【正文】 各個(gè)紅外對管功能正常。燈亮表示紅外對管接收燈接收不到紅外反射光。開始初始化讀取無線模塊信號無線遙控模式判斷子程序電機(jī)控制模塊子程序圖46 主控制模塊主程序流程圖5 系統(tǒng)測試此模塊調(diào)試實(shí)現(xiàn)的功能是結(jié)合軟件共同實(shí)現(xiàn)，當(dāng)連接單片機(jī)與電機(jī)控制芯片的I/0加上一定的電平可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)左右轉(zhuǎn)向，前后轉(zhuǎn)向以及停止等功能，同時(shí)通過程序延時(shí)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速。0010b=0010?左轉(zhuǎn)YESNONONO圖45 無線遙控模式方向控制模式子程序流程圖主控制模塊主程序流程圖如圖46，主要用于小車的總體控制，組合各個(gè)子程序模塊，實(shí)現(xiàn)小車的功能整合。返回?zé)o線遙控模塊子程序初始化YES前進(jìn)b=aamp。當(dāng)a為其他值時(shí)，小車保持當(dāng)前模式。此子程序使用超再生簡易無線電遙控器接收發(fā)器，通過單片機(jī)讀取接收器解碼后的信息，通過無線信息控制小車的“動作”。此子程序利用漫反射型紅外線光電傳感器檢測前方障礙物（通過紅外避障模塊的電位器可以調(diào)節(jié)紅外傳感器的檢測距離）在定距（15cm）之內(nèi)便視為出現(xiàn)阻礙行動的障礙物，反之視為無阻礙行動的障礙物。 紅外循跡模塊子程序設(shè)計(jì)紅外循跡模塊子程序主要采集外部電路紅外對管的信號進(jìn)行編譯處理，以便判斷小車的下一步動作。當(dāng)接收指令0x02：小車后退，在前進(jìn)的基礎(chǔ)上改變方向信號。本設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括電動機(jī)控制程序設(shè)計(jì)、循跡模塊程序設(shè)計(jì)、避障模塊程序設(shè)計(jì)和無線遙控程序設(shè)計(jì)。軟件作為系統(tǒng)的靈魂，構(gòu)筑在硬件平臺上，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。R6為VT3的負(fù)載電阻，從 、經(jīng)C8耦合，并由VDVD2倍壓整流和C12濾波后控制VT4導(dǎo)通使繼電器J吸合[15]。這個(gè)超噪聲從電阻 R2的上端輸出，經(jīng)DZL濾去高頻成分后得到約14mV的噪聲電壓。在振蕩建立的過程中，揩振回路LC4中的高頻電流經(jīng)過C5和VT1的極間電容向 C6充電，C6上的電壓逐漸增高，這個(gè)電壓作為VT1的反向偏置電壓加在其發(fā)射結(jié)上，使VT1的直流工作點(diǎn)迅速下移，造成高頻振蕩減弱。當(dāng)振蕩電流流經(jīng)L1時(shí)，由于互感作用，將高頻振蕩信號耦合至L2，并由天線向空中發(fā)射[14]。 超再生簡易無線電遙控器原理超再生簡易無線電遙控器，它采用不經(jīng)調(diào)制的等幅高頻信號作為遙控指令。而振蕩過程建立的快慢和間歇時(shí)間的長短，受接收信號的振幅控制。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況二者兼顧。而間歇振蕩又是在高頻振蕩的振蕩過程中產(chǎn)生的，反過來又控制著高頻振蕩器的振蕩和間歇。 低頻振蕩器產(chǎn)生的低頻調(diào)制波，一般為寬度一定的方波。當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，T截止，VCC通過RR2向電容C充電，上升到VCC/3時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平，如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到一個(gè)周期性的矩形波，由3腳輸出，再通過三極管9013驅(qū)動后由發(fā)射管發(fā)出并由接收模塊接收實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制。 避障模塊檢測電路本模塊主要有兩部分組成，38KHz的紅外發(fā)射模塊和接收比較模塊，采用38KHZ頻率段是能有效的排除可見光的干擾[10]，實(shí)現(xiàn)避障有效距離50CM左右，更好的完成對電機(jī)的控制。在該電路中，加比較器LM339的目的是使模擬量轉(zhuǎn)化為開關(guān)量，便于處理。將檢測到的信號送到單片機(jī)I/O口，當(dāng)I/O口檢測到的信號為高電平時(shí)，表明紅外光被地上的黑色引導(dǎo)線吸收了，表明小車處在黑色的引導(dǎo)線上；同理，當(dāng)I/O口檢測到的信號為低電平時(shí)，表明小車行駛在白色地面上。如圖34所示。具體驅(qū)動方式如下：當(dāng)使能端為高電平時(shí)，輸人端1N1（IN3）為高電平信號，IN2（IN4）為低電平信號時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；輸人端IN1（IN3）為低電平信號，IN2（IN4）為高電平信號時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；IN1（IN3）與IN2（IN4）相同時(shí)，電機(jī)快速停止。 L298工作原理L298是雙H高電壓大電流功率集成電路。直流電機(jī)得到的電壓波形如圖33所示。它的基本原理圖如圖32所示：圖32 電機(jī)驅(qū)動電路圖該驅(qū)動電路可以驅(qū)動兩路直流電機(jī)，使能端ENA、ENB為高電平時(shí)有效，： 電機(jī)驅(qū)動控制方式及直流電機(jī)狀態(tài)ENAIN1IN2直流電機(jī)狀態(tài)0XX停止100制動101正轉(zhuǎn)110反轉(zhuǎn)111制動若要對直流電機(jī)進(jìn)行PWM調(diào)速，需設(shè)置IN1和IN2，確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，然后對使能端輸出PWM脈沖，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。如圖31是較為常見的帶燒錄接口的單片機(jī)最小系統(tǒng)圖。其主要任務(wù)是在小車行走過程中不斷讀取傳感器采集到的數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，來控制小車行走。 總體設(shè)計(jì)框圖此系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制核心，處理執(zhí)行各個(gè)外部傳感器檢測得到的電平信號，其中外部信號有三部分得到：紅外對管循跡模塊，紅外避障模塊，和無線遙控模塊。接收機(jī)收到載有信息的無線電波接收，放大，解碼，得到原先的控制電信號，發(fā)送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而實(shí)現(xiàn)遙控功能。 遙控單元方案比較與選擇方案一：使用紅外遙控控制小車。方案三：采用超聲波傳感器探測障礙物。該傳感器能非常準(zhǔn)確地測出障礙物的存在，但價(jià)格高，處理復(fù)雜，不符合該設(shè)計(jì)的要求[5]。本設(shè)計(jì)采用方案二。方案二：采用反射式紅外光電傳感器。光敏電阻的阻值會隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。方案三：使用功率三極管組成的功率放大器控制電機(jī)。同時(shí)H型全橋式電路還可以保證進(jìn)行簡單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向控制，實(shí)現(xiàn)頻繁的快速啟動，制動和反轉(zhuǎn)，是現(xiàn)今一種廣泛采用的調(diào)速技術(shù)。而且單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。在滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的前提下，不僅要考慮系統(tǒng)的易用性，還要降低成本，使其經(jīng)濟(jì)實(shí)用，確保在開發(fā)出的同類產(chǎn)品中具有競爭優(yōu)勢。系統(tǒng)硬件方面設(shè)計(jì)包括：外圍電路的合理設(shè)計(jì)?？梢灶A(yù)計(jì)，我國飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)實(shí)力將為智能車輛的研究提供一個(gè)更加廣闊的前景。隨著ITS研究的興起，我國已形成一支ITS技術(shù)研究開發(fā)的技術(shù)專業(yè)隊(duì)伍。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用兩臺Sun10完成信息融合、路徑規(guī)劃，兩臺PC486完成路邊抽取識別和激光信息處理，8098單片機(jī)完成定位計(jì)算和車輛自動駕駛。而且大多數(shù)研究處在于針對某個(gè)單項(xiàng)技術(shù)研究的階段。荷蘭南部目前正在討論工業(yè)上利用這種系統(tǒng)的問題，政府正考慮已有的高速公路新建一條專用的車道，采用這種系統(tǒng)將貨物從鹿特丹運(yùn)往各地。這兩種車輛都配備了UBM視覺系統(tǒng)[3]。目前，智能車輛的發(fā)展正處于第三階段。在亞洲，日本于1996年成立了高速公路先進(jìn)巡航/輔助駕駛研究會，主要目的是研究自動車輛導(dǎo)航的方法，促進(jìn)日本智能車輛技術(shù)的整體進(jìn)步。隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和傳感技術(shù)的發(fā)展，智能車輛的研究不斷得到新的發(fā)展。它的發(fā)展歷程大體可以分成三個(gè)階段：第一階段：20世紀(jì)50年代是智能車輛研究的初始階段。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀智能車輛作為智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，是許多高新技術(shù)綜合集成的載體。一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)把機(jī)器人設(shè)計(jì)制作競賽作為創(chuàng)新教育的戰(zhàn)略手段。 研究的背景和意義隨著計(jì)算機(jī)，微電子技術(shù)的快速發(fā)展，智能化技術(shù)的開發(fā)越來越快，智能程度也越來越高，應(yīng)用的范圍也得到了極大的擴(kuò)展。小車具有以下幾個(gè)功能：循跡功能，能按照路面的黑色軌跡行駛；自動避障功能，小車在行駛過程中能識別障礙物，做到準(zhǔn)確無誤的躲避障礙物；無線遙控功能，通過超再生簡易接收發(fā)器來控制小車的運(yùn)行模式，以及獨(dú)立控制小車的移動方向。無人飛船，外星探測，智能化生產(chǎn)等等無不得益于機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。全國電子競賽與各省電子競賽幾乎每次都有智能小車方面的題目，全國各大高校也都重視該項(xiàng)目的研究，可見智能小車具有較大的研究意義。（1）國外智能車輛研究現(xiàn)狀國外智能車輛的研究歷史較長，始于上世紀(jì)50年代。早期研制AGVS的目的是為了提高倉庫運(yùn)輸?shù)淖詣踊剑瑧?yīng)用領(lǐng)域僅局限于倉庫內(nèi)的物品運(yùn)輸。在美洲，美國于1995年成立了國家自動高速公路系統(tǒng)聯(lián)盟（NAHSC），其目標(biāo)之一就是研究發(fā)展智能車輛的可能性，并促進(jìn)智能車輛技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化。最為突出的是，（Carnegie Mellon University）機(jī)器人研究所一共完成了Navlab系列的10臺自主車（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了顯著的成就[2]。1988年，在都靈的PROMRTHEUS項(xiàng)目第一次委員會會議上，智能車輛維塔（VITA,7t）進(jìn)行了展示，該車可以自動停車、行進(jìn)，并可以向后車傳送相關(guān)駕駛信息。荷蘭的Combi road系統(tǒng)，采用無人駕駛的車輛來往返運(yùn)輸貨物，它行駛的路面上采用了磁性導(dǎo)航參照物，并利用一個(gè)光陣列傳感器去探測障礙。（2）國內(nèi)智能車輛研究現(xiàn)狀相比于國外，我國開展智能車輛技術(shù)方面的研究起步較晚，開始于20世紀(jì)80年代。南京理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)、國防科技大學(xué)、該車裝有彩色攝像機(jī)、激光雷達(dá)、陀螺慣導(dǎo)定位等傳感器。目前，國內(nèi)的許多高校和科研院所都在進(jìn)行ITS關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備的研究。相信經(jīng)過相關(guān)領(lǐng)域的共同努力，我國ITS及智能車輛的技術(shù)水平一定會得到很大提高。選擇性價(jià)比最佳的器件來進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，采用模塊化的軟件設(shè)計(jì)方法，使程序結(jié)構(gòu)清晰，可讀性強(qiáng)。根據(jù)課題功能要求，本文采取以下研究步驟來實(shí)現(xiàn)：系統(tǒng)整體功能分析與可行性研究、劃分功能模塊、各功能模塊的電路原理設(shè)計(jì)、各功能模塊的軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試、系統(tǒng)整體電路與軟件調(diào)試。FPGA可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成于一塊芯片上，大大減小體積，提高了穩(wěn)定性。用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器，在控制領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，具有低電壓、低功耗、低價(jià)格、高性能、多功能、大存儲容量、較強(qiáng)的I/O功能以及較好的結(jié)構(gòu)兼容性等優(yōu)點(diǎn)，是小型控制系統(tǒng)的首選。通過PWM脈寬調(diào)制的方法，實(shí)現(xiàn)對小車速度的控制，這種調(diào)試方式的優(yōu)點(diǎn)是：調(diào)速特性優(yōu)良，調(diào)整平滑，調(diào)速范圍廣，能承受頻繁的負(fù)載沖擊。此方案的有點(diǎn)在于電路較為簡單，但其缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間較長，且易損壞，壽命短，可靠性低。 循跡單元方案比較與選擇方案一：采用光敏電阻組成的光敏探測器。但這種方案受光照影響較大，工作穩(wěn)定性高。反射性紅外光點(diǎn)傳感器的特點(diǎn)是尺寸小，使用方便，工作狀態(tài)穩(wěn)定，外圍電路簡單，因此本方案易于實(shí)現(xiàn)，可靠性高。根據(jù)上述要求，提出以下方案：方案一：采用激光傳感器探測障礙物。外界對紅外信號的干擾比較小，且易于實(shí)現(xiàn)，價(jià)格也比較便宜。綜合以上三種方案，決定選擇方案二，主要原因是方案二易于實(shí)現(xiàn)，電路簡單，而方案三電路較為復(fù)雜，且控制難度較大。無線遙控的發(fā)射機(jī)把控制的電信號先編碼，然后轉(zhuǎn)換成無線電波發(fā)送出去。另外，考慮到電機(jī)耗電量比較大，因此采用雙電源供電，對電機(jī)驅(qū)動電路與單片機(jī)以及其周邊電路分別獨(dú)立供電，這樣可以消除電機(jī)驅(qū)動造成的干擾，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。單片機(jī)控制系統(tǒng)循跡模塊無線控制避障模塊電機(jī)轉(zhuǎn)動電機(jī)驅(qū)動模塊圖21 總體設(shè)計(jì)框圖3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 最小系統(tǒng)電路本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)作為中央處理器。利用AT89S51的I/O端口對傳感器信號進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷監(jiān)控來控制步進(jìn)電機(jī)做出相應(yīng)的反映[7]。在本設(shè)計(jì)中電機(jī)驅(qū)動電路由集成驅(qū)動芯片L298構(gòu)成，并結(jié)合PWM波進(jìn)行調(diào)速。這種方法稱為脈沖寬度調(diào)制即PWM控制[8]。從而達(dá)到調(diào)速的目的。在此電路中（如圖32）L298連接保護(hù)電路根據(jù)單片機(jī)提供的邏輯電壓對電機(jī)進(jìn)行