【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 其電流不能瞬變，因此必須有一個(gè)續(xù)流二極管提供續(xù)流。否則，在蜂鳴器兩端會(huì)產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動(dòng)三極管 [11]。 13 履帶車(chē)車(chē)體 本題目要求小車(chē)的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定 、 靈活、簡(jiǎn)單，自己手工制作的履帶車(chē)通常會(huì)出現(xiàn)兩側(cè)履帶松緊度不一樣，跑邊，履帶脫輪等現(xiàn)象。綜合這些因素在網(wǎng)上找到 PR5 小車(chē)底盤(pán) 符合設(shè)計(jì)需要 ，模型如圖 所示 。 圖 履帶車(chē)底盤(pán)模型 小車(chē)上 裝有 電池、電機(jī)、電子器件等，使得電機(jī)負(fù)擔(dān)較重。該底盤(pán) 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)， 從圖 在直流電機(jī)和輪車(chē)軸之間加裝了減速齒輪 ，這樣不僅使電機(jī)的符合減輕，也符合我的設(shè)計(jì)需要 。 電池的安裝：將電池放置在車(chē)體前排車(chē)輪的上部 位置， 使車(chē)體的 重心 靠近前排車(chē)輪，進(jìn)行大轉(zhuǎn)彎時(shí)小車(chē)能以前排輪為圓心轉(zhuǎn)彎，排除履帶車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)側(cè)滑不確定性。 14 第四章 行駛方案 設(shè)計(jì) 在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量 的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，行駛 設(shè)計(jì)在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。對(duì)于 本系統(tǒng)， 行駛方案和 軟件 控制 更為重要。 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制兩個(gè)基本類(lèi)型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過(guò)程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計(jì)算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。 本系統(tǒng)中我采用了 5 個(gè)傳感器， 3 路循跡傳感器， 2 路避障傳感器 。 總體控制方案如圖 所示。 圖 總體系統(tǒng) 左避障 右避障 左循跡 中循跡 右循跡 單片機(jī) 報(bào)警 顯示 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 左側(cè)前進(jìn) 左側(cè)后退 右側(cè)前進(jìn) 右側(cè)后退 15 循跡方案 設(shè)計(jì) 小車(chē)進(jìn)入循跡模式后，即開(kāi)始不停地掃描與探測(cè)器連接 的單片機(jī) I/O 口，一旦檢測(cè)到某個(gè) I/O 口有信號(hào)，即進(jìn)入判斷處理程序 ， 先確定 3個(gè)探測(cè)器中的哪一個(gè)探測(cè)到了黑線，如果左面 傳感器探測(cè)到黑線，即小車(chē)左半部分壓 到黑線，車(chē)身向右偏出，此時(shí)應(yīng)使小車(chē)向左轉(zhuǎn)； 如果左面和中間傳感器同時(shí)探測(cè)到黑線，此種情況為向左急轉(zhuǎn)彎 ； 如果是右面?zhèn)鞲?器探測(cè)到了黑線，即車(chē)身右半部壓住黑線，小車(chē)向左偏出了軌跡，則應(yīng)使小車(chē)向右轉(zhuǎn)。 如果右面和中間傳感器同時(shí)探測(cè)到黑線，此種情況為向右急轉(zhuǎn)彎。 在經(jīng)過(guò)了方向調(diào)整后， 如果中間傳感器探測(cè)黑線，左右沒(méi)有探測(cè)到黑線 小車(chē)再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測(cè)黑線重復(fù)上述動(dòng)作 ，履帶 車(chē)控制如表 3所示 [12]。 表 3 小車(chē)驅(qū)動(dòng)控制對(duì)應(yīng)表 單片機(jī)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制小車(chē)的運(yùn)行方法 狀態(tài) 1 0 0 1 前進(jìn) 1 0 1 1 0 0 1 前進(jìn) 1 1 1 1 0 0 1 前進(jìn) 0 0 0 0 1 1 0 后退 X X X 1 0 0 0 左轉(zhuǎn) 0 1 1 0 0 0 1 右轉(zhuǎn) 1 1 0 1 0 1 0 快速左 轉(zhuǎn) 0 0 1 0 1 0 1 快速右 轉(zhuǎn) 1 1 0 16 循跡流程圖 由于第二 級(jí)方向控制為第一級(jí)的后備，則兩個(gè)等級(jí)間的轉(zhuǎn)向力度必須相互配合。第二級(jí)通常是在超出第一級(jí)的控制范圍的情況下發(fā)生 作用，它也是最后一層保護(hù)，所以它必須要保證小車(chē)回到正確軌跡上來(lái) ，流程如圖 所示。 圖 循跡流程圖 檢測(cè)黑線 進(jìn)入循跡 是否檢測(cè)到黑線 狀態(tài)判斷處理 左急轉(zhuǎn) 左轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn) 右急轉(zhuǎn) 繼續(xù)前進(jìn) N Y 17 循跡程序 設(shè)計(jì) 循跡方面我使用了 3 個(gè)傳感器，通過(guò)尋黑線實(shí)現(xiàn)對(duì)履帶車(chē)的智能控制，本次設(shè)計(jì)目的實(shí)現(xiàn)對(duì)履帶車(chē)的控制，在這里使用 3路傳感器不僅能達(dá)到循跡目的也能顯示出對(duì)履帶車(chē)的控制 效果。 void ww()//循跡 { if(P14==0amp。amp。P15==1amp。amp。P16==1)//右轉(zhuǎn) {P10=1。P11=0。P12=0。P13=0。P17=0。} else if(P14==0amp。amp。P15==0amp。amp。P16==1)//右急轉(zhuǎn) {P10=1。P11=0。P12=1。P13=0。P17=0。} else if(P14==1amp。amp。P15==1amp。amp。P16==0)左轉(zhuǎn) {P10=0。P11=0。P12=0。P13=1。P17=0。} else if (P14==1amp。amp。P15==0amp。amp。P16==0)//左急轉(zhuǎn) {P10=0。P11=1。P12=0。P13=1。P17=0。} else if(P14==1amp。amp。P15==0amp。amp。P16==1) //中尋黑前進(jìn) {P10=1。P11=0。P12=0。P13=1。P17=0。} else if (P14==1amp。amp。P15==1amp。amp。P16==1)//不尋黑前進(jìn) {P10=1。P11=0。P12=0。P13=1。P17=0。} else P10=1。 P11=0。 P12=0。 P13=1。 } } 以上程序我采用了簡(jiǎn)單明了的 if語(yǔ)句將我設(shè)計(jì)的路線循跡情況和對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的控制對(duì)應(yīng)起來(lái)，類(lèi)似查詢(xún)表格方式。這樣設(shè)計(jì)程序使用 else if 語(yǔ)句我可以很容易添加運(yùn)行狀態(tài)，使程序調(diào)試相對(duì)容易，減小工作量。 18 避障方案 如圖 所示，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，本設(shè)計(jì)使用的紅外傳感器的探測(cè)夾角較小，當(dāng)小車(chē)與障礙物平行行駛，或者與障礙物的夾角過(guò)小時(shí)，小車(chē)將識(shí)別不到障礙，導(dǎo)致小車(chē)一側(cè)于障礙物解除碰撞。 圖 傳感器角度示意圖 解決這個(gè)問(wèn)題可以再 小車(chē)左右 2 個(gè)方向增加 2 個(gè)傳感器探測(cè)，但這樣對(duì)傳感器的 資源浪費(fèi)較大，加大了電源的負(fù)荷，程序相對(duì)復(fù)雜。而我采用的方案是在 小車(chē)前方水平避障傳感器的安裝 使其 約有 10 度的夾角，左右都是向外擴(kuò)張 10 度， 此紅外傳感器的探測(cè)距離調(diào)試約為 15cm，那么斜側(cè) 10 度夾角后前方探測(cè)距離變?yōu)? 15cm可以認(rèn)為保持不變，而 2 側(cè)多出了 3cm的橫向安全距離，當(dāng)橫向距離小于 3cm時(shí)候小車(chē)也會(huì)執(zhí)行避障程序 [13]。 軟件設(shè)計(jì)上，避障動(dòng)作是先檢測(cè)到障礙執(zhí)行避障程序，小車(chē)先后退一小段距離，在這期間蜂鳴器報(bào)警，然后如果是右傳感器探測(cè) 到障礙，小車(chē)將向左轉(zhuǎn)向，反之向右轉(zhuǎn)向，之后再檢測(cè)障礙，如果有障礙繼續(xù)循環(huán)動(dòng)作，沒(méi)有障礙 時(shí)小車(chē)將檢測(cè)循跡“黑線”檢查道路，如 果無(wú)道路小車(chē)會(huì)向前直行。單片機(jī)通過(guò)傳感器控制驅(qū)動(dòng)電路運(yùn)行方法如表 4 所示。 表 4 避障狀態(tài)對(duì)應(yīng)表 左傳感器 右傳感器 執(zhí)行 =1 =0 第一步 0 1 1 0 第二步 1 0 1 0 =0 =1 第一步 0 1 1 0 第二步 0 1 0 1 19 避障 流程圖 在整體程序中，小車(chē)避障的優(yōu)先級(jí)最高 ，無(wú)論履帶車(chē)當(dāng)前是什么行駛狀態(tài)，檢測(cè)到障礙時(shí)，就跳入避障環(huán)節(jié)，避障完成后才執(zhí)行其他循跡，前進(jìn)動(dòng)作。在其他智能設(shè)計(jì)中，我們都要考慮各個(gè)環(huán)節(jié)先后循序，使其符合應(yīng)用場(chǎng)合 ，流程如圖 所示 。 圖 避障流程 檢測(cè)障礙 判斷是否有障礙 左避障信號(hào) 右避障信號(hào) 執(zhí)行右轉(zhuǎn)避障程序 執(zhí)行左轉(zhuǎn)避障程序 前進(jìn) 開(kāi)始 Y Y N 20 避障程序設(shè)計(jì) 整個(gè)電路中我采用 12MHZ 的外部晶振電路， 在流程圖中能簡(jiǎn)明的看出各個(gè)狀態(tài)執(zhí)行步驟，如果按照這個(gè)步驟以 12MHZ 的頻率執(zhí)行，程序檢測(cè)不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，但實(shí)際我 們?nèi)搜蹖⒖床蝗魏蝿?dòng)作，速度太快。所以各個(gè)步驟我們需要設(shè)定他們的執(zhí)行時(shí)間，比如避障時(shí)履帶車(chē)會(huì)倒退，那么我們需要設(shè)定它倒退的時(shí)間。在這里我們可以使用定時(shí)器也可以使用軟件延時(shí) [14]。 在這里我使用了自己比較熟悉的軟件延時(shí)，使用軟件延時(shí)的優(yōu)點(diǎn)在于非常方便調(diào)試，避障整個(gè)程序設(shè)計(jì)過(guò)程中 需要進(jìn)行多次試驗(yàn)，編寫(xiě) delay（）延時(shí)函數(shù)，可以再程序任意地方進(jìn)行調(diào)用，如以下避障程序中： P10=0。P11=1。P12=1。P13=0。 delay(5000)。 這是小車(chē)倒退執(zhí)行語(yǔ)句， P10—— P13=0110,這個(gè)倒退 狀態(tài)需要執(zhí)行 delay(5000)這么長(zhǎng)時(shí)間?？梢愿淖兝ㄌ?hào)內(nèi)的數(shù)值進(jìn)行調(diào)試，使小車(chē)倒退行駛我們需要的距離。該程序優(yōu)點(diǎn)在于方便調(diào)試也比較簡(jiǎn)單，適合和我一樣初次設(shè)計(jì)只能車(chē)的同學(xué)。 完整程序如下： void k()//避障后退函數(shù) { if(kk==0)//檢測(cè)右傳感器信號(hào) {P17=1。 m=1。mm=1。 xianshi(f)。//避障顯示 P10=0。P11=1。P12=1。P13=0。//后退 delay(5000)。kk=1。 delay(5000)。P17=0 } else if(hh==0) {P17=1。n=1。mm=1。 xianshi(f)。 P10=0。P11=1。P12=1。P13=0。 delay(5000)。 hh=1。delay(5000)。 P17=0。 21 } else { m=0。n=0。mm=0。 } } 以下是避障第二步程序，當(dāng)小車(chē)執(zhí)行完后退動(dòng)作后，將執(zhí)行相應(yīng)的左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)，在以下程序中我們也能看到使用軟件延時(shí) delay(5000),使小車(chē)轉(zhuǎn)向合適的角度，這里使用的是履帶車(chē)原地轉(zhuǎn)向，比如右側(cè)正轉(zhuǎn)左側(cè)反轉(zhuǎn)。 void ff()//左轉(zhuǎn) { P10=1。P11=0。P12=1。P13=0。 delay(5000)。 } void yy()//右轉(zhuǎn) {P10=0。P11=1。P12=0。P13=1。 delay(5000)。 } 避障一直是全世界研究智能的重要課題 ， 這里的避障方式先后退再轉(zhuǎn)向的方式，這樣避免了直接轉(zhuǎn)向碰撞障礙物的情況，這種方式好比先把自己置于安全的地方，然后 去觀察情況 ，執(zhí)行動(dòng)作 。在設(shè)計(jì)中模仿自然規(guī)律，進(jìn)行多學(xué)科融合，這樣設(shè)計(jì)的東西在使用的時(shí)候才會(huì)更穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的。 22 總體方案 總體流程如圖 所示。 圖 總體方案 在主程序設(shè)計(jì)上我沒(méi)有安排左右避障的先后順序，在傳感器的安裝上采用的外張角檢測(cè)障礙 開(kāi)始 判斷是否有障礙 檢測(cè)黑線 避障 直行 判斷是否有黑線 循跡 Y N N Y 23 放置，實(shí)際行駛中兩側(cè)幾乎不可能同時(shí)探測(cè)到障礙物，因此只需要獨(dú)立設(shè)置兩種方式的避障行駛方案即可，經(jīng)過(guò)實(shí)際行駛測(cè)試，小車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，沒(méi)有出現(xiàn)死循環(huán)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制的目的 [15]。 void main() { uint y。f=0。P17=0。 while(1) { xianshi(f)。 k()。/檢測(cè)障礙 while (m) {if(m==1) //進(jìn)入避障 { f++。 for(y=0。y50。y++) {delay(100)。k()。} for(y=0。y50。y++) {delay(100)。ff()。}} } while (n) {if(n==1) //進(jìn)入避障 { f++。 for(y=0。y50。y++) {delay(100)。k()。} for(y=0。y50。y++) {delay(100)。yy()。} } } ww()。//進(jìn)入循跡 delay(5000)。 } } 24 第五章 制作與調(diào)試 PCB 設(shè)計(jì)與制作 本次履帶車(chē)設(shè)計(jì)主控電路由單片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)成，所采用的單片機(jī)為 51 內(nèi)核單片機(jī)，電路板使用上在可以直接采用 學(xué)校 51 單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 板，該板由湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室制作。 PCB 板如圖 所示。 圖 從 PCB 能很容易找出單片機(jī)的安裝位置和 I/O 口的引出位置，只需要安裝單片機(jī)和數(shù)碼管即可。最小系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這樣避免單獨(dú)制作 PCB 板，極大節(jié)