【正文】 電壓平均值描述為： ， （）——通電時間；T——周期；——占空比；。圖31 單片機最小系統(tǒng)圖 電機驅(qū)動電路直流電機驅(qū)動電路使用H型全橋式驅(qū)動電路。最后把處理結(jié)果傳遞給小車電機，使小車做出正確的反應(yīng)。紅外遙控的發(fā)射電路是采用紅外發(fā)光二極管來發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波；紅外接收電路由紅外接收二極管、三極管組成，它們將紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，再送后置放大器后發(fā)送到單片機進行數(shù)據(jù)分析。方案二：采用紅外線避障傳感器。利用紅外線在不同顏色的物體表面上具有不同的反射特性，小車在行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到非黑色地面時發(fā)生漫反射，反射光被接收管接收，當遇到黑色物質(zhì)是，紅外光被吸收，接收管接收不到紅外光[4]。使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制電機的電路結(jié)構(gòu)與原來簡單，成本較低，加速能力強，但其功率損耗大，特別當?shù)退俅筠D(zhuǎn)距運動時，通過電阻的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大，不利于小車的長時間運行。本系統(tǒng)屬于小型控制系統(tǒng)，用單片機作為控制芯片非常合適，因此采用方案二。2 系統(tǒng)方案設(shè)計 方案比較與選擇根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求來選擇符合要求的器件類型以及控制模式，本章主要討論核心控制單元，電機驅(qū)動單元，循跡單元，避障單元，測距單元和遙控單元方案的比較與選擇。我們要結(jié)合我國國情，在某一方面或某些方面，對智能車進行深入細致的研究，為它今后的發(fā)展及實際應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。其體系結(jié)構(gòu)以水平式結(jié)構(gòu)為主，采用傳統(tǒng)的“感知—建?！?guī)劃—執(zhí)行”算法，其直線跟蹤速度達到20km/h，避障速度達到510km/h。日本大阪大學(xué)的研究：大阪大學(xué)的Shirai實驗室所研制的智能小車，采用了航位推測系統(tǒng)（Dead Reckoning System），分別利用旋轉(zhuǎn)編碼器和電位計來獲取智能小車的轉(zhuǎn)向角，從而完成了智能小車的定位。這一階段的研究成果代表了當前國外智能車輛的主要發(fā)展方向。第二階段：從80年代中后期開始，世界主要發(fā)達國家對智能車輛開展了卓有成效的研究。智能車輛駕駛是一種通用性術(shù)語，指全部或部分完成一項或多項駕駛?cè)蝿?wù)的綜合車輛技術(shù)。智能小車系統(tǒng)以迅猛發(fā)展的汽車電子技術(shù)為背景，涵蓋了電子，計算機，機械，傳感技術(shù)等多個學(xué)科。同時，當今機器人技術(shù)的發(fā)展日新月異，其應(yīng)用于考古，探測，國防等眾多領(lǐng)域。智能車輛的一個基本特征是在一定道路條件下實現(xiàn)全部或者部分的自動駕駛功能，下面簡單介紹國內(nèi)外智能小車研究的發(fā)展情況。在歐洲，普羅米修斯項目于1986年開始了在這個領(lǐng)域的探索。在世界科學(xué)界和工業(yè)設(shè)計界中，眾多的研究機構(gòu)研發(fā)的智能車輛具有代表性的有：德意志聯(lián)邦大學(xué)的研究：1985年，第一輛VaMoRs智能原型車輛在戶外高速公路上以100km/h的速度進行了測試，它使用了機器視覺來保證橫向和縱向的車輛控制。另外，斯特拉斯堡實驗中心、英國國防部門的研究、美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、奔馳公司、美國麻省理工學(xué)院、韓國理工大學(xué)對智能車輛也有較多的研究。智能車輛研究也是智能交通系統(tǒng)ITS的關(guān)鍵技術(shù)。 研究的內(nèi)容和方法本課題研究的內(nèi)容主要有以下幾個方面：根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，進行系統(tǒng)的硬件與軟件的整體設(shè)計。 核心控制單元方案比較與選擇方案一：采用FPGA編程控制器實現(xiàn)。 電機驅(qū)動單元方案比較與選擇方案一：采用H型PWM全橋式驅(qū)動電路。綜合以上三種方案的優(yōu)缺點，決定采用方案一。單片機可以根據(jù)是否接收到反射回來的紅外光來確定黑線的位置，從而控制小車按黑線軌跡行走。利用單片機來產(chǎn)生38KHz信號對紅外線發(fā)射管進行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管對反射回來信號進行解調(diào)，輸出比較電平。方案二：使用無線遙控控制小車。系統(tǒng)組成框圖如圖21所示：紅外對管循跡模塊使用四個紅外對管檢測地面的黑線，單片機通過四個紅外對管的高低電平變化控制小車的移動方向；紅外避障模塊將紅外避障傳感器固定于舵機之上，當檢查到前方固定距離（15CM）之內(nèi)出現(xiàn)障礙物是，單片機控制舵機左轉(zhuǎn)90度和右轉(zhuǎn)90度檢測小車左右兩邊的障礙物狀況，然后通過單片機運算得出最佳的運動方向；無線遙控模塊采用超再生簡易無線電遙控模塊將遙控器的遙控信息通過接收器傳送到單片機中，實現(xiàn)小車的功能模式轉(zhuǎn)換，小車的無線遙控，控制行走。這種驅(qū)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(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動。當電源電壓不變的情況下，電樞端電壓取決于占空比的大小，改變占空比就可以改變端電壓的平均值。 循跡探測電路循跡探測電路根據(jù)反射接收原理配置了一對紅外線發(fā)射、接收傳感器。圖34 循跡檢測電路電路中的可調(diào)電阻可調(diào)節(jié)靈敏度，以滿足小車在不同光度的環(huán)境中能夠?qū)ほE。通過555芯片組成多諧振蕩器，根據(jù)F=(R1+2*R2)*C設(shè)計出38KHZ方波信號[11]。如圖37所示。在無信號時，超噪聲電平很高，經(jīng)濾波放大后輸出噪聲電壓，該電壓可作為電路一種狀態(tài)的控制信號，使繼電器吸合或斷開[13]。該電路結(jié)構(gòu)簡單、使用元件少，調(diào)試容易。之后，C6經(jīng)R2放電，使VT1的發(fā)射結(jié)又獲得正向偏置，重新建立下一個振蕩過程，由此便形成了受間歇振蕩調(diào)制的高頻振蕩，這個間歇振蕩是由C6的充放電形成的，振蕩頻率約為120kHz左右[14]。這時，VT4截止，繼電器釋放。流程圖如圖41所示：右轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)停止后退前進開始初始化判斷是否收到指令？YESNO判斷指令模式0X050X040X030X020X01圖41 電機控制子程序流程圖當接收指令0x00：無數(shù)據(jù)，無PWM波，無方向信號。當紅外對管檢測到黑線時所在紅外對管輸出高電平，將信號進行處理編碼之后，判斷信號類型，當信號為：0100，1100，1000時單片機送出左轉(zhuǎn)信號；當信號為：0010，0011，0001時單片機送出右轉(zhuǎn)信號；當信號為：0110時單片機送出直走信號；當信號為：0000，1111時無任何動作。通過a的值來判斷小車下部所要運行的模式。1000b=1000?NOYESYESYESNOb=aamp。尋跡部分由四個紅外對管組成，分別調(diào)試其四路有效信號。. 無線遙控測試記錄表次數(shù)第一次第二次第三次按鍵ABCDABCDABCD動作前進右轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)后退前進右轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)后退前進右轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)后退測試結(jié)果正常正常正常正常正常正常正常正常正常正常正常正常通過對小車行動方向的無線遙控測試狀況表示，無效遙控功能正常。[7]蘇凱、劉慶國、陳國平，2003：《MCS51系列單片機系統(tǒng)原理與設(shè)計》，冶金工業(yè)出版社。[15] 謝自美，2009：《電子線路設(shè)計?實驗?測試》，華中科技大學(xué)出版社。sbit EN2=P2^3。 //模式控制標示符int speed_R=0。j120。 wuxian = sen_port。= 0xf0。 djkz=0。 for(i=0。 }}void djkz_right(){ int i。i1320。}/************TO interrupt********/void timer0(void) interrupt 1{ TH0=0xff。 } t_s++。 } else { IN1=0。 speed_L=m_L。 IN2=0。 TR0=0。 } djkz_middle()。delay1ms(300)。 //左轉(zhuǎn) case 0x07: motor(70,70),delay1ms(800)。 if(sensor_inp()==0x0f){motor(60,0)。 if(sensor_inp()==0x0f){motor(60,0)。 if(sensor_inp()==0x0f){motor(0,60)。 if(sensor_inp()==0x0f){motor(0,60)。 break。 case 0x40: motor(70,50)。 //退出該模式 default: break。 break。 EA=1。 while(1){ if(a==1) { wuxiankongzhimoshi()。 }}/********************************************************/void main(){ JDQ=1。break。 case 0x60: motor(0,0)。 } }//***********無線控遙控小車方向制代碼*****************//void WXKZFX(void){ switch( wuxian_inp()) { case 0x00: motor(0,0)。} break。} break。} break。} break。 //左轉(zhuǎn) break。 //右轉(zhuǎn) case 0x06: motor(70,60)。 TR0=1。 JDQ=1。 IN4=0。 IN4=0。 } //left motor if(m_L0) { IN3=1。 IN2=0。 t_s++。 j++。while(j70) //最右邊位置 { djkz=1。i++)。i1040。}/*********************舵機控制************************/void djkz_left(){ int i。= 0xf0。} /*******************循跡采樣***************/unsigned char sensor_inp(){ unsigned char sensor。（范圍－100~100）int speed_L=0。sbit IN4=P2^5。從課題的選擇、到具體的設(shè)計，無論在理論上還是在實踐中都給了我許多指導(dǎo)和幫助，使我得以改進和提高。[9]黃根生、周立青、張望先，2011：《全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽教材——基于TI器件設(shè)計方法》，電子工業(yè)出版社。通過這次設(shè)計不僅開拓了我的知識面，更提高了我發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，通過對電機的驅(qū)動電路、紅外避障和紅外循跡的設(shè)計和軟件算法設(shè)計，以及系統(tǒng)誤差的研究和分析，我對電機驅(qū)動芯片和紅外傳感器的工作原理和其應(yīng)用有了比較深刻的了解。燈亮表示紅外對管接收燈接收不到紅外反射光。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