【正文】 模塊七部分組成。 圖 11 系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖 2 方案論證 系統(tǒng)控制模塊設(shè)計方案論證 AT89S52 單片機與 ATmega16 單片機的選擇。 方案二： ATmega16 單片機，特點是取指周期短，有可預(yù)取指令，實現(xiàn)于流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令。 經(jīng)過比較，因為 AT89S52 單片機，具有位運算，能較方便的應(yīng)用 I/O 口。而 AVR 單片機，由于采用的是精簡指令集，其不支持位操作，但具有較高的效率，抗干擾性和可靠性。但缺點是 PWM 必須使用一個定時器，對于一般三輪車，要消耗兩個定時器。直流電機的特點是加上合適的電壓通過電機驅(qū)動即可進行轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)圈精度不高；步進電機的工作方式與直流電機不同，通過脈沖控制電機按照節(jié)拍進行轉(zhuǎn)動，根據(jù)電機不同轉(zhuǎn)動的角度也各有差異，精確度高，但速度慢。 方案一：直流電機 。此方案電路和控制都相對容易，相對性能比較好。具體差別見表 21。 避障模塊設(shè)計方案論證 超聲波傳感器與光電傳感器的選擇。但 它不受光照強弱和能見度的影響，能耗低、靈敏度高，即使在較復(fù)雜的環(huán)境內(nèi)也可以工作。紅外傳感器發(fā)光管發(fā)出具有可見光直線傳播、反射、折射等特性的紅外光，通常閾值的設(shè)定及判定模塊是由電壓比較器與可調(diào)電位器構(gòu)成的 [1]，由于接收管接收的光強根據(jù)反射物體的距離而變化，接收管的電壓與障礙物的距離成反比，通過判斷發(fā)射光的強弱，實現(xiàn)紅外線測距以及避障的功能。 舵機是以周期為 20ms、寬度從 ~ 的脈寬調(diào)制信號作為控制信號的，相對對應(yīng)舵盤的位置是 0~180 度，呈連續(xù)線性變化。 但此方案具有編程復(fù)雜，占用資源多，判別速度慢等缺點。但是考慮到 可 能會有 一發(fā)射端發(fā)射的超聲波 會 被另外一端的接收端接收的問題 ， 為了防止 3 對超聲波探頭信號的相互干擾，所以各個超聲波發(fā)送信號都要相互間隔，為了消除上一次發(fā)出的超聲波影響，兩次測量時間應(yīng)為 20ms，這就使小車的反應(yīng)變得非常遲鈍。數(shù)碼管簡易且常用，顯示具有高亮、光衰弱少、可視距離遠、壽命長的優(yōu)點。液晶顯示界面較為友好，成本較低，具有耗能少、 可同時顯示數(shù)據(jù)多、電路簡單、占用 I/O 口少、 PCB 布線簡單、控制指令簡單、編程簡單等優(yōu)點 [4]。 本設(shè)計根據(jù) PWM 脈寬調(diào)制原理，電機速度的改變是通過改變輸出方波的占空比使負(fù)載上的平均電流功率從零到百分之百變化而實現(xiàn)的，它的優(yōu)點是電源的輸出電壓在工作條件變化時能夠保持恒定，能量功率、能得到充分利用，電路的效率高。 電源模塊設(shè)計方案論證 第一種方案可以用雙電源， 和 5V 單獨供電，這樣具有很好的抗干擾能力，但是，成本很高，做出來的東西比較笨重。 第 6 頁 共 47 頁 通過對比 兩種顯示方案的優(yōu)缺點，本次設(shè)計決定采用方案二。同時 Flash、 EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程是由 SPI 接口實 現(xiàn)的。 L298N 驅(qū)動芯片 驅(qū)動芯片介紹 L298N 是 ST 公司開發(fā)的一種尺寸為 8cm 的采用 15 腳封裝、高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。 驅(qū)動芯片特點 L298N 驅(qū)動芯片具有信號指示、轉(zhuǎn)速可調(diào)抗干擾能力強、 PWM 平滑調(diào)速，可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)等特點，由于過電壓和過電流的保護， L298N 芯片驅(qū)動電機可以單獨控制兩臺直流電機，因此，對于本設(shè)計起到了至關(guān)重要的作用。當(dāng)不需要改變速度時，將兩引腳接 5V電壓，使電機工作在最高速狀態(tài)，即可通過短接帽短接來實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)。驅(qū)動器驅(qū)動直流電機方式見表 31。 本模塊實物圖的正面圖與背面圖如圖 3 32所示： 圖 31 US100正面圖 第 8 頁 共 47 頁 圖 32 US100 背面圖 接口說明 本模塊共有兩個接口，一個是模式選擇跳線接口，如圖 31所示，他的間距是 ，當(dāng)插上跳線帽時為 UART（串口）模式，拔掉時為電平觸發(fā)模式。 2 號 Pin 腳當(dāng)為UART 模式時，接外部電路 UART 的 TX 端；當(dāng)為電平觸發(fā)模式時，接外部電路的 Trig 端。設(shè) t 是通過傳感器發(fā)出超聲波到接收到超聲波脈沖所經(jīng)歷的時間， v 是超聲波在空氣中的傳播速度 ，則從傳感器到目標(biāo)物體的距離 S = vt /2 。光電傳感器可以檢測的方面有很多，非電量如光強度、光照度、輻射、測溫、氣體成分等直接引起光量的變化，還有通過轉(zhuǎn)化而成光量變化的，如表面粗糙度、零件直徑、速度、位移、加速度、振動、應(yīng)變，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等非電量。采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，專門用來顯示數(shù)字、符號、字母等的點陣型液晶模塊。 管腳功能 圖 34 LCD1602 管腳圖 LCD1602采用 16腳接口，其中 1腳 VSS 為電源地， 2腳 VCC 接 5V的正極電源。 4 系統(tǒng)單元電路的設(shè)計 超聲波收發(fā)電路 要驅(qū)動超聲波模塊 ， 首先利用單片機輸出一個 40kHz 觸發(fā)信號，把觸發(fā)信號通過TRIG 管腳輸入到超聲波模塊作為超聲波模塊的啟動信號，然后由超聲波測發(fā)射器將向所對應(yīng)的方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射超聲波的同時單片機清零定時器計數(shù)寄存器，并開始計時。 圖 41 超聲波接口電路 紅外線 收發(fā)電路 紅外線收發(fā)電路如圖 42 所示， R R6 為上拉電阻，起到限流的作用。通過輸出不同脈寬的脈沖來控制直流電機的速度。本模塊之所以采用單電源，考慮的就是小車的帶負(fù)載能力，通過試驗得知，小車運行時質(zhì)量越大，避障的可靠性越差，故不采用較可靠的雙電源電路 [12]。利用 LCD1602 液晶屏，用于顯示測量出來的距離。 圖 45 LCD1602 顯示電路 第 13 頁 共 47 頁 電機驅(qū)動電路 圖 46 電機驅(qū)動電路 本設(shè)計使用直流電機。 L298N 中有兩套 H 橋電路，有效地控制兩個電機運行。也就是說相當(dāng)于會給 L298N 內(nèi)的 MOS 管一個反向電壓，有可能擊穿，加了續(xù)流二極管的話會組成一個回路，就能消耗掉電感的能量，其他腳的則是根據(jù) L298N 的引腳定義連的 [12]。 L298 集成 H 橋芯片。 從電路中我們可以看出，如果開關(guān) A、 D 導(dǎo)通，那么電機的工作方向為正向轉(zhuǎn)動，如果開關(guān) B、 C 導(dǎo)通時，直流電機則為反向轉(zhuǎn)動。 調(diào)速原理 在本次設(shè)計中，直流電機提供了主要的動力，而改變電機速度的最好方法是改變其電壓，使電機的功率變化，從而改變電機的速度。 PWM 改變功率的方式是通過改變波形的占空比，也就是當(dāng)前供電時 間和斷電時間之比，而其幅值不變具體的實現(xiàn)是只改變其晶閘管的閉合時間，實現(xiàn)通過改變脈沖寬度來進行電壓的調(diào)制，最終實現(xiàn)調(diào)速。這個電壓可以通過調(diào)節(jié)脈沖的寬度來改變 [13]。 由于公式 F – f = ma，其中 F 為驅(qū)動力， f 為阻力，在兩者相等的情況下，加速度才可能為零，速度才不會變化。這就使得即便是同樣的 PWM 脈沖，由于其幅值的不同，導(dǎo)致輸出功率也會不相同，所以其產(chǎn)生的驅(qū)動力 F 也就自然不同了，這也將導(dǎo)致電機的速度不同。這些控制都是通過軟件編程來實現(xiàn)的。普通的發(fā)光二極管，工作電壓為~，工作電流為 10~30mA。若遇到障礙，則點亮對應(yīng)位置的 LED 以示警告。 Mega16單片機復(fù)位的條件是：必須使 RST 引腳加上持續(xù)兩個機器周期的連續(xù)低電平。在按下按鈕瞬間， RESET 端的電位與 GND 相同，只要保證 RESET為高電平的時間大于兩個機器周期，便能使單片機正常復(fù)位。手動復(fù)位電路見下圖。這些頻率都是在 5V、 25176。在單片機復(fù)位時硬件將設(shè)定的數(shù)值字節(jié)加載到 OSCCAL 寄存器上，自動完成對 RC 振蕩器的設(shè)定。內(nèi)部 RC 振蕩器頻率范圍見表 41。 圖 51 主程序流程圖 第 19 頁 共 47 頁 圖 52 系統(tǒng)軟件模塊圖 主程序 主函數(shù)包含初始化和對壁障函數(shù)的輪詢： int main(void) { Machine_Init()。 //輪詢實現(xiàn)壁障 } return 1。 //獲得超聲波測得的值 if(csb_data == 0xff) ult_scan = 1。 else uled_led_set 。amp。 !linf_scan amp。amp。 else if(ult_scan amp。 !rinf_scan) control_flag = 1。amp。 !linf_scan amp。amp。 else control_flag = 0。 //左電機為低電平 LIN2_clr。 //左電機為低電平 LIN2_set。 LIN2_clr。 LIN2_set。 寫指令是為了配置液晶的驅(qū)動方式： void Write_Com(uchar ) //LCD 寫指令 { _delay_ms(5)。 set_en。 set_rs。 _delay_ms(1)。 Write_Data(39。 Write_Data(39。 Write_Data(39。 //轉(zhuǎn)換成 LCD 能顯示的數(shù)值 temp[0] = data / 100。 Write_Data(temp[0] + 0x30)。 Write_Data(temp[2] + 0x30)。 clr_en。 _delay_ms(10)。 _delay_ms(20)。i++) Write_Data(table[i])。i++) Write_Data(table2[i])。 temp = TCNT1。 } else { csb_data = temp。 } TCNT1 = 0x0000。 DDRD |= 0x02。 //高位寄存器 計算公式： foc0 = fclk / (2 N (1 + OCR1)) TCNT1L = 0x00。函數(shù)值轉(zhuǎn)換， te。 While （ ju_ec） 。 //對超聲波模塊接口的定義 TCCR1B |= 0x05。 //是初始化液晶屏 DDRD amp。 //LCD 顯示 if(temp = 15 || temp == 0) csb_flag = 0。 //轉(zhuǎn)換成距離 if(temp = 200) //閾值設(shè)置 { Sent_Lcd(0xff)。 void Data_Change(void) //數(shù)值轉(zhuǎn)換 { unsigned int temp。 for(i = 0。 for(i = 0。 _delay_ms(10)。 _delay_ms(10)。 DDRC =0xff。 //定義數(shù)據(jù)應(yīng)寫的位置 Write_Data(temp[1] + 0x30)。 temp[2] = data % 10。)。)。)。 } 第 22 頁 共 47 頁 包括對液晶的配置和屏幕的初始顯示，以下這個是寫數(shù)據(jù)用的函 數(shù)，如果超聲波的值為 0xff 那么直接在顯示數(shù)據(jù)的位置全部顯示 ― ‖，如果不是，則取對應(yīng)為轉(zhuǎn)換為字庫表中的索引值，然后寫到對應(yīng)位置。 _delay_ms(1)。 clr_en。 PORTC = 。 顯示子程序 這里是初始的屏幕顯示，屏幕是 16 2的顯示： const uchar table[] = Avoidance Car 。 RIN2_clr。 RIN2_set。 //右 電機為低電平 RIN2_set。 //右 電機為低電平 RIN2_clr。amp。 !rinf_scan) control_flag = 1。 else if(ult_scan amp。amp。 linf_scan amp。amp。 rinf_scan) control_flag = 2。 else if(ult_scan amp。amp。 第 20 頁 共 47 頁 _delay_ms(60)。 //這三變量分別為超聲波 ， 左紅外 ， 右紅外的狀態(tài)變量 uchar control_flag = 0,back_flag = 0。 //超聲波初始化 _delay_ms(10)。主程序流程圖如圖 51 所示；系統(tǒng)軟件模塊圖如圖 52 所示。C 和頻率為 MHz 時，這種標(biāo)定可以提供標(biāo)稱頻率 177。這個時鐘可以用作系統(tǒng)時鐘，只要按照 Table 9對熔絲位 CKSEL 進行配置即可。如果復(fù)位，只需按圖 411中的 S2鍵，此時在 RESET 端產(chǎn)生復(fù)位電平，持續(xù)兩個機器周期后單片機即可復(fù)位。由于上電復(fù)位單片機已經(jīng)集成，本設(shè)計就只需設(shè)計利用按鍵進行手動復(fù)位的功能。單片機的復(fù)位電路如圖 411所示。 圖 410 光警示電路 單片機復(fù)位電路 單片機的復(fù)位是指使 CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件返回到一個確定的