【正文】 制的，結(jié)果調(diào)試發(fā)現(xiàn)有好多不確定因素，而且抗干擾能力差，就是一個(gè)超聲波傳感器的發(fā)射波可能作為另一個(gè)傳感器的接收器的接受信號(hào)，導(dǎo)致對(duì)具體距離的測(cè)量有誤，從而導(dǎo)致小車作出錯(cuò)誤的相應(yīng)，再次設(shè)計(jì)背下選用不同的傳感器進(jìn)行左右感知的光電開(kāi)關(guān)應(yīng)運(yùn)而生，在網(wǎng)上查閱相關(guān)的資料最后選用了E18D50NK，具有很強(qiáng)的距離感知能力，光電開(kāi)關(guān)左右各放一個(gè)而且呈現(xiàn)八字型擺放，抗干擾能力還是很強(qiáng)的。 對(duì)于其它基本功能的實(shí)現(xiàn)，傳感器對(duì)距離感知信號(hào)可由51單片機(jī)DIP40的，然后做數(shù)據(jù)處理。51單片機(jī)的程序開(kāi)發(fā)很方便，而且可用資源較多，完全具有開(kāi)發(fā)下位機(jī)的能力。 開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介 上位機(jī)程序?qū)儆贏ndroid應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。Android程序開(kāi)發(fā)環(huán)境目前比較流行的是Eclipse，這個(gè)軟件的功能強(qiáng)大，并且可以將不同版本的Android的API集成。本次設(shè)計(jì)上位機(jī)程序開(kāi)發(fā)用到的環(huán)境就是Eclipse。 下位機(jī)程序主要是51單片機(jī)的程序開(kāi)發(fā)。51單片機(jī)的開(kāi)發(fā)環(huán)境一般都是keil，本次開(kāi)發(fā)環(huán)境為keil uVision4，keil開(kāi)發(fā)51單片機(jī)程序時(shí)可以使用匯編或者C51語(yǔ)言，本次使用的是C51，因?yàn)閰R編程序需要了解不同單片機(jī)的指令集，而C51不需要，會(huì)更方便。第二章 舵機(jī)掃描測(cè)距與移動(dòng)控制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 舵機(jī)模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 舵機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介舵機(jī)又名伺服電機(jī)， 最早用于大型船舶上實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)向功能， 由于可以通過(guò)程序編程連續(xù)控制其轉(zhuǎn)動(dòng)角度，因此被廣泛設(shè)計(jì)應(yīng)用智能小車玩具以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向以及多控機(jī)器人各類關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)中。 圖21 舵機(jī)用于智能機(jī)器人本設(shè)計(jì)舵機(jī)是小車轉(zhuǎn)向帶動(dòng)超聲波掃描的控制機(jī)構(gòu)，具有體型小、力矩大、小車外部機(jī)械設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、小車穩(wěn)定性高等特點(diǎn)， 無(wú)論是在硬件小車設(shè)計(jì)還是軟件編程設(shè)計(jì)， 舵機(jī)設(shè)計(jì)是小車控制掃描部分重要的組成部分，圖 21 為舵機(jī)的外形圖。圖22 舵機(jī)外形圖 ： 一般來(lái)講，私服舵機(jī)主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成，舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)、直流電機(jī)、控制電路等，如圖 圖8 所示 圖23 舵機(jī)的組成示意圖 圖24 舵機(jī)組成私服舵機(jī)的輸入線總共有三條，如圖 25 所示，紅色信號(hào)線中間，是舵機(jī)電源線，一邊黑色的是舵機(jī)地線，這兩根供電線給舵機(jī)提供最基本的電保證，主要是小型電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)消耗。電源電壓有兩種規(guī)格，一種是 ，另一個(gè)是 ，分別有不同的轉(zhuǎn)矩標(biāo)準(zhǔn)，即輸出力矩大小不同， 對(duì)應(yīng)力矩的要大一些，更強(qiáng)勁一些，具體看應(yīng)用條件（本設(shè)計(jì)舵機(jī)用來(lái)帶動(dòng)超聲波來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)掃描，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的要求沒(méi)有那么高，）；另外一根信號(hào)線是控制信號(hào)線，F(xiàn)utaba 的一般為白色的，JR 的一般為桔黃色信號(hào)線。另外要值得注意的是，SANWA 的有些型號(hào)的舵機(jī)引線電源線在排線邊上而不是中間，使用的時(shí)候需要辨認(rèn)，不要搞錯(cuò)。但記住一般紅色為電源線，黑色為GDN地線，一般都是這樣設(shè)計(jì)的。下圖25為輸出線的實(shí)物圖和信號(hào)線的說(shuō)明： 圖 25 舵機(jī)的輸出線 舵機(jī)內(nèi)部控制電路板模塊接受來(lái)自信號(hào)線PWM的控制信號(hào)，控制小型電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)， 電機(jī)帶動(dòng)一系列的齒輪組，減速后傳動(dòng)至舵機(jī)輸出舵盤。私服舵機(jī)的輸出軸與位置反饋電位計(jì)是相連通的，私服舵盤轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，也帶動(dòng)位置反饋電位計(jì)變化，電位計(jì)同時(shí)將輸出一個(gè)模擬電壓信號(hào)到舵機(jī)控制電路板中，進(jìn)行負(fù)反饋?zhàn)饔茫?然后控制舵機(jī)電路板根據(jù)所在方位決定電機(jī)輸出轉(zhuǎn)齒轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和速度變化， 從而達(dá)到轉(zhuǎn)動(dòng)目標(biāo)的角度停止。 其一般工作流程為：控制信號(hào)輸入→控制電路板接受→導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)→齒輪組減速傳動(dòng)→導(dǎo)致舵盤轉(zhuǎn)動(dòng)→位置反饋電位計(jì)協(xié)調(diào)→控制電路板反饋?zhàn)饔?。最終達(dá)到轉(zhuǎn)動(dòng)某一個(gè)角度的目標(biāo)！市場(chǎng)上的私服舵機(jī)有塑料齒的、標(biāo)準(zhǔn)尺寸的、小尺寸的、金屬齒的、大尺寸的，另外還有很薄的標(biāo)準(zhǔn)尺寸舵機(jī)用在一些特殊的場(chǎng)合，及低重心的型號(hào)特殊型號(hào)。小舵機(jī)一般被稱為微型私服舵機(jī)，扭力都相對(duì)較小，市面上所見(jiàn)到的 ，，7g，9g 等私服舵機(jī)指的是私服舵機(jī)的重量分別是多少克重，相應(yīng)的體積和扭力也是逐漸增大的。微型私服舵機(jī)內(nèi)部大多數(shù)都是塑料齒的，9g 私服舵機(jī)有金屬齒的型號(hào)也有塑料齒型號(hào)的，扭力一般比塑料齒的要大些。型號(hào)為：futabaS3003和輝盛 MG995 是標(biāo)準(zhǔn)私服舵機(jī)，體積與標(biāo)準(zhǔn)的差不多， 但前者是塑料齒的， 后者金屬齒的， 兩者標(biāo)稱的扭力也差很多的。 春天 sr403p和Dynamixel AX12+是機(jī)械機(jī)器人專用私服舵機(jī)，不同的是前者是國(guó)產(chǎn)的，后者是韓國(guó)生產(chǎn)的，兩者都是金屬齒的標(biāo)稱扭力 都在13kg 以上，但前者國(guó)產(chǎn)只是改改樣子的模擬私服舵機(jī)，后者則是RS485 串口通信控制，具有位置反饋電路，而且還具有速度反饋功能與溫度反饋功能的數(shù)字私服舵機(jī)，兩者在性能以及價(jià)格上相差很大的。除了體積外，外形和扭力也有不同選擇，私服舵機(jī)的反應(yīng)速度以及虛位也要考慮進(jìn)去，一般私服舵機(jī)的標(biāo)稱反應(yīng)速度常見(jiàn)為 秒/60176。 秒/60176。，有些 好些的舵機(jī)有 秒/60176。等的，數(shù)值越小反應(yīng)就快。廠商所提供的私服舵機(jī)規(guī)格資料中， 一般都會(huì)包含有外形尺寸大小(mm)、 扭力(kg/cm)、 速度(秒/60176。)、測(cè)試供電電壓選擇(V)及私服舵機(jī)重量(g)等基本參考資料。扭力的基本單位是 kg/cm，意思是在擺臂長(zhǎng)度為 1 CM處時(shí)，能吊起多少公斤重的物體。這就是力臂大小的觀念，因此擺臂長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，就會(huì)導(dǎo)致扭力愈小。速度的單位一般是 sec/60176。，意思是舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 60176。所需要 的 作用時(shí) 間 。 電 壓 也會(huì) 直 接 影 響 舵 機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)的 性 能 ， 例如 Futaba S9001 在 、速度平均為 秒/60176。，在 時(shí)扭力平均為 、速度平均為 秒/60176。 。若無(wú)特別注明，JR 的私服舵機(jī)都是以 為供電測(cè)試電壓，F(xiàn)utaba 則是以 作為供電測(cè)試電壓。速度響應(yīng)快、扭力很大的舵機(jī)，除了價(jià)格貴外，還會(huì)伴隨著高耗電的特點(diǎn)。因此在使用高級(jí)的舵機(jī)時(shí)，一定必搭配高品質(zhì)的、高容量的好電池，能提供穩(wěn)定且充裕的電量。如今市面上的私服舵機(jī)魚龍混雜，總的來(lái)說(shuō)仿品不如正品好，便宜的不如貴的好，塑料齒的不如金屬齒的好，老的不如新的好，國(guó)內(nèi)的不如外國(guó)的好等等，大家不必過(guò)于追求極致根據(jù)自身的設(shè)計(jì)滿足要求即可，根據(jù)自身購(gòu)買力選擇夠用的就行了。 舵機(jī)控制原理及編程方法、供電說(shuō)明：常用私服舵機(jī)的額定工作電壓一般為 6V，可以使用 LM1117 等穩(wěn)壓芯片提供 6V 的電壓，如果為了簡(jiǎn)化硬件電路的設(shè)計(jì)直接使用 7805穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓5V 的供電影響也不是很大，但最好與單片機(jī)進(jìn)行分開(kāi)的供電，否則會(huì)造成單片機(jī)無(wú)法正常工作。因?yàn)樗椒鏅C(jī)啟動(dòng)電流很大會(huì)影響同一個(gè)電路中的電流變化！、 PWM信號(hào)連接說(shuō)明：一般來(lái)說(shuō)可以將私服舵機(jī)信號(hào)線連接至52單片機(jī)的任意引腳， 對(duì)于 52 單片機(jī)需通過(guò)定時(shí)器模塊輸出 PWM 才能進(jìn)行控制轉(zhuǎn)動(dòng)。但是如果連接電路像飛思卡爾之類的芯片那樣， 由于飛思卡爾內(nèi)部帶有 PWM 模塊控制， 可以直接輸出 PWM 信號(hào)大小， 此時(shí)應(yīng)將PWM信號(hào)線連于專用的 PWM 輸出引腳上。、控制原理 ： 舵機(jī)的控制信號(hào)周期為 S為 20MS 的脈寬調(diào)制 （ PWM ） 信號(hào) ， 其中脈沖寬度( ( 占空比) )從 , 與之相對(duì)應(yīng)的舵盤位置為 0 － 180 度 ， 呈線性的變化 。 即私服舵機(jī)控制轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) ， 需要給周期為 S 為20MS 的 PWM( 方波) ) 信號(hào)輸入 ， 改變脈沖寬度變化( ( 占空比) ) ，就可以改變其轉(zhuǎn)動(dòng)的角度 變化。下圖26即為對(duì)應(yīng)的PWM信號(hào)所對(duì)應(yīng)的相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。圖 26 舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角與輸入脈沖的關(guān)系、編程產(chǎn)生PWM信號(hào)的方法： 由于52單片機(jī)不像飛思卡爾那些更加高端的控制芯片有自己?jiǎn)为?dú)的引腳來(lái)專門產(chǎn)生PWM信號(hào)，所以52單片機(jī)只能通過(guò)定時(shí)器來(lái)模擬產(chǎn)生相應(yīng)的所需求的PWM信號(hào)，以下軟件編程定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)5MS的定時(shí)，每隔5MS產(chǎn)生一個(gè)中斷，通過(guò)中斷處理子函數(shù)編程控制達(dá)到PWM的產(chǎn)生！/* 定時(shí)器01初始化*/void TIM0init(void){ TMOD|=0x11。//定時(shí)器1工作方式1 (超聲波)，定時(shí)器0私服舵機(jī) TH1=0x00。 TL1=0x00。 TH0=0xff。 TL0=0xa3。//， ET1=1。 ET0=1。 EA=1。 TR0=1。//定時(shí)器開(kāi)始 IE=0x82。}中斷處理函數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)的PWM，其中定義單片機(jī)引腳sbit pwm=P0^2。//PWM信號(hào)輸出口，從而達(dá)到控制控制小車私服舵機(jī)轉(zhuǎn)向的目的！void Time1_Int() interrupt 1//舵機(jī){ TH0=0xff。 //定時(shí)器0高位重新賦值，因?yàn)槎〞r(shí)中斷溢出導(dǎo)致寄存器的值清零 TL0=0xa3。 //低位 if(countangle)// pwm=1。//確實(shí)小于，pwm輸出高電平 else pwm=0。//大于則輸出低電平 count=(count+1)。// count=count%40。//次數(shù)始終保持為40即保持周期為20ms}、舵機(jī) Futaba S3003使用說(shuō)明經(jīng)過(guò)對(duì)本設(shè)計(jì)的功能要求的評(píng)估采用Futaba S3003 型舵機(jī)，能很好的完成相關(guān)設(shè)計(jì)功能, 此舵機(jī)主要用于實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向功能 ， 如下圖27所示．圖27 舵機(jī)選用型號(hào)、舵機(jī)接線圖單片機(jī)圖28 實(shí)物連接圖 超聲波模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 超聲波模塊簡(jiǎn)介當(dāng)今社會(huì)超聲波的使用非常廣泛，超聲波測(cè)距也是應(yīng)用到了極致，海洋領(lǐng)域?qū)Τ暡ǖ膽?yīng)用大多數(shù)是通過(guò)超聲波測(cè)量海底深度等，汽車行業(yè)對(duì)超聲波的應(yīng)用也是相當(dāng)?shù)膹V泛的，利用超聲波測(cè)量前后車之間的距離，報(bào)警感知汽車的安全狀態(tài)等等！本次設(shè)計(jì)使用使用超聲波主要是用來(lái)對(duì)小車前方物體的感知，從而達(dá)到追蹤的目的。設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)想用3個(gè)超聲波模塊放在小車的前端用來(lái)對(duì)每一個(gè)方位的小車進(jìn)行控制，但是發(fā)現(xiàn)相互之間存在嚴(yán)重的干擾，最后只采用一個(gè)超聲波和2個(gè)紅外傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)最終的設(shè)計(jì)！首先來(lái)了解一下超聲波的具體工作原理和編程方法。 超聲波模塊引腳說(shuō)明本次設(shè)計(jì)提供的超聲波模塊 圖29 超聲波實(shí)物圖GND ： 電源負(fù)極 Trig ： 控制端接Echo ： 接收端 VCC ： 電源正極超聲波傳感器設(shè)計(jì)主要由發(fā)射器和接收器兩大部分組成 ，大家都知道超聲波在空氣中傳播的速度為 340m/s , 本設(shè)計(jì)只需要計(jì)算出從發(fā)射開(kāi)始到接收完成之間的時(shí)間差就可以通過(guò)計(jì)算算出距離。具體的作法為超聲波發(fā)射器向某個(gè)方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)計(jì)時(shí)開(kāi)始，超聲波在空氣中傳播過(guò)程中，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)一個(gè)波 ， 超聲波接收器一旦收到反射波就立即