【文章內(nèi)容簡介】 、 V3 導(dǎo)通，向地面以及前方實(shí)時(shí)發(fā)射紅外信號，當(dāng)遇到白色墻或路面時(shí)，紅外信號經(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，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。路面檢測模塊分為小車尋黑線的檢測和前方是否有障礙物的檢測兩部分。 尋跡模塊 所謂 尋 跡，就是我們建立一條 畫畫有彎曲黑線 的 白紙 跑道， 該智 利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。在小車行駛過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，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 15 光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號。 黑線要有一定寬度，應(yīng)該是大于兩紅外線發(fā)射探頭的距離， 如圖 所 示 。 圖 小車前方探頭實(shí)物 這里的紅外線發(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，才能保證小車正常運(yùn)行。小車放在黑色跑道上時(shí)，打開電源時(shí)，小車前端向下伸出的紅外線發(fā)射探頭發(fā)射紅外線，如果小車在黑線上，小車發(fā)出的紅外線 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，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)接收到來至左側(cè)的接收頭給的低電平時(shí)，給予小車右轉(zhuǎn)操作；同理，當(dāng)小車右邊跑出黑線時(shí)，右側(cè)探頭識別之后會(huì)給小車低電平，提示小車應(yīng)該進(jìn)行左轉(zhuǎn)操作。這樣就完成了整個(gè)小車的尋跡功能。 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 16 智能防撞報(bào)警 模塊 智能防撞報(bào)警是現(xiàn)代智能小車的一個(gè)非常有研究價(jià)值的課題，十分有現(xiàn)實(shí)意義。智能小車能夠自識別前方是否有障礙物。如果有則自動(dòng)調(diào)節(jié)小車的運(yùn)動(dòng)軌跡來成功避免撞到障礙物所帶來的損失，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。 將小車放置在空曠的路面上，小車的前端兩探頭 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)接收來自地面路況的信息，當(dāng)小車運(yùn)行到懸崖邊上時(shí)，小車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)而去改變小車的運(yùn)行路徑。 同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。 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，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。 當(dāng)前方無障礙物時(shí)，另一個(gè)紅外接收探頭則接收不到由發(fā)射頭發(fā)射出來的紅外信號，當(dāng)前方遇到障礙物時(shí)，發(fā)射頭 發(fā)出去的紅外信號基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 17 被前方障礙物反射回來，此時(shí)剛好被接受探頭接收，探頭接收到信號時(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)，小車朝下的探頭發(fā)出去的紅外信號就會(huì)經(jīng)路面反射，而且只要小車在路面上行駛，那么紅外信號就會(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)檢測不到有傳回的紅外信號，此時(shí)就會(huì)給單片機(jī)一個(gè)高電平，單片機(jī)識別之后便會(huì)做出相應(yīng)的修 正動(dòng)作，并給蜂鳴器一個(gè)信號，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)） 黑線尋跡 防 撞報(bào)警 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 18 圖 程序模塊連接 遙控器發(fā)送紅外信號時(shí)，開啟單片機(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 初始化檢測紅外遙控信號是收到紅外遙控信號否對紅外信號進(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，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)送的紅外脈沖信號并解碼出脈寬波形，同時(shí)使單片機(jī)產(chǎn)生中斷，并開啟定時(shí)器、脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)。記錄出每來一 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，再來比對數(shù)據(jù)的對錯(cuò)，首先比對前導(dǎo)碼是否正確，也就是看一下當(dāng)前遙控器是不是與小車匹配的遙控器，如果都正確之后再來將碼值存起來。主程序用一個(gè) swich 函數(shù)來對相應(yīng)碼值進(jìn)行對應(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)來完成 小車前進(jìn)動(dòng)作。 如圖 所示 基于單片機(jī)的智能小車的設(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)的智能小車的設(shè)計(jì) 21 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 從宏觀上講，電機(jī)驅(qū)動(dòng)在小車運(yùn)行中占據(jù)主導(dǎo)，也是小車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，在編寫前進(jìn)函數(shù)時(shí)，為了滿足小車前進(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。 小車尋跡 在主程序中只要檢測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)，來實(shí)現(xiàn)尋跡功能。這里介紹一下尋跡模塊編寫的一些思路。 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。這里不做過多說明， 以免冗余。尋跡函數(shù) 的編寫是一個(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。當(dāng)左方探頭跑出黑線時(shí)，會(huì)給 至 0，單片機(jī)檢測到 為 0 時(shí)，便調(diào)用右轉(zhuǎn)向函數(shù)，來完成右側(cè)轉(zhuǎn)功能，當(dāng)右方探頭跑出黑線時(shí)，同樣會(huì)使 至 0，這時(shí)再調(diào)用左轉(zhuǎn)向函數(shù)來調(diào)節(jié)小車的位置 。圖 為小車尋跡模塊的程序流程圖 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 22 圖 尋跡程序流程圖 小車防撞報(bào)警 主人命令開啟防撞功能 時(shí)，小車主程序調(diào)用防撞報(bào)警函數(shù)，在防撞報(bào)警函數(shù)打開時(shí)進(jìn)入實(shí)時(shí)檢測 腳，當(dāng)前方遇到懸崖或障礙物時(shí)，小車內(nèi)部防撞函數(shù)調(diào)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)函數(shù)來調(diào)節(jié)小車行經(jīng)來避免掉入懸崖或撞擊障礙物 ，并觸發(fā)報(bào)警信號引起報(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)的智能小車的設(shè)計(jì) 24 4 小車系統(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)的智能小車的設(shè)計(jì) 26 5 系統(tǒng)調(diào)試 把原理圖畫、最終 PCB 畫好之后再根據(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，長正短負(fù)； ○ 2 、二極管有正負(fù)極之分，長正短負(fù)； ○ 3 、話筒有正負(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)要注意缺口對應(yīng)（缺口對應(yīng)位置和封裝對應(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，還需對小車各個(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