【正文】 第 22 頁(yè) 共 47 頁(yè) 包括對(duì)液晶的配置和屏幕的初始顯示，以下這個(gè)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(duì)應(yīng)為轉(zhuǎn)換為字庫(kù)表中的索引值，然后寫到對(duì)應(yīng)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(shè)置 { Sent_Lcd(0xff)。 //是初始化液晶屏 DDRD amp。 While （ ju_ec） 。 //高位寄存器 計(jì)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(jī)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(cè)得的值 if(csb_data == 0xff) ult_scan = 1。 圖 51 主程序流程圖 第 19 頁(yè) 共 47 頁(yè) 圖 52 系統(tǒng)軟件模塊圖 主程序 主函數(shù)包含初始化和對(duì)壁障函數(shù)的輪詢： int main(void) { Machine_Init()。在單片機(jī)復(fù)位時(shí)硬件將設(shè)定的數(shù)值字節(jié)加載到 OSCCAL 寄存器上，自動(dòng)完成對(duì) RC 振蕩器的設(shè)定。手動(dòng)復(fù)位電路見下圖。 Mega16單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使 RST 引腳加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)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(dǎo)致輸出功率也會(huì)不相同，所以其產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力 F 也就自然不同了，這也將導(dǎo)致電機(jī)的速度不同。這個(gè)電壓可以通過調(diào)節(jié)脈沖的寬度來(lái)改變 [13]。 調(diào)速原理 在本次設(shè)計(jì)中，直流電機(jī)提供了主要的動(dòng)力，而改變電機(jī)速度的最好方法是改變其電壓，使電機(jī)的功率變化，從而改變電機(jī)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(gè)電機(jī)運(yùn)行。利用 LCD1602 液晶屏，用于顯示測(cè)量出來(lái)的距離。通過輸出不同脈寬的脈沖來(lái)控制直流電機(jī)的速度。 4 系統(tǒng)單元電路的設(shè)計(jì) 超聲波收發(fā)電路 要驅(qū)動(dòng)超聲波模塊 ， 首先利用單片機(jī)輸出一個(gè) 40kHz 觸發(fā)信號(hào)，把觸發(fā)信號(hào)通過TRIG 管腳輸入到超聲波模塊作為超聲波模塊的啟動(dòng)信號(hào)，然后由超聲波測(cè)發(fā)射器將向所對(duì)應(yīng)的方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射超聲波的同時(shí)單片機(jī)清零定時(shí)器計(jì)數(shù)寄存器，并開始計(jì)時(shí)。采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，專門用來(lái)顯示數(shù)字、符號(hào)、字母等的點(diǎn)陣型液晶模塊。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(shí)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 。 本模塊實(shí)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(yè) 共 47 頁(yè) 圖 32 US100 背面圖 接口說明 本模塊共有兩個(gè)接口，一個(gè)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(shí)為 UART（串口）模式，拔掉時(shí)為電平觸發(fā)模式。當(dāng)不需要改變速度時(shí)，將兩引腳接 5V電壓，使電機(jī)工作在最高速狀態(tài)，即可通過短接帽短接來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。 L298N 驅(qū)動(dòng)芯片 驅(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。 第 6 頁(yè) 共 47 頁(yè) 通過對(duì)比 兩種顯示方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)決定采用方案二。 本設(shè)計(jì)根據(jù) PWM 脈寬調(diào)制原理，電機(jī)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(shí)現(xiàn)的，它的優(yōu)點(diǎn)是電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)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(jiǎn)易且常用，顯示具有高亮、光衰弱少、可視距離遠(yuǎn)、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。 但此方案具有編程復(fù)雜，占用資源多，判別速度慢等缺點(diǎn)。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(qiáng)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(qiáng)弱，實(shí)現(xiàn)紅外線測(cè)距以及避障的功能。 避障模塊設(shè)計(jì)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(duì)容易，相對(duì)性能比較好。直流電機(jī)的特點(diǎn)是加上合適的電壓通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)即可進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)圈精度不高；步進(jìn)電機(jī)的工作方式與直流電機(jī)不同，通過脈沖控制電機(jī)按照節(jié)拍進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)電機(jī)不同轉(zhuǎn)動(dòng)的角度也各有差異，精確度高，但速度慢。而 AVR 單片機(jī)，由于采用的是精簡(jiǎn)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(jī)，特點(diǎn)是取指周期短，有可預(yù)取指令，實(shí)現(xiàn)于流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令。 總體設(shè)計(jì) 硬件電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通過采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，由 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊，超聲波避障、紅外線避障模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電源模塊，顯示模塊以及光報(bào)警模塊七部分組成。 本題目設(shè)計(jì)的是具有自動(dòng)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(huì)和工業(yè)的各個(gè)方面，例如：智能車在物流運(yùn)輸方面的應(yīng)用；智能車 在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用；智能車在社會(huì)生活中的應(yīng)用；智能車在智能運(yùn)輸系統(tǒng)上的應(yīng)用等等。 本次設(shè)計(jì)主要是利用 ATmega16 單片機(jī)，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(xì)化要求，本系統(tǒng)以 ATmega16 為核心控制器，主要由電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)上電復(fù)位、并且有看門狗和啟動(dòng)延時(shí)等功能，所以 ATmega16 單片機(jī)外圍電路相對(duì) AT89S52 簡(jiǎn)單，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。即不會(huì)對(duì)其他驅(qū)動(dòng)程序產(chǎn)生影響。故有兩種方案。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)并不受電壓波動(dòng)和負(fù)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(jìn)電機(jī)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(shí)間關(guān)系沒有添加溫度補(bǔ)償措施所以易受到環(huán)境中溫度的影響。而當(dāng)使用舵機(jī)帶動(dòng)探頭的方案時(shí)，通過掃描檢測(cè)到各個(gè)方向的障礙物，過單片機(jī)對(duì)各方向返回的數(shù)據(jù)通對(duì)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(jī)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(jī)通過對(duì)三個(gè)方向超聲波返回的測(cè)距數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，確定障礙物位置，再通過調(diào)節(jié)小車左右電機(jī)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(dāng)定時(shí)器定時(shí)到固定的 時(shí)間便產(chǎn)生中斷，將輸出電平取反，不斷循環(huán)計(jì)時(shí)便能產(chǎn)生穩(wěn)定的方波，不會(huì)因?yàn)槠渌绦虻难訒r(shí)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(wàn)次，同步進(jìn)行讀與寫的操作，擦寫壽命為十萬(wàn)次。 L298N 內(nèi)有兩個(gè) H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，能夠用來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載 [2]。 PWM信號(hào)端 A控制 M1調(diào)速， PWM信號(hào)端 B 第 7 頁(yè) 共 47 頁(yè) 控制 M2調(diào)速。 1 號(hào) Pin 接 VCC 電源（供電范圍 ~）。 光電檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)有精度高、反應(yīng)快、傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、非接觸可測(cè)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(dòng)的特點(diǎn) [4]。超聲波接口電路見圖41。在本模塊中，還增加了一個(gè)撥碼開關(guān)，這樣可以隨時(shí)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(shè)置一個(gè)偏壓，也就是液晶字顏色深度 ； R9 設(shè)置一個(gè)偏壓，設(shè)置液晶的背光亮度。因?yàn)殡?機(jī)有很大的電感，而根據(jù)電感的原理，在斷電瞬間會(huì)有和電源一樣的電勢(shì)。其 4個(gè)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(fù)雜，驅(qū)動(dòng)電路的輸入端也可以不用進(jìn)行光耦合隔離，將單片機(jī)引腳與其直接相連即可。 第 16 頁(yè) 共 47 頁(yè) 在利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車前進(jìn)時(shí)，小車的兩個(gè)直流電機(jī)都正轉(zhuǎn)；在其后退時(shí)，則其兩電機(jī)都反轉(zhuǎn)；在其左轉(zhuǎn)前進(jìn)時(shí)，則其左電機(jī)停轉(zhuǎn)而右電機(jī)正轉(zhuǎn)；在其右轉(zhuǎn)前進(jìn)時(shí)，則其右電機(jī)不轉(zhuǎn)而左電機(jī)正轉(zhuǎn)；在其進(jìn)入減速區(qū)時(shí)，可由單片機(jī)調(diào)制 PWM 的變頻實(shí)現(xiàn)調(diào)速，即通過軟件來(lái)改變輸出 PWM 脈沖波形的占空比，以實(shí)現(xiàn)調(diào)速。利用 LED 作為警示元件，于在三個(gè)傳感器位置處設(shè)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(huì)干擾到那個(gè)引腳，引起頻 繁觸發(fā)中斷。 第 17 頁(yè) 共 47 頁(yè) 圖 411 單片機(jī)復(fù) 位電路 單片機(jī)時(shí)鐘震蕩電路 本設(shè)計(jì)利用 ATmage16單片機(jī)內(nèi)置 RC 震蕩電路作為 8MHz 時(shí)鐘源，標(biāo)定的單片機(jī)片內(nèi)提供了固定的 、 、 的 RC 振蕩時(shí)鐘源。1%的精度，已足夠本設(shè)計(jì)的需求。 while(1) { Car_Void()。 //延時(shí)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(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)位的數(shù)字 Write_Com(0xcb)。 clr_rw。 Write_Com(0x80)。i 16。 csb_flag = 0。= ~0x01。 然后進(jìn)入 Data_Change()。 //分頻器設(shè)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(jī)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(wù)子程序完成對(duì)超聲波探測(cè)器產(chǎn)生的外部中斷進(jìn)行處理，如果超出預(yù)定的危險(xiǎn)距離就左轉(zhuǎn)進(jìn)行避障。選擇這個(gè)時(shí)鐘 ( 此時(shí)不能對(duì) CKOPT 進(jìn)行編程 ) 之后就無(wú)需配置外部晶振了。而其設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，只需將復(fù)位端口經(jīng)上拉電阻和按鍵與電源 GND 接通即可實(shí)現(xiàn)。無(wú)論是在單片機(jī)上電時(shí)，或者是發(fā)生故障后的情況下都要進(jìn)行復(fù)位操作。例如，在發(fā)光二極管的一端添加一個(gè)限流電阻可以有效減小流過發(fā)光二極