【正文】 其它功能部件。凌陽公司推出的單片機有 8 位、 16 位共50多種不同的 IC 芯片型號及其產(chǎn)品，以適用不同的應(yīng)用領(lǐng)域，用戶可根據(jù)需要選擇相應(yīng)的單片機系統(tǒng)。凌陽單片機順應(yīng)了單片機技術(shù)的發(fā)展趨勢，其系統(tǒng)芯片具 有集成度高、數(shù) /模混合、功能全、低功耗、低電壓等特點。另外，凌陽單片機還增加了適合于 DSP 的某些特殊指令；其中 SPCE061A 單片機還嵌入了 LCD 控制 /驅(qū)動和雙音多頻發(fā)生器功能。 第 2 頁 共 52 頁 第一章 方案選擇及設(shè)計 精確定時法 這種方案主導(dǎo)思想是在對電動車直線、轉(zhuǎn)彎行駛速度以及行程的準確把握基礎(chǔ)上利用單片機定時來使電動車順利通過直道區(qū)、彎到區(qū)、障礙區(qū)并且最終到達車庫。 缺點 ：供電電壓不穩(wěn)定，易導(dǎo)致小車車速不穩(wěn)定，則距離不好控制；另外路線固定不變，不能應(yīng)對意外事件，而且想要準確跑完全程對于電動車的 起始位置、直線行進參數(shù)、轉(zhuǎn)彎半徑進行精密測量和計算，智能化差。 傳感器引導(dǎo)法 這種方法核心是單片機通過對傳感器信號檢測來控制制動電機和電機轉(zhuǎn)向的動作，智能化大大增強 ,可以用 圖 11形象的表示出來： 圖 11 我們把任務(wù)分為了直道 + 彎道區(qū)、障礙區(qū)和停車區(qū)，劃分依據(jù)是：三個部分所用到的感應(yīng)器不同，實現(xiàn)方法也存在差別。 直道 + 彎道區(qū)主要用黑白檢測光電傳感器和金屬探測接近開關(guān)。 障礙區(qū)則是用到了超聲波傳感器。（帶顯示） 停車區(qū)考慮車庫放置了光源，因此選擇了光電傳感器引導(dǎo)小車進入車庫。 比起前一種方案來說，這種方案應(yīng)用面更廣，也更接近實用化，智能化。重要的是單片機可以通過對感應(yīng)器信號的檢測來控制電機運作，從而大大提高了運行過 程中的實時性，準確性、使得電動車能夠輕松的完成整個過程。 綜上所述，本系統(tǒng)設(shè)計選用方案 。 第 3 頁 共 52 頁 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 設(shè)計并制作一個簡易智能電動車，其行駛路線示意圖如下： 行駛路線示意圖 系統(tǒng)總體方案基本要求 （ 1）電動車從起跑線出發(fā)（車體不得超過起跑線），沿引導(dǎo)線到達 B 點。在 “ 直道區(qū) ” 鋪設(shè)的白紙下 沿引導(dǎo)線 埋有 1~3 塊寬度為 15cm、長度不等的薄鐵片。電動車檢測到薄鐵片時需立即發(fā)出聲光指示信息，并實時存儲 、 顯示 在“直道區(qū)” 檢測到的薄鐵片數(shù)目。 （ 2）電動車 到達 B 點以后進入 “ 彎道區(qū) ” ， 沿 圓弧 引導(dǎo) 線到達 C 點（也可脫離圓弧 引導(dǎo) 線到達 C 點）。 C點下埋有邊長為 15cm 的正方形薄鐵片 ， 要求電動車到達 C 點檢測到 薄鐵 片后 在 C 點 處 停車 5秒， 停車期間 發(fā)出斷續(xù)的聲光信息。 （ 3）電動車在光源的引導(dǎo)下， 通過 障礙 區(qū)進入停車區(qū)并到達車庫 。電動車必須在兩個障礙物之間通過且不得與其接觸。 （ 4）電動車 完成上述任務(wù)后應(yīng)立即停車，但 全程行駛時間不 能 大于 90秒， 第 4 頁 共 52 頁 行駛時間達到 90秒時必須立即自動停車 。 系統(tǒng)總體方案發(fā)揮部分 （ 1） 電動車 在 “ 直道區(qū) ” 行駛過程中 ， 存儲并顯示每個薄鐵片（中心線）至 起跑線間的距離。 （ 2）電動車進入停車區(qū)域后，能進一步準確 駛?cè)胲噹熘校?要求電動車 的車身完全進入車庫。 （ 3）停車后， 能 準確 顯示電動車全程行駛時間 系統(tǒng)總體方案控制系統(tǒng) 根據(jù)題目設(shè)計要求該小車實際是一個自動控制系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)采用單片機實現(xiàn)是比較合適。凌陽 16 位單片機簡裝版（ 61板）價格低廉，開發(fā)叫為容易，界面友好，功能齊全。我們設(shè)計采用凌陽 61 板作為主控制部分。我們使用 61板接收傳感器信號處理，并根據(jù)傳感器信號控制電機運動。 系統(tǒng)總體方案執(zhí)行部件 自動車動力主要來自兩個電動機即驅(qū)動電機和方向電機 。由于該系統(tǒng)是從玩具電動車改變而來的，其電動機和變速系統(tǒng)已無法更換。故只能使用該玩具汽車自帶的兩個電動機。 系統(tǒng)總體方案功能模塊分劃 根據(jù)題目要求，系統(tǒng)可以劃分為幾個基本模塊，如圖 21所示。： 對各模塊的實現(xiàn)，分別有以下一些不同的設(shè)計方案： 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 第 5 頁 共 52 頁 第三章 系統(tǒng)硬件詳細設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)要求，硬件部分設(shè)計如下； 金屬片的計數(shù)并顯示，聲光報警。 檢測直道上每片金屬片中心到起點的距離，并記錄顯示每片的距離。 路程，速度的顯示。 小車運行時間的顯示。 硬件設(shè)置 硬 件以 SPCE061A 單片機 為核心，完成對信號的收集處理工作，達到對小車的運動控制。外圍采用 TTL 門電路 74 系列芯片和 LED完成對金屬片計數(shù)顯示，時間計時顯示，實際路程顯示，速度顯示等 。 輸入端口設(shè)置 我定 A 口為輸入接口， A 口主要接收傳感器信號，脈沖信號，停機信號等。見表 31 表 31 A 端口對應(yīng)輸入端表格 IOA00 IOA01 IOA02 IOA03 IOA04 IOA05 IOA06 IOA07 IOA08 IOA09 黑白傳感器 紅外傳感器 光傳感器 秒脈90秒停 第 4片金屬信號輸入 第 6 頁 共 52 頁 沖 機信號 h00 h02 h03 w01 w02 g01 g02 A端口 a00a09 全部為帶下拉電阻的輸入 Set_IOA_Dir(0x0000)。 Set_IOA_Attrib(0x0000)。 Set_IOA_Data(0x0000)。 金屬傳感器監(jiān)測電路 為了檢測小車下方的金屬片，加入對鐵片探測的金屬傳感器，所使用的金屬探測器是市面上賣的普通金屬探測器，在沒有金屬的情況下是 0U 輸出為低電平，在檢測到金屬時 0U 將與傳感器內(nèi)部斷開，因而加上一個上拉電阻，如圖 31所示，此時將輸出高電平。 圖 31 金屬傳感器簡圖 金屬片計數(shù) 金屬片計數(shù)電路，主要用金屬傳感器高電平有效，低電平無效的特性。與74161 計數(shù)器配合使用，金屬傳感器的感應(yīng)信號輸入 74161 的 CP端， CP端為上升沿有效，當通過金屬片時，計數(shù)器 +1并通過 7448 譯碼器顯示出計數(shù)結(jié)果。圖32 為金屬計數(shù)電路的電路圖。 圖 32 金屬片計數(shù)電路 當計數(shù)器到達 4的時候 ，對 IOA9 輸入高電平。 0U 5v 金屬傳感器 藍線 第 7 頁 共 52 頁 紅外線傳感器電路檢測電路 紅外線傳感器是檢測小車前方是否有障礙物。我所使用的紅外傳感器為市面上賣得普通傳感器，有效距離為 cm20 。在無障礙物的情況下 0U 為低電平輸出。若有障礙物出現(xiàn)在傳感器前方 0U 為高電平輸出。 圖 33 紅外線傳感器簡圖 紅外傳感器為路障傳感器，在小車行駛過程中在小 車的正前方會出現(xiàn)兩個長 cm50 路障。分別出現(xiàn)在小車的正前方，和左前方。假設(shè)紅外線的監(jiān)測范圍為lcm ，傳感器長 Lcm ，兩傳感器尾部接觸處沒有間隙。當小車正對障礙物的中心駛?cè)r，就能算出小車能探測出障礙物的夾角 )/()2/50(tan2 1 Ll ?? ?? ，如圖 34 所示。 圖 34 紅外線探測障礙物 ? 夾角為最優(yōu)夾角。傳感器 w01,w02 同時 探測到有障礙物時，小車后退拐彎，盡力繞過障礙物。若有任意一個傳感器監(jiān)測到障礙物時，小車低速轉(zhuǎn)彎，到傳感器無信號為止。 紅外線熱釋電探測器 對光譜中長波（紅外）敏感的器件。主要是利用輻射的紅外光（熱）照射材料時引起材料電學性質(zhì)發(fā)生變化或產(chǎn)生熱電動勢（如熱釋電探測器）原理制成的一類器件。 紅外線敏感器件按工作原理可分為量子型和熱電型兩大類，其量子型可直接把紅外光能轉(zhuǎn)換成電能，如對紅外線敏感的光敏電阻和 PN 結(jié)型光生伏特應(yīng)器件，他們能在低室溫下工作，靈敏度很高，影響速度快，但紅外光的波長相應(yīng)范 0U 5v 紅外線傳感器 藍線 第 8 頁 共 52 頁 圍窄，可用于 要干成像等方面。熱電型吸收紅外光線后變?yōu)闊崮?，使材料的溫度升高，電學性質(zhì)發(fā)生變化，人們利用這個現(xiàn)象制成了測量光輻射的器件。這類器件中應(yīng)用最為廣泛的就是紅外光敏釋電效應(yīng)器件。器件有較寬的紅外波長相應(yīng)范圍，且價格便宜，廣泛用于自動控制方面。 熱釋電效應(yīng)及器件由物理光學可知，光電射到材料上后一部分被吸收，且光強隨著透入材料的省督而指數(shù)衰減，距表面 x 處的光強表示為 axex ?? 0)( ?? 公式 31 式中 a 是吸收系數(shù)，也稱為相對衰減梯度，它與材料和光的波長有關(guān)； 0? 為照射到材料表面的強光。 一些陶瓷材料具有自發(fā)極化（如鐵電晶體）的特征，且其自發(fā)極化的大小在溫度有稍許變化時有很大的變化。在溫度長時間恒定時由自發(fā)極化產(chǎn)生的表面極化電荷數(shù)目一定，它吸附空氣中的電荷達到平 衡，并于吸附的存在于空氣中的符號相反的電荷產(chǎn)生中和；若溫度因吸收紅外光而升高時，極化強度會減少，使單位面積上極化電荷相應(yīng)減少，釋放一定量的吸附電荷；若與一個電阻連成回路，會形成電流 SI ，則電阻上可產(chǎn)生一定的壓降（ U? ），這種因溫度變化引起自發(fā)極化值變化的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。 為了使光照射引起整個材料的溫度易于達到熱平衡，一般采用陶瓷薄片。當連續(xù)光照達到熱平衡，即吸收等于放熱時溫度不再變化，那么不再釋放電荷，R上的壓降就變?yōu)榱?，即無信號輸出。因此熱釋電效應(yīng)只能探測輻射的變化。實驗證實，電阻上壓降的變化表示為 ： dtdTRSRdtdTdTdPSRdtdpSU ss ???????????? ? 公式 32 式中 S 為電極面積， dtdPs 為自發(fā)極化矢量隨時間的變化， dTdps 是熱釋電系數(shù) 第 9 頁 共 52 頁 dtdTKcmC ),10( 128 ??? ???是溫度對時間的變 化率，可以說是溫度的變化速度。 由于dtdT與紅外線強度的變化成正比，結(jié)合（ 32）式，可以得出輸出信號 U?正比于紅外線強度的變化。作為檢測用時將熱釋電元件粘在支座上，并用一個透紅外線單晶硅窗的金屬殼封裝。因為熱釋電元件為絕緣體， R 約為 ?1210 ，易引入外部噪音，用場效應(yīng)管進行阻抗交換和信號放大，所以一般將場效應(yīng)管輸入電阻一起裝入管殼內(nèi)。通常為了增加 熱釋電元件對紅外線等電磁波的吸收，在元件表面被覆一層黑化膜。 圖 35 紅外線探測器等效電路圖 計時器 采用 3片十進制芯片 74160 計數(shù)。計數(shù)器是對時間計數(shù)，當計數(shù)到 60 時應(yīng)該進位，同時對低位清零。因我用的是十進制計數(shù)芯片所以個位會自動清零，主要對 10 進制位，進行邏輯電路設(shè)計，改十進制計數(shù)器為六進制計數(shù)。當R C OC L R 1234 ????? 時就能實現(xiàn)這個功能。同時有控制信號 IOB7 控制脈沖的輸入。當時間計數(shù)到 1分 30秒時送 IOA08 高電平，作為停機信息。 第 10 頁 共 52 頁 輸出 IOB0~IOB6 為 SPCE061A 單片機 為單片機輸出控制端， IOB06 為秒脈沖控制口，當 06 口為高電平時脈沖通過。 表 32 IOB輸出口列表 IOB00 IOB01 IOB02 IOB03 IOB04 IOB05 IOB06 電機控制部分 脈沖控制 小車電機由 SPCE061A 單片機 控制。從 SPCE061A 單片機 的 B口輸出控制信號（高電平有效）。見表 32 電機的控制設(shè)計 如圖 36 所示行駛狀態(tài)控制電路，整個小車的行駛狀態(tài)由兩個電機控制 j2為控制左拐，右拐的電機， j1 為控制前進，后退及三檔 速度。小車電機由 SPCE061A單片機 控制。從 SPCE061A 單片機 的 B 口輸出控制信號（高電平有效）。見表 32 圖 36 電機控制 第 11 頁 共 52 頁 第四章 系統(tǒng)軟件功能設(shè)計 SPCE061A 單片機 SPCE061A 是繼 μ ’nSP?系列產(chǎn)品 SPCE500A 等之后凌陽科技推出的又一款 16 位結(jié)構(gòu)的微控制器。與 SPCE500A 不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能， SPCE061A 里只內(nèi)嵌 32K 字的閃存（ FLASH）。較高的處理速度使 μ ’nSP?能夠非常 容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。因此，與 SPCE500A 相比，以 μ ’nSP?為核心的 SPCE061A