【正文】 IA/IB）、和兩個(gè)輸出管腳 (OA/OB),兩個(gè)輸出管腳接，電機(jī)的兩極，而兩輸入管腳和單片機(jī)連接，從而控制電機(jī)的狀態(tài)。當(dāng) ~ 輸入為 1010 時(shí)，兩電機(jī)均處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)，此時(shí)小車表現(xiàn)為整體前進(jìn)；當(dāng) ~ 輸入為 0101時(shí)，兩電機(jī)均處于反轉(zhuǎn)模式，小車整體表現(xiàn)為后退。 傳輸開(kāi)始 8 位數(shù)據(jù) 傳輸結(jié)束 20 個(gè)脈沖 高位在前，低位在后 10 個(gè)脈沖 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 9 圖 紅外接收電路 3 腳接電源， 2 腳接地，一腳接單片機(jī)的 （外部中斷 0），當(dāng)有紅外信號(hào)輸入時(shí)， 1 腳解調(diào)之后將數(shù)據(jù)信息傳送給單片機(jī)引起單片機(jī)中斷，從而對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行解碼。一體化紅外接收頭HS0038 的 1 腳 GND 接電源地， 2 腳 VCC 接 +5V， 3 腳 OUT 為數(shù)據(jù)輸出（ TTL 電 平 ， 反 相 輸 出 ） ， 可 直 接 與 單 片 機(jī) 相 聯(lián) 。如圖 所示， A 是二進(jìn)制信號(hào)的編碼波形， B 是頻率為 38KHz(周期為 26us) 的連續(xù) 脈沖串， C 是經(jīng)調(diào)制后的間斷脈沖串（相當(dāng)于 C=AB），用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的波形。 紅外遙控由發(fā)送和接收兩個(gè)部分組成。因?yàn)樵?LG9110 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，成本低廉，操作起來(lái)方便，因此本設(shè)計(jì)控制器選用此方 案。 LG9110 被廣泛應(yīng)用于玩具汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、和開(kāi)關(guān)功率管等電路上。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選擇 方案一：采用 L298N L298N 為 SGSTHOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片 ( Dual FullBridge Driver ) ，內(nèi)部包含 4 信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相 和四相步進(jìn)電機(jī)的專用 驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)二相或 1 個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè) HBridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng) 46V、 2A 以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機(jī)的 IO 端口來(lái)提供模擬時(shí)序信號(hào)， 但在 智能小車 電路 中 單片機(jī) IO 端口的使用 匱乏?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 MSP430 使用的主頻相對(duì)較低，處理速度較慢，在 本系統(tǒng)中要使用 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制 ，對(duì) 管腳輸出 都有較高的要求。設(shè)計(jì)要求如下： ●具有單片機(jī)核心控制模塊； ●具有紅外遙控解碼模塊； ●具有電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 ； ●具有 路況檢測(cè) 模塊； ●具有光感模塊； ●具有聲控模塊； ●具有 七段數(shù)碼管顯示模塊 ； ●具有報(bào)警模塊； 設(shè)計(jì)方案論證 控制器選擇 方案一：采用 MSP430 單片機(jī) MSP430 是 德州儀器 (TI)的一種 RISC 混合信號(hào)處理器 ， MSP430 產(chǎn)品系列為電池供電測(cè)量應(yīng)用提供了最終解決方案。 為了適應(yīng) 智能控制 的發(fā)展在汽車智能化方向的發(fā)展要求，提出簡(jiǎn)易智能小車的構(gòu)想，目的在于：通過(guò)獨(dú)立設(shè)計(jì)并制作一輛具有簡(jiǎn)單智能化的簡(jiǎn)易小車，獲得項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)的能力，并掌握多通道多樣化傳感器綜合控制的方法?，F(xiàn)在國(guó)外的自動(dòng)控制和傳感器技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，特別是日本，比如日本本田制作的機(jī)器人，其仿人雙足行走已經(jīng)做得十分逼真，而且具有一定的學(xué)習(xí)能力，還據(jù)說(shuō)其智商已達(dá)到 6 歲兒童的水平。 使系統(tǒng)工作 處 于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的靈敏度。而 51 單片機(jī)是單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)，日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用。 本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用 AT89S51 作為控制核心， 與顯示器、驅(qū)動(dòng)電路等相結(jié)合的系統(tǒng)。 當(dāng)產(chǎn)生信號(hào)驅(qū)動(dòng)小車前進(jìn)時(shí)，通過(guò)尋跡模塊里的紅外對(duì)管是否尋到黑線產(chǎn)生的電平信號(hào)再返回到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)程序設(shè)計(jì)要求做出相應(yīng)的判斷送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 .控制小車讓其在黑線上實(shí)現(xiàn)前進(jìn)后退以及轉(zhuǎn)向。 作為機(jī)械行業(yè)的代表產(chǎn)品 — 汽車，其與電子信息產(chǎn)業(yè)的融合速度也顯著提高，呈現(xiàn)出兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：一是電子裝置占汽車整車（特別是轎車）的價(jià)值量比例逐步提高，汽車將由以機(jī)械產(chǎn)品為主向高級(jí)的機(jī)電一體化方向發(fā)展，汽車電子產(chǎn)業(yè) 也很有可能成為依托整車制造業(yè)和用車提升配置而快速成為新的增長(zhǎng)點(diǎn)；二是汽車開(kāi)始向電子化、多媒體化和智能化方向發(fā)展，使其不僅作為一種代步工具、同時(shí)能具有交通、娛樂(lè)、辦公和通訊等多種功能。所以立“智能循跡小車”一題作為嘗試。作為混合信號(hào)和數(shù)字技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者 ， TI 創(chuàng)新 生產(chǎn)的 MSP430， 使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠在保持獨(dú)一無(wú)二的低功率的同時(shí)同步連接至模擬信號(hào)、傳感器和數(shù)字組件。所以在本系統(tǒng)中使用 MSP430 不利于系統(tǒng)的控制。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S51 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解 決方案。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。該設(shè)計(jì)也不用于速度控制，相對(duì)來(lái)講 LG9110 成本基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 4 較低 。 方案 三 ：使用分立原件搭建電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 使用分立原件搭建電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路造價(jià)低廉，在大規(guī)模生產(chǎn)中使用廣泛。 路況檢測(cè)模塊 采用紅外發(fā)送接收探頭來(lái)檢測(cè)實(shí)時(shí)路況信息，并傳回單片機(jī)處理。發(fā)送部分由主芯片將待發(fā)的二進(jìn)制信號(hào)編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)，通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)紅外信號(hào)接收端普遍采用價(jià)格便宜，性能可靠的一體化紅外接收頭（如 HS0038，它接收紅外頻率為 38KHz，周期為 26us）接收紅外信號(hào)，它同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形，得到 TTL 電平的編碼信號(hào)，再送給單片機(jī)，經(jīng)單片 機(jī)解碼并執(zhí)行，去控制相關(guān)對(duì)象。圖 中 ，待發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)為 101。 圖 HS0038 解調(diào)出的波形 二進(jìn)制信號(hào)的解碼 二進(jìn)制信號(hào)的解碼由接收單片機(jī)來(lái)完成，它把紅外接收頭送來(lái)的二進(jìn)制編碼波形通過(guò)解碼，還原 出發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 模塊 在幾乎所有的遙控車大都采用了直流電機(jī)來(lái)控制小車的行為 ，直流電機(jī)有兩個(gè)控制端，通過(guò)改變輸入電平的 不同來(lái)改變電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn) 。當(dāng) ~ 輸入為 1001 以及 0110 時(shí)，一電機(jī)正轉(zhuǎn)，另一電機(jī)反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了左右轉(zhuǎn)向功能。 圖 為 L9110 的 硬件連接圖。筆者在該模塊中利用了簡(jiǎn)單、應(yīng)用也比較普遍的檢測(cè)方法 —— 紅外探測(cè)法。 尋跡模塊 所謂 尋 跡，就是我們建立一條 畫(huà)畫(huà)有彎曲黑線 的 白紙 跑道， 該智 利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。小車放在黑色跑道上時(shí)，打開(kāi)電源時(shí)，小車前端向下伸出的紅外線發(fā)射探頭發(fā)射紅外線，如果小車在黑線上，小車發(fā)出的紅外線 就遇到黑色時(shí)，不產(chǎn)生反射。 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 16 智能防撞報(bào)警 模塊 智能防撞報(bào)警是現(xiàn)代智能小車的一個(gè)非常有研究?jī)r(jià)值的課題，十分有現(xiàn)實(shí)意義。 同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，我們將 所有的模塊程序嵌入到遙控器中 ，這種嵌入式 主要是為了便于控制，且不占 CPU，因?yàn)檫b控模塊、尋跡模塊、以及避障模塊等都同時(shí)用到了實(shí)時(shí)檢測(cè)掃描，這樣不僅占用CPU，而且多個(gè)程序一塊運(yùn)行還會(huì)產(chǎn)生沖突。 程序框圖如圖 所 示 初始化檢測(cè)紅外遙控信號(hào)是收到紅外遙控信號(hào)否對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行解碼執(zhí)行相關(guān)功能 圖 整體程序框圖 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 19 紅外遙控解碼的實(shí)現(xiàn) 整個(gè)控制程序都嵌入到了遙控模塊這一單元里邊，所以紅外遙控的解碼是貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)的主線，起到了整個(gè)系統(tǒng)入口的作用。主程序用一個(gè) swich 函數(shù)來(lái)對(duì)相應(yīng)碼值進(jìn)行對(duì)應(yīng)函數(shù)的調(diào)用就可以了，比如按下了上鍵，則調(diào)用前進(jìn)函數(shù)來(lái)完成 小車前進(jìn)動(dòng)作。舉個(gè)例子，在編寫(xiě)前進(jìn)函數(shù)時(shí)，為了滿足小車前進(jìn)功能，只需將 — 賦值 1010 就可完成，其他左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)只是改變相應(yīng)— 的碼值則可實(shí)現(xiàn)。 要實(shí)現(xiàn)尋跡就必須清楚尋跡原理，在前面的技術(shù)介紹中，已經(jīng)介紹了他的原理。圖 為小車尋跡模塊的程序流程圖 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 22 圖 尋跡程序流程圖 小車防撞報(bào)警 主人命令開(kāi)啟防撞功能 時(shí)，小車主程序調(diào)用防撞報(bào)警函數(shù)，在防撞報(bào)警函數(shù)打開(kāi)時(shí)進(jìn)入實(shí)時(shí)檢測(cè) 腳，當(dāng)前方遇到懸崖或障礙物時(shí)，小車內(nèi)部防撞函數(shù)調(diào)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)函數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)小車行經(jīng)來(lái)避免掉入懸崖或撞擊障礙物 ，并觸發(fā)報(bào)警信號(hào)引起報(bào)警。 焊接完之后，還需對(duì)小車各個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試，以確保硬件的完好。小車上電之后將接收頭的 1 號(hào)管腳接上示波器， 然后一直按下遙控器上面的按鍵，觀察示波器上面波形，如果能夠發(fā)現(xiàn)有重復(fù)的高低脈沖，但看不清具體的脈沖寬度，則說(shuō)明紅外線能夠正常接收紅外信號(hào)。完成之后再燒電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序， 程序里邊在執(zhí)行完正轉(zhuǎn)之后設(shè)置一個(gè)延遲時(shí)間，燒寫(xiě)完程序之后再運(yùn)行小車，觀察小車前進(jìn)后退敏不敏捷，左右轉(zhuǎn)向弧度大小怎樣，如果不滿足自己要求，則可改變延遲時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)實(shí)現(xiàn)，不斷進(jìn)行調(diào)試。然后再次燒寫(xiě)尋跡和防撞報(bào)警程序，并自己建立邊緣為白色，跑道為黑色的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，觀察小車在自動(dòng)尋跡功能上是否能正常實(shí)現(xiàn) ，并觀察小車在彎曲跑道上的轉(zhuǎn)向弧度是否合理， 如果不合理則應(yīng)調(diào)節(jié)內(nèi)部延時(shí)間。對(duì)于我來(lái)說(shuō)這不僅僅是一次畢業(yè)設(shè)計(jì)，更重要 的是在過(guò)程中提高了我學(xué)習(xí)的能力、解決問(wèn)題的能力和實(shí)際工作的能力，這些技能和方法都會(huì)對(duì)將來(lái)的工作有很大的幫助。//0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 31 uchar code RecvData[]={0x07,0x0A,0x1B,0x1F,0x0C,0x0D,0x0E,0x00,0x0F,0x19}。 //定義運(yùn)行標(biāo)志位 bit EnableLight=0。 //定義 B1狀態(tài)標(biāo)志位 sbit IRState=P1^3。 //定義LeftIR 狀態(tài)標(biāo)志位 sbit RightIRState=P1^7。 //定義前方左側(cè)指示燈端口 sbit RightLed=P0^7。 //定義正前方紅外探頭 /*************完成紅外探頭端口定義 ***********/ sbit M1A=P0^0。 //定義電機(jī) 2 反向端口 /*************完成電機(jī)端口定義 ***************/ sbit B1=P0^4。 //定義紅外接收端口 /*********完成紅 外接收端口的定義 *************/ define ShowPort P2 //定義數(shù)碼管顯示端口 extern void ControlCar(uchar CarType)。 i++) {} //14mS 延時(shí) } } void Delay() //定義延時(shí)子程序 { uint DelayTime=30000。 //將電機(jī) 1 正向電平置低 M1B=0。 //關(guān)閉前方左側(cè)指示燈 RightLed=1。 //將電機(jī) 2 正向端口置高 ShowPort=LedShowData[1]。 //將電機(jī) 2 反向端口置高 ShowPort=LedShowData[2]。 //退出判斷 } case 3: //左轉(zhuǎn) //判斷是否是左轉(zhuǎn) { M1B=1。 //將前方左側(cè)指示燈置低 (亮 ) break。 //數(shù)碼管顯示右轉(zhuǎn)狀態(tài) RightLed=0。