【正文】 ......................... 13 直流電機(jī) H 橋驅(qū)動(dòng)方案的選擇 .................................................................................. 14 調(diào)速原理 ............................................................................................................... 14 光警示電路 ...................................................................................................................... 16 單片機(jī)復(fù)位電路 .............................................................................................................. 16 單片機(jī)時(shí)鐘震蕩電路 ...................................................................................................... 17 5 軟件設(shè)計(jì) ..................................................................................................... 18 主程序 .............................................................................................................................. 19 避障子程序 ...................................................................................................................... 19 電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序 .............................................................................................................. 20 顯示子程序 ...................................................................................................................... 21 測量距離子程序 .............................................................................................................. 23 光警示子程序 .................................................................................................................. 24 6 調(diào)試與仿真 ................................................................................................. 24 調(diào)試仿真工具 Proteus 介紹 .......................................................................................... 24 硬件的制作與調(diào)試 .......................................................................................................... 26 電路與程序調(diào)試過程 ...................................................................................................... 28 電路的仿真調(diào)試 ........................................................................................................... 28 電路的調(diào)試 ................................................................................................................... 28 7 結(jié)論 ............................................................................................................ 30 謝辭 ......................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。通過電機(jī)控制技術(shù)和傳感器技術(shù)相關(guān)知識(shí)的結(jié)合，設(shè)計(jì)完成以由超聲波前方測距、避障與紅外線左右自動(dòng)避障組成的硬件模塊，結(jié)合軟件程序設(shè)計(jì)組成智能避障小車，共同實(shí)現(xiàn)了小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，通過超聲波自動(dòng)根據(jù)前方距離范圍內(nèi)障礙物測距，檢測障礙物停止再繞行，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。 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(jì)方案論證 AT89S52 單片機(jī)與 ATmega16 單片機(jī)的選擇。 經(jīng)過比較，因?yàn)?AT89S52 單片機(jī)，具有位運(yùn)算，能較方便的應(yīng)用 I/O 口。但缺點(diǎn)是 PWM 必須使用一個(gè)定時(shí)器，對(duì)于一般三輪車，要消耗兩個(gè)定時(shí)器。 方案一：直流電機(jī)。具體差別見表21。但 它不受光照強(qiáng)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。 舵機(jī)是以周期為 20ms、寬度從 ~ 的脈寬調(diào)制信號(hào)作為控制信號(hào)的，相對(duì)對(duì)應(yīng)舵盤的位置是 0~180 度，呈連續(xù)線性變化。但是考慮到 可 能會(huì)有 一發(fā)射端發(fā)射的超聲波 會(huì) 被另外一端的接收端接收的問題 ， 為了防止 3 對(duì)超聲波探頭信號(hào)的相互干擾，所以各個(gè)超聲波發(fā)送信號(hào)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(shí)間應(yīng)為 20ms，這就使小車的反 應(yīng)變得非常遲鈍。液晶顯示界面較為友好，成本較低，具有耗能少、 可同時(shí)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(diǎn) [4]。 電源模塊設(shè)計(jì)方案論證 第一種方案可以用雙電源， 和 5V 單獨(dú)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。同時(shí) Flash、 EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程是由 SPI 接口實(shí)現(xiàn)的。 驅(qū)動(dòng)芯片特點(diǎn) L298N 驅(qū)動(dòng)芯片具有信號(hào)指示、轉(zhuǎn)速可調(diào)抗干擾能力強(qiáng)、 PWM 平滑調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)等特點(diǎn)，由于過電壓和過電流的保護(hù)， L298N 芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以單獨(dú)控制兩臺(tái)直流電機(jī)，因此，對(duì)于本設(shè)計(jì)起到了至關(guān)重要的作用。驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)方式見表 31。 2 號(hào) Pin 腳當(dāng)為UART 模式時(shí)，接外部電路 UART 的 TX 端；當(dāng)為電平觸發(fā)模式時(shí)，接外部電路的 Trig 端。光電傳感器可以檢測的方面有很多，非電量如光強(qiáng)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(dòng)、應(yīng)變，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識(shí)別等非電量。 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。 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。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(yàn)得知，小車運(yùn)行時(shí)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]。 圖 45 LCD1602 顯示電路 第 13 頁 共 47 頁 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 圖 46 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 本設(shè)計(jì)使用直流電機(jī)。也就是說相當(dāng)于會(huì)給 L298N 內(nèi)的 MOS 管一個(gè)反向電壓，有可能擊穿，加了續(xù)流二極管的話會(huì)組成一個(gè)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]。 從電路中我們可以看出，如果開關(guān) A、 D 導(dǎo)通，那么電機(jī)的工作方向?yàn)檎蜣D(zhuǎn)動(dòng)，如果開關(guān) B、 C 導(dǎo)通時(shí)，直流電機(jī)則為反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 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(shí)間和斷電時(shí)間之比，而其幅值不變具體的實(shí)現(xiàn)是只改變其晶閘管的閉合時(shí)間，實(shí)現(xiàn)通過改變脈沖寬度來進(jìn)行電壓的調(diào)制，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 由于公式 F – f = ma，其中 F 為驅(qū)動(dòng)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(huì)變化。這些控制都是通 過軟件編程來實(shí)現(xiàn)的。若遇到障礙，則點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)位置的 LED 以示警告。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(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期，便能使單片機(jī)正常復(fù)位。這些頻率都是在 5V、 25176。內(nèi)部 RC 振蕩器頻率范圍見表 41。 //輪詢實(shí)現(xiàn)壁障 } return 1。 else uled_led_set 。 !linf_scan amp。 else if(ult_scan amp。amp。amp。 //左電機(jī)為低電平 LIN2_clr。 LIN2_clr。 寫指令是為了配置液晶的驅(qū)動(dòng)方式： void Write_Com(uchar ) //LCD 寫指令 { _delay_ms(5)。 set_rs。 Write_Data(39。 Write_Data(39。 Write_Data(temp[0] + 0x30)。 clr_en。 _delay_ms(20)。i++) Write_Data(table2[i])。 } else { csb_data = temp。 DDRD |= 0x02。函數(shù)值轉(zhuǎn)換， temp = TCNT1。 //對(duì)超聲波模塊接口的定義 TCCR1B |= 0x05。 //LCD 顯示 if(temp = 15 || temp == 0) csb_flag = 0。 void Data_Change(void) //數(shù)值轉(zhuǎn)換 { unsigned int temp。 for(i = 0。 _delay_ms(10)。 //定義數(shù)據(jù)應(yīng)寫的位置 Write_Data(temp[1] + 0x30)。)。)。 _delay_ms(1)。 PORTC = 。 RIN2_clr。 //右 電機(jī)為低電平 RIN2_set。amp。 else if(ult_scan amp。 linf_scan amp。 rinf_scan) control_flag = 2。amp。 //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。主程序流程圖如圖 51 所示；系統(tǒng)軟件模塊圖如圖 52 所示。這個(gè)時(shí)鐘可以用作系統(tǒng)時(shí)鐘，只要按照 Table 9對(duì)熔絲位 CKSEL 進(jìn)行配置即可。由于上電復(fù)位單片機(jī)已經(jīng)集成，本設(shè)計(jì)就只需設(shè)計(jì)利用按鍵進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位的功能。 圖 410 光警示電路 單片機(jī)復(fù)位電路 單片機(jī)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(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后 PC＝ 0000H，使單片機(jī)重新從第 一 單元取指令。限流電阻可減小負(fù)載端的電流，實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用。 此外， 由 PWM 輸出的功率可分析出，由于電機(jī)的電流通常較大，其啟動(dòng)電流更是十分大，一般不采用穩(wěn)壓電路，直接采用電池進(jìn)行供電。直流電機(jī)的一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，它電樞中的電流轉(zhuǎn)速均不能產(chǎn)生突變，如果將高的頻率的 PWM加在直流電機(jī)上，其效果可以等效為施加了一個(gè)恒定的直流電壓。 同時(shí)我們借助這 4 個(gè) ―橋臂 ‖我們還可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的 2 個(gè)特殊的工作狀態(tài)： (1）剎車 —— 導(dǎo)通 A 、 C（或 B、 D）開關(guān)，這時(shí)電機(jī)會(huì)由于慣性轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的電勢(shì)將被短路，一個(gè)阻力達(dá)到一個(gè) ―剎車 ‖的作用?？筛鶕?jù)輸入電壓的大小輸出不同的電壓及功率，解決了負(fù)載能力不夠這個(gè)問題。利用直流電機(jī)常用的 PWM，即脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)電機(jī)速度。 也可接直流穩(wěn)壓電源作為外部電壓輸入，進(jìn)行調(diào)試，節(jié)約成