【正文】 黑線行駛，采用了兩個檢測器并行排列，左右方向都可以進行控制，控制精度得以提高。當小車在白色地面行駛時，裝在車下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線信號， 經(jīng)白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號，輸出低電平，經(jīng)LM306電壓比較器送單片機控制。從而達到測量里程的目的。二是系統(tǒng)配置，既要按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設備，如鍵盤顯示器﹑打印機﹑A/D﹑D/A轉換器等，又要設計合適的接口電路。但存儲量小，輸入輸出適配器簡單，功能較低。第3節(jié) 系統(tǒng)的硬件電路設計單片機（SCM）是單片微型計算機（Single Chip Microputer）的簡稱。這種驅動電路可以很方便實現(xiàn)直流電機的四象限運行，分別對應正轉、正轉制動、反轉、反轉制動。方案三、采用H型脈沖寬度調(diào)制（PWM）全橋式驅動電路。線性型驅動的電路結構和原理簡單，成本低，加速能力強，但功率損耗大，特別是低速大轉距運行時，通過電阻R的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大，對于小車的長時間運行不利。在齒輪箱中安裝透射式光電開關，測出變速齒輪的每秒轉速，用變速比和車輪周長計算出線速度，積分求行駛里程?；魻栐捎谒幕魻栃@著而得到實用和發(fā)展，被廣泛用于電流、磁場、位移、壓力等物理量的測量。故不予采用。另外，LCD在大小和形狀上更加靈活，接口簡單，不但可以顯示數(shù)字、字符，而且可以顯示漢字和圖形，因此在袖珍儀表、醫(yī)療儀器、分析儀器及低功耗便攜式儀器中，LCD已成為一種占主導地位的顯示器件【8】。方案二、采用LCD1602液晶顯示器。 顯示模塊方案一、采用LED數(shù)碼管顯示。當無光照射時，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流很小。該方案若采用方向性較強的光敏二極管作為光源定位器，要么是需要很多的器件，要么是難以檢測到光源的方向。因此超聲波檢測廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面[6]。這樣不但能準確完成測量，而且能避免電路的復雜性。方案一、采用激光傳感器探測障礙物。綜合考慮以上三種方案的優(yōu)越性，本設計選擇方案三。它除可以完成行程控制和限位保護外，還是一種非接觸型的檢測裝置，可用于檢測零件尺寸和測速等，也可用于變頻計數(shù)器、變頻脈沖發(fā)生器、液面控制和加工程序的自動銜接等。 方案二、采用根據(jù)電渦流原理自制的傳感器。所以本設計采用方案三。采用紅外線發(fā)射，外面可見光對接收信號的影響較小，再用射極輸出器對信號進行隔離。方案三、采用反射式紅外線光電傳感器。當光線照射到白線上面時，光線發(fā)射強烈，光線照射到黑線上面時，光線發(fā)射較弱。方案一、采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接收。 探測軌跡模塊 在本設計中，要求電動小車沿著路面的黑色軌道行駛。這樣必然帶來高成本、電路復雜等缺點。以AT89C51單片機為核心的控制電路，采用模塊化的設計方案，運用光電傳感器、金屬探測傳感器、超聲波傳感器組成不同的檢測電路，實現(xiàn)小車在行駛中自動尋跡、探測預埋金屬鐵片、躲避障礙物、測量里程等問題。如Intel公司發(fā)展的MCS51系列的新一代產(chǎn)品，如8ｘC1580C51FA/FB、80C51GA/GB、8ｘC458ｘC452,還包括了Philips、Siemens、ADM、Fujutsu、OKI、HarriaMetra、ATMEL等公司以80C51為核心推出的大量各具特色﹑與80C51兼容的單片機。 智能電動小車的設計依據(jù)在國內(nèi)外，智能化系統(tǒng)主要采用單片機作為控制核心。全國電子競賽和省內(nèi)電子競賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究。一些發(fā)達國家已把機器人制作比賽作為創(chuàng)新教育的戰(zhàn)略性手段。智能電動小車系統(tǒng)以迅猛發(fā)展的汽車電子為背景，涵蓋了控制、模式識別、傳感技術、電子、電氣、計算機、機械等多個學科。尤其是在足球機器人研究方面具有很好的發(fā)展前景；在考古方面也應用到了超聲波傳感器進行檢測。并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機進行處理，然后由單片機根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動小車的智能控制。智能電動小車就是其中的一個體現(xiàn)。設計者可以通過軟件編程實現(xiàn)它的行進、繞障、停止的精確控制以及檢測數(shù)據(jù)的存儲、顯示，無需人工干預。這種方案能實現(xiàn)對電動小車的運動狀態(tài)進行實時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足系統(tǒng)的各項要求。所以本設計與實際相結合，現(xiàn)實意義很強。主要由路徑識別、角度控制及車速控制等功能模塊組成[2]。如日本每年都要舉行諸如“NHK杯大學生機器人大賽”、“全日本機器人相撲大會”、“機器人足球賽”等各種類型的機器人制作比賽，參加者多數(shù)為學生，目的在于通過大賽全面培養(yǎng)學生的動手能力、創(chuàng)造能力、合作能力和進取精神，同時也普及智能機器人的知識。可見其研究意義很大。因此，單片機的發(fā)展將有助于智能化技術的開發(fā)。新一代的單片機的最主要的技術特點是向外部接口電路擴展，以實現(xiàn)Microputer完善的控制功能為己任，可連接一些外部接口功能單元如A/D、PWM、PCA(可編程計數(shù)器陣列)﹑WDT(監(jiān)視定時器)﹑高速I/O口、計數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機進行處理，然后由單片機根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動小車的智能化控制[3]。 智能車運行基本原理圖框圖方案二、采用各類數(shù)字電路來組成電動小車的控制系統(tǒng)。因此，本方案靈活性不高，效率低，不利于電動小車智能化的擴展。其探測路面黑線的基本原理：光線照射到路面并反射，由于黑線和白紙對光的反射系數(shù)不同，可以根據(jù)接收到的反射光強弱來判斷是否是黑線。由于光敏二極管受可見光的影響較大，穩(wěn)定性差，所以放棄該方案。因此光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發(fā)生明顯的變化。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點[4]。紅外線光電傳感器的特點是尺寸小、使用方便、工作狀態(tài)受溫度影響小。 檢測金屬鐵片模塊方案一、采用探測線圈和探測儀構成的金屬探測器。該傳感器取才方便，但難以調(diào)試，輸出信號也不可靠，成功率比較低，難以準確輸出傳感信息。當金屬檢測體接近開關的感應區(qū)域，開關就能無接觸，無壓力、無火花、迅速發(fā)出電氣指令，準確反應出運動機構的位置和行程，即使用于一般的行程控制。 避障模塊 考慮到在測障過程中小車車速及反應調(diào)向速度的限制，小車應在距障礙物40CM的范圍內(nèi)做出反應，這樣在順利繞過障礙物后，可尋找到最佳的位置和方向。該傳感器能非常準確地測出障礙物的存在，但價格高，處理復雜，不符合該設計的要求。同時，超聲波傳感器具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。智能電動小車應以準確、智能見優(yōu)，因此采用方案二。方案二、利用由光敏電阻組成的光控開關電路。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值（亮電阻）急劇減少，因此電路中電流迅速增加。在系統(tǒng)中要用到多只LED數(shù)碼管進行動態(tài)顯示即可達到要求。LCD廣泛應用于微型計算機控制系統(tǒng)中。因此，本設計采用方案二。方案二、采用開關式霍爾元件。同時，霍爾元件具有體積小，頻率響應寬度大，動態(tài)特性好，抗干擾能力強，對外圍電路要求簡單，使用壽命長，價格低廉等特點，安裝也較為方便【7】。但在齒輪箱中使用光電開關，要求有足夠的安裝位置，不能影響傳動機構的機械動作。方案二、采用繼電器控制電機。通過PWM脈寬調(diào)制的方法,實現(xiàn)對小車速度的控制。為了電路設計簡單，采用電機專用驅動芯片L298N，其驅動電流大，瞬時電流最高可達2A，為電機驅動專門設計，工作穩(wěn)定可靠。它是把中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時/計數(shù)器以及輸入輸出適配器都集成在一塊芯片上，構成一個完整的微型計算機。目前，單片機在民用和工業(yè)測控領域得到最廣泛的應用，早已深深地融入人們的生活中。本系統(tǒng)采用AT89C51單片機作為中央處理器。3．1 檢測軌跡電路 軌跡探測電路根據(jù)反射接收原理配置了一對紅外線發(fā)射、接收傳感器。當小車行駛到黑色引導線時，紅外線信號被黑色吸收后，光敏三極管截止，輸出高電平，從而實現(xiàn)了通過紅外線檢測信號的功能。在小車行走過程中，結合查詢方式，通過程序控制小車行走軌跡。從而保證小車沿黑線行駛。 檢測金屬片電路電感式接近開關由三大部分組成：LC振蕩器、開關電路及放大輸出電路。當外界的金屬性導電物體接近這一磁場，并到達感應區(qū)時，在金屬物體內(nèi)產(chǎn)生渦流效應，這個渦流反作用于接近開關，從而導致LC振蕩電路振蕩能力衰減，振幅變小，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，即稱之為阻尼現(xiàn)象。圖27 顯示電路 檢測金屬鐵片電路原理圖 檢測障礙物電路采用超聲波傳感器探測障礙物。作為超聲波傳感器的材料，主要為壓電晶體。該電路分為超聲發(fā)射電路，超聲接收電路和信號處理電路[12]。其各個引腳的功能如下：6腳為閥值端（TH），是上比較器的輸入。4腳為復位端（R），叫上低電平（ ）時可使輸出端為低電平。這個特殊的觸發(fā)器有兩個輸入端：閥值端（TH）可看成是置零端 R，高電平有效；觸發(fā)端（TR）可看成是置位端S，低電平有效。 等效的觸發(fā)器和它的功能真值表這個特殊的RS 觸發(fā)器工作原理：①兩個輸入端的觸發(fā)電平要求一高一低：置零端R即閥值端TH要求高電平，而置位端S即觸發(fā)端TR則要求低電平。（2）超聲波接收電路超聲波接收電路使用超聲波接收傳感器，當它接收到超聲波信號（為正弦波信號）后輸入到集成比較器LM393進行處理。LM2907N具有以下特點：① LM2907N進行頻率倍增時只需使用一個RC網(wǎng)絡；② 以地為參考點的轉速計（頻率）輸入可直接從輸入管腳接入；③ 運算放大器／比較器采用浮動三極管輸出；④ 最大50mA的輸出電流可驅動開關管、發(fā)光二極管等；⑤ 內(nèi)含的轉速計使用充電泵技術，對低紋波有頻率倍增功能；⑥ 比較器的滯后電壓為30mV利用這個特性可以抑制外界干擾；⑦ 輸出電壓與輸入頻率成正比，線性度典型值為177。內(nèi)部比較器的4腳電壓為Vop+輸入電壓，它是電阻R（51KΩ）上的電壓，這個電壓和頻率有關的。3．4 檢測光源電路利用光敏電阻阻值隨光強弱變化的特性組成光控開關電路，檢測光源。將檢測到的高低電平信號送單片機, 依此調(diào)整車頭方向, 使其沿光源方向行駛。其中: DM162液晶模塊(1)第1腳：VSS為地電源(2)第2腳：VDD接5V正電源(3)第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高。(6)第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。它由穩(wěn)壓器A、霍爾電勢發(fā)生器(即硅霍爾片)B、差分放大器C、施密特觸發(fā)器D和OC門輸出E五個基本部分組成[12]。兩次電壓的變換，霍耳開關就完成了一次開關動作。反之，亦然。將其送入單片機進行計數(shù)，假設為N,并設車輪的周長為L,通過S=N*L,就可以計算出小車在一段時間內(nèi)的距離。 H型全橋式驅動電路全橋式驅動電路的4只開關管都工作在斬波狀態(tài)，SS2為一組，SS4 為另一組，兩組的狀態(tài)互補，一組導通則另一組必須關斷。 電機工作狀態(tài)表狀態(tài)S1S2S3S4正轉1100反轉0011剎車1111滑行0000在本設計中用到電機驅動芯片L298N。Vcc接邏輯控制的電源。它是目標明確的智力活動。在單片機控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。把一個程序分成具有多個明確任務的程序模塊，分別編制、調(diào)試后再把它們連接在一起形成一個完整的程序，這樣的程序設計方法稱為模塊化程序設計。(3)程序的修改可局部化。在系統(tǒng)的程序設計中，主控模塊只負責根據(jù)消息調(diào)用相應模塊的處理函數(shù)，具體如何處理這些消息由各功能模塊中的對應程序決定。當接通電源時，小車啟動，同時LCD1602開始計時。最后通過光源的引導，停車。左邊光源 RIGHT_LAMP EQU 。1602數(shù)據(jù)端口 RS EQU RW EQU E EQU IN1 EQU IN2