【正文】 整體電路圖 28 167。三端穩(wěn)壓 IC 來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。 三極管主要是做驅(qū)動(dòng)用的。 所以從宏觀上來(lái)看，光電反射式傳感器在電路正常工作的情況下，有障礙物時(shí)輸出低電平，沒(méi)有障礙物時(shí)輸出高電平，為低電平有效器件。該傳感器具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、受可見(jiàn)光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn) ，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、流水線計(jì)件等眾多場(chǎng)合。當(dāng)切斷電流，電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí) M1 電機(jī)繞組的感生電壓使 OUT2 為正， OUT1為負(fù)，這時(shí)接在正端 (OUT2)的 D6 會(huì)正向?qū)?；而接在?fù)端 (OUT1)的 D3 也導(dǎo)通將負(fù)端接地。 5 腳、 7 腳、 10 腳、 12 腳接輸入控制信號(hào)，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。每個(gè) H 橋電路原理大體如圖 27 所示： 圖 27 H 橋電路圖 20 若 H 橋的 1 端為低電平， 2 端為高電平時(shí)，三極管 Q4 導(dǎo)通，Q1 截止，此時(shí) Q3 的基極為低電平， Q2 的基極為高電平，因此三極管 Q2 和 Q6 導(dǎo)通， Q3 和 Q5 截止，電流流向如圖 28 所示，電機(jī)正轉(zhuǎn)。 L298N 是歐洲著名的 SGS 公司的產(chǎn)品 ， 為單塊集成電路、高電壓、高電流、四通道驅(qū)動(dòng)?？刂品椒ㄏ嗤?， 只是在這里利用單片機(jī)定時(shí)器來(lái)定時(shí)進(jìn)行高低電平的翻轉(zhuǎn) ， 而不用軟件延時(shí)。而且采用 PWM 技術(shù)構(gòu)成的無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)．啟停時(shí)對(duì)直流系統(tǒng)無(wú)沖擊 ， 并且具有啟動(dòng)功耗小、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。 167。步進(jìn)電機(jī)效率較低 ， 功率較小 ， 雖然近年來(lái)不斷有小體積大功率的步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn) ，但其價(jià)格昂貴 ， 因此在小車類控制中常用的是直流電機(jī)?？刂齐姍C(jī)的可靠性對(duì)保證任何自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常工作極為重要 ， 一旦發(fā)生故障 ， 將會(huì)直接導(dǎo)致本次設(shè)計(jì)的失敗。 只需將 ISP 下載線插到電腦 USB 接口上就可以向單片機(jī)燒寫程序。 除 上電復(fù)位外 ， 有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。 在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí) ， 晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安14 裝 ， 以減少寄生電容 ， 更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。 89C52 雖然有內(nèi)部振蕩電路 ， 但要形成時(shí)鐘 ， 必須外部附加電路。 167。可用來(lái)進(jìn)行串行通訊 ， 擴(kuò)展并行 I/O 口 ， 甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng) ， 從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。11 它們都是通過(guò)片內(nèi)單一總線連接而成 ， 其基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU 加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。 10 第 2章 硬件設(shè)計(jì) 167。 本小車使用 STC89C52 單片機(jī)作為主控芯片 ， 當(dāng)小車與障礙物的 距離 小于 30cm 時(shí) ， 小車轉(zhuǎn)彎以避開障礙物 ， 并且此時(shí)蜂鳴器報(bào)警。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 167。綜合考慮到本設(shè)計(jì)采用的直流電機(jī)為強(qiáng)磁電機(jī)以及線路壓降 ， 因此 本設(shè)計(jì)選擇了 的 鎳鎘充電電池 組 來(lái)供電 。 L298N 芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī) ， 也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī) ， 正好符合 本設(shè)計(jì) 小車兩個(gè)二相電機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求。 方案三：使用紅外傳感器 使用紅外傳感器 ， 這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器 ， 其有效探測(cè)距離 3~80cm 可調(diào) ， 且抗外界背景光干擾能力強(qiáng) ，價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便 ， 可在日光下正常工作（理論上應(yīng)避免日光和強(qiáng)光源的直接照射）。 綜合以 上 分析選用了比較普通的且更為熟悉的 STC89C52 單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。 主控制器選擇 處理器可以 選擇采用 DSP 或 51 單片機(jī) ， DSP 適合用于控制電機(jī) ， 功能強(qiáng)大。而且自己制作 小車框架 ， 可以根據(jù)電路板及傳感器安裝需求設(shè)計(jì)空間 ， 使得車體美觀緊湊。主要是設(shè)定 小車正常行進(jìn)、轉(zhuǎn)彎時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度；初始化系統(tǒng)時(shí)的一些參數(shù)設(shè)定 。 (3) 進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì) 。隨著傳感技術(shù)、智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等的不斷提高 ， 智能移動(dòng)機(jī)器人一定能夠在生產(chǎn)和生活中某種程度上扮演人的角色。主要是獲取機(jī)器人團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)和控制技術(shù) ，并將其應(yīng)用于戰(zhàn)略重要情況。德國(guó)研制了一種輪椅機(jī)器人 ， 并在烏爾姆市中心車站的客流高峰期的環(huán)境和 1998 年漢諾威工業(yè)商品博覽會(huì)的展覽大廳環(huán)境中進(jìn)行了實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)表演。 2. 國(guó)內(nèi)外同類 設(shè)計(jì)的概況綜述 1962 年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人 Unimate 在美國(guó)通用汽車公司投入使用 ， 標(biāo)志著第一代機(jī)器人的誕生。而在機(jī)器人在復(fù)雜地形中行進(jìn)時(shí)自動(dòng)避障是一項(xiàng)必不可少也是最基本的功能。 系統(tǒng)調(diào)試 ....................................... 33 167。 主程序流程圖 ............................... 29 167。 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理 ......................... 18 167。 系統(tǒng)工作原理 ................................ 8 167。 機(jī)器人載體選擇 .............................. 4 167。隨著科技的發(fā)展 ， 對(duì)于未知空間和人類所不能直接到達(dá)的地域的探索逐步成為熱門 ， 這就使機(jī)器人的自動(dòng)避障有了重大的意義。自動(dòng)避障 機(jī)器人 就是基于這一系統(tǒng)開發(fā)而成的。 方案設(shè)計(jì)與論證 .................................. 4 167。 系統(tǒng)組成 .................................... 8 167。 直流電機(jī)調(diào)速原理 ........................... 17 167。 程序控制設(shè)計(jì) ............................... 29 167。 安裝步驟 ....................................... 33 167。在科學(xué)探索和緊急搶險(xiǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到對(duì)與一些危險(xiǎn)或人類不能直接到達(dá)的地域的探測(cè) ， 這些就需要用機(jī)器人來(lái)完成。對(duì)避障的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義 ， 為交通運(yùn)輸業(yè)帶來(lái)巨大的變革 ， 也為車輛的自主導(dǎo)航和無(wú)人駕駛車輛的實(shí)現(xiàn)提供了重要技術(shù)。美國(guó) NASA 研制的火星探測(cè)機(jī)器人索杰那于 1997 年登上火星 ， 這一事件向全世界進(jìn)行了報(bào)道。 （ 6）多機(jī)器人系統(tǒng)。 綜上所述 ， 移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)取得了很多可喜的進(jìn)展 ， 研究成果令人鼓舞 ， 但還遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)用要求。 (2) 進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的論證和總體設(shè)計(jì) 。 (3) 交互功能。減速電機(jī)扭矩大 ， 轉(zhuǎn)速較慢 ， 易于控制和調(diào)速 ， 符合避障小車的要求。 167。且在運(yùn)用過(guò)程中 STC89C52 的精確度和運(yùn)算速度也都完全符合系統(tǒng)的要求。但是使用視頻采集會(huì)大大增加小車成本和設(shè)計(jì)開發(fā)難度 ， 而且考慮到 本設(shè)計(jì)的 小車只是進(jìn)行簡(jiǎn)單的避障 ， 因而使用視頻采集在實(shí)際應(yīng)用中是個(gè)很大的浪費(fèi) ， 所以 本設(shè)計(jì) 放棄了這一方案。 方案 三 ：使用 L298N 芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī) L298N 是一個(gè) 內(nèi)含兩 個(gè) H 橋的高電壓大電流雙 H 橋式 驅(qū)動(dòng)芯片 ， 輸出電壓最高可達(dá) 50V， 可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的 IO 口提供信號(hào) ， 而且?guī)в惺鼓芏?， 方便 PWM調(diào)速 ， 電路簡(jiǎn)單 ， 性能穩(wěn)定 ， 使用比較方便。只有給L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電路板 供電大于 6V 時(shí) ， 才能輸出 +5V 電壓。 167。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)兩電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) ， 實(shí)現(xiàn)前進(jìn)或者左、右轉(zhuǎn)。 最終選擇了 STC89C52 單片機(jī)作為整個(gè)電路的控制核心，采用可充電鎳鎘電池組提供基準(zhǔn)電源，采用小車底盤作為機(jī)器人載體，強(qiáng)磁直流減速電機(jī)作為小車系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，采用電機(jī)專用 驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，采用紅外傳感器進(jìn)行障礙檢測(cè)。如果按功能劃分 ， 它由如下功能部件組成 ， 即微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行I/O 口、串行口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷 系統(tǒng)及特殊功能寄存器。 (6) 串行口 1 個(gè)全雙工的串行口 ， 具有四種工作方式。 MCS51 單片機(jī)中 8 位機(jī)和 1 位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起 ， 二者相輔相承 ， 它是單片 機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破 ， 這也是MCS51 單片機(jī)在設(shè)計(jì)的精美之處。 13 圖 22 89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 1. 時(shí)鐘電路 MCS51 單片機(jī) 各功能部件運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn) ， 有條不紊的一步一步地工作 ， 因此 ， 時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度 ，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以本設(shè)計(jì)中 ， 振蕩晶體選擇 12MHZ， 電容選擇 65pF。時(shí)鐘頻率用 12MHZ 時(shí) C 取 22uF， R 取 1KΩ。這些工作全部由器件 自動(dòng)完成 ， 開發(fā)者無(wú)需考慮 固件 設(shè)計(jì) 。智能小車控制系統(tǒng)中對(duì)控制電機(jī)要求其體積小、重量輕、耗電少 ， 另外還要求其有高可靠性、高精度和快速響應(yīng)等特點(diǎn) ， 主要集中在以下幾個(gè)方面 ： 17 (1) 高可靠性。 常用的控制電機(jī)有步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)兩大類。 (3) 與步進(jìn)電機(jī)相比 ， 小體積較易獲得大功率。只要按照一定的規(guī)律改變通、斷電 的時(shí)間 ， 即可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 利用定時(shí)器。本設(shè)計(jì)中采用的 L298N 電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 電路板使用 ST 公司的 L298N 作為主驅(qū)動(dòng)芯片，具有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，發(fā)熱量低，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。 L298N 是雙 H 橋驅(qū)動(dòng)芯片，包含兩個(gè) H 橋電路。 L298 可以驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)直流電機(jī)， OUT OUT2和 OUT OUT4 之間分別接 2 個(gè)電動(dòng)機(jī)。 D D3， D D7 兩組的作用分別為： M1 電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)， OUT1 為正， OUT2 為地，電流從 OUT1 經(jīng) M1 繞組流向 OUT2。檢測(cè)距離可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。 光電反射式傳感器的原理圖如 213 所示，其具體原理為：當(dāng)電源穩(wěn)定供電時(shí)，紅外發(fā)射管不斷地發(fā)射出紅外光，當(dāng)發(fā)射出的紅外光遇到障礙物時(shí)，發(fā)射 出的紅外光會(huì)發(fā)生漫反射，反射回傳感器，這時(shí)傳感器的三極管就會(huì)導(dǎo)通，傳感器的 I/O 端口與地導(dǎo)通，輸出為低電平，反之，發(fā)射出的紅外光沒(méi)有遇到障礙物，發(fā)射出的紅外光無(wú)法返回傳感器，傳感器的三極管就會(huì)截止，傳感器的 I/O 口經(jīng)10K 歐的電阻與電源相連，輸出為高電平。報(bào)警模塊電路圖如圖 214 所示。 7805 三端穩(wěn)壓集成電路 ， 三端 IC 是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。 系統(tǒng)整體電路 設(shè)計(jì) 根據(jù)本章前面對(duì)設(shè)計(jì)的各個(gè)相關(guān)模塊的分別講述講述 ， 再結(jié)合單片機(jī)的引腳功能 ， 從而得到系統(tǒng)整體電路圖 ， 如圖 216 所示。 程序控制設(shè)計(jì) 小車的程序控制系統(tǒng)是由 主程序模塊、延時(shí)模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、報(bào)警模塊、中斷模塊五 大模塊相互配合組成。當(dāng)檢測(cè) 到 前方有障礙物 時(shí) ，蜂鳴器報(bào)警 與此同時(shí)單片機(jī)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成避障操作完，避障動(dòng)作完成后小車?yán)^續(xù)前進(jìn)并檢測(cè)前方障礙物。 延時(shí)模塊 這個(gè)模塊定義了延時(shí)函數(shù)，具體原理是，單片機(jī)執(zhí)行空操作100*Z條， 其中 Z為調(diào)用函數(shù)的形參，單片機(jī)的晶振為 ，十二個(gè)晶振周期為一個(gè)指令周期，所以單片機(jī)的機(jī)器周期大約為1Mhz，也就是說(shuō)，單片機(jī)在一秒之內(nèi)運(yùn)行 1M條指令，那么單片機(jī)執(zhí)行一條指令的時(shí)間大約為一微妙，執(zhí)行 100條指令的時(shí)間大約為，該函數(shù)能使單片機(jī)延時(shí) *Z的時(shí)間。 驅(qū)動(dòng)模塊 32 主要完成直流電機(jī)啟動(dòng)、停止、前進(jìn)和 后退 控制。特別是容易損壞的元件要后焊 ， 在焊集成芯片時(shí)連續(xù)焊接時(shí)間不要超過(guò) 10s， 注意芯片的安裝方向。然后加入避障子程序，小車運(yùn)轉(zhuǎn)正常時(shí)，調(diào)節(jié) 紅外傳感器 模塊 距離 使達(dá)到理想效果。由于本系統(tǒng)是分模塊進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的 ， 所以調(diào)試時(shí)先分模塊進(jìn)行調(diào)試。使程序按照要求設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行。 這些 應(yīng)該是供電不穩(wěn)定造成的，需要尋找更可靠的穩(wěn)壓模塊 。 和他們的接觸及溝通 不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法 ， 還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。 //電機(jī) 2 的控制位 IN3， IN4 的值控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，停止 ， IN3=1,IN4=0 電機(jī)正 轉(zhuǎn)，IN3=0,IN4=1 電機(jī)反轉(zhuǎn)， IN3=0,IN4=0 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)； sbit IN4=P1^3。 //電機(jī)加速函41 數(shù)，通過(guò) spe1， spe2 控制電機(jī)速度 extern void qianjin()。 //蜂鳴器報(bào)警函數(shù) endif /**/ include uint speed1=0,speed2=0。 //for 雙層循環(huán)當(dāng) j減為 0 時(shí) i 減一 } void dd() { P20=0。 } void go(uchar spe1,uchar spe2) //速度調(diào)節(jié)函數(shù) 0~100之間，賦參數(shù)值 { speed1=spe1。 IN3=0。 go(0,0)。 } void turn_right_180() { // 電機(jī)右轉(zhuǎn) 180 IN1=1。 //開定時(shí)器 T0 TR1=1。 //定時(shí)器工作方式選擇定時(shí)器T0， T1 均為 工作方式 1