遙控機(jī)器人設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p>　　本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）</p><p>　　論 文 題 目： 遙控機(jī)器人設(shè)計</p><p>　　姓 名： </p><p>　　院 系： 工學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)：電氣工程及其自動化</p><p>　　班

2、 級： （一）班 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　智能作為現(xiàn)代社會的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個特定的環(huán)境里自動的運(yùn)作，無需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。本設(shè)計主

3、要體現(xiàn)多功能小車的智能模式，設(shè)計中的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點(diǎn)等可以為自動運(yùn)輸機(jī)器人、采礦勘探機(jī)器人、家用自動清潔機(jī)器人等自動半自動機(jī)器人的設(shè)計與普及有一定的參考意義。同時小車可以作為玩具的發(fā)展對象，為中國玩具市場技術(shù)含量的缺乏進(jìn)行一定的彌補(bǔ)，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益，形成商業(yè)價值。</p><p>　　整個小車平臺主要以51單片機(jī)為控制核心，通過無線遙控實現(xiàn)前進(jìn)后退和轉(zhuǎn)向行駛；通過紅外線傳感器,實現(xiàn)小車的自適應(yīng)巡航、

4、避障等功能。</p><p>　　設(shè)計采用對比選擇，模塊獨(dú)立，綜合處理的研究方法。通過翻閱大量的相關(guān)文獻(xiàn)資料，分析整理出有關(guān)信息，在此基礎(chǔ)上列出不同的解決方案，結(jié)合實際情況對比方案優(yōu)劣選出最優(yōu)方案進(jìn)行設(shè)計。</p><p>　　從電機(jī)車體，最小系統(tǒng)到無線遙控，紅外線對管的自動尋跡再到紅外線自動避障和語音控制，完成各模塊設(shè)計。通過調(diào)試檢測各模塊，得到正確的信號輸出，實現(xiàn)其應(yīng)有的功能。最后將各

5、個調(diào)試成功的模塊結(jié)合到小車的車體上，結(jié)合程序，通過單片機(jī)的控制，將各模塊有效整合在一起，達(dá)到所預(yù)期的目標(biāo)，完成最終設(shè)計與制作，能使小車在一定的環(huán)境中智能化運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　As a new product of modern society, intelligence is the trend in fu

6、ture 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. The design mainly

7、reflected a smart-car model,The theoretical scheme, analysis method, uniqueness and innovation etc. that pointed in this paper, I think they are will be certain reference value in design and popularity of automati</p&

8、gt;<p>　　The design takes micro-controller 51 as control center, use wireless control to make car go forward, go backward or turn around; use infrared sensor to achieve the function of adaptive cruise and avoiding

9、 barriers.</p><p>　　Using methods of contrast selection, module independence, integrated treatment; consulting a large number of related literature and data; and listing differnet solution; according to prac

10、tical situation and choose the best scheme to design.</p><p>　　The motor car body, the minimum system and wireless control, the auto-guiding of infrared diode or auto-avioding barriers and voice-control, st

11、ep by step, the design is forming gradually. And then, debugging and checking every single module, getting the correct signal output. Finally, combining program, conforming every module efficiently to make it work. <

12、;/p><p>　　Key Words: intelligence, infrared sensor, auto-guiding, voice- control, combined processing</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p>&l

13、t;p><b>　　2 總體設(shè)計2</b></p><p>　　2.1 各模塊分析選擇2</p><p>　　2.1.1 主控單元方案2</p><p>　　2.1.2 避障單元方案3</p><p>　　2.1.3 尋跡單元方案3</p><p>　　2.1.4 遙控單元方案

14、3</p><p>　　2.1.5 語音控制單元方案4</p><p>　　2.2 總體設(shè)計框圖4</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計6</b></p><p>　　3.1 單片機(jī)控制模塊6</p><p>　　3.2 無線遙控模塊8</p><p>　　

15、3.3 紅外對管尋跡模塊11</p><p>　　3.4 紅外避障模塊14</p><p>　　3.5 電機(jī)驅(qū)動模塊15</p><p>　　3.6 語音控制模塊16</p><p>　　4 軟件設(shè)計18</p><p>　　4.1 模糊控制算法18</p><p>　　4.1.1

16、 模糊理論的發(fā)展18</p><p>　　4.1.2 模糊控制算法原理18</p><p>　　4.1.3 智能小車中的模糊控制算法19</p><p>　　4.2 軟件設(shè)計框圖19</p><p>　　4.3 軟件程序設(shè)計部分源程序20</p><p>　　5 制作和調(diào)試24</p>&l

17、t;p>　　5.1 使用的儀器儀表及軟件24</p><p>　　5.2 系統(tǒng)制作24</p><p>　　5.3系統(tǒng)調(diào)試24</p><p>　　5.3.1硬件調(diào)試25</p><p>　　5.3.2 軟件調(diào)試27</p><p>　　5.3.3 聯(lián)合調(diào)試27</p><p>

18、;　　6 結(jié)論與展望28</p><p><b>　　致 謝29</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p>　　附錄 畢業(yè)設(shè)計作品說明書33</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>

19、;　　智能化作為現(xiàn)代社會的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個特定的環(huán)境里自動的運(yùn)作，無需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。</p><p>　　中國自1978年把“智能模擬”作為國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的主要研究課題，開始著力研究智能化。從概念的引進(jìn)到實驗室研究的實現(xiàn)，再到現(xiàn)在高端領(lǐng)域（航天航空、軍事、勘探等）的應(yīng)用，這一過程為智能化的全面發(fā)展奠定基石。智能化全面的發(fā)展是實現(xiàn)其對

20、資源的合理充分利用，以盡可能少的投入得到最大的收益，大大提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，實現(xiàn)現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)水平從自動化向智能化升級，實現(xiàn)當(dāng)今智能化發(fā)展由高端向大眾普及。從先前的模擬電路設(shè)計，到數(shù)字電路設(shè)計，再到現(xiàn)在的集成芯片的應(yīng)用，各種能實現(xiàn)同樣功能的元件越來越小為智能化產(chǎn)物的生成奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。</p><p>　　本設(shè)計以智能化全面發(fā)展的普及與應(yīng)用為目的，整體開發(fā)過程簡單易懂，所選擇的平臺與各電子元件恰當(dāng)合理，無需花

21、費(fèi)過多的人力財力便可達(dá)到預(yù)期所要求各功能的實現(xiàn)，也符合課題研究的意義。設(shè)計的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點(diǎn)等可以為國內(nèi)自動運(yùn)輸機(jī)器人、采礦勘探機(jī)器人、家用自動清潔機(jī)器人等自動半自動機(jī)器人的設(shè)計與普及有一定的參考意義。小車也可以作為玩具的發(fā)展對象，為中國玩具市場技術(shù)含量的缺乏進(jìn)行一定的彌補(bǔ)，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益，形成商業(yè)價值。同時作為高校畢業(yè)設(shè)計研究課題，對學(xué)生的思維、動手能力以及總結(jié)論述等綜合能力得到充分鍛煉，有利于以后獨(dú)立及全面的發(fā)展。&l

22、t;/p><p>　　設(shè)計主要以簡易智能機(jī)器人為開發(fā)平臺，選擇通用、價廉的51單片機(jī)為控制平臺，選擇常見的電機(jī)模型車為機(jī)械平臺，通過細(xì)化設(shè)計要求，結(jié)合傳感器技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)、無線通信技術(shù)等相關(guān)知識實現(xiàn)小車的各種功能。設(shè)計完成以由無線電遙控、紅外線對管的自動尋跡、紅外線自動避障以及語音控制組成的硬件模塊結(jié)合軟件設(shè)計組成多功能智能小車，共同實現(xiàn)小車的前進(jìn)倒退、轉(zhuǎn)向行駛，自動根據(jù)地面黑線尋跡導(dǎo)航，檢測障礙物后停止和語音信

23、號的控制等功能，實現(xiàn)智能控制，達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。</p><p><b>　　2 總體設(shè)計</b></p><p>　　本課題設(shè)計主要是制作一款能進(jìn)行智能判斷并能做出正確反應(yīng)的小車。小車具有以下幾個功能：自動避障功能；尋跡功能（按路面的黑色軌道行駛）；無線遙控功能和語音控制。作品既可以對高端智能化進(jìn)行剖析，也可以作為高級智能玩具發(fā)展對象，同時可成為大學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式控制系

24、統(tǒng)的應(yīng)用實例。</p><p>　　作品以兩直流電動機(jī)為主驅(qū)動，通過各類傳感器件來采集各類信息，送入主控單元51單片機(jī)，處理數(shù)據(jù)后完成相應(yīng)動作，以達(dá)到自身控制。電機(jī)驅(qū)動電路采用高電壓，高電流，四通道驅(qū)動集成芯片；避障采用紅外線收發(fā)來完成，自動尋跡采用紅外線接收二極管完成；無線遙控則是由接收模塊和發(fā)送模塊完成以及附加功能的語音模塊是以柱極式話筒脈沖波經(jīng)過處理后完成。最后由控制單元處理數(shù)據(jù)后通過匯編程序有序合理的將各

25、模塊信號整合在一起并完成相應(yīng)動作，實現(xiàn)了智能控制，相當(dāng)于簡易機(jī)器人。</p><p><b>　　2.1 各模塊方案</b></p><p>　　2.1.1 主控單元方案</p><p>　　采用51單片機(jī)來作為整機(jī)的控制單元。紅外線探頭采用市面上通用的發(fā)射管與及接收頭，經(jīng)過比較芯片調(diào)制處理后由控制系統(tǒng)接收。路線尋找采用紅外線管對路面信號采集，

26、送到單片機(jī)系統(tǒng)處理，同樣包括無線遙控信號和語音控制信號。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決復(fù)雜的硬件電路部分，使系統(tǒng)硬件簡潔化，各類功能易于實現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。</p><p>　　2.1.2 避障單元方案</p><p>　　采用紅外線避障，利用單片機(jī)來產(chǎn)生信號對紅外線發(fā)射管進(jìn)行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管對反射回來信號進(jìn)行解調(diào)，輸出比較電平

27、。外界對紅外信號的干擾比較小，且易于實現(xiàn)，價格也比較便宜。</p><p>　　紅外線避障方法，利用一管發(fā)射另一管接收，接收管對外界紅外線的接收強(qiáng)弱來判斷障礙物的遠(yuǎn)近，由于紅外線受外界可見光的影響較大，因此通過調(diào)制信號產(chǎn)生的載波來減少外界的一些干擾。只要障礙物在限定范圍內(nèi)就會產(chǎn)生相對的電平供單片機(jī)控制，實現(xiàn)避障功能。</p><p>　　2.1.3 尋跡單元方案</p>&l

28、t;p>　　利用集成型紅外對管作為尋跡單元的傳感器，其中紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線二極管進(jìn)行接收。采用紅外線發(fā)射，外面可見光對接收信號的影響較小，再用射極輸出器對信號進(jìn)行隔離。</p><p>　　當(dāng)小車底部的某邊紅外線收發(fā)對管遇到黑帶時，可以檢測到輸入電平為高電平，反之為低電平。結(jié)合單片機(jī)查詢方式，通過程序控制小車哪邊輪胎轉(zhuǎn)動來改變方向。這樣不斷循環(huán)檢測，方向控制，使小車按黑線行走。</p>

29、;<p>　　2.1.4 遙控單元方案</p><p>　　無線電遙控也由發(fā)射和接收兩大部分組成，由于無線電遙控模塊在市場上非常普及，加上無線電遙控有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、無方向性等優(yōu)點(diǎn)，對于小車的控制是一個不錯的選擇。</p><p>　　2.1.5 語音控制單元方案</p><p>　　采用柱極式話筒產(chǎn)生不同的頻率信號來完成聲音提示，經(jīng)放大整形

30、后產(chǎn)生一個脈沖電平輸入給單片機(jī)完成聲音提示功能。方案給人以提示的可懂性比較差，但在一定程度上能滿足要求，而且易于實現(xiàn)，成本也不高。</p><p>　　柱極式話筒接收聲波信號，通過三極管放大信號，使信號通過整流的二極管得到一個脈沖信號，并經(jīng)過取反后供單片機(jī)控制，實現(xiàn)語音控制。</p><p>　　2.2 總體設(shè)計框圖</p><p>　　此系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制核心，

31、處理執(zhí)行各個外部傳感器檢測得到的電平信號，其中外部信號有四部分得到：尋跡模塊，避障模塊，遙控模塊和語音模塊。最后把處理結(jié)果傳遞給小車電機(jī)，使得到相應(yīng)效果。如圖2-1總體設(shè)計框圖</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計</b></p><p>　　本系統(tǒng)硬件主要有六大模塊組成：單片機(jī)控制模塊、無線遙控模塊、紅外對管尋跡模塊、紅外線避障模塊、電機(jī)控制模塊和語音控制模塊

32、。</p><p>　　3.1 單片機(jī)控制模塊</p><p>　　本模塊采用51系列單片機(jī)作為核心處理器。單片機(jī)控制系統(tǒng)基本由最小系統(tǒng)和外圍信號I/O口組成，其中最小系統(tǒng)包括電源，CPU時序電路，復(fù)位電路。有了以上三塊，單片機(jī)就能夠正常工作。</p><p>　　3.1.1 時鐘電路</p><p>　　單片機(jī)的時鐘產(chǎn)生有兩種方法：內(nèi)部時鐘

33、方式和外部時鐘方式。系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。</p><p>　　3.1.2 復(fù)位電路</p><p>　　復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過一個觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機(jī)器周期中由復(fù)位電路采樣一次。</p><p>　　復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式

34、。所謂上電復(fù)位，是指計算機(jī)加電瞬間，要在RST引腳出現(xiàn)大于10MS的正脈沖，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。按鈕復(fù)位是指用戶按下“復(fù)位”按鈕，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。</p><p>　　3.2 無線遙控模塊</p><p>　　此模塊實現(xiàn)了無線電遠(yuǎn)距離控制小車的停啟、方向行駛的功能，在整個小車系統(tǒng)中起到不可忽視的作用。</p><p>　　3.2.1 無線遙控工作原理<

35、/p><p>　　圖3-4是無線電遙控設(shè)備方框圖，由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。發(fā)射機(jī)主要包括編碼電路和發(fā)射電路。編碼電路由操縱器(操縱開關(guān)或電位器等)控制，操縱者通過操縱器；使編碼電路產(chǎn)生所需要的控制指令。這些控制指令是具有某些特征的、相互間易于區(qū)分的電信號，例如：用頻率為270Hz的正弦信號作為控制左舵的指令，用頻率為350Hz的正弦信號作為控制右舵的指令，即不同頻率的正弦信號代表不同的控制指令。除了可利

36、用頻率特征外，還可用正弦信號的幅度及相位特征、脈沖信號的幅度、寬度及相位特征以及碼組特征等表示各種指令。</p><p>　　圖3-4 無線電遙控設(shè)備方框圖</p><p>　　編碼電路產(chǎn)生的指令信號都是頻率較低的電信號，無法直接傳送到遙控目標(biāo)上去，還要將指令信號送到發(fā)射電路，使它載在高頻信號(載波)上，才能由發(fā)射天線發(fā)送出去。我們把指令信號載到載波上去的過程叫調(diào)制，調(diào)制作用由發(fā)射電路的

37、調(diào)制器完成。發(fā)射電路的主要作用是產(chǎn)生載波，并由調(diào)制器將指令信號調(diào)制在載波上，經(jīng)天線將已調(diào)載波發(fā)送出去。接收機(jī)由接收電路及譯碼電路組成。接收電路又包括高頻部分及解調(diào)器部分。由接收天線送來的微弱信號經(jīng)接收機(jī)高頻部分的選擇和放大后，送到解調(diào)器。由于“卸”下來的各種指令信號是混雜在一起的、還要送到譯碼電路譯碼。譯碼電路的工作就象把卸下來的貨物鑒別分類，再分別送到使用場地一樣，它對各種指令信號進(jìn)行簽別，送到相應(yīng)的執(zhí)行放大電路。執(zhí)行放大電路把指令信

38、號放大到具有一定的功率，用以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械動作，例如電機(jī)的轉(zhuǎn)動、電磁鐵的吸動等，帶動被控的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，從而實現(xiàn)對被控目標(biāo)的控制。</p><p>　　3.3 紅外對管尋跡模塊</p><p>　　尋跡是指小車在白色地板上循黑線行走，本系統(tǒng)采取的方法是紅外探測法，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(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇

39、到白色紙質(zhì)地板時發(fā)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。由此過程來改變接收管的輸出電壓，單片機(jī)以電壓的變化為依據(jù)來執(zhí)行小車電機(jī)確定行走路線。</p><p>　　圖3-8為紅外線尋跡安裝圖：</p><p>　　圖 3-8 紅外線尋跡安裝圖</p><p>　　3.4 紅外避障模塊</p>

40、<p>　　紅外避障模塊主要實現(xiàn)小車的避障處理，當(dāng)小車檢測到前面有障礙物時，由單片機(jī)發(fā)出指令實現(xiàn)小車停止功能。其實現(xiàn)原理與紅外線對管尋跡模塊基本一致，只是為了實現(xiàn)更好的避障效果（主要是距離問題），所以采用了自制紅外接發(fā)電路。</p><p>　　3.5 電機(jī)驅(qū)動模塊</p><p>　　小車電機(jī)為直流減速電機(jī)，帶有齒輪組，考慮不需調(diào)速功能，所以采用電機(jī)驅(qū)動芯片L293D。L29

41、3D是著名的SGS公司的產(chǎn)品。為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動，設(shè)計用來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動感性負(fù)載(比如繼電器，直流和步進(jìn)馬達(dá))，和開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路。L293D可直接的對電機(jī)進(jìn)行控制，無須隔離電路。通過單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，非常方便，用程序輸入對應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)的動作，有效控制電機(jī)運(yùn)動，如圖3-13 電機(jī)驅(qū)動原理圖。J16和J

42、17控制左邊電機(jī)，J18和J19控制右邊電機(jī)。取左邊電機(jī)為例，當(dāng)J16輸入數(shù)字電平“1”， J17輸入數(shù)字電平“0”時實現(xiàn)正轉(zhuǎn)；當(dāng)J16輸入數(shù)字電平“0”， J17輸入數(shù)字電平“1”時實現(xiàn)反轉(zhuǎn)；當(dāng)J16輸入數(shù)字電平“0（1）”， J17輸入數(shù)字電平“0（1）”時實現(xiàn)停止；最后結(jié)合左右電機(jī)通過單片機(jī)共同實現(xiàn)小車的前后左右四個方向行駛。</p><p>　　圖 3-13 電機(jī)驅(qū)動原理圖</p><

43、;p>　　3.6 語音控制模塊</p><p>　　本模塊為小車的附加功能模塊，主要采用柱極式話筒接收聲波信號，通過三極管放大電路放大信號，使信號經(jīng)過電容和整流的二極管得到一個電壓峰值為一伏的脈沖信號，并經(jīng)過74HC04取反后供單片機(jī)控制，實現(xiàn)語音控制。如圖3-14 語音控制模塊原理圖。</p><p>　　圖3-14 語音控制模塊原理圖</p><p>　

44、　其中圖中P15為連接柱極式話筒的接口，P16為電源接口，R23的作用是調(diào)節(jié)話筒的靈敏度，C7則是用來濾除波形中的直流部分。中間電路為典型的三極管共e極放大電路，其放大倍數(shù)可以根據(jù)R24和R25來確定。但由于9013管的自身特性，使的其最大的放大電壓為1伏，經(jīng)過電容的整形形成直流電壓輸入二極管。當(dāng)話筒沒有接受到一定強(qiáng)度的聲波時，由于二極管的管壓降，使電壓不能經(jīng)過其到非門芯片而讓芯片輸出電平為數(shù)字“1”，但當(dāng)話筒接收到的聲波信號經(jīng)放大后超

45、過二極管的管壓降，非門的輸入端上有一個正電壓，而使輸出端為低電平“0”，實現(xiàn)跳變觸發(fā)的產(chǎn)生，進(jìn)而讓單片機(jī)的中斷口進(jìn)行判斷，作出響應(yīng)，實現(xiàn)語音控制。</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計</b></p><p>　　軟件設(shè)計是實現(xiàn)小車智能運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵所在，相當(dāng)于人類大腦思維活動，通過軟件設(shè)計可將各個變化信號數(shù)據(jù)有效的結(jié)合處理，產(chǎn)生相應(yīng)的動作反應(yīng)。在小車運(yùn)行的控制過程

46、中，我們采用模糊控制算法實現(xiàn)對小車樣本訓(xùn)練。</p><p>　　4.1 模糊控制算法</p><p>　　4.1.1 模糊理論的發(fā)展</p><p>　　20世紀(jì)60年代，美國加利福尼亞大學(xué)著名教授扎德發(fā)表了一篇關(guān)于模糊集合的論文，由此提出了模糊理論。四十多年來，在模糊理論算法、模糊推理、工業(yè)控制應(yīng)用，以及穩(wěn)定性理論研究方面，都有不少研究論文發(fā)表。</p&g

47、t;<p>　　80年代后，自動控制系統(tǒng)隨著被控對象的復(fù)雜化，它不僅表現(xiàn)在控制系統(tǒng)具有多輸入、多輸出的強(qiáng)偶合性、參數(shù)時變性和嚴(yán)重的非線性等特性，更突出的是從系統(tǒng)對象所能獲取的知識信息量相對的減少，以及與此相反的對控制性能的要求卻日益高度化。</p><p>　　如今，對模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、模糊推理算法，以及模糊控制穩(wěn)定性等問題的研究成果已進(jìn)入實用化時期，其成果應(yīng)用主要集中于工業(yè)窯爐方面，如退火爐，電

48、弧冶煉爐，水泥爐及造紙機(jī)的控制等。</p><p>　　目前，模糊控制技術(shù)有了更大的發(fā)展，過去將大型機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程作為控制對象，而現(xiàn)在模糊控制技術(shù)已經(jīng)開始大量應(yīng)用在家用電器、交通工具等方面。</p><p>　　4.1.2 模糊控制算法原理</p><p>　　模糊控制的關(guān)鍵和核心是模糊控制規(guī)則，即用人的自然語言對操作者的手動控制策略加以描述，得到一些不精確的、

49、定性的、判定的規(guī)則，這些規(guī)則就是模糊控制技術(shù)中的模糊控制規(guī)則。這些模糊控制規(guī)則的來源是根據(jù)操作者對被控制對象的動態(tài)性的認(rèn)識、表達(dá)和對被控對象的控制經(jīng)驗，從這些抽出輸入和輸出關(guān)系，加以描述，實質(zhì)上就是被控對象的數(shù)學(xué)模型。在實際應(yīng)用中，特別是人工操作控制，并不需要建立被控對象的數(shù)學(xué)模型。為了模擬人工控制過程，對人工控制操縱的經(jīng)驗和策略進(jìn)行歸納、總結(jié)，建立一系列的模糊控制規(guī)則，將這些規(guī)則進(jìn)行一定的處理便產(chǎn)生相應(yīng)的模糊控制算法，利用計算機(jī)來實現(xiàn)

50、這些模糊語句，此時就構(gòu)成了一個模糊控制器，而其中的模糊控制算法則描述了控制器的行為特征。</p><p>　　對于模糊控制規(guī)則的建立方法很多，主要有：以專家知識、經(jīng)驗為依據(jù)建立模糊控制規(guī)則；以熟練操作者的手動操作策略、經(jīng)驗和測試數(shù)據(jù)來建立模糊控制規(guī)則，根據(jù)被控對象的模糊模型建立模糊控制規(guī)則以及根據(jù)學(xué)習(xí)算法建立模糊控制規(guī)則等。</p><p>　　模糊控制的控制過程，如果由人來實現(xiàn)，都是按照

51、這樣的一個順序進(jìn)行的：感覺器官的觀測（獲取信息）-----人腦的思維、判斷（存儲和處理信息）-----手動的調(diào)整（信息的實施）。</p><p>　　4.1.3 智能小車中的模糊控制算法</p><p>　　本設(shè)計的模糊控制規(guī)則的建立方法是：智能小車通過經(jīng)驗和測試數(shù)據(jù)來建立模糊控制規(guī)則。其主要控制過程為：尋跡與避障的紅外發(fā)射裝置發(fā)送信息，由收裝置接收，接收裝置相當(dāng)于人的感覺器官獲取信息傳給

52、單片機(jī)，單片機(jī)相當(dāng)于人的大腦，可以存儲和處理信息，通過訓(xùn)練樣本庫，測試出小車尋跡最佳偏轉(zhuǎn)角度，最佳避障距離等，包括其他的遙控信號、語音信號等，從而命令智能小車執(zhí)行相應(yīng)的操作，完成智能行駛。</p><p>　　4.2 軟件設(shè)計框圖</p><p>　　本系統(tǒng)中通過遙控啟動后，小車一直處于自動尋跡和尋找障礙信號的狀態(tài)中，當(dāng)避障信號和遙控信號任一信號給單片機(jī)收集到后都轉(zhuǎn)入相應(yīng)的狀態(tài)停止和遙控方

53、向行駛。另外中斷控制程序語音控制則是實現(xiàn)當(dāng)外部有一定強(qiáng)度的信號進(jìn)入控制核心就對整個小車實現(xiàn)狀態(tài)停止等待功能，其主程序流程如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 程序流程圖</p><p>　　4.3 軟件程序設(shè)計部分源程序</p><p>　　本程序以匯編的形式編輯，結(jié)合硬件實現(xiàn)小車整個系統(tǒng)功能。小車以自動尋跡為主體，不斷測試避障信號，實現(xiàn)隨時避障，并通過

54、遙控控制小車的方向行駛。此程序主要以查詢方式實現(xiàn)，同時也結(jié)合了語音控制的中斷方式，主體程序如下：</p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　LJMP START</p><p><b>　　ORG 03H</b></p><p>　　LJMP INT0

55、 ;跳入中斷程序，進(jìn)行語音控制</p><p>　　START: MOV IE,#81H</p><p>　　SETB IT0 ;開放中斷[11] </p><p>　　JB P0.1,hou</p><p>　　JB P0.0,qian ;查詢判斷按鍵，當(dāng)有遙控按鍵按下出</

56、p><p>　　JB P0.3,zuo ;現(xiàn)高電平就跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)子程序，運(yùn)行</p><p>　　JB P0.2,you ;小車</p><p><b>　　JMP START</b></p><p>　　INT0: SETB P3.5 ;中

57、斷語音控制子程序</p><p><b>　　SETB P3.4</b></p><p><b>　　SETB P3.6</b></p><p><b>　　SETB P3.7</b></p><p>　　CALL anjian ;中斷停止后可由遙控重

58、新啟動</p><p>　　CALL Delay1S</p><p><b>　　JMP INT0</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　qian: CLR P3.4 ;前行子程序</p><p>&l

59、t;b>　　CLR P3.7</b></p><p>　　LOOP1: SETB P3.5 ;左輪</p><p>　　SETB P3.6 ;右輪</p><p>　　CALL Delay1S</p><p><b>　　CLR P3.5</b&

60、gt;</p><p>　　CLR P3.6 ;通過延時減慢電機(jī)轉(zhuǎn)速</p><p>　　CALL Delay1S</p><p>　　JNB P2.6,Bting ;實現(xiàn)避障功能</p><p>　　CALL anjian ;實現(xiàn)遙控按鍵控制，并不斷執(zhí)行尋跡<

61、;/p><p>　　JMP LOOP1</p><p>　　hou: CLR P3.5 ;后退子程序</p><p><b>　　CLR P3.6</b></p><p>　　LOOP: SETB P3.4</p><p><b>　　SETB P

62、3.7</b></p><p>　　CALL Delay1S</p><p><b>　　CLR P3.4</b></p><p><b>　　CLR P3.7</b></p><p>　　CALL Delay1S</p><p>　　CALL anjian&

63、lt;/p><p><b>　　JMP LOOP</b></p><p>　　zuo: CLR P3.4 ;左轉(zhuǎn)子程序</p><p><b>　　CLR P3.7</b></p><p><b>　　LOOP2:</b></p&g

64、t;<p><b>　　CLR P3.5</b></p><p><b>　　SETB P3.6</b></p><p>　　CALL Delay1S</p><p><b>　　CLR P3.5</b></p><p><b>　　CLR P3.

65、6</b></p><p>　　CALL Delay1S</p><p>　　JNB P2.6,Bting</p><p>　　CALL anjian</p><p>　　JMP LOOP2</p><p>　　you: CLR P3.4 ;右轉(zhuǎn)子程序</

66、p><p><b>　　CLR P3.7</b></p><p><b>　　LOOP3:</b></p><p><b>　　SETB P3.5</b></p><p><b>　　CLR P3.6</b></p><p>　　C

67、ALL Delay1S</p><p><b>　　CLR P3.5</b></p><p><b>　　CLR P3.6</b></p><p>　　CALL Delay1S</p><p>　　JNB P2.6,Bting</p><p>　　CALL anjian&

68、lt;/p><p>　　JMP LOOP3</p><p>　　Bting: SETB P3.5 ;停止子程序，電機(jī)兩端都置高電平實現(xiàn)</p><p><b>　　SETB P3.4</b></p><p><b>　　SETB P3.6</b></p&g

69、t;<p><b>　　SETB P3.7</b></p><p>　　CALL Delay1S</p><p>　　CALL anjian</p><p><b>　　JMP Bting</b></p><p>　　anjian: JB P0.1,hou

70、 ;按鍵子程序，包括遙控，尋跡</p><p>　　JB P0.0,qian</p><p>　　JB P0.3,zuo</p><p>　　JB P0.2,you</p><p>　　JB P2.4,zuo</p><p>　　JB P2.5,you</p><p><b>　　

71、RET</b></p><p>　　Delay1S:MOV R1,#10H ;延時子程序</p><p>　　del0: MOV R2,#10H</p><p>　　del1: MOV R3,#100H</p><p>　　kk : DJNZ R3,kk</p><p

72、>　　DJNZ R2,del1</p><p>　　DJNZ R1,del0</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　5 制作和調(diào)試</b></p><p>　　5.1

73、使用的儀器儀表及軟件</p><p>　　數(shù)字萬用表 </p><p>　　單片機(jī)仿真器 </p><p>　　燒寫器 </p><p>　　直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源 </p><p>　　示波器 </p>

74、<p>　　畫圖制板軟件 </p><p>　　編譯軟件 </p><p>　　電烙鐵 </p><p><b>　　5.2 系統(tǒng)制作</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本系統(tǒng)的制作主要是硬件制作，包括三個部分：面包板上的

75、調(diào)試，電路板的制作，各元器件的焊接和模塊的連接。面包板上的調(diào)試是保證系統(tǒng)功能穩(wěn)定實現(xiàn)的基礎(chǔ)，在各個模塊都能產(chǎn)生相應(yīng)的信號后可以根據(jù)電路圖制作集成PCB電路板，使系統(tǒng)電路美觀而且更能保證穩(wěn)定性，最后通過焊接元器件，實現(xiàn)有效功能后連接到小車平臺上，形成完美整體。</p><p>　　其中制作集成電路板過程最為復(fù)雜，在面包板上的調(diào)試過程完成后根據(jù)已有的電路，將其通過電路畫圖軟件得到原理圖并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化生成PCB圖。在得到

76、PCB電路圖后，通過1：1比例打印到熱轉(zhuǎn)印紙，熱轉(zhuǎn)印紙轉(zhuǎn)印到已經(jīng)截好的銅板上，放進(jìn)三氯化鐵溶液中腐蝕得到成型電路板，最后根據(jù)板上的焊盤進(jìn)行鉆孔，完成PCB電路板制作。</p><p><b>　　5.3系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計中采用模塊設(shè)計法，所以方便對各電路模塊功能進(jìn)行逐級測試：

77、單片機(jī)控制模塊的調(diào)試、無線遙控模塊的調(diào)試、紅外對管尋跡模塊的調(diào)試、紅外線避障模塊的調(diào)試以及電機(jī)控制模塊和語音控制模塊的調(diào)試，最后將各模塊組合后結(jié)合軟件進(jìn)行整體測試。</p><p><b>　　5.3.1硬件調(diào)試</b></p><p>　　對各個模塊的功能進(jìn)行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實現(xiàn)指定的功能。</p><p><b>　　1

78、電機(jī)控制</b></p><p>　　此模塊調(diào)試實現(xiàn)的功能是結(jié)合軟件共同實現(xiàn)，當(dāng)連接單片機(jī)與電機(jī)控制芯片的I/0加上一定的電平可以實現(xiàn)電機(jī)左右轉(zhuǎn)向，前后轉(zhuǎn)向以及停止等功能，同時通過程序延時降低電機(jī)轉(zhuǎn)速。如表5-1為電機(jī)測試記錄。</p><p>　　表5-1 電機(jī)測試記錄</p><p><b>　　2 無線遙控</b></p

79、><p>　　此功能實現(xiàn)四個按鍵控制四路方向，按下“D”，小車向前行駛，“B”對應(yīng)向后，“C”對應(yīng)向左，“A”則實現(xiàn)向右行駛功能。經(jīng)過多次的測試與數(shù)據(jù)記錄，得出相應(yīng)的結(jié)果，如表5-2。</p><p>　　表5-2 遙控測試記錄分析</p><p><b>　　3 紅外對管尋跡</b></p><p>　　尋跡對管有兩個組成

80、，所以分別調(diào)試其兩路有效信號。當(dāng)兩對管都放置黑線之外的白色地板上時，單片機(jī)對應(yīng)I/O口收到的電平都為低，輸入電壓為0.3V左右，當(dāng)左邊的紅外線管進(jìn)入黑線范圍，對應(yīng)電平變高，為4.2V左右，同時指示等紅燈亮，說明要控制小車右轉(zhuǎn)；當(dāng)在右邊時同左邊情況對應(yīng)，需控制左轉(zhuǎn)。其中選取八次硬件測試記錄如下表5-3：</p><p>　　表5-3 尋跡硬件測試記錄</p><p>　　由上表可以看出小車的

81、尋跡紅外線管只要放置在離地面4CM之內(nèi)一般都可以實現(xiàn)信號的輸出，而實際車頭離地面的距離也只有2-4CM，可以實現(xiàn)有效控制。</p><p><b>　　4 紅外線避障</b></p><p>　　此模塊的檢測與紅外線尋跡模塊基本一致，相當(dāng)于一路尋跡信號，在沒有障礙物時輸入電壓為0.9V左右，屬于低電平，碰到障礙物電壓跳變?yōu)?.7V左右，以此來得到單片機(jī)控制。避障數(shù)據(jù)測

82、試記錄情況如下表5-4：</p><p>　　表5-4 避障數(shù)據(jù)測試記錄情況</p><p>　　由上表可以得到，在調(diào)節(jié)確定滑變電阻后測試數(shù)據(jù)可以得到，小車的避障有效范圍可以達(dá)到30CM左右，同時也可以再通過調(diào)節(jié)滑變電阻增加和減小有效距離。</p><p><b>　　5 語音控制</b></p><p>　　主要是得到

83、一個觸發(fā)跳變信號，經(jīng)過此電路的連接，連接與單片機(jī)的74HC04的2腳在沒有一定聲波輸入是屬于高電平，電壓為5V，當(dāng)接收到一定聲波后電壓馬上變?yōu)?.1V，產(chǎn)生了觸發(fā)跳變，供單片中斷口實現(xiàn)功能。但由于硬件的限制，此信號得到需要一個相當(dāng)強(qiáng)的聲音才可實現(xiàn)效果。</p><p>　　5.3.2 軟件調(diào)試</p><p>　　軟件調(diào)試采用單片機(jī)仿真器WAVE6000及微機(jī)，將編好的程序進(jìn)行調(diào)試，主要是

84、檢查語法錯誤并確認(rèn)硬件完整無誤。由于本系統(tǒng)是分模塊進(jìn)行程序設(shè)計的，所以調(diào)試時先分模塊進(jìn)行調(diào)試。如小車紅外線尋跡程序，在調(diào)試時將它放在一個子程序里單獨(dú)測試，看其是否能夠完成預(yù)定的功能，如能，測試通過，否則，修改并反復(fù)測試直到通過。</p><p>　　雖然在軟件的調(diào)試過程中，綜合利用了設(shè)定斷點(diǎn)、單步、跟蹤等調(diào)試手段，使得調(diào)試工作更易進(jìn)行。但是也出現(xiàn)了一定的問題，如語音程序只能實現(xiàn)第一次調(diào)用，電機(jī)延時沒起到效果等等。

85、通過了多次分離合并，修改測試語句以及單片機(jī)外加LED燈觀察現(xiàn)象等方法得以解決，達(dá)到綜合效果。</p><p>　　5.3.3 聯(lián)合調(diào)試</p><p>　　各模塊都調(diào)試通過之后，將各個模塊連接起來與硬件結(jié)合進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。在進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試時，經(jīng)過反復(fù)的實驗，不斷的來修改參數(shù)來完善結(jié)果。使程序按照要求設(shè)計的要求進(jìn)行。</p><p><b>　　6 結(jié)論與展望

86、</b></p><p>　　本設(shè)計方案按照任務(wù)書的要求，以51單片機(jī)為控制核心，結(jié)合無線遙控模塊、紅外對管尋跡模塊、紅外線避障模塊、電機(jī)控制模塊和語音控制模塊實現(xiàn)小車的自動尋跡功能（按路面的黑色軌道行駛），自動避障功能，無線遙控和語音控制功能?；就瓿筛黜椫笜?biāo)，實現(xiàn)小車的智能化行駛。</p><p>　　系統(tǒng)是通過軟硬結(jié)合的方式，得到硬件檢測信號后輸入單片機(jī)各個對應(yīng)的I/O接

87、口，通過匯編程序控制過程，小車由遙控啟動后，自動尋跡，并不斷檢測遙控、避障和語音信號，只要得到其中任何一種信號都將轉(zhuǎn)入它們對應(yīng)的功能模塊，實現(xiàn)有效控制。</p><p>　　由于時間不足以及客觀多方面的困難，整個小車相比任務(wù)書中的要求已經(jīng)簡化的比較多，伴隨著也出現(xiàn)多個地方的不足：遙控只能達(dá)到前進(jìn)后退左右轉(zhuǎn)向，不能控制停止；電機(jī)轉(zhuǎn)速過快使尋跡靈敏度不高；語音控制的麥克風(fēng)接收的擊掌聲需非常響才有效果等等。不過，這些一

88、定的不足有利于激發(fā)我的興趣，不斷改進(jìn)完善小車：遙控達(dá)到以上功能外還將加入速度控制，停啟等；語音則應(yīng)用語音芯片實現(xiàn)人類語音智能控制；同時也可以加入里程計算顯示或則其他溫度、濕度、氣壓的控制檢測等多方面的功能，達(dá)到智能機(jī)器人的效果。這些也需從工作中學(xué)習(xí)實現(xiàn)，讓自己更上一個臺階。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本人在做設(shè)計期間，得到了xx

89、老師的精心指導(dǎo)，多次尋找相關(guān)資料，為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓思路。xx以其嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)態(tài)度，高度的敬業(yè)的精神，兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對我產(chǎn)生重要影響。她淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時xx老師致力要求我自己獨(dú)立完成設(shè)計，培養(yǎng)我以后做事的獨(dú)立性。</p><p>　　持續(xù)幾個月的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，雖然不是特別完美，但它凝聚了多方的心血，作為一個本科生的

90、畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，同學(xué)們的支持合作，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。和他們的接觸及溝通不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。</p><p>　　在此深深得感謝xx老師，以及指導(dǎo)，關(guān)心和幫助的同學(xué)和朋友，感謝你們使得我不斷的在學(xué)習(xí)中進(jìn)步，成長。</p><p><b>

91、;　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京：航天航空大學(xué)出版社, </p><p>　　[2] 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001 </p><p>　　[3] 何希才.新型實用電子電路400例.電子工業(yè)出版社，2000年 </p><p>　　[4