【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、 V3 導(dǎo)通，向地面以及前方實(shí)時(shí)發(fā)射紅外信號(hào)，當(dāng)遇到白色墻或路面時(shí)，紅外信號(hào)經(jīng)白色路面有較強(qiáng)發(fā)射，這時(shí)紅外接收探頭 V V V4 剛好接收到紅外信號(hào)，使得這些探頭導(dǎo)通，將低電平送給 、 、 讓單片機(jī)進(jìn)行判斷處理。路面檢測(cè)模塊分為小車(chē)尋黑線(xiàn)的檢測(cè)和前方是否有障礙物的檢測(cè)兩部分。 尋跡模塊 所謂 尋 跡，就是我們建立一條 畫(huà)畫(huà)有彎曲黑線(xiàn) 的 白紙 跑道， 該智 利用紅外線(xiàn)在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。在小車(chē)行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車(chē)上的接收管接收；如果遇到黑線(xiàn)則紅外基于單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì) 15 光被吸收，則小車(chē)上的接收管接收不到信號(hào)。 黑線(xiàn)要有一定寬度，應(yīng)該是大于兩紅外線(xiàn)發(fā)射探頭的距離， 如圖 所 示 。 圖 小車(chē)前方探頭實(shí)物 這里的紅外線(xiàn)發(fā)射探頭為前端向下伸出的透明的探頭，所以黑色跑道寬度應(yīng)該至少大于兩透明探頭的距離，才能保證小車(chē)正常運(yùn)行。小車(chē)放在黑色跑道上時(shí)，打開(kāi)電源時(shí)，小車(chē)前端向下伸出的紅外線(xiàn)發(fā)射探頭發(fā)射紅外線(xiàn)，如果小車(chē)在黑線(xiàn)上，小車(chē)發(fā)出的紅外線(xiàn) 就遇到黑色時(shí)，不產(chǎn)生反射。當(dāng)左邊稍微跑出黑色跑道時(shí)，發(fā)出的紅外線(xiàn)就會(huì)遇到白色而產(chǎn)生反射，這時(shí)旁邊的黑色接收探頭接收到反射信號(hào)，從而使接收探頭導(dǎo)通 。原理圖如下圖所示，當(dāng) D2 接收到紅外信號(hào)時(shí)，會(huì)使 產(chǎn)生一個(gè)低電平，進(jìn)而送給單 片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)接收到來(lái)至左側(cè)的接收頭給的低電平時(shí)，給予小車(chē)右轉(zhuǎn)操作；同理，當(dāng)小車(chē)右邊跑出黑線(xiàn)時(shí)，右側(cè)探頭識(shí)別之后會(huì)給小車(chē)低電平，提示小車(chē)應(yīng)該進(jìn)行左轉(zhuǎn)操作。這樣就完成了整個(gè)小車(chē)的尋跡功能。 基于單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì) 16 智能防撞報(bào)警 模塊 智能防撞報(bào)警是現(xiàn)代智能小車(chē)的一個(gè)非常有研究?jī)r(jià)值的課題，十分有現(xiàn)實(shí)意義。智能小車(chē)能夠自識(shí)別前方是否有障礙物。如果有則自動(dòng)調(diào)節(jié)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)成功避免撞到障礙物所帶來(lái)的損失，同時(shí)在遇到障礙物時(shí)，能夠提示報(bào)警，以提示主人應(yīng)注意安全。 將小車(chē)放置在空曠的路面上，小車(chē)的前端兩探頭 感應(yīng)前面是否有障礙 物，與此同時(shí)，朝下的四個(gè)探頭也會(huì)同時(shí)接收來(lái)自地面路況的信息，當(dāng)小車(chē)運(yùn)行到懸崖邊上時(shí)，小車(chē)上面主控芯片單片機(jī)就會(huì)接收到此時(shí)的路況信息，進(jìn)而去改變小車(chē)的運(yùn)行路徑。 同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 報(bào)警模塊硬件圖如圖 所示。 圖 防撞探頭實(shí)物 當(dāng)前面有障礙物時(shí)，單片機(jī)分析之后送給 一個(gè)高電平信號(hào)，使得三極管 V1 導(dǎo)通，從而引起 SB1 蜂鳴器導(dǎo)通，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 當(dāng)前方無(wú)障礙物時(shí)，另一個(gè)紅外接收探頭則接收不到由發(fā)射頭發(fā)射出來(lái)的紅外信號(hào)，當(dāng)前方遇到障礙物時(shí)，發(fā)射頭 發(fā)出去的紅外信號(hào)基于單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì) 17 被前方障礙物反射回來(lái)，此時(shí)剛好被接受探頭接收，探頭接收到信號(hào)時(shí)，將會(huì)使其中一個(gè)管腳變?yōu)榈碗娖剑賯魉徒o單片機(jī)；同理小車(chē)在判斷前方是否有懸崖時(shí)也一樣，當(dāng)前方?jīng)]有出現(xiàn)懸崖時(shí)，小車(chē)朝下的探頭發(fā)出去的紅外信號(hào)就會(huì)經(jīng)路面反射，而且只要小車(chē)在路面上行駛，那么紅外信號(hào)就會(huì)一直被反射進(jìn)而被接收，也就會(huì)使得單片機(jī)與紅外接收探頭其中一腳相連的管腳一直至 0，當(dāng)前面遇到懸崖時(shí)，紅外信號(hào)發(fā)射出去之后，由于 紅外接收頭的接收距離有限，就會(huì)檢測(cè)不到有傳回的紅外信號(hào)，此時(shí)就會(huì)給單片機(jī)一個(gè)高電平，單片機(jī)識(shí)別之后便會(huì)做出相應(yīng)的修 正動(dòng)作，并給蜂鳴器一個(gè)信號(hào)，使得蜂鳴器出現(xiàn)報(bào)警提示。 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，我們將 所有的模塊程序嵌入到遙控器中 ，這種嵌入式 主要是為了便于控制，且不占 CPU，因?yàn)檫b控模塊、尋跡模塊、以及避障模塊等都同時(shí)用到了實(shí)時(shí)檢測(cè)掃描，這樣不僅占用CPU，而且多個(gè)程序一塊運(yùn)行還會(huì)產(chǎn)生沖突。 各個(gè)模塊銜接 如圖 所示。 遙控器輸入 單片機(jī)解碼 電機(jī)控制（前進(jìn)后退左右轉(zhuǎn)） 黑線(xiàn)尋跡 防 撞報(bào)警 基于單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì) 18 圖 程序模塊連接 遙控器發(fā)送紅外信號(hào)時(shí)，開(kāi)啟單片機(jī)外部中斷 0，主程序進(jìn)入中斷函數(shù)，進(jìn)行解碼。解碼處理完成之后，將遙 控信息反饋給主程序，主程序?qū)Ρ冗b控器輸入值之后進(jìn)入相應(yīng)模塊執(zhí)行相關(guān)操作，各模塊最終會(huì)處理是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)完成的，所以在圖 中最終箭頭是指向電機(jī)控制模塊的。 程序框圖如圖 所 示 初始化檢測(cè)紅外遙控信號(hào)是收到紅外遙控信號(hào)否對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行解碼執(zhí)行相關(guān)功能 圖 整體程序框圖 基于單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì) 19 紅外遙控解碼的實(shí)現(xiàn) 整個(gè)控制程序都嵌入到了遙控模塊這一單元里邊，所以紅外遙控的解碼是貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)的主線(xiàn)，起到了整個(gè)系統(tǒng)入口的作用。 當(dāng)遙控器上按下按鍵時(shí)， 1 腳收到遙控器發(fā)送的紅外脈沖信號(hào)并解碼出脈寬波形，同時(shí)使單片機(jī)產(chǎn)生中斷，并開(kāi)啟定時(shí)器、脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)。記錄出每來(lái)一 個(gè)脈沖的時(shí)間和脈沖總個(gè)數(shù)，等到一幀的數(shù)據(jù)發(fā)送完成之后，單片機(jī)結(jié)束計(jì)數(shù)，并關(guān)閉定時(shí)器。之后進(jìn)入判斷階段，首先判斷這一幀數(shù)據(jù)中的脈沖個(gè)數(shù)，如果脈沖個(gè)數(shù)大于 31 個(gè)則將數(shù)據(jù)丟棄，如果剛好則判斷接收的脈沖是 0 還是 1，接收完之后將這些數(shù)據(jù)保存起來(lái)，再來(lái)比對(duì)數(shù)據(jù)的對(duì)錯(cuò)，首先比對(duì)前導(dǎo)碼是否正確，也就是看一下當(dāng)前遙控器是不是與小車(chē)匹配的遙控器，如果都正確之后再來(lái)將碼值存起來(lái)。主程序用一個(gè) swich 函數(shù)來(lái)對(duì)相應(yīng)碼值進(jìn)行對(duì)應(yīng)函數(shù)的調(diào)用就可以了，比如按下了上鍵，則調(diào)用前進(jìn)函數(shù)來(lái)完成 小車(chē)前進(jìn)動(dòng)作。 如圖 所示 基于單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì) 20 圖 解碼程序框圖 初始化 中斷 口是否有遙控信號(hào)輸入 是否有 抖動(dòng) 進(jìn)入解碼 計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)同時(shí)計(jì)數(shù)單個(gè)脈沖寬度 脈沖個(gè)數(shù)是否為32 個(gè) 數(shù)據(jù)解碼并判斷數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼取非之后是否相等 執(zhí)行相關(guān)模塊 否 是 是 否 是 否 是 否 基于單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì) 21 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 從宏觀(guān)上講，電機(jī)驅(qū)動(dòng)在小車(chē)運(yùn)行中占據(jù)主導(dǎo)，也是小車(chē)接收到命令之后的最終輸出，任何一個(gè)模塊所執(zhí)行命令的外在表現(xiàn)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)以及暫停功能 ，這些功能不僅僅只是遙控器按下上下左右 之后才執(zhí)行，而是每一個(gè)模塊都會(huì)有執(zhí)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的操作，所以在設(shè)計(jì)程序時(shí)，最優(yōu)設(shè)計(jì)應(yīng)該是將這些前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)向單獨(dú)編譯成一個(gè)函數(shù)塊，每一個(gè)子模塊的運(yùn)行就只需調(diào)用這些函數(shù)就可完成。這樣做就 節(jié)省了很大的程序空間。舉個(gè)例子，在編寫(xiě)前進(jìn)函數(shù)時(shí)，為了滿(mǎn)足小車(chē)前進(jìn)功能，只需將 — 賦值 1010 就可完成，其他左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)只是改變相應(yīng)— 的碼值則可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然為了使得更準(zhǔn)確，可以添加一下延時(shí)函數(shù)在內(nèi)部，以避免操作太快給電機(jī)帶了的 損壞。 小車(chē)尋跡 在主程序中只要檢測(cè)到遙控器上按下了尋跡功能鍵之后，主程序直接調(diào)用尋跡函數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)尋跡功能。這里介紹一下尋跡模塊編寫(xiě)的一些思路。 要實(shí)現(xiàn)尋跡就必須清楚尋跡原理，在前面的技術(shù)介紹中，已經(jīng)介紹了他的原理。這里不做過(guò)多說(shuō)明， 以免冗余。尋跡函數(shù) 的編寫(xiě)是一個(gè)實(shí)時(shí)掃描單片機(jī)管腳 ， 管腳代表左方探頭傳回的信息， 代表右邊探頭傳回的信號(hào)。當(dāng)左方探頭跑出黑線(xiàn)時(shí)，會(huì)給 至 0，單片機(jī)檢測(cè)到 為 0 時(shí)，便調(diào)用右轉(zhuǎn)向函數(shù)，來(lái)完成右側(cè)轉(zhuǎn)功能，當(dāng)右方探頭跑出黑線(xiàn)時(shí)，同樣會(huì)使 至 0，這時(shí)再調(diào)用左轉(zhuǎn)向函數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)小車(chē)的位置 。圖 為小車(chē)尋跡模塊的程序流程圖 基于單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì) 22 圖 尋跡程序流程圖 小車(chē)防撞報(bào)警 主人命令開(kāi)啟防撞功能 時(shí)，小車(chē)主程序調(diào)用防撞報(bào)警函數(shù)，在防撞報(bào)警函數(shù)打開(kāi)時(shí)進(jìn)入實(shí)時(shí)檢測(cè) 腳，當(dāng)前方遇到懸崖或障礙物時(shí)，小車(chē)內(nèi)部防撞函數(shù)調(diào)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)函數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)小車(chē)行經(jīng)來(lái)避免掉入懸崖或撞擊障礙物 ，并觸發(fā)報(bào)警信號(hào)引起報(bào)警。 圖 為防撞報(bào)警模塊的程序流程圖。 初始化 探頭跑出黑線(xiàn)了嗎 哪邊探頭有輸入 前進(jìn) 后退 右轉(zhuǎn) 左轉(zhuǎn) 是 否 左 左右均有 右 基于單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì) 23 圖 防撞報(bào)警程序流程圖 初始化 前方有懸崖或障礙物嗎 前進(jìn) 后退 并報(bào)警 左轉(zhuǎn) 并報(bào)警 是 否 基于單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì) 24 4 小車(chē)系統(tǒng)原理圖 硬件電路總設(shè)計(jì)圖如圖 所示 圖 硬件電路原理圖 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBARST9R X D / P 3 .010I N T 0/ P 12I N T 1/ P 13T 0/ P 14T 1/ P 15EA/VPP31XTAL119P / A D 039P / A D 138P / A D 237P A D 336P / A D 435P / A D 534P / A D 633P / A D 732P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 7P 8P / A 821P / A 922P / A 1 023P / A 1 124P / A 1 225P / A 1 326P / A 1 427P / A 1 528A L E / P R O G30T X D / P 3. 111W R / P 16R D / P 3 .717P S E N29XTAL218VCC40I C 1A T 89 S 52R X 1110KR X 1210KR X 1310KR X 1410KR X 1510KR X 1610KR X 1710KR 18560R 16560R 19560R 20560R 21560R 22560R 23560R X 1810KR 25560D1D2D5D6D7 D3D4D88 17 26 35 4I C 3 L G 91 108 17 26 35 4I C 4 L G 91 10C2104C3104MM1MM2V380 5 0R6 KR41MR547KR315 0 KR115KB1V185 5 0V285 5 0 S B 1R 14220R7560R2220R L 1D2R2560D1Z1a bcdefgDPAA12345678910S M 1R8560R7560R 13560R 12560R 11560R 10560R9560R415KR3220R515KR6220R815KR1220V1 V6 V3V2 V5 V4123IRS2R 2410KS1R 1710KC730PC830PC610 u FR 1510KC510 u FV C C基于單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì) 25 最終 主板 PCB 圖 前板 PCB 基于單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì) 26 5 系統(tǒng)調(diào)試 把原理圖畫(huà)、最終 PCB 畫(huà)好之后再根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行制版，并一并把所有元器件焊接上，在焊接時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： ○ 1 、電解電容容有正負(fù)極之分，長(zhǎng)正短負(fù)； ○ 2 、二極管有正負(fù)極之分，長(zhǎng)正短負(fù)； ○ 3 、話(huà)筒有正負(fù)之分，負(fù)極與外殼相連； ○ 4 、蜂鳴器有正負(fù)之分，長(zhǎng)正短負(fù)； ○ 5 、三極管按照電路板封裝焊接； ○ 6 、集成電路即芯片，安裝時(shí)要注意缺口對(duì)應(yīng)（缺口對(duì)應(yīng)位置和封裝對(duì)應(yīng)位置要一致）。（缺口在芯片或芯片底座的一端）； ○ 7 、數(shù)碼管焊接時(shí)注意數(shù)碼管上的小數(shù)點(diǎn)要與電路板封裝上的小數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)； ○ 8 、 每個(gè)電機(jī)都需要焊接瓷片電容 104。 焊接完之后，還需對(duì)小車(chē)各個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試，以確保硬件的完好。 遙控發(fā)送接收調(diào)試