【正文】 4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極其中VL為背光調(diào)節(jié)引腳，高電平時對比度最弱，反之最強。具有顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點。兩種工作方式都是根據(jù)電壓差來工作，單極性就是只有一端接PWM，另一端接GND。 PWM控制原理圖設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為Vm，設(shè)占空比為D=t/T,則電機的平均速度為[30]： Vd=Vm 電機驅(qū)動電路 驅(qū)動電路采用的是L298N驅(qū)動電路，： L298N驅(qū)動原理圖 L298N實物圖 電機驅(qū)動電路分析 L298N其內(nèi)部含有橋式電路，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載[10]；控制原理采用采邏輯電平信號進行控制具有ENA和ENB兩個使能控制端，在無信號信號影響的情況下只允許或禁止器件由一個電源信號輸入，在使用LN298的時候通常需要將8個二極管并聯(lián)到電路中，這8個二極管可做續(xù)流保護的作用，電機在斷電后由于慣性作用會產(chǎn)生有可能會發(fā)生自感，為了防止電源關(guān)閉時自感電壓擊穿開關(guān)元件，同時也是防止電機受外力作用運轉(zhuǎn)時發(fā)電造成芯片損壞。超聲波模塊在接收超聲波時存在能量轉(zhuǎn)化，當(dāng)超聲波接收到反射波后，聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，從而使單片機的停止計時。（2）傳感器能采集到超聲場的變化。驅(qū)動L298N的工具電壓為9V電壓，單片機、LCD、超聲波傳感器等的供電使用的是5V電壓，這也是圖中出現(xiàn)兩個輸出電壓的原因，這是前期調(diào)試用到的電路圖，到后期小車成型后巧妙的運用了L298N中的穩(wěn)壓芯片獲取5V電壓，因此只需要輸入9V電壓即可。在15單片機中因其內(nèi)部含有時鐘電路和復(fù)位電路，所以本次課題就不加入時鐘電路和復(fù)位電路。 ,。（3） 封裝比傳統(tǒng)的51小，本次課設(shè)用的15其封裝為QFN32(5m*5m)，將其引腳由排針引出來后也比傳統(tǒng)單片小的多。 STC15單片機簡介本次課題采用的STC15W4K系類單片機是STC公司生產(chǎn)的推出的新一代單時鐘周期/機器周期（1T）的單片機。小車核心控制器的選型以及測距傳感器的選型是本次課題的關(guān)鍵點，其關(guān)乎著本次課題的成功與否，因此在核心控制器以及測距傳感器的選型上應(yīng)該做出充分的論證。（3） 從視覺角度分析，LCD相對美觀，顯示也方便。在1602的字符寄存器中含有192個字符，除了平假名外其他的均是常用的字符。所謂的靜態(tài)顯示是指將數(shù)碼管的一端與單片機具有鎖存功能的IO口連接，當(dāng)給數(shù)碼管合適電平時數(shù)碼管點亮，只要一直給電平數(shù)碼段就會一直點亮。方案一：LED數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管一般有7段或者8段字段碼，每段字段碼其實就是一個發(fā)光二極管。其驅(qū)動直流電動機的方式與L298N相同。其輸出電流為2A，最高電流4A，最高工作電壓50V，可以驅(qū)動感性負載，如大功率直流電機，步進電機，線圈等感性負載[23]，特別是其輸入端可以與單片機直接相連，從而很方便地受單片機控制。（2） 透光式編碼器雖然易容機械震動的干擾，但是圓盤式安裝在直流電機的轉(zhuǎn)軸上的，幾乎不會產(chǎn)生太過劇烈的震動，因此這對于透光式編碼器不會產(chǎn)生干擾。投光器與反射面需適當(dāng)配置，通常兩者之間距離為515M。當(dāng)圓盤旋轉(zhuǎn)一周時記下此時發(fā)出的高電平數(shù)，在通過圓盤的周長就可以算出小車的轉(zhuǎn)速。根據(jù)編碼器的型號本文給出了兩種方案，并分析論述得出最終的方案。 綜合上面分析的原因，最終選定了超聲波傳感器為智能避障小車的測距傳感器。 通過分析和具體的實踐最終選定方案一的超聲波傳感器為測距傳感器，選用的原因如下。 方案二：紅外對管，紅外對管是一種十分常用的傳感器其集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器[21]，檢測范圍:380CM。通過查閱相關(guān)資論文中給出兩種種測距方案進行論述。 綜合了兩個方案的優(yōu)缺點之后，在主板的制作上最終采用了洞洞板的，但是前期的調(diào)試采用的是PCB電路板。用AD繪制電路圖的優(yōu)點在于軟件自帶檢測功能，可以檢查電路中的錯誤。除此之外15不用外加晶振而且其的封裝采用的是貼片式極大的節(jié)省了電路板的面積，普通的51單片機用的功能15都已經(jīng)具備，32個IO口的15單片機也足以滿足本次課設(shè)對單片機管腳的需求，加之15擁有與PWM波形相關(guān)的特殊功能寄存器[16]，為此最終選定了STC15單片機作為本次課題的核心控制器。 方案二：選用增強型51系列單片機，它比普通的51單片機多了一些外設(shè)，功能上更加豐富強大了，增大了ROM和RAM，運算速度是普通的51單片機的810倍，I/O口的驅(qū)動能力大概是20mA，8051系列的在10mA左右，增強型51系列單片機與嵌入式芯片如AVR、ARM等很像,但其內(nèi)部框架依舊是8051。第二方面就是小車在觸發(fā)中斷后立即執(zhí)行中斷程序，中斷程序中包含小車調(diào)速程序和報警程序。第四部分是顯示電路，這部分的電路在LCD模塊中會詳細的介紹。具體實現(xiàn)過程：硬件方面小車的主板最終選用的是洞洞板焊接，當(dāng)然小車的PCB板也有繪制，只是最終選型選擇的是洞洞板，洞洞板的連線是根據(jù)小車的原理圖連接的[12]。當(dāng)小車與障礙物的距離小于20cm這個給定值的時候，單片機執(zhí)行中斷函數(shù)，中斷小車正常的直行改為轉(zhuǎn)彎，同時小車的蜂鳴器發(fā)聲，二極管發(fā)光。聲報警選用常用的蜂鳴器即可，至于光報警則只需要一個普通的發(fā)光二級管，顯示部分則選用的是LCD液晶顯示。通過運用相關(guān)知識把單片機和超聲波模塊連接起來就成了這次課題的出發(fā)點[10]。軟件模塊包括：超聲測距波模塊、光電碼盤測速模塊、PWM調(diào)速、蜂鳴器模塊、液晶顯示模塊。接著就是化零為整，把各部分的硬件和軟件聯(lián)系到一起得出整體的電子系統(tǒng)[9]。因為本次設(shè)計的小車時兩輪驅(qū)動的小車，也沒有安裝舵機，所以小車的轉(zhuǎn)彎通過控制兩個車輪間的轉(zhuǎn)速差實現(xiàn)。其中較為常見的就是倒車輔助系統(tǒng)(Parking Assist System)，倒車輔助系統(tǒng)，通常是用顯示器以圖片的形式告知駕駛員汽車和障礙物的相對位置，消除駕駛員觀察不到的視野盲區(qū)，從而為駕駛者倒車泊車提供方便，消除安全隱患。智能汽車的功能和研究意義遠不止這些，人們只有通過不斷的探索和研究才能更好地發(fā)掘和利用智能汽車的價值。通過在手動駕駛的汽車上安裝智能控制器也能使汽車達到自動行駛的效果，從而極大緩解了汽車駕駛員長時間踩踏油門所帶來的疲勞，降低了因疲勞駕駛而引發(fā)交通事故的概率。2014年1月至10月，全國共發(fā)生道路交通事故426378起，造成87218人死亡、391752人受傷。汽車作為21世紀最為熱門的交通工具，其在全球的使用率達到一個較高的水平，為了滿足人們的需求，汽車在產(chǎn)量、種類上的劇增以及行駛速度的大大提升，然而由此帶來了很多問題，比如說交通擁堵、交通事故、環(huán)境污染以及能源浪費[1]。據(jù)有關(guān)專家統(tǒng)計，到21世紀初，汽車排放的尾氣占了大氣污染的30～60%。交通事故嚴重影響人們的家庭幸福，引發(fā)相關(guān)的社會問題，我國每年交通事故致死率一直位居世界首位，各級政府都相當(dāng)重視交通安全問題?；谶@樣的背景本次課題設(shè)計了一臺可以自動避障，自動減速的智能小車，小車采用STC15單片機來模擬智能汽車的智能控制器，可以說智能避障小車是未來智能汽車發(fā)展的一個雛形。 智能汽車是一種正在研制的，集成了智能控制器，執(zhí)行器和多種傳感器的高科技新型汽車。除了倒車輔助系統(tǒng)之外GPS定位系統(tǒng)是最廣為人知的行車輔助駕駛系統(tǒng)，GPS又稱為全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System GPS），是美國從20世紀70年代開始研制，于1994年全面建成，具有海、陸、空全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)[3]。課題研究的主要內(nèi)容：本次設(shè)計以超聲波避障為研究對象，以自動避障為核心控制功能。在劃分系統(tǒng)的各個子模塊前，需要掌握每個模塊的間的聯(lián)系，這樣在進行模塊組合的時候就相對的方便了。針對上述的各個軟件模塊和硬件模塊，本章將逐一對其選型方案進行論述。只有找準(zhǔn)了這個基本的出發(fā)點才能更好地的構(gòu)思超聲波小車的總體設(shè)計方案，下面是小車的總體設(shè)計方案。在搭建好各個模塊和調(diào)試好各部分程序之后小車應(yīng)該能按照以下的流程去運行：首先按下電源開關(guān)小車的電機運轉(zhuǎn)，此時的小車是不調(diào)速的，它的初始速度由程序中給定[11]。當(dāng)小車轉(zhuǎn)彎后超聲波檢測的距離5大于給定的40cm時，單片機退出報警中斷執(zhí)行主函數(shù)的程序，此時小車將正常行駛。主板包括幾個部分：第一部分就是供電部分，因為要驅(qū)動兩個5V的電機，需要一個供電路，同時加入穩(wěn)壓電路以保證電壓的穩(wěn)定。軟件方面也就是程序部分，軟件的思路也分為兩個部分：第一部分就是小車的主程序，主程序的中包含了定時器程序、超聲波采集程序、顯示程序。中斷是一個較為復(fù)雜的程序，中斷程序要涉及到中斷標(biāo)志和中斷優(yōu)先級問題[13]。 方案三：選用15系列單片機，該系類的單片機是STC最新推出的單片機，除了增大了ROM和RAM外。 目前電路圖的制作方式主要有兩種：第一種是繪制電路原理圖然后根據(jù)電路原理圖制作繪制PCB板，第二種就根據(jù)相關(guān)的電路知識在洞洞板上自行搭建電路圖，電路中的線路一般是用焊錫焊接出來的。 方案二：自行搭建洞洞板；洞洞板顧名思義就是有很多個小洞組成的板子，這種板子一般有塑料制成，在每個小洞的的周圍鍍上焊盤。 測距傳感器是本次課題的核心傳感器，測距傳感器的選用關(guān)乎到小車的實際避障和測距情況，因此測距傳感器的選型至關(guān)重要。 方案一：超聲波測距，超聲波測距的原理是利用聲反射的原理通過聲速傳播的時間來計算距離。因其安裝方便，價格低廉，操作簡單被應(yīng)用于各行各業(yè)。 （1）超聲波傳的抗干擾能力比紅外對管的強，小車在行駛過程中易受到可見光的干擾，降低了傳感器的精度。 測速模塊的選擇方案論證 測速模塊選用的的是光電編碼測速器，又稱光電碼盤。 方案一：透光式光電編碼器，透光式光電編碼器有兩個部分組成第一部分是一個帶有光柵的圓盤，在使用時這個圓盤被安裝在直流電機的轉(zhuǎn)軸上。例如：圓形旋轉(zhuǎn)物體半徑為R,碼線數(shù)為M，單位時間內(nèi)（1s）掃過N個碼線，則該旋轉(zhuǎn)體的速度為V=M/N*π*2R。當(dāng)被測軸旋轉(zhuǎn)時，光電元件接受脈動光照，并輸出相應(yīng)的電信號送人電子計數(shù)器，從而測量出被測軸的轉(zhuǎn)速[22]。智能車常用驅(qū)動有兩種：L298N和L293D。驅(qū)動直流電機時是通過控制IN1IN4四個輸入端的高低電平，只要有電平差就會驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)。 在綜合考慮后期的調(diào)試中可能要加入電機的正反轉(zhuǎn)或者，緊急停車系統(tǒng)，為此選用性能更加穩(wěn)定，但是價格相對貴的L298N驅(qū)動模塊。數(shù)碼管一般有兩種，一種是共陰極數(shù)碼，共陰極數(shù)碼就是將數(shù)碼管的一端接地，給高電平時數(shù)碼管點亮，反之則不點亮。動態(tài)掃描相對來說比較復(fù)雜，其原理就是將數(shù)碼管的位段碼和字段碼分別接在單片機的不同IO口上，由單片機控制位段碼和字段碼的顯示。用戶在使用字符時只需要調(diào)出相應(yīng)的字符代碼便可讓其顯示，操作是十分方便的。 1602模型圖 本章小結(jié) 本章主要論述了課題的總體思路和各個模塊的選型方案，以及在選型過程中會遇到的問題。 第三章 硬件電路設(shè)計 上文主要論述了小車的設(shè)計的整體思路和各個模塊的選型，關(guān)于小車的硬件電路也做了簡單的介紹。其代碼完全兼容傳統(tǒng)的51單片機，在Keil C的開發(fā)環(huán)境中，選擇Intel 8052 編譯，頭文件包含即可完成程序的編譯[26]。 引腳說明：引腳功能外接備注數(shù)據(jù)總線接口與LCD的D0D7口相接晶振接口/普通IO口其他IO口與傳統(tǒng)51差別不大下載器可用RS232或者USB轉(zhuǎn)TTL 特別管腳說明 STC15系列單片機的所有I/0口上電復(fù)位后均為準(zhǔn)雙向口/弱上拉模式,所以P1. 7/[27]。,[27]。 本次課題所采用的是電池盒供電，在滿電狀態(tài)下能為小車提供9V的電壓，下面具體分析一下小車的供電電路。超聲波傳感器是小車的核心傳感器，本次課題采用的傳感器為HCSR04超聲波測距模塊。 超聲波測距的原理超聲波測距的原理正是基于其物理基礎(chǔ)，當(dāng)超聲波模塊產(chǎn)生超聲波后，單片機的計時器開始計時。設(shè)超聲波的聲速為v，： S=t0/2 式（）P’ 所示： 超聲波主要組成部分序號簡介1供應(yīng)電能的脈沖發(fā)生器（發(fā)射電路）；2轉(zhuǎn)換電能為聲能，且將聲能透射到介質(zhì)中的發(fā)射傳感器；3接收反射聲能（回波）和轉(zhuǎn)換聲能為電信號的接收傳感器；4接收放大器可以使微弱的回聲放大到一定幅度，并使回聲激發(fā)記錄設(shè)備；5記錄/控制設(shè)備，通常控制發(fā)射到傳感器中的電能，并控制聲能脈沖發(fā)射到記。電路中L298N有4個輸出端，兩兩一組分別跟兩個直流電機的正負極相接，兩個使能控制端分別跟單片機的兩個PWM調(diào)速口連接。D （）式中：Vd表示電機的平均速度；Vm表示電機全通電時的最大速度；D=t/T表示占空比。而雙極性就是接2路PWM信號。字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD。RS為寄存器選擇引腳，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器、反之選中指令寄存器。序號指令R/SR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3