激光傳感器是新型測量儀表，已廣泛應(yīng)用于國防、生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和非電測量等各方面，它的優(yōu)點是能實現(xiàn)無接觸遠距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強等。ATmega16是基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器。本系統(tǒng)以AVR單片機為控制核心，采用電機專用驅(qū)動芯片L298驅(qū)動兩個直流電機，通過激光傳感器件來采集信息，并將數(shù)據(jù)信息送入主控單元ATmega16單片機，處理數(shù)據(jù)后完成相應(yīng)的操作，實現(xiàn)了智能小車在無人控制狀態(tài)下智能光電檢測、循光功能。接下來CN人才網(wǎng)小編為您整理了關(guān)于電子工程畢業(yè)論文范文，歡迎您閱讀!
電子工程畢業(yè)論文范文
激光是20世紀60年代出現(xiàn)的最重大的科學(xué)技術(shù)成就之一。它發(fā)展迅速，已廣泛應(yīng)用于國防、生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和非電測量等各方面。激光具有3個重要特性: 高方向性、高單色性、高亮度。
激光傳感器是利用激光技術(shù)進行測量的傳感器。激光傳感器由發(fā)射管、接收管、調(diào)制管、大透鏡等組成。
激光傳感器工作時先由激光發(fā)射二極管對準目標發(fā)射激光脈沖。發(fā)射部份由一個振蕩管發(fā)出180KHz頻率的振蕩波后，經(jīng)三極管放大，激光管發(fā)光;接收部份由一個相匹配180KHz的接收管接收返回的光強，經(jīng)過電容濾波后直接接入單片機的PA口，檢測返回電壓的高低。由于激光傳感器使用了調(diào)制處理，接收管只能接受相同頻率的反射光，因而可以有效防止可見光對反射激光的影響。
智能電動小車，將測量光電數(shù)據(jù)傳送至單片機進行處理，由單片機根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動車的智能控制。這種方案能實現(xiàn)對車的運動狀態(tài)進行實時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。
第一章 發(fā)展狀況及意義
1.1 發(fā)展狀況
1.1.1 傳感器的全球發(fā)展現(xiàn)狀
調(diào)查顯示，2011年全球傳感器市場容量為600億美元，預(yù)計2013年全球傳感器市場可達800億美元以上。東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場增長最快的地區(qū)，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場分布最大的地區(qū)。真尚有公司等世界高端傳感器制造商開始進入中國大陸，并且設(shè)立了技術(shù)開發(fā)部門。
1.1.2 研究意義
就世界范圍而言，傳感器市場上增長最快的依舊是汽車市場，占第二位的是過程控制市場，看好通訊市場前景。
利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點可實現(xiàn)無接觸遠距離測量。激光傳感器常用于長度、距離、振動、速度、方位等物理量的測量，還可用于探傷和大氣污染物的監(jiān)測等。
1.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況
1.2.1 激光的應(yīng)用
激光測長1：精密測量長度是精密機械制造工業(yè)和光學(xué)加工工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一�，F(xiàn)代長度計量多是利用光波的干涉現(xiàn)象來進行的，其精度主要取決于光的單色性的好壞。激光是最理想的光源，它比以往最好的單色光源(氪-86燈)還純10萬倍。因此激光測長的量程大、精度高。若用氦氖氣體激光器，則最大可測幾十公里。一般測量數(shù)米之內(nèi)的長度，其精度可達0.1微米。
【】激光測距2：它的原理與無線電雷達相同，將激光對準目標發(fā)射出去后，測量它的往返時間，
再乘以光速即得到往返距離。由于激光具有高方向性、高單色性和高功率等優(yōu)點，這些對于測遠距離、判定目標方位、提高接收系統(tǒng)的信噪比、保證測量精度等都是很關(guān)鍵的，因此激光測距儀日益受到重視。在激光測距儀基礎(chǔ)上發(fā)展起來的激光雷達不僅能測距，而且還可以測目標方位、運運速度和加速度等，已成功地用于人造衛(wèi)星的測距和跟蹤，例如采用紅寶石激光器的激光雷達，測距范圍為500～2000公里,誤差僅幾米。目前常采用紅寶石激光器、釹玻璃激光器、二氧化碳激光器以及砷化鎵激光器作為激光測距儀的光源。
激光測振：它基于多普勒原理測量物體的振動速度。多普勒原理是指：若波源或接收波的觀察者相對于傳播波的媒質(zhì)而運動，那么觀察者所測到的頻率不僅取決于波源發(fā)出的振動頻率而且還取決于波源或觀察者的運動速度的大小和方向。所測頻率與波源的頻率之差稱為多普勒頻移。這種測振儀在測量時由光學(xué)部分將物體的振動轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的多普勒頻移,并由光檢測器將此頻移轉(zhuǎn)換為電信號,再由電路部分作適當處理后送往多普勒信號處理器將多普勒頻移信號變換為與振動速度相對應(yīng)的電信號，最后記錄于磁帶。這種測振儀采用波長為6328埃的氦氖激光器，用聲光調(diào)制器進
行光頻調(diào)制，用石英晶體振蕩器3加功率放大電路作為聲光調(diào)制器的驅(qū)動源，用光電倍增管進行
光電檢測，用頻率跟蹤器來處理多普勒信號。它的優(yōu)點是使用方便，不需要固定參考系,不影響物體本身的振動,測量頻率范圍寬、精度高、動態(tài)范圍大。缺點是測量過程受其他雜散光的影響較大。 激光測速：它也是基多普勒原理的一種激光測速方法,用得較多的是激光多普勒流速計,它可以測量風(fēng)洞氣流速度、火箭燃料流速、飛行器噴射氣流流速、大氣風(fēng)速和化學(xué)反應(yīng)中粒子的大小及匯聚速度等。
1.2.2 市場前景
一些傳感器4市場比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場規(guī)模最大，分別占到整個傳感器市場的21%、19%和14%。傳感器市場的主要增長來自于光電傳感器、無線傳感器、傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無線傳感器在2007-2010年復(fù)合年增長率超過25%。全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。有關(guān)專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。在高端技術(shù)傳感器領(lǐng)域，真尚有等國際傳感器巨頭也已經(jīng)進入國內(nèi)市場，并直接在中國設(shè)立技術(shù)研發(fā)部。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如光電傳感器、無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴大。
第二章 方案設(shè)計與論證
2.1 光電發(fā)射器
光電測量技術(shù)是以光電子學(xué)為基礎(chǔ)，以光電子器件為主體，利用光電傳感器將被測量的量轉(zhuǎn)換成光通量，再轉(zhuǎn)換成電量并綜合利用信息傳送和處理技術(shù)，完成測量的一門新興的技術(shù)。，其中激
光傳感器就是光電測量技術(shù)的一個重要應(yīng)用。激光傳感器5簡單介紹及其優(yōu)點。激光傳感器是利
用激光技術(shù)進行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器工作時先由激光發(fā)射二極管對準目標發(fā)射激光脈沖。激光接收管只能接收160KHZ至200KHZ左右頻率的光，也就是說一般可見光中的大部分色光都不能被接收到。那么只要將激光的發(fā)射頻率調(diào)制到160KHZ至200KHZ內(nèi)就能被激光接收管接收到了如圖2-1。
圖 2-1光電調(diào)制管
2.2 控制系統(tǒng)
2.3檢測系統(tǒng)
檢測系統(tǒng)主要實現(xiàn)光電檢測，即利用光電傳感器對電動車的行車狀態(tài)進行測量。光線跟蹤，采用光敏三極管接收激光發(fā)出的光線，當感受到光線照射時，其c-e間的阻值下降，檢測電路輸出高電平，經(jīng)整形后送單片機控制。此套光電傳感器固定在底盤前沿。正常行駛時，激光被接收管接收，輸出高電平信號，傳感器輸出高電平信號后送單片機處理，判斷執(zhí)行哪一種預(yù)先編制的程序來控制車的行駛狀態(tài)。前進時，驅(qū)動輪直流電機正轉(zhuǎn),由單片機控制進行調(diào)速,通過軟件改變通電時長實現(xiàn)調(diào)速，最后經(jīng)反接制動實現(xiàn)停車。
2.4接收與傳輸
本系統(tǒng)共設(shè)計五個激光接收傳感器如圖2-2，分別放置在電動車車頭的正前方及左、右兩個方向，用來控制電動車的行走方向，當五個接收器都未受到光照時單片機控制直行;當左側(cè)接收器受到光照時，單片機控制轉(zhuǎn)向電機向左轉(zhuǎn);當右側(cè)接收器受到光照時，單片機控制轉(zhuǎn)向電機向右轉(zhuǎn);當正前方接收器都受到光照時，單片機控制直行;正前方接收器控制行進角度不要偏離直行，用以及時校對。行車方向檢測電路采用激光接收觸發(fā)原理配置了一對激光發(fā)射、接收傳感器。該電路包括一個紅外發(fā)光二極管、一個紅外光敏三極管及其上拉電阻。1號腳接了一個下拉電阻，一般為可調(diào)電阻，用于調(diào)整調(diào)制頻率，1號腳同時也是調(diào)制信號輸出端;2號腳接+5V，3號腳懸空。
圖 2-2接收管
2.5 電機驅(qū)動系統(tǒng)
直流電動機的調(diào)速7方法有三種：(1)調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動機額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。aI變化遇到的時間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。(2)改變電動機主磁通。改變磁通可以實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進行調(diào)速(簡稱弱磁調(diào)速)，從電機額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。fI變化時間遇到的時間常數(shù)同變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度較慢，但所需電源容量小。(3)改變電樞回路電阻R。在電動機電樞回路外串電阻進行調(diào)速的方法，設(shè)備簡單，操作方便。但是只能進行有級調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機械特性較軟;空載時幾乎沒什么調(diào)速作用;還會在調(diào)速電阻上消耗大量電能。改變電阻調(diào)速缺點很多，目前很少采用，僅在有些起重機、卷揚機及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運轉(zhuǎn)時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。弱磁調(diào)速范圍不大，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速。 【】
第三章 硬件設(shè)計
3.1 控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)造
3.1.1 ATmega16單片機簡介
ATmega16是基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器。如圖3.1由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 本芯片是以Atmel 高密度非易失性存儲器技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISP Flash 允許程序存儲器通過ISP 串行接口，或者通用編程器進行編程，也可以通過運行于AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進行編程。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲區(qū)。在更新應(yīng)用Flash存儲區(qū)時引導(dǎo)Flash區(qū)的程序繼續(xù)運行，實現(xiàn)了RWW 操作。 通過將8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 集成在一個芯片內(nèi)， ATmega16 成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。
3.1.2 ATmega16 引腳功能 VCC 電源正
GND 電源地
端口A(PA7..PA0) 端口A 做為A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口A 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口A 處于高阻狀態(tài)。本系統(tǒng)將A端口作為輸入信號端口，與激光接收器端口相連接。 端口C(PC7..PC0) 端口C 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口C 處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能。本系統(tǒng)將端口C作為電機驅(qū)動的信號輸入端。
RESET 復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。門限時間見P36Table 15。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。
XTAL1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端。
XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。
AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時應(yīng)通過一個低通濾波器與VCC連接如圖3-1。
圖 3-1ATmega16單片機
3.1.3 ATmega16 內(nèi)核
為了獲得最高的性能以及并行性， AVR 采用了Harvard 結(jié)構(gòu)，具有獨立的數(shù)據(jù)和程序總線。程序存儲器里的指令通過一級流水線運行。 快速訪問寄存器文件包括32 個8 位通用工作寄存器，訪問時間為一個時鐘周期。從而實現(xiàn)了單時鐘周期的ALU 操作。ALU支持寄存器之間以及寄存器和常數(shù)之間的算術(shù)和邏輯運算。程序流程通過有/ 無條件的跳轉(zhuǎn)指令和調(diào)用指令來控制，從而直接尋址整個地址空間。大多數(shù)指令長度為16 位，亦即每個程序存儲器地址都包含一條16 位或32 位的指令。在中斷和調(diào)用子程序時返回地址的程序計數(shù)器(PC) 保存于堆棧之中。這個指針位于I/O 空間，可以進行讀寫訪問。數(shù)據(jù)SRAM 可以通過5 種不同的尋址模式進行訪問。AVR 存儲器空間為線性的平面結(jié)構(gòu)。AVR有一個靈活的中斷模塊�？刂萍拇嫫魑挥贗/O空間。狀態(tài)寄存器里有全局中斷使能位。每個中斷在中斷向量表里都有獨立的中斷向量。各個中斷的優(yōu)先級與其在中斷向量表的位置有關(guān)，中斷向量地址越低，優(yōu)先級越高。
3.1.4最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計
80C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。用80C51單片機構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖3-2 80C51單片機最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。
圖 3-2最小系統(tǒng)
3.2 激光觸發(fā)與接收
3.2.1 激光發(fā)射
常用的激光二極管有兩種:PIN光電二極管8。它在收到光功率產(chǎn)生光電流時，會帶來量子噪聲。雪崩光電二極管。它能夠提供內(nèi)部放大,比PIN光電二極管的傳輸距離遠，但量子噪聲更大。為了獲得良好的信噪比，光檢測器件后面須連接低噪聲預(yù)放大器和主放大器。
半導(dǎo)體激光二極管的常用參數(shù)有。波長：即激光管工作波長，目前可作光電開關(guān)用的激光管波長有650nm、670nm、780nm、810nm、980nm等。閾值電流Ith ：即激光管開始產(chǎn)生激光振蕩的電流，對一般小功率激光管而言，其值約在數(shù)十毫安，具有應(yīng)變多量子阱結(jié)構(gòu)的激光管閾值電流可低至10mA以下。工作電流Iop ：即激光管達到額定輸出功率時的驅(qū)動電流。 發(fā)射部分電路如圖3-3。電源電壓5v(穩(wěn)壓)，NPN中功率三極管，集電極接正電源，發(fā)射極對地，用一只22歐姆左右的電阻接在調(diào)制管與基極之間。
圖 3-3發(fā)射部分
3.2.2 激光接收
激光接收管在管子上加一反向電壓時，有光時電流就增大，無光時幾乎無電流通過。用一個電阻分壓，電流的變化則可轉(zhuǎn)換為電壓的變化，如果接電阻在二極管負極端，有光時電壓下降輸出低電平;如果電阻接在二極管正極端，有光時電壓上升輸出高電平如圖3-4。
圖 3-4接收部分
3.3 電機驅(qū)動
3.3.1 L298介紹
L298N為15個管角的單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動圖3-5。
圖 3-5L298
電源電壓，驅(qū)動部分：本驅(qū)動器可適應(yīng)較寬電壓范圍可在10V-36V之間選擇。一般來說較
高的額定電壓有利于提高電機在高轉(zhuǎn)速扭矩，但卻會加大驅(qū)動板的功率損耗和溫升9。
前置部分：可在9-12V之間選擇。前置部分約消耗0.25A電流，在功率電源輸入超過12V時不可將前置電源并接于功率電源。
輸出電流選擇：本驅(qū)動器最大電流值為2A/相，為配合不同電機使用，調(diào)整精密可調(diào)電阻以達到最佳電流匹配如表3-1。
輸入信號：本驅(qū)動器并口輸入信號使用共陰接線方式，+5VTTL電平驅(qū)動。
脈沖信號輸入：該信號被驅(qū)動器解釋為一個有效脈沖，并驅(qū)動電機運行一步，為確保脈沖信號可靠響應(yīng)，本驅(qū)動器最高信號響應(yīng)頻率為70KHZ，過高的輸入頻率將可能得不到正確響應(yīng)。方向信號輸入：該端信號的高低電平控制電機的兩個轉(zhuǎn)向，控制電機轉(zhuǎn)向時應(yīng)確保方向信號領(lǐng)先脈沖信號建立，可避免驅(qū)動器對脈沖的錯誤響應(yīng)。當電感線圈通電后再斷電時，繞組兩端會產(chǎn)生一個比電源電壓高N倍，極性與電源電壓相反的反向電壓，這就是自感電動勢。這個反向電壓就會加在L298的功率開關(guān)器件上，將L298的功率開關(guān)器件擊穿燒壞，所以要建立一個泄放通道，將繞組自感電動勢所產(chǎn)生的高壓和電流釋放，以保護功率開關(guān)器件。
D1、D6，D2、D5兩組的作用分別為：A電機正轉(zhuǎn)時，OUT1為正，OUT2為地，電流從OUT1經(jīng)A繞組流向OUT2。當切斷電流，電機停轉(zhuǎn)時A電機繞組的感生電壓使OUT2為正，OUT1為負(就象一組電池)，這時接在正端(OUT2)的D2會正向?qū)?而接在負端(OUT1)的D5也導(dǎo)通將負端接地。為感生電流提供泄放通道向C1、C2充電。這時，C1、C2作為儲能器件將自感電流吸收儲存。 反轉(zhuǎn)時與正轉(zhuǎn)相反，當電機反轉(zhuǎn)后斷電時D1和D6起作用。
電路中的二極管在為L298提供保護同時，也為感生電流向電源電路充電提供通道。C1、C2不但是濾波電容，也是儲能器件如圖3-6。
圖 3-6 驅(qū)動電機
3.3.2 驅(qū)動電路
設(shè)計用L298N來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動感性負載。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路10，其額定工作電流為 1 A，最大可達 1.5 A，Vss 電壓最小 4.5 V，最大可達 36 V;Vs 電壓最大值也是 36 V。L298N可直接對電機進行控制，無須隔離電路，可以驅(qū)動雙電機。根據(jù)L298N芯片的特點，把IOA4～IOA7作為輸出口，分別與L298N的IN1～IN4相接，其VS、VSS分別接+12 V、+5 V電源，其輸出口OUT1～OUT2接轉(zhuǎn)向電機，OUT3～OUT4接驅(qū)動電機，根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合所編好的程序，根據(jù)所發(fā)語音命令，接收信號，從而控制轉(zhuǎn)向電機和驅(qū)動電機如圖3-7。
圖 3-7驅(qū)動系統(tǒng)
3.3直流電機
主磁極的作用是產(chǎn)生氣隙磁場。主磁極由主磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成。 直流電機鐵心一般用0.5mm～1.5mm厚的硅鋼板沖片疊壓鉚緊而成，分為極身和極靴兩部分，上面套勵磁繞組的部分稱為極身，下面擴寬的部分稱為極靴，極靴寬于極身，既可以調(diào)整氣隙中磁場的分布，又便于固定勵磁繞組。勵磁繞組用絕緣銅線繞制而成，套在主磁極鐵心上。整個主磁極用螺釘固定在機座上，由直流電動機和發(fā)電機工作原理示意圖可以看到，直流電機的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。
直流電機是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能(直流電動機)或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直流電能(直流發(fā)電機)的旋轉(zhuǎn)電機。它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉(zhuǎn)換為機械能;作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)換為電能。直流電機里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場平行時，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場方向?qū)⒏淖儯虼舜藭r轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，所以電機能保持一個方向轉(zhuǎn)動。 直流發(fā)電機的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動勢， 靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑�。感�?yīng)電動勢的方向按右手定則確定(磁感線指向手心，大拇指指向?qū)w運動方向，其他四指的指向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的方向)。導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉(zhuǎn)電機里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉(zhuǎn)動。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩(例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負載轉(zhuǎn)矩)，電樞就能按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來。
3.4通道設(shè)計
3.4.1前向通道
單片機用與測控系統(tǒng)時，總要有與被測對象相聯(lián)系的前向通道。因此，前向通道設(shè)計與被測對象的狀態(tài)、特征、所處環(huán)境密切相關(guān)。在前向通道設(shè)計時要考慮到傳感器或敏感元件選擇、通道結(jié)構(gòu)、信號調(diào)節(jié)、電源配置、抗干擾設(shè)計等。在通道電路設(shè)計中還涉及到模擬電路諸多問題。
當將單片機用作測﹑控系統(tǒng)時，系統(tǒng)中總要有被測信號輸入通道，有計算機拾取必要的輸入信息。作為測試系統(tǒng)，對被測對象拾取必要的原始參量信號是系統(tǒng)的核心任務(wù)，對控制系統(tǒng)來說，對被控對象狀態(tài)的測試以及對控制條件的監(jiān)測也是不可缺少的環(huán)節(jié)。 對被測對象狀態(tài)的測試一般都離不開傳感器或敏感元件，這是因為被測對象的狀態(tài)參數(shù)常常是一些非電物理量，如溫度、壓力、載荷、位移等，而計算機是一個數(shù)字電路系統(tǒng)。因此，在前向通道中，傳感器、敏感元件及其相關(guān)電路占有重要地位。
對被測對象的信號的拾取其主要任務(wù)就是最忠實地反映被測對象的真實狀態(tài)，它包括實時性與測量精度。同時使這些測量信號能滿足計算機輸入接口的電平要求。
因此，單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的前向通道體現(xiàn)了被測對象與系統(tǒng)相互聯(lián)系的信號輸入通道，原始參數(shù)輸入通道。由于在該通道中主要是傳感器與傳感器有關(guān)的信號調(diào)節(jié)、變換電路,故也可稱為傳感器接口通道。
在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，對信號輸入、傳感、變換應(yīng)作廣義理解，例如開關(guān)量的檢測及信號輸入，在單片機的各種應(yīng)用系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。最簡單的開關(guān)量輸入通道就是一個具有TTL電平的狀態(tài)開關(guān)，如水銀溫度觸點、溫度晶閘管、時間繼電器、限位開關(guān)等。故只要反映外界狀態(tài)的信號輸入通道都可稱為前向通道。
并不是所有單片機應(yīng)用系統(tǒng)都有前向通道，例如時序控制系統(tǒng)，只根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的時間序列來控制外部的運行狀態(tài);分布式測控系統(tǒng)中的智能控制總站完成上級主計算機與現(xiàn)場測、控子站計算機之間的指令、數(shù)據(jù)傳送。這些應(yīng)用系統(tǒng)沒有被測對象，故不需要前向通道。
3.4.2后向通道設(shè)計
在工業(yè)控制系統(tǒng)中，單片機總要對控制對象實現(xiàn)操作，因此，在這樣的系統(tǒng)中，總要有后向通道。后向通道是計算機實現(xiàn)控制運算處理后，對控制對象的輸出通道接口。
根據(jù)單片機的輸出和控制對象實現(xiàn)控制信號的要求，后向通道具有以下特點：
1.小信號輸出、大功率控制。根據(jù)目前單片機輸出功率的限制，不能輸出控制對象所要求的功率信號。
2.是一個輸出通道。輸出伺服驅(qū)動系統(tǒng)控制信號，而伺服驅(qū)動系統(tǒng)中的狀態(tài)反饋信號通常是作為檢測信號輸入前向通道。
3.接近控制對象，環(huán)境惡劣�？刂茖ο蠖酁榇蠊β仕欧�(qū)動機構(gòu)，電磁、機械干擾較為嚴重。但后向通道是一個輸出通道，而且輸出電平較高，不易受到直接損害。但這些干擾易從系統(tǒng)的前向通道竄入。
第四章 軟件設(shè)計 4.1軟件流程
4.2 主程序設(shè)計
主程序清單如下： #include #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char
uint g,str;//定義全局變量，以便端口掃描 uchar tur=0,tur01=0,flag=0,flag0=0,final; /*********延時子程序*********/
void delay_ms(unsigned int n) //毫秒級延時 {unsigned int i,j; for(i=1;i
{for(j=1;j
void delay_us(unsigned int n) //微秒級延時 {unsigned int i,j; for(i=1;i
{for(j=1;j
void kuaipwm(uint a)//PWM初始化及PWM調(diào)速 {
TCCR1A=0X63;//快速PWM模式的選定設(shè)置 TCCR1B=0X1C;//256分頻
OCR1A=312;//快速PWM的TOP值
OCR1B=a;//匹配寄存器，可隨意調(diào)節(jié)占空比 }
void go_ahead(void)//直行 {
kuaipwm(300);//初始占空比設(shè)置 PORTC|=0b00001010;//正向直行 PORTC&=0b11111010; flag=1; }
void turn_left(void)//左轉(zhuǎn) {
//delay_ms(1);//
kuaipwm(300);//占空比
PORTC=0b00001000;//電機左轉(zhuǎn) flag=0;//代表向左 }
void turn_right(void)//右轉(zhuǎn) {
//delay_ms(1);//
kuaipwm(300);//占空比
PORTC=0b00000010;//電機右轉(zhuǎn) flag=2; }
void turn_right90t(void)//右轉(zhuǎn)90 {
kuaipwm(300);//占空比
PORTC=0b00000010;//電機右轉(zhuǎn) delay_ms(1100); flag=2; }
void turn_left90t(void)//左轉(zhuǎn)90 {
kuaipwm(300);//占空比
PORTC=0b00001000;//電機左轉(zhuǎn) delay_ms(1100); flag=0; }
void turn_stop(void)//停止 {
//delay_ms(1);//
kuaipwm(300);//占空比
PORTC=0b00000000;//電機停轉(zhuǎn) }
void init_IO(void)//PC0/1--左側(cè)電機，PC2/3---右側(cè)電機 {
DDRC|=0b00001111;//
DDRD|=BIT(4)|BIT(5);//pwm初始化 }
void firtly_setted(void)// {
if(str
delay_us(100); } else if(4000
{ str=0; } }
void main(void) {
delay_ms(30
init_IO();//初始化IO口
DDRA&=0b11100000;//pa4--pa0輸入 pa4--pa0對應(yīng)對管和小燈從右到左(面向小車的前進方向)
PORTA|=0b00011111;//上拉輸入
while(1) {
g=PINA; g=~g
g&=0b00011111; if(g!=0) {final=0;} switch(g) {
case 0b00011111:if(tur==0
{tur01++;//黑點個數(shù) str++;//初始尋跡過程控制變量 firtly_setted
if(tur01>4){tur=1;str=0;tur01=0;} } else
{go_ahead();delay_ms(100);}break;//無激光照射，燈全亮，執(zhí)行直行子函數(shù)
case 0b00011010:if(tur==0) {tur01++; str++;//初始尋跡過程控制變量。 firtly_setted
if(tur01>4){tur=1;str=0;tur01=0;}//tur01待改 } else
{turn_right90t();go_ahead();delay_ms(100);}break;//右一右三尋到光，執(zhí)行右轉(zhuǎn)90度子函數(shù)
case 0b00011100:if(tur==0)//一般是final=1的時候出現(xiàn) {tur01++; str++;//初始尋跡過程控制變量。 firtly_setted
if(tur01>4){tur=1;str=0;tur01=0;} } else {turn_right90t();go_ahead();delay_ms(100);}break;//右一右二尋到光，執(zhí)行右轉(zhuǎn)90度子函數(shù)
case 0b00011110:if(tur==0)//一般是final=1的時候出現(xiàn) {tur01++; str++;//初始尋跡過程控制變量。 firtly_setted
if(tur01>4){tur=1;str=0;tur01=0;} } else {turn_right90t();go_ahead();delay_ms(100);}break;//右一尋到光，執(zhí)行右轉(zhuǎn)90度子函數(shù)
case 0b00010110:if(tur==0)//一般是final=1的時候出現(xiàn) {tur01++; str++;//初始尋跡過程控制變量。 firtly_setted
if(tur01>4){tur=1;str=0;tur01=0;} } else {turn_right90t();go_ahead();delay_ms(100);}break;//左二右一尋到光，執(zhí)行右轉(zhuǎn)90度子函數(shù)
case 0b00011101:if(tur==0) {tur01++; str++;//初始尋跡過程控制變量。 firtly_setted
if(tur01>4){tur=1;str=0;tur01=0;} } else
{turn_right();delay_ms(100);go_ahead();delay_ms(100);}break;//右2尋到光，同樣執(zhí)行右轉(zhuǎn)子函數(shù)
case 0b00011001:if(tur==0) {tur01++; str++;//初始尋跡過程控制變量。
firtly_setted
if(tur01>4){tur=1;str=0;tur01=0;} } else
{turn_right();delay_ms(100);go_ahead();delay_ms(100);}break;//
case 0b00011011:if(tur==0) {tur01++; str++;//初始尋跡過程控制變量。 firtly_setted
if(tur01>4){tur=1;str=0;tur01=0;} } else
{go_ahead();delay_ms(100);}break;//中間尋到光，執(zhí)行直行函數(shù)
case 0b00010111:if(tur==0) {tur01++; str++;//初始尋跡過程控制變量。 firtly_setted
if(tur01>4){tur=1;str=0;tur01=0;} } else
{turn_left();delay_ms(100);go_ahead();delay_ms(100);} break;//執(zhí)行左轉(zhuǎn)函數(shù)
case 0b00010011:if(tur==0) {tur01++; str++;//初始尋跡過程控制變量。 firtly_setted
if(tur01>4){tur=1;str=0;tur01=0;} } else
{turn_left();delay_ms(100);go_ahead();delay_ms(100);} break;//
case 0b00000111:if(tur==0) {tur01++; str++;//初始尋跡過程控制變量。 firtly_setted
if(tur01>4){tur=1;str=0;tur01=0;} } else
{turn_left90t();go_ahead();delay_ms(100);} break;//左轉(zhuǎn)90度函數(shù)
case 0b00001111:if(tur==0
{tur01++; str++;//初始尋跡過程控制變量。 firtly_setted
if(tur01>4){tur=1;str=0;tur01=0;} } else
{turn_left90t();go_ahead();delay_ms(100);} break;//左轉(zhuǎn)90度函數(shù)
case 0b00001011:if(tur==0)//一般是final=1的時候出現(xiàn) {tur01++; str++;//初始尋跡過程控制變量。 firtly_setted
if(tur01>4){tur=1;str=0;tur01=0;} } else
{turn_left90t();go_ahead();delay_ms(100);}break;//左轉(zhuǎn)90度函數(shù)
case 0b00001101:if(tur==0)//一般是final=1的時候出現(xiàn) {tur01++; str++;//初始尋跡過程控制變量。 firtly_setted
if(tur01>4){tur=1;str=0;tur01=0;} } else
{turn_left90t();go_ahead();delay_ms(100);}break;//左轉(zhuǎn)90度函數(shù)
case 0b00010001:if(tur==0)//一般是final=1的時候出現(xiàn) {tur01++; str++;//初始尋跡過程控制變量。 firtly_setted
if(tur01>4){tur=1;str=0;tur01=0;} } else
{turn_stop();}break;//停止
default:;break; } } }
結(jié) 論
在制作過程中主要的測試儀器和軟件包括數(shù)字萬用表、直流穩(wěn)壓電源和PROGISP程序燒寫軟件等。數(shù)字萬用表主要用來測試分立元件的電阻、壓降、截止/導(dǎo)通狀態(tài)等參數(shù);直流穩(wěn)壓電源在測試期間為各待測系統(tǒng)供電。
本設(shè)計采用的是ATmega16單片機，這主要是因為該單片機的穩(wěn)定性比較好。靈敏度高低是首要解決問題，同樣的探頭在不同的設(shè)備上，不同的環(huán)境下可能測量出來的實際數(shù)據(jù)也會不同，如果所用的接收頭在接收信號時不能準確同步，有超前或遲滯，都會產(chǎn)生不靈敏。 周圍環(huán)境的干擾，光的干擾，不同的光強，對其靈敏度有影響。 程序的調(diào)試也決定著激光收發(fā)的靈敏度，在程序的設(shè)計中我主要加入了激光觸發(fā)后調(diào)入子程序執(zhí)行的延時時間，這樣在執(zhí)行轉(zhuǎn)向子程序后，能夠讓小車有足夠時間尋找制導(dǎo)光源，以免沖出可控范圍。
設(shè)計過程中，我邊查資料，邊焊接小車的線路板。在焊接過程中，我感覺到即使是一個簡單的電路，要想很輕松的焊好，也不是很容易的事情。有時是虛焊的原因，有時可能是阻值選錯。這使我深深感受到理論與實際間的差距。通過這樣的設(shè)計，提高了我的動手能力。除了焊接線路板，上機編程使我軟件調(diào)試知識也提高了。
致 謝
畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)告一段落。經(jīng)過自己不斷的搜索努力以及王老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計已經(jīng)基本完成。在這段時間里，王老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩，使我受益非淺。同時本系實驗室的開放也為我的設(shè)計提供了實習(xí)場地。在此對王春民老師表示深深的感謝。
通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我深刻地認識到學(xué)好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實際的含義，并且檢驗了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計中對于知識的運用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這次的設(shè)計是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。 由于自身水平有限，設(shè)計中一定存在很多不足之處，敬請各位老師批評指正。
參 考 文 獻
[1] 韋俊,楊興平. 電子工業(yè)專用設(shè)備. 中文科技期刊數(shù)據(jù)庫,2008 ,10, 1-5. [2] 吳剛. 紅外與毫米波學(xué)報. 中科院上海技術(shù)物理研究所 2008 ，3，1-4.
[3] 秦根紅. 石英晶體振蕩器及陶瓷諧振元件的識別與檢測. 電子工業(yè)出版社 2010 ,6, 23-26.
[4] 唐文彥. 傳感器. 21世紀普通高等教育規(guī)劃教材, 2006 ,46-50 . [5] 袁希光. 傳感器技術(shù)手冊. 國防工業(yè)出版社.北京，1986 ,30-33 .
[6] 馬潮. AVR單片機嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實踐(第2版). 北京航空航天大學(xué)出版社 .2012 ,75-82 .
[7] 郭慶鼎，趙希梅. 直流無刷電機原理與技術(shù)應(yīng)用. 中國電力出版社. 2008 .50-56 . [8] 史寒星. 二極管激光器與集成光路. 北京郵電大學(xué)出版社. 2006，75-80 . [9] 王兆安. 諧波抑制和無功功率補償. 機械工業(yè)出版社. 2006, 37-44 .
[10] 陳永真，陳之勃. 驅(qū)動電路的設(shè)計詳解. 機械工業(yè)出版設(shè). 2010，44-56 .