【正文】 液晶顯示屏， 顯示小車所處環(huán)境的溫度，一氧化碳的濃度和小車到周圍障礙的距離。并對溫度值和 CO 濃度值與設(shè)定值進行比較，如果超過預(yù)定值，驅(qū)動蜂鳴器進行聲音報警。 圖 21 系統(tǒng)框圖 STC12C5260S2 單片機 A STC12C5A60S2 單片機 B L298 驅(qū)動模塊 超聲波測距模塊 NRF24L01D3 發(fā)送模塊 MQ7 模塊 單片機內(nèi)部 PWM 調(diào)速 模塊 DS18B20 模塊 LCD12864 顯示 NRF24L01D3 接收模塊 報警模塊 紅外避障模塊 4 軟件設(shè)計主程序流程圖 車載系統(tǒng)主流程圖 開 始系 統(tǒng) 初 始 化打 開 外 部 中 斷 讀 取 A D 采 集 值依 次 讀 取 左 . 中 . 右 三 個 超聲 波 模 塊 采 集 值讀 取 溫 度 采 集 值 判 斷 小 車 前 方 是 否 有 障 礙 物減 速Y 比 較 小 車 左 右 方 向 的 距 離原 速 直 行N向 左 轉(zhuǎn) 動左 右右 左向 右 轉(zhuǎn) 動將 采 集 到 的 所 有 數(shù) 據(jù) 通 過無 線 模 塊 發(fā) 送 出 去 圖 22 車載系統(tǒng)主流程圖 圖 22 車載系統(tǒng)主流程圖 ： 單片機上電后，先進行系統(tǒng)初始化。其中包括 AD 功能寄存器配置，溫度采集元件 DS18B20 復(fù)位， PWM 寄存器配置，無線通信模塊初始化，最后打開外部中斷 0 和外部中斷 1 及總中斷。進入主循環(huán)后，開始讀取 AD 的采樣值， DS18b20采集的溫度值以及超聲波傳感器測得的溫度值。將前方超聲波模塊測得值，與設(shè)定值進行 5 比較，看屬于哪個區(qū)間范圍，從而控制小車的速度，以及下一步是否前進。將左方和右方超聲波模塊測得值進行比較，決定小車轉(zhuǎn)向。最后將測得的所有數(shù)據(jù)裝在無線傳輸模塊數(shù)組中，進行發(fā)送。 車載系統(tǒng)中斷流程圖 中 斷 響 應(yīng)關(guān) 閉 總 中 斷接 近 開 關(guān) 觸 發(fā) 中 斷倒 車左 中 右 紅 外 模 塊 讀 取 值 為0 0 0左 中 右 紅 外 模 塊 讀 取 值 為左 中 右 紅 外 模 塊 讀 取 值 為0 0 1左 中 右 紅 外 模 塊 讀 取 值 為0 1 0左 中 右 紅 外 模 塊 讀 取 值 為0 1 1左 中 右 紅 外 模 塊 讀 取 值 為1 0 1左 中 右 紅 外 模 塊 讀 取 值 為1 0 0左 中 右 紅 外 模 塊 讀 取 值 為1 1 0打 開 總 中 斷返 回 主 程 序YN倒 車左 后 方 倒 車 后 右 轉(zhuǎn)倒 車右 轉(zhuǎn)右 后 方 倒 車 后 左 轉(zhuǎn)探 測 （ 左 轉(zhuǎn) 3 個 角度 后 右 轉(zhuǎn) 6 個 角度 ）左 轉(zhuǎn)YYYYYYYNNNNNNN 圖 23 車載系統(tǒng)中斷流程圖 圖 23 車載系 中斷流程圖： 擴展外部中斷 1 的流程圖，其中左中右三個紅外避障模塊以及接近開關(guān)觸發(fā)后都為低電平，他們?nèi)我庖粋€為低電平都會觸發(fā)外部中斷 1。當(dāng)外部中斷觸發(fā)后，單片機會檢測與之引腳相連的的電平。如果是接近開關(guān)觸發(fā)，說明已經(jīng)撞車， 6 直接開始倒車。如果是紅外避障模塊觸發(fā)的中斷，判斷其三個的組合。與預(yù)設(shè)的 7 種情況相匹配，執(zhí)行其預(yù)定的動作。 手柄顯示系統(tǒng)主流程圖及中斷流程圖 開 始系 統(tǒng) 初 始 化打 開 中 斷判 斷 標(biāo) 志 是 否 接 收 到 數(shù) 據(jù)整 理 接 收 數(shù) 據(jù)顯 示 溫 度顯 示 小 車 到 障 礙 物 的 距 離顯 示 C O 濃 度判 斷 溫 度 及 C O 濃 度 是 否 超 過 預(yù) 定 值聲 音 報 警YNYN中 斷 響 應(yīng)關(guān) 閉 中 斷讀 取 無 線 模 塊 寄 存 器 數(shù) 據(jù)判 斷 是 否 接 收 到 無 線 數(shù) 據(jù)讀 取 接 收 到 的 數(shù) 據(jù)將 成 功 接 收 標(biāo) 志 位 置 1打 開 中 斷返 回 主 程 序YN圖 24 手柄顯示系統(tǒng)主流程圖 圖 25 手柄顯示系統(tǒng) 中斷流程 圖 圖 24 手柄系統(tǒng)顯示系統(tǒng)主流程圖： 單片機上電后，先進行系統(tǒng)初始化，其中包括LCD12864 初始化設(shè)置，和無線通訊模塊的初始化。進入主循環(huán)后，首先判斷無線模塊標(biāo)志位是否為“ 1”，當(dāng)標(biāo)志位為“ 1”說明無線模塊成功接收到數(shù)據(jù)。將接收到的數(shù)據(jù)處理，接收到的數(shù)組是一個 8 位的字符型，而我們要顯示的數(shù)據(jù)都是 16 位的無符號的短整型。我們每次取出兩個字符型的數(shù)據(jù)，將第一個（原數(shù)據(jù)高 8 位）進行移位處理與第二個數(shù)據(jù)（原數(shù)據(jù)低 8 位）進行或運算，將原始數(shù)據(jù)還原出來。最終將原始數(shù)據(jù)通過驅(qū)動 LCD12864 7 顯示出來。當(dāng)無線模塊的標(biāo)志 位為“ 0”，說明無線模塊沒有成功接收到數(shù)據(jù)，繼續(xù)檢測，直到標(biāo)志位為“ 1”為止。 圖 25 手柄顯示系統(tǒng)的中斷流程圖： 當(dāng)無線模塊接收到數(shù)據(jù)后，無線模塊 IRQ 引腳拉低，觸發(fā)單片機外部中斷 0。通過讀取無線模塊 STATUS 寄存器的值，判斷是否成功接收到數(shù)據(jù)，如果成功將成功接收的標(biāo)志位置 1。 開發(fā)環(huán)境簡介 在本設(shè)計中，由于采用 是 C 語言編程，所以本設(shè)計 軟件開發(fā)環(huán)境 選擇了 美國 Keil SOFTWARE 公司出品的兼容 51系列 單片機 的 Keil4。 KEIL ΜVISION 可以方便的使用并且利用其強大的仿真功能進行軟硬件的調(diào)試工作 。 目前 最新版的 KEIL 系統(tǒng)提供了包括于 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的一整套完善的開發(fā)方案，并可以通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ UVISION）將這些部分嚴密的組合在一起共同工作。WIN9 NT、 WIN202 WINXP 等操作系統(tǒng)都可以有效的運行 KEIL 軟件進行編程。 實際使用 KEIL 51 時，該 集成環(huán)境既可用于 C 語言開發(fā)也可用于匯編語言開發(fā)。它內(nèi)部集成了文件編輯、項目管理、編譯鏈接和仿真調(diào)試等多種功能。用戶可以在 這里用文件編輯器編寫自己的程序，用多種方法來調(diào)試和修改程序。編譯程序也能幫助用戶檢查錯誤，提示用戶修改錯誤，直至程序無誤。 Keil 操作頁面如下圖 26 開發(fā)環(huán)境頁面所示： 圖 2 6 開發(fā)環(huán)境頁面 菜單欄 編輯窗口 工程管理窗口 輸出信息窗口 8 軟件設(shè)計子程序模塊及流程圖 小車驅(qū)動模塊 小車 動力裝置 直流 電機 的 驅(qū)動 ， 使用 了 ST 公司生產(chǎn)的 L298 芯片 。 L298 驅(qū)動芯片 是一種 可以承受 高電壓和大電流電機的 驅(qū)動 芯片。此 驅(qū)動 芯片 主要 有以下幾個特點 ： a 該芯片使 用標(biāo)準 TTL 邏輯電平信號 作為 控制 信號 ； b 該芯片 擁 有兩個使能端，使其 可以在 不受輸入信號變化 的情況下 就 允許或禁止器件工作； c 該芯片有 一個邏輯電源輸入端，容許其 內(nèi)部 部分邏輯電路 可以 在低電壓 環(huán)境 下工作。 L298 芯片的引腳功能見表 21。 表 21 L298 引腳功能表 引腳 符號 功能 1 15 SENSING A SENSING B 此兩端與地連接電流檢測電阻，并向驅(qū)動芯片反饋檢測到的信號 2 3 OUT1 OUT2 此兩腳是連接負載的全橋式驅(qū)動器 A的兩個輸出端 4 Vs 電機驅(qū)動電源輸入端 5 7 IN 1 IN 2 全橋式驅(qū)動器 A開關(guān)的輸入控制端，采用標(biāo)準的 TTL邏輯電平信號。 6 11 ENABLE A ENABLE B 使能控制端 .輸入標(biāo)準 TTL邏輯電平信號；低電平時全橋式驅(qū)動器禁止工作。 8 GND 接地端，芯片本身的散熱片與 8腳相通 9 Vss 邏輯控制部分的電源輸人端口 10 12 IN 3 IN 4 全橋式驅(qū)動器 B開關(guān)的輸入控制端，采用 標(biāo)準的 TTL邏輯電平信號。 13 14 OUT 3 OUT 4 此兩腳是 連接負載的 全橋式驅(qū)動器 B的兩個輸出端 見表 22 電機轉(zhuǎn)動狀態(tài) 編碼我們將單片機 P2 口接在 L298 輸入口，由于驅(qū)動四個直流電機，我們使用兩個 L298 芯片，剛好用完一組 I/O(P2)口。通過控制 P2 口的輸出值與編碼值相匹配，控制四個電機的運動狀態(tài)，從而控制小車的運動狀態(tài)。 表 22 電機轉(zhuǎn)動狀態(tài)編碼 右 A 電機 右 B 電機 左 C 電機 左 D 電機 右 A電機 右 B電機 左 C電機 左 D電機 小車運行狀態(tài) IN A1 IN A2 IN B1 IN B2 IN C1 IN C2 IN D1 IN D2 1 0 1 0 1 0 1 0 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 直行 0 1 0 0 1 0 1 0 反轉(zhuǎn) 停 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 右急轉(zhuǎn) 0 0 0 0 1 0 1 0 停 停 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn) 1 0 1 0 0 1 0 0 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 停 左急轉(zhuǎn) 9 續(xù)表 22 電機轉(zhuǎn)動狀態(tài)編碼 IN A1 IN A2 IN B1 IN B2 IN C1 IN C2 IN D1 IN D2 右 A電機 右 B電機 左 C電機 左 D電機 小車運行狀態(tài) 1 0 1 0 0 0 0 0 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 停 停 左轉(zhuǎn) 0 1 0 1 0 1 0 1 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 倒車 0 1 0 1 0 0 0 0 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 停 停 左后倒 0 0 0 0 0 1 0 1 停 停 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 右后倒 對于電機的調(diào)速，本設(shè)計使用 STC12C5A60S2 單片機內(nèi)部 PWM 特殊寄存器生成 的 兩路PWM 進行 調(diào)速，其中一路控制左邊兩個電機，另一路控制右邊兩個電機。 PWM 控制小車車速的基本原理如下：通過調(diào)節(jié) PWM 波的占空 比 來調(diào)節(jié)直流電兩端的平均電壓，兩端的平均 電壓越高 則 車速越快。其中的占空比 為高電平所持續(xù)的時間 t 占整個周期 T 的比值。 根 據(jù) 編 碼 建 立 小 車運 動 狀 態(tài) 子 程 序開 始端 口 定 義配 置 PW M特 殊 寄 存器設(shè) 置 占 空 比調(diào) 運 小 車 運 動 子 程序結(jié) 束 圖 27 小車動作及調(diào)速 圖 27 小車動作及調(diào)速流程圖： 首先開始對與單片機相連的 P2 口進行 I/O 口定義，方便后面的操作。之后配置單片機自身的 PWM 特殊寄存器，使其與 L298 使能端相連的引腳可以輸出可控的 PWM 波，方便對車速的控制。然后，對小車可能用到的動作做進行預(yù)先的判斷，并 按表 22 電機轉(zhuǎn)動編碼 將這些 會出現(xiàn)的 動作 編成相對應(yīng)的 子函數(shù)，方便 之后 調(diào)用。 當(dāng)小車周圍出現(xiàn)障礙時，就可以與預(yù)設(shè)的情況進行匹配。通過更改 PWM 特殊寄存器的初值調(diào)整單片機的輸出 PWM 的占空比，從而達到改變車速， 再 調(diào)用相應(yīng)的動作 子函數(shù)，使小車實現(xiàn)躲避障礙物的功能。 10 超聲波測距模塊 本設(shè)計測距功能使用精度可達高到 3mm 的 HCSR04 超聲波測距 模塊，該 模塊 采用非接觸式測距，其測距范圍為 。該模塊主要由超聲波發(fā)射器，超聲波接收器和控制電路組成。 基本工作原理： a. 使用單片機的 I/O 口 給 TRIG 觸發(fā)引腳一個至 少 10μS 的高電平信號 。 b. 此 模塊 內(nèi)部會 自動生成 8 個 40KHz 的方波，作為響應(yīng)。發(fā)送出去后，開始檢測回響信號。 c. 當(dāng) 有 回響 信號返回 時 ，通過 單片機 I/O 口 檢測 ECHO 引腳輸出 高電平 所持續(xù)的時間T， T 也就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。 測量 距離 S=(T*聲速 (340M/S))/2。 實物圖如圖 28所示： 圖 28 超聲波實物引腳圖 如 圖 28 超聲波實物引腳圖 所示 ， VCC 接 5V 電源， GND 為地線， TRIG 為 觸發(fā)控制信號 的 輸入 端 ， ECHO 是 回響信號 的 輸出 接口 。 超聲波時序圖如圖 29 所示 ： 圖 29 超聲波驅(qū)動時序圖 由 圖 29 超聲波驅(qū)動時序圖 可以看出 首先 需要 單片機 提供一個 大約 10μs 的 脈沖 作為該模塊的 觸發(fā)信號， 此時 模塊內(nèi)部將 會生成 8 個 40KHz 的超聲波。當(dāng)單片機 檢測到有回波信號 后開始計時，回響信號的所持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。由此可以通過聲速計算出，該模塊到障礙物的距離。 11 將單片機 ,, ECHO， TRIG引腳。 驅(qū)動流程圖如圖 210 超聲波驅(qū)動流程圖 所示：