【正文】 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，則取對應為轉(zhuǎn)換為字庫表中的索引值，然后寫到對應位置。)。 temp[2] = data % 10。 DDRC =0xff。 _delay_ms(10)。 for(i = 0。 //轉(zhuǎn)換成距離 if(temp = 200) //閾值設置 { Sent_Lcd(0xff)。 //是初始化液晶屏 DDRD amp。 While （ ju_ec） 。 //高位寄存器 計算公式： foc0 = fclk / (2 N (1 + OCR1)) TCNT1L = 0x00。 } TCNT1 = 0x0000。 temp = TCNT1。i++) Write_Data(table[i])。 _delay_ms(10)。 Write_Data(temp[2] + 0x30)。 //轉(zhuǎn)換成 LCD 能顯示的數(shù)值 temp[0] = data / 100。 Write_Data(39。 _delay_ms(1)。 set_en。 LIN2_set。 //左電機為低電平 LIN2_set。 else control_flag = 0。 !linf_scan amp。 !rinf_scan) control_flag = 1。amp。amp。 //獲得超聲波測得的值 if(csb_data == 0xff) ult_scan = 1。 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()。在單片機復位時硬件將設定的數(shù)值字節(jié)加載到 OSCCAL 寄存器上，自動完成對 RC 振蕩器的設定。手動復位電路見下圖。 Mega16單片機復位的條件是：必須使 RST 引腳加上持續(xù)兩個機器周期的連續(xù)低電平。普通的發(fā)光二極管，工作電壓為~，工作電流為 10~30mA。這就使得即便是同樣的 PWM 脈沖，由于其幅值的不同，導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，這也將導致電機的速度不同。這個電壓可以通過調(diào)節(jié)脈沖的寬度來改變 [13]。 調(diào)速原理 在本次設計中，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。 L298 集成 H 橋芯片。 L298N 中有兩套 H 橋電路，有效地控制兩個電機運行。利用 LCD1602 液晶屏，用于顯示測量出來的距離。通過輸出不同脈寬的脈沖來控制直流電機的速度。 4 系統(tǒng)單元電路的設計 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。采用標準的 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。設 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 ，則從傳感器到目標物體的距離 S = vt /2 。 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 ，當插上跳線帽時為 UART（串口）模式，拔掉時為電平觸發(fā)模式。當不需要改變速度時，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)。 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。 第 6 頁 共 47 頁 通過對比 兩種顯示方案的優(yōu)缺點，本次設計決定采用方案二。 本設計根據(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。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。 但此方案具有編程復雜，占用資源多，判別速度慢等缺點。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。 避障模塊設計方案論證 超聲波傳感器與光電傳感器的選擇。此方案電路和控制都相對容易，相對性能比較好。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。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。 方案二： ATmega16 單片機，特點是取指周期短，有可預取指令，實現(xiàn)于流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令。 總體設計 硬件電路系統(tǒng)的設計通過采用模塊化的設計方法，由 單片機最小系統(tǒng)模塊，超聲波避障、紅外線避障模塊，電機驅(qū)動，電源模塊，顯示模塊以及光報警模塊七部分組成。 本題目設計的是具有自動避障功能的智能小車。 Smart car in the application of social life. Hightech level rising in our country at the same time, industrial process automation is in constant propulsion, smart car can automatically take some measures to avoid obstacles, effectively avoid the happening of traffic accident, but also are widely used in the design of all kinds of toys and other products, greatly enriched people39?？梢哉f它已 日益 深入到社會和工業(yè)的各個方面，例如：智能車在物流運輸方面的應用；智能車 在軍事領(lǐng)域的應用；智能車在社會生活中的應用；智能車在智能運輸系統(tǒng)上的應用等等。 本次設計主要是利用 ATmega16 單片機，超聲波傳感器、紅外線傳感器和 L298N 完成避障小車的制作。 Ultrasound。通過細化要求，本系統(tǒng)以 ATmega16 為核心控制器，主要由電源模塊、電機驅(qū)動模塊、顯示模塊、避障模塊構(gòu)成。 系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖如圖 11 所示 。片內(nèi)集成多種頻率的 RC 振蕩器，能夠自動上電復位、并且有看門狗和啟動延時等功能，所以 ATmega16 單片機外圍電路相對 AT89S52 簡單，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。即不會對其他驅(qū)動程序產(chǎn)生影響。故有兩種方案。步進電機的轉(zhuǎn)動并不受電壓波動和負載變化以及溫度、氣壓等環(huán)境因素的影響，僅與控制脈沖有關(guān)，但步進電機的速度十分緩慢，且消耗 I/O 資源過多，不適合本作品。但由于時間關(guān)系沒有添加溫度補償措施所以易受到環(huán)境中溫度的影響。而當使用舵機帶動探頭的方案時，通過掃描檢測到各個方向的障礙物，過單片機對各方向返回的數(shù)據(jù)通對比，可以很好的分析出障礙物方向，通過調(diào)節(jié)小車兩側(cè)左右電機轉(zhuǎn)速差控制行駛方向?qū)崿F(xiàn)小車避障功能。因此，在小車的車身前端左、中、右三方向放置超聲波探頭，單片機通過對三個方向超聲波返回的測距數(shù)據(jù)進行對比分析，確定障礙物位置，再通過調(diào)節(jié)小車左右電機轉(zhuǎn)速差控制小車行駛方向?qū)崿F(xiàn)避障。 方案二：采用 LCD1602 液晶顯示。當定時器定時到固定的 時間便產(chǎn)生中斷，將輸出電平取反，不斷循環(huán)計時便能產(chǎn)生穩(wěn)定的方波，不會因為其他程序的延時而改變輸出頻率。 16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編 Flash，擦寫壽命為一萬次，同步進行讀與寫的操作，擦寫壽命為十萬次。 L298N 內(nèi)有兩個 H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，能夠用來驅(qū)動步進電動機和直流電動機、繼電器線圈等感性負載 [2]。 PWM信號端 A控制 M1調(diào)速， PWM信號端 B 第 7 頁 共 47 頁 控制 M2調(diào)速。 1 號 Pin 接 VCC 電源（供電范圍 ~）。 光電檢測方法的優(yōu)點有精度高、反應快、傳感器的結(jié)構(gòu)簡 單、非接觸可測參數(shù)多、形式靈活多樣等。具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動的特點 [4]。超聲波接口電路見圖41。在本模塊中，還增加了一個撥碼開關(guān)，這樣可以隨時關(guān)閉電源，以便調(diào)試。如圖 45 LCD1602 顯示電路所示，電阻 R8用于設置一個偏壓，也就是液晶字顏色深度 ； R9 設置一個偏壓，設置液晶的背光亮度。因為電 機有很大的電感，而根據(jù)電感的原理，在斷電瞬間會有和電源一樣的電勢。其 4個開關(guān)被稱為 ―橋臂 ‖。這種斷續(xù)供電的方式被我們稱為 ―PWM 脈寬調(diào)制 ‖。并且由于硬件電路上不復雜，驅(qū)動電路的輸入端也可以不用進行光耦合隔離，將單片機引腳與其直接相連即可。 第 16 頁 共 47 頁 在利用電機驅(qū)動小車前進時，小車的兩個直流電機都正轉(zhuǎn)；在其后退時，則其兩電機都反轉(zhuǎn)；在其左轉(zhuǎn)前進時，則其左電機停轉(zhuǎn)而右電機正轉(zhuǎn)；在其右轉(zhuǎn)前進時，則其右電機不轉(zhuǎn)而左電機正轉(zhuǎn)；在其進入減速區(qū)時，可由單片機調(diào)制 PWM 的變頻實現(xiàn)調(diào)速，即通過軟件來改變輸出 PWM 脈沖波形的占空比，以實現(xiàn)調(diào)速。利用 LED 作為警示元件，于在三個傳感器位置處設置。在圖中 R7為上拉電阻，可有效地防止外界干擾，不加的話，有可能會干擾到那個引腳，引起頻 繁觸發(fā)中斷。 第 17 頁 共 47 頁 圖 411 單片機復 位電路 單片機時鐘震蕩電路 本設計利用 ATmage16單片機內(nèi)置 RC 震蕩電路作為 8MHz 時鐘源，標定的單片機片內(nèi)提供了固定的 、 、 的 RC 振蕩時鐘源。1%的精度，已足夠本設計的需求。 while(1) { Car_Void()。 //延時以消除超聲波干擾 if(!ult_scan) uled_led_clr。amp。 rinf_scan) control_flag = 2。 linf_scan amp。 else if(!ult_scan amp。 LIN1_clr。 LIN1_set。 const uchar table2[] = Distance: 。 } 寫數(shù)據(jù)就是為了在屏幕上顯示對應的東西： void Write_Data(uchar data) //LCD 寫數(shù)據(jù) { _delay_ms(1)。 void Sent_Lcd(uchar data) //LCD 寫入距離值 { if(data == 0xff) { Write_Com(0xcb)。 Write_Com(0xce)。 //取對應位的數(shù)字 Write_Com(0xcb)。 clr_rw。 Write_Com(0x80)。i 16。 csb_flag = 0。= ~0x01。 然后進入 Data_Change()。 //分頻器設置 TCNT1H = 0x00。 else csb_flag = 0xff。 unsigned char csb_data。i 16。 Write_Com(0x0C)。 Write_Com(0xce)。 } else { uchar temp[3]。 Write_Com(0xcd)。 set_en。 _delay_ms(5)。 LIN1_clr。 //右 電機為高電平 LIN1_clr。 !rinf_scan) control_flag = 1。amp。amp。 else if(!ult_scan amp。 linf_scan amp。 Csb_Get()。其中：避障中斷服務子程序完成對超聲波探測器產(chǎn)生的外部中斷進行處理，如果超出預定的危險距離就左轉(zhuǎn)進行避障。選擇這個時鐘 ( 此時不能對 CKOPT 進行編程 ) 之后就無需配置外部晶振了。而其設計比較簡單，只需將復位端口經(jīng)上拉電阻和按鍵與電源 GND 接通即可實現(xiàn)。無論是在單片機上電時，或者是發(fā)生故障后的情況下都要進行復位操作。例如，在發(fā)光二極管的一端添加一個限流電阻可以有效減小流過發(fā)光二極