【文章內(nèi)容簡介】 其電流不能瞬變，因此必須有一個續(xù)流二極管提供續(xù)流。否則，在蜂鳴器兩端會產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動三極管 [11]。 13 履帶車車體 本題目要求小車的機械系統(tǒng)穩(wěn)定 、 靈活、簡單，自己手工制作的履帶車通常會出現(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 小車底盤 符合設(shè)計需要 ，模型如圖 所示 。 圖 履帶車底盤模型 小車上 裝有 電池、電機、電子器件等，使得電機負擔(dān)較重。該底盤 運動平穩(wěn)， 從圖 在直流電機和輪車軸之間加裝了減速齒輪 ，這樣不僅使電機的符合減輕，也符合我的設(shè)計需要 。 電池的安裝：將電池放置在車體前排車輪的上部 位置， 使車體的 重心 靠近前排車輪，進行大轉(zhuǎn)彎時小車能以前排輪為圓心轉(zhuǎn)彎，排除履帶車轉(zhuǎn)彎時側(cè)滑不確定性。 14 第四章 行駛方案 設(shè)計 在進行微機控制系統(tǒng)設(shè)計時，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計外，大量 的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實際需要設(shè)計應(yīng)用程序。因此，行駛 設(shè)計在微機控制系統(tǒng)設(shè)計中占重要地位。對于 本系統(tǒng)， 行駛方案和 軟件 控制 更為重要。 在單片機控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。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。過程控制程序主要是使單片機按一定的方法進行計算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。 本系統(tǒng)中我采用了 5 個傳感器， 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 報警 顯示 電機驅(qū)動 左側(cè)前進 左側(cè)后退 右側(cè)前進 右側(cè)后退 15 循跡方案 設(shè)計 小車進入循跡模式后，即開始不停地掃描與探測器連接 的單片機 I/O 口，一旦檢測到某個 I/O 口有信號，即進入判斷處理程序 ， 先確定 3個探測器中的哪一個探測到了黑線，如果左面 傳感器探測到黑線，即小車左半部分壓 到黑線，車身向右偏出，此時應(yīng)使小車向左轉(zhuǎn)； 如果左面和中間傳感器同時探測到黑線，此種情況為向左急轉(zhuǎn)彎 ； 如果是右面?zhèn)鞲?器探測到了黑線，即車身右半部壓住黑線，小車向左偏出了軌跡，則應(yīng)使小車向右轉(zhuǎn)。 如果右面和中間傳感器同時探測到黑線，此種情況為向右急轉(zhuǎn)彎。 在經(jīng)過了方向調(diào)整后， 如果中間傳感器探測黑線，左右沒有探測到黑線 小車再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測黑線重復(fù)上述動作 ，履帶 車控制如表 3所示 [12]。 表 3 小車驅(qū)動控制對應(yīng)表 單片機通過電機驅(qū)動電路控制小車的運行方法 狀態(tài) 1 0 0 1 前進 1 0 1 1 0 0 1 前進 1 1 1 1 0 0 1 前進 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 級方向控制為第一級的后備，則兩個等級間的轉(zhuǎn)向力度必須相互配合。第二級通常是在超出第一級的控制范圍的情況下發(fā)生 作用，它也是最后一層保護，所以它必須要保證小車回到正確軌跡上來 ，流程如圖 所示。 圖 循跡流程圖 檢測黑線 進入循跡 是否檢測到黑線 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 N Y 17 循跡程序 設(shè)計 循跡方面我使用了 3 個傳感器，通過尋黑線實現(xiàn)對履帶車的智能控制，本次設(shè)計目的實現(xiàn)對履帶車的控制，在這里使用 3路傳感器不僅能達到循跡目的也能顯示出對履帶車的控制 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 {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 {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單明了的 if語句將我設(shè)計的路線循跡情況和對驅(qū)動電路的控制對應(yīng)起來，類似查詢表格方式。這樣設(shè)計程序使用 else if 語句我可以很容易添加運行狀態(tài)，使程序調(diào)試相對容易，減小工作量。 18 避障方案 如圖 所示，經(jīng)過試驗測試，本設(shè)計使用的紅外傳感器的探測夾角較小，當(dāng)小車與障礙物平行行駛，或者與障礙物的夾角過小時，小車將識別不到障礙，導(dǎo)致小車一側(cè)于障礙物解除碰撞。 圖 傳感器角度示意圖 解決這個問題可以再 小車左右 2 個方向增加 2 個傳感器探測，但這樣對傳感器的 資源浪費較大，加大了電源的負荷，程序相對復(fù)雜。而我采用的方案是在 小車前方水平避障傳感器的安裝 使其 約有 10 度的夾角，左右都是向外擴張 10 度， 此紅外傳感器的探測距離調(diào)試約為 15cm，那么斜側(cè) 10 度夾角后前方探測距離變?yōu)? 15cm可以認為保持不變，而 2 側(cè)多出了 3cm的橫向安全距離，當(dāng)橫向距離小于 3cm時候小車也會執(zhí)行避障程序 [13]。 軟件設(shè)計上，避障動作是先檢測到障礙執(zhí)行避障程序，小車先后退一小段距離，在這期間蜂鳴器報警，然后如果是右傳感器探測 到障礙，小車將向左轉(zhuǎn)向，反之向右轉(zhuǎn)向，之后再檢測障礙，如果有障礙繼續(xù)循環(huán)動作，沒有障礙 時小車將檢測循跡“黑線”檢查道路，如 果無道路小車會向前直行。單片機通過傳感器控制驅(qū)動電路運行方法如表 4 所示。 表 4 避障狀態(tài)對應(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，小車避障的優(yōu)先級最高 ，無論履帶車當(dāng)前是什么行駛狀態(tài)，檢測到障礙時，就跳入避障環(huán)節(jié)，避障完成后才執(zhí)行其他循跡，前進動作。在其他智能設(shè)計中，我們都要考慮各個環(huán)節(jié)先后循序，使其符合應(yīng)用場合 ，流程如圖 所示 。 圖 避障流程 檢測障礙 判斷是否有障礙 左避障信號 右避障信號 執(zhí)行右轉(zhuǎn)避障程序 執(zhí)行左轉(zhuǎn)避障程序 前進 開始 Y Y N 20 避障程序設(shè)計 整個電路中我采用 12MHZ 的外部晶振電路， 在流程圖中能簡明的看出各個狀態(tài)執(zhí)行步驟，如果按照這個步驟以 12MHZ 的頻率執(zhí)行，程序檢測不會出現(xiàn)錯誤，但實際我 們?nèi)搜蹖⒖床蝗魏蝿幼鳎俣忍?。所以各個步驟我們需要設(shè)定他們的執(zhí)行時間，比如避障時履帶車會倒退，那么我們需要設(shè)定它倒退的時間。在這里我們可以使用定時器也可以使用軟件延時 [14]。 在這里我使用了自己比較熟悉的軟件延時，使用軟件延時的優(yōu)點在于非常方便調(diào)試，避障整個程序設(shè)計過程中 需要進行多次試驗，編寫 delay（）延時函數(shù)，可以再程序任意地方進行調(diào)用，如以下避障程序中： P10=0。P11=1。P12=1。P13=0。 delay(5000)。 這是小車倒退執(zhí)行語句， P10—— P13=0110,這個倒退 狀態(tài)需要執(zhí)行 delay(5000)這么長時間?？梢愿淖兝ㄌ杻?nèi)的數(shù)值進行調(diào)試，使小車倒退行駛我們需要的距離。該程序優(yōu)點在于方便調(diào)試也比較簡單，適合和我一樣初次設(shè)計只能車的同學(xué)。 完整程序如下： void k()//避障后退函數(shù) { if(kk==0)//檢測右傳感器信號 {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)小車執(zhí)行完后退動作后，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 delay(5000),使小車轉(zhuǎn)向合適的角度，這里使用的是履帶車原地轉(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)行動作 。在設(shè)計中模仿自然規(guī)律，進行多學(xué)科融合，這樣設(shè)計的東西在使用的時候才會更穩(wěn)定的實現(xiàn)設(shè)計目的。 22 總體方案 總體流程如圖 所示。 圖 總體方案 在主程序設(shè)計上我沒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障礙 開始 判斷是否有障礙 檢測黑線 避障 直行 判斷是否有黑線 循跡 Y N N Y 23 放置，實際行駛中兩側(cè)幾乎不可能同時探測到障礙物，因此只需要獨立設(shè)置兩種方式的避障行駛方案即可，經(jīng)過實際行駛測試，小車運轉(zhuǎn)正常，沒有出現(xiàn)死循環(huán)狀態(tài)，實現(xiàn)了自動控制的目的 [15]。 void main() { uint y。f=0。P17=0。 while(1) { xianshi(f)。 k()。/檢測障礙 while (m) {if(m==1) //進入避障 { f++。 for(y=0。y50。y++) {delay(100)。k()。} for(y=0。y50。y++) {delay(100)。ff()。}} } while (n) {if(n==1) //進入避障 { f++。 for(y=0。y50。y++) {delay(100)。k()。} for(y=0。y50。y++) {delay(100)。yy()。} } } ww()。//進入循跡 delay(5000)。 } } 24 第五章 制作與調(diào)試 PCB 設(shè)計與制作 本次履帶車設(shè)計主控電路由單片機最小系統(tǒng)構(gòu)成，所采用的單片機為 51 內(nèi)核單片機，電路板使用上在可以直接采用 學(xué)校 51 單片機最小系統(tǒng)實驗 板，該板由湖北汽車工業(yè)學(xué)院實驗室制作。 PCB 板如圖 所示。 圖 從 PCB 能很容易找出單片機的安裝位置和 I/O 口的引出位置，只需要安裝單片機和數(shù)碼管即可。最小系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單，這樣避免單獨制作 PCB 板，極大節(jié)