吸光，当红外发射管发 出的关照射在上面后反射的部分比较小，接收管接收到地红外线也就较 少，表现为电阻比较大，通过外接的电路就可以读出检测的状态，同理当 照在白色表面吋发射的红外线就比较多，表现为接收管的电阻比较小。木 设计屮当检测到黑线，小车会自动偏转而远离边缘的黑线。3.5避障模块设计避免追尾相撞：小车前方设置一红外传感器，小车后面设置一个挡板, 当两车接近到一定距离吋，红外传感器检测到对方尾部的捫板，输送电平 给单片机，由申片机控制pwm调制脉冲来改变

27、小车速度。避障模块原理图 如图3-5所示。图3-5避障模块原理超车：当甲车检测到超车标志线后，转而循迹外环的同吋，甲车减速， 甲车和乙车保持红外避障传感器设置的距离，转检测完超车标志后，转而 循迹超车区的内环黑线，速度超过甲车并循迹黑线返冋起点，而甲车寻到 转弯标志线后继续循迹外线冋到原点。电压比较器是对两个模拟电压比较其大小（也有两个数字电压比较 的，这里不介绍），并判断出其屮哪一个电压高，比较器，它有两个输入 端：同相输入端（“+”端）及反相输入端端），有一个输出端vout（输出 电平信号）。另外有电源v+及地（这是个申电源比较器），同相端输入电压 va,反相端输入vb。va和vb的变化。

28、在吋间0tl吋，vavb;在 tlt2吋，vb>va；在t2t3吋，vavb。在这种情况下，vout的输出 如图1（c）所示：vavb时，vout输出高电平（饱和输出）；vbva吋， vout输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。3.6显示模块设计在系统中要进行动态超车次数：一种方法是采用lcd1602液晶显示器。lcd具有功耗低，抗干扰能 力强的特点。不紧可以敁示数字、字符，而且可以妞示汉字和图形，但由 于显示内容不多。另一种方法是采用八段数码管显示，可以使用多个独立的八段数码管来自己拼接，其优点是位数不限，布局灵活；也可以直接使用集成好的多 位数码管，其优点是引线简单，价

29、格也相对便宜许多。多位数码管可以使用多个i/o端口驱动，如p0-p3分别驱动4个数码 管，但是这样极大地浪费y i/o资源，所以通常在实际使用屮用动态扫描 的方法来实现多位数码管的显示。动态扫描是针对静态显示而言的，所谓 静态显示是指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定 截止，这种显示方式的每个数码管相互独立，公共端恒定接地（共阴极） 或接电源（共阳极），每个数码管的每个字段分别与一个i/o 口地址相连 或与硬件译码电路相连，这时只要i/o 口或硬件译码器有所需电平输出， 相应字符即显示出来，并保持不变，直到需要更新所显示字符。采用静态 显示方式占用单片机时间少，编程简争，似其

30、占用的u线多，硬件电路复 杂，成木高，只适合于显示位数较少的场合。而动态扫描则是一个一个地 轮流点亮每个数码管，方法是多位数码管的a-dp数据段都用相同的i/o 引脚来驱动，而使用不同的i/o引脚来控制位选择引脚。在动态扫描显示 吋，先选中第一个数码管，把数据送给它显示，一定吋间后再选屮第二个 数码管，把下一个数据送给它显示，以此类推，一直到最后一个。这样里 然在某一吋刻只有一个数码管在显示，但是只要扫描的速度足够快（超过 人眼的视觉暂留吋间），动态显示的效果在人开来就是几个数码管同时显 示。釆用动态扫描的方式比较节省i/o 口，硬件电路也较静态显示方式简 单，但其亮度不如静态显示方式，而且在

31、显示的数码管较多吋，51单片 机要依次扫描，占用了单片机的较多吋间。本章小结木章主要描述了小车制作的主要模块，以及各个模诀的应用及扩展。 在某些模块中也添加了相同模块的比较，使我们在阅读时更能一目了然地 看到使用这些模块的优势。第4章电路设计软件的使用4.1仿真软件的介绍proteus是世界上著名的eda工具（仿真软件），从原理图布图、代码 调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到pcb设计，真正实现了 从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、pcb设 计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、 hc11、pic 10/12/16/18/24/30/

32、dspic33> avr、arm、8086 和 msp430 等, proteus资源丰富。1. proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流 等数千种元器件，有30多个元件库。2. proteus可提供的仿真仪表资源：示波器、逻辑分析仪、虚拟终 端、spi调试器、i2c调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、 交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。3. 除了现实存在的仪器外，proteus还提供了一个图形敁示功能，可 以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地敁示岀来，其作用与示波器 和似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如

33、极高的 输入限抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。4. proteus可提供的调试手段proteus提供了比较丰富的测试信号用 于电路的测试。这些测试信号毡拈模拟信号和数字信号。4.2仿真软件的优势在proteus绘制好原理图调入已编译好的目标代码文件： *.hex,可以在proteus的原理图巾看到模拟的实物运行状态和过程。proteus是单片机课堂教学的先进助手。proteus不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机 实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后 者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实

34、验硬件高度对应。这在 相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于proteus提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活 性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提 供了培养学生实践精祌、创造精祌的平台。本章小结在木章中主要续写了在画原理图时时所用到的软件，以及一些软件的 使用办法及优点。让我们更能体会语言带给我们的魅力。第5章电路的组装及调试5.1电路的组装利用单片机的p0 口和p2 口的低四位来控制数码管妞示时问及路程, p2

35、口的高四位用来控制电机，p1 口的低四位负责接收红外传感器所传输 的高低电平信号，p1.4用来接收避障信号，p1.5用来接收测速模块传输 来的信号，p1.6和p1.7是电机模块的使能。小车采用双层设计，上层用来焊接数码管和芯片，同时它也用来固定 红外传感器的传输模块。下层用来安置电机的驱动模块，也放置电源在下 面。这样设计是为了在使用小车时能更好的让观看者看到小车走过的时 问和路程，在小车行走的过程中也能及时了解小车前方的红外传感器所传 输给单片机的信号。电池盒和电机驱动放在下方是为了保证小车的中心重 量够重，让小车在行驶的过程中更加的稳定平稳。红外传感器的安置采用与垂直方向倾斜30度的方法设

36、置的，小车的后轮使用了万向轮，没有使用胶皮轮，主要是胶皮轮在车上安 装时必须要用w个，这样一来，小车的轮子就增加到了四个，而且在控制 方面也难以实现同时控制四个轮子问的和互协调性，也让程序编写的更加 复杂。和反，使用万向轮时，只要考虑前方两个轮子的转动，后面的万向 轮也会随着前方的运动方向做出适当的转动，这样无需考虑后面的行进问 题，程序和对也会变得简单。而且在驱动的控制方面，也和对爷约了一个 电机驱动，是成本降到最低。5.2电路调试首先要检测各个模块的硬件电路是否都已能够输出止常范围内的电 压，确保没有因为模块中某个器件的损坏而使整个电路处于不稳定状态， 或者因为某处电压过大而烧毁其他元器件

37、。在检测电压时也会出现这样的情况，有时会因为一时疏忽而把芯片插 反，这样在检测电压时就会;11现某处电压过高的现象；也有某部分会接收 不到正常的电流。在l298的驱动部分里，有的二极管如果在焊接过程中焊反，电机驱 动板上的电源指示灯就不会亮，在连接电源的部分显示的电压全部是正确 的，但是电机的驱动却始终也不好使；有吋l298也会坏，在l298坏y 以后，电机上的指示灯是正常显示的，但是l298芯片会特别的烫手，输 入电压都是对的，但是给不y输出电压，这样就需要换一个电机驱动。在 使用八节干电池组成的12v电源给电机驱动供电吋，使用不久之后会出现 小车轮子在换速过程屮出现停顿现象，只有人为再次给

38、它动力吋，它才会 接着向前循迹，这是因为干电磁的电力减退造成的，但是这种情况在使用 万用表测量吋，万用表上显示的电压值仍然是12v,只有在使用时，电源 的电压会从12v电压直接下降下来。在红外传感器的模块屮接收的标准电压是5v电压，如果这部分电压 过高的话，在红外传感器的模块调节过程屮会发现，模块指示灯会始终亮 着不熄灭，在红外传感器检测到黑白线吋，指示灯只会出现亮度的不同， 不会熄灭；只有在正常的电压吋才会熄灭。在硬件的焊接吋，数码管的公共极需要接上限流电阻，否则在电路电 流过大吋会烧坏数码管屮的led，使数码管无法正常成像，这会在检测吋造 成许多不必要的麻烦。其次是程序上的调试。在定义端口

39、引脚吋会产生重复的现象，在我的 程序屮就曾出现这样的现象，我把p2 u的低四位用来做数码管的位选位 吋，程序写成：#define wei p2同吋我也需要把p2的高四位用来驱动电机，这样在使用吋，wei应 用吋，同样也改变了驱动电机的信号，这样就会产生重复的现象，从而导 致给电机的电压不够，无法驱动电机转动起来。这样就需要我们用bite语川来逐个定义引脚，虽然这样麻烦些，但它 会使程序分工执行所需要的信号，而不是在同吋工作的过程中互相干扰。在数码管的使用吋，会使用动态扫描来显示其吋间与路程，在动态扫 描调节吋会出现这样的情况。如果动态扫描慢y，我们看到的数字将不能 在同一吋间全部显示在我们的视

40、线屮；如果动态扫描太快，在数字产生变 换吋，它会产生重影现象。在最初的程序调试吋，需要把在争片机内写入基木的程序来检测电机 模块的驱动使能是由高电平控制还是由低电平控制，这样会在以后的程序 编写屮更加节省吋间。最后是红外传感器安装，如果红外传感器是垂直安装的，当黑色跑道 上有水吋，反光的效果就会产生偏差，让红外传感器接收不到正常的信号,如果是与垂直方向形成30度角的话就不会出现这样的现象，从而能正常 把轨迹的检测信号传输给单片机。在小车试验吋要避免被阳光照射到，阳光照射到红外传感器吋，会给 传感器的检测带来极大的不便，因为阳光光亮强度高，会有大量的红外光 传递给红外接收管，会让红外传感器产生检

41、测到白线的信号，进而无法继 续检测黑线，并传输正确的信号给单片机。小车上层在焊接过程屮，只把数码管和51单片机焊接在一个整体上, 不需要用其他的方式再进行连接。而其他的模块与51单片机连接吋，是 采用插线方式连接的，这样连接的方式好处是在检测模块吋可以逐一检 测，避免其他模块给检测吋带来影响；也不用在小车固定的某个地方检测, 容易把其他已经连接好的线路碰断。坏处是在插线部位连接吋会带来短路 现象，让小车在行进过程中出现故障。通电的吋候也会时续吋断，在给小 车诊断其他部分故障时带来麻烦。5.3电路焊接及调试原理办法5.3.1电子电路的设计基本步骤1、明确设计任务要求充分了解设计任务的異体要求如性

42、能指标、内容及要求，明确设计任 务。2、方案选择根据掌握的知识和资料，针对设计提出的任务、要求和条件，设计合 理、可靠、经济、可行的设计框架，对其优缺点进行分析，做到心中有数。3、根据设计框架进行电路单元设计、参数计算和器件选择具体设计时可以模仿成熟的电路进行改进和创新，注意信号之间的关 系和限制；接着根据电路工作原理和分析方法，进行参数的估计与计算； 器件选择时，元器件的工作、电压、频率和功耗等参数应满足电路指标要 求，元器件的极限参数必须留有足够的裕量，一般应大于额定值的1.5 倍，电阻和电容的参数应选择计算值附近的标称值。4、电路原理图的绘制电路原理图是组装、焊接、调试和检修的依据，绘制

43、电路图时布局必 须合理、排列均匀、清晰、便于看图、省利于读图：信号的流向一般从输 入端或信号源画起，由左至右或由上至下按信号的流向依次画出务单元电路，反馈通路的信号流向则与此相反；图形符号和标准，并加适当的标注; 连线应为直线，并且交叉和折弯应最少，互相连通的交叉处用圆点表示， 地线用接地符号表示。5.3.2电子电路的组装电路组装通常采用通用印刷电路板焊接和实验箱上插接两种方式，不 管哪种方式，都要注意：1、集成电路认清方向，找准第一脚，不要倒插，所有1c的插入方向一般应保持 一致，管脚不能弯曲折断；2、元器件的装插去除元件管脚上的氧化层，根据电路图确定器件的位置，并按信号的 流向依次将元器件

44、顺序连接；3、导线的选用与连接导线直径应与过孔（或插孔）相当，过大过细均不好；为检查电路方便， 要根据不同用途，选择不同颜色的导线，一般习惯是正电源用红线，负电 源用蓝线，地线用黑线，信号线用其它颜色的线；连接用的导线要求紧贴 板上，焊接或接触良好，连接线不允许跨越1c或其他器件，尽量做到横 平竖直，便于查线和更换器件，但高频电路部分的连线应尽量短；电路之 间要有公共地。在电路的输入、输出端和其测试端应预留测试空间和接 线柱，以方便测量调试；布局合理和组装正确的电路，不仅电路整齐美 观，而且能提高电路工作的可靠性，便于检查和排队故障。5.3.3电子电路调试实验和调试常用的仪器有：万用表、稳压电

45、源、示波器、信号发生器 等。调试的主要步骤：1、调试前不加电源的检查对照电路图和实际线路检查连线是否正确，包括错接、少接、多接等；用 万用表电阻档检查焊接和接插是否良好；元器件引脚之间奋无短路，连接 处有无接触不良，二极管、三极管、集成电路和电解电容的极性是否正确; 电源供电包括极性、信号源连线是否正确；电源端对地是否存在短路（用 万用表测量电阻）。若电路经过上述检查，确认无误后，可转入静态检测与调试。2、静态检测与调试断开信号源，把经过准确测量的电源接入电路，用万用表电压档监测电源 电压，观察有无异常现象：如0烟、异常气味、手摸元器件发烫，电源短 路等，如发现异常情况，立即切断电源，排除故障

46、；如无异常情况，分别测量各关键点直流电压，如静态工作点、数字电路各 输入端和输出端的高、低电平值及逻辑关系、放大电路输入、输出端直流 电压等是否在正常工作状态下，如不符，则调整电路元器件参数、更换元 器件等，使电路最终工作在合适的工作状态；对于放大电路还要用示波器观察是否有自激发生。3、动态检测与调试动态调试是在静态调试的基础上进行的，调试的方法地在电路的输入端加 上所需的信号源，并循着信号的注射逐级检测各有关点的波形、参数和性 能指标是否满足设计要求，如必要，要对电路参数作进一步调整。发现问 题，要设法找出原因，排除故障，继续进行。(详见检查故障的一般方法)4、调试注意事项(1) 正确使用测

47、量仪器的接地端，仪器的接地端与电路的接地端要 可靠连接；(2) 在信号较弱的输入端，尽可能使用屏蔽线连线，屏蔽线的外屏 蔽层要接到公共地线上，在频率较高吋要设法隔离连接线分布电容的影 响，例如用示波器测量时应该使用示波器探头连接，以减少分布电容的影 响，(3) 测量电压所用仪器的输入阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。(4) 测量仪器的带宽必须大于被测量电路的带宽。(5) 正确选择测量点和测量(6) 认真观察记录实验过程，包括条件、现象、数据、波形、相位 等。7、出现故障吋要认真查找原因。5.3.4电子电路故障检查的一般方法于新设计组装的电路来说，常见的故障原冈有：1、实验电路与设计的原理图不符；

48、元件使用不当或损坏；2、设计的电路木身就存在某些严重缺点，不能满足技术要求，连线发生短路和开路；3、焊点虚焊，接插件接触不良，可变电阻器等接触不良；4、电源电压不合要求，性能差；5、仪器作用不当；6、接地处理不当；7、相互干扰引起的故障等。检查故障的一般方法有：直接观察法、静态检查法、信号寻迹法、对 比法、部件替换法旁路法、短路法、断路法、暴露法等，下面主要介绍以 下几种：1、直接观察法和信号检查法：与前面介绍的调试前的直观检查和静 态检查相似，只是更有口标针对性。2、信号寻迹法：在输入端直接输入一定幅值、频率的信号，用示波 器由前级到后级逐级观察波形及幅值，如哪一级异常，则故障就在该级； 对

49、于各种复杂的电路，也可将各单元电路前后级断开，分别在各单元输入 端加入适当信号，检查输出端的输岀是否满足设计要求。3、对比法：将存在问题的电路参数与工作状态和相同的正常电路屮 的参数（或理论分析和仿真分析的电流、电压、波形等参数）进行比对， 判断故障点，找出原冈。4、部件替换法：用同型号的好器件替换可能存在故障的部件。5、加速暴露法：有时故障不明显，或吋有吋无，或要较长吋间才能 出现，可采用加速暴露法，如敲击元件或电路板检查接触不良、虚焊等， 用加热的方法检查热稳定性差等等。本章小结这个章节主要叙述了我在制作小车中所遇到各种问题，同样这也使 我了解到，课木上的知识只是在最理想的状态，而在实际中

50、确是会出现很 多问题，这些问题会让我们提高的更快，也同样丰富了我们的阅历。结论通过本次的课程设计，充分认识到了学习知识的重要性。在电机转动控 制的设计中，明a了仅仅依靠书本上的知识是远远不够的，必须结合实际， 学习更多的专业知识。从接手这个设计课题到最后做出成品，付山了很多的 汗水与心血。首先，分析这个课题；然后构想电路，经过软件的一次次仿真 与不断的修改、完善，得到最终的电路图；最后，焊接电路。在焊接电路的 过程中，因为是第一次接触设计电路，所以刚开始我们敁得很生疏，设计的 比较简单，不过，随着一次次的动手与思考，越来越熟练，设计的效果也越 来越好。在这次的课题设计过程中，一次次把设计进行修

51、改，使我知道了设 计一样产品是需要多大的耐心与细心，更加需要无的试验和汗水。致谢在此，我很感谢我的指导老师赵建新老师，在做毕业设计的过程中得 到她的悉心指导，教我们要多寻找方案，开拓我们的视角，不仅仅局限于 眼前的方案。教了我很多，在学习上要有一股钻劲，遇到网难的时候不要 放弃。告诉我们现在的电路趋势是小而精，而我们的电路里然完成了小车 控制的基木功能，但用的元器件过多，相对来说还是比较复杂还有更好的 方案需要我去探索。我还要感谢在一起帮助我完成毕业设计的同学，正是由于你们的帮助 和支持，我们才能克服一个一个的闲难和疑惑，直至顺利完成木次设计。最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢

52、我的家人和 那些永远也不能忘记的朋友。参考文献【1】张龙兴.电了技术基础.第二版.高等教育出版社，2000 【2】刘午车.数字电了技术从入门到精通.国防工业出版社，2006 【3】杨帮文.新编cmos4000系列集成电路实用手册.机械工业出版社，2007【4】谢0美.电了线路设计实验测试.第二版.华中理工大学出版 社，1997【5】余孟尝.数字电了技术基础简明教程.第二版.高等教育出版社，1999【6】阎石.数字电了技术基础.高等教育出版社，1998【7】李钟实2002【8】李钟实.2002实用电了报警器精选百例.北京：科技技术文献出版社，实用电了报警器精选百例.北京：科技技术文献出版社，【9

53、】张毅刚，彭喜元，董继成.单片机原理及应用m.高等教育出版 社，2003.【10】高吉祥，黄智伟，丁文霞.数字电了技术m.电了工业出版社，2003.【11】 lance hammond, basem anayfeh. a single- chip multiprocessorj. 2003.【12】 tom lad. a singlechip multiprocessor-32j. 2001.附录1译文单片机是一种集成电路芯片，是釆用超大规模集成电路技术把具有数 据处理能力的中央处理器cpu随机存储器ram、只读存储器rom、多 种i/o u和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还乜括显示驱动

54、电路、 脉宽调制电路、模拟多路转换器、a/d转换器等电路）集成到一块硅片上 构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从 上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300m 的高速单片机。这是按单片机是否提供并行总线来区分的。总线型单片机 普遍设置有并行地址总线、数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并 行外围器件都可通过审行u与单片机连接，另外，许多单片机已把所需要 的外围器件及外设接u集成一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展 总线，大大减省封装成木和芯片体积，这类单片机称为非总线型单片机。 这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。一般而言，工控型寻址

55、范围 大，运算能力强；用于家电的单片机多为专用型，通常是小封装、低价格, 外围器件和外设接u集成度高。显然，上述分类并不是惟一的和严格的。 例如，80c51类单片机既是通用型乂是总线型，还可以作工控用。附录2英文参考资料scm is a kind of integrated circuit chips，is to use very large scale integrated circuit technology with data processing ability of the central processor cpu ram ram)，read-only memory rom, a variety of i/o mouth and interrupt system，timer/timer function (may include display driver circuit， pulse width modulation circuit, analog multiplexer and a/d converter circuit) integration to a piece of silicon consisting of a small and perfect microcomputer system, widely used in