【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 L298N 可接受標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào)， VSS 可接 4． 5～ 7 V電壓。 4腳 VS接電源電壓， VS電壓范圍 VIH為＋ 2． 5～ 46 V。輸出電流可達(dá) 2． 5 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1 腳和 15 腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。L298 可驅(qū)動(dòng) 2個(gè)電動(dòng)機(jī)， OUT1， OUT2 和 OUT3， OUT4 之間可分別接電動(dòng)機(jī)， 5， 7， 10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 EnA， EnB 接控制使能 端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。L298N 邏輯功能控制表如圖 3所示，外形及封裝如圖 4所示： ENA IN1 IN2 運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 0 停止 1 1 0 正轉(zhuǎn) 1 0 1 反轉(zhuǎn) 1 1 1 剎停 1 1 0 停止 圖 3 L298N功能 In3， In4 的邏輯控制表與上表相同。由上表可知 EnA為低電平時(shí)，輸入電平對(duì)電機(jī)控制不起作用，當(dāng) EnA 為高電平，輸入電平為一高一低，電機(jī)正或反轉(zhuǎn)。同為低電平電機(jī)停止，同為高電平電機(jī)剎停。 7 圖 3 L298N實(shí)物圖 循跡模塊設(shè)計(jì) 循跡是指小車(chē)在白色地板上循黑線行走通常采取的方法是紅外探測(cè)法 ,紅外探測(cè)法即利用紅外線在不同顏色的物體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)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射反射光被裝在小車(chē)上的接收管接收 ,如果遇到黑線則紅外光被吸收小車(chē)上的接收管接收不到紅外光 ,單片機(jī)就是否收到反射回來(lái)的紅外光為依據(jù)來(lái)確定黑線的位置和小車(chē)的行走路線 ,從而實(shí)現(xiàn)小車(chē)的循跡功能。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限一般最大不應(yīng)超過(guò) 3cm。循跡功能如圖所示： 避障測(cè)距模塊設(shè)計(jì) 超聲波模塊是用來(lái)測(cè)距并且避障用的， 當(dāng)檢測(cè)到距離障礙物很近時(shí)，就給主程序一個(gè)信號(hào)，提示要轉(zhuǎn)彎了，而轉(zhuǎn)彎的角度則通過(guò)不斷的測(cè)距來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)距離穩(wěn)定后則不再偏轉(zhuǎn)。 我們沒(méi)有選用現(xiàn)有的超聲波測(cè)距模塊，而是自己根據(jù)超聲波的原理，利用超聲波探頭和一些外圍電路而搭建起超聲波模塊。超聲波測(cè)距的原理如下： 8 首先超聲波傳感器向空氣中發(fā)射聲脈沖 , 聲波遇到被測(cè)物體反射回來(lái) , 若可以測(cè)出第一個(gè)回波達(dá)到的時(shí)間與發(fā)射脈沖間的時(shí)間差 t,利用 ,即可算得傳感器與反射點(diǎn)間的距離 s , 測(cè)量距離 ,若 sh 時(shí) ,則 d ≈ s。 系統(tǒng)中有三個(gè)超聲波模塊，其中每個(gè)都有接收探頭與發(fā)射探頭，這兩個(gè)模塊分別位于小車(chē)的左、右處，來(lái)進(jìn)行測(cè)距以達(dá)到避障的效果。 對(duì)于放射探頭，我們選用的是發(fā)射頻率為 40KHz 的一種，該類(lèi)型現(xiàn)在應(yīng)用較普遍，電路也比較簡(jiǎn)單，只需給發(fā)射端 40KHz 的脈沖， 發(fā)射探頭即不斷的往外發(fā)送超聲波。 對(duì)于接收探頭，因?yàn)榻邮盏某暡ㄐ盘?hào)很微弱而且考慮到干擾的因素，接收端有放大電路與濾波電路。當(dāng)接收到超聲波時(shí)， IO口即為高電平。若此 IO支持外部中斷，則可在 MCU 中引發(fā)中斷。在我們的系統(tǒng)中，三個(gè)超聲波模塊接收端都有外部中斷功能的 IO口來(lái)確定是否檢測(cè)到超聲波。因此通過(guò)計(jì)算測(cè)的距離障礙物的距離然后就可以判斷是否轉(zhuǎn)彎。 測(cè)速模塊設(shè)計(jì) 測(cè)速模塊的功能是完成當(dāng)前小車(chē)速度信息采集，并輸出標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，供單片機(jī)處理，運(yùn)算出小車(chē)實(shí)時(shí)速度。我們使用的是光電傳感器，光電式傳感 器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。光電式傳感器的工作原理是 :首先將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的 9 變化，然后通過(guò)光電器件轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電式傳感器一般由輻射源、光學(xué)通路和光電器件三部分組成。被測(cè)量通過(guò)對(duì)輻射源或光學(xué)通路的影響，將被測(cè)信息調(diào)制到光波上，通常改變光波的強(qiáng)度、相位、空間分布和頻譜分布等，光電器件將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。電信號(hào)經(jīng)后續(xù)電路的解調(diào)分離出被測(cè)信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量的測(cè)量。 LCD 顯示模塊設(shè)計(jì) 采用市面上容易購(gòu)買(mǎi) 1602LCD，由單片機(jī)的總線模式連接。為節(jié)約電源電量并且不影響 LCD 的功 能， LCD 的背光用單片機(jī)進(jìn)行控制，使 LCD 的背光在小車(chē)行駛的過(guò)程中不亮，因?yàn)槲覀儾槐乜雌滹@示；在其它我們需要看顯示的內(nèi)容的時(shí)候 LCD 背光亮。 4 軟件設(shè)計(jì) 軟件調(diào)試平臺(tái) Keil for C51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 C 語(yǔ)言軟 件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。 Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil for C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊， 10 容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹 Keil for C51 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 C51 開(kāi)發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開(kāi)軟件，我們寫(xiě)的源程序要變?yōu)?C51 可以執(zhí) 行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。隨著 C51 開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷發(fā)展， Keil 軟件 除了致力于單片機(jī)的編程開(kāi)發(fā)平臺(tái)外，還針對(duì) 目前最流行 C51 開(kāi)發(fā) 項(xiàng)目出品了 Keil for 51軟件 平臺(tái)以及支持在線調(diào)試的串口燒寫(xiě)。 從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。 Keil 提供了包括 C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（ uVision2）將這些部份組合在一起。 如圖 41 所示 圖 41 Keil for 51 開(kāi)發(fā)平臺(tái)截圖 KEIL for C51 編譯平臺(tái)對(duì) 51 單片機(jī)的器件選型設(shè)置。如圖 42 所示。 11 圖 42 MCU 選型設(shè)置 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 循跡程序流程圖 若小車(chē)偏左的時(shí)候，車(chē)輪將向右偏轉(zhuǎn)；若小車(chē)偏右，車(chē)輪將向左偏轉(zhuǎn)； 為了識(shí)別大小彎道我們用一個(gè)長(zhǎng)的循跡模塊和一個(gè)短的循跡模塊配合使用，這樣更能避免小車(chē)沖出跑道， 若沒(méi)有 偏移，小車(chē)將繼續(xù)向前；若小車(chē)完全偏離黑色軌跡，小車(chē) 后邊的循跡傳感器會(huì)自動(dòng)讓它停車(chē)。后邊的循跡模塊主要完成終點(diǎn)線的檢測(cè)。 開(kāi) 始讀 取 傳 感 器 的 值車(chē) 體 是 否 偏 離 黑 線否糾 正 位 置是前 進(jìn)巡 線 是 否 完 成否顯 示 時(shí) 間 速 度是 12 避障程序流程圖 我們的作品用 2 個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)蔽障， 前后 兩個(gè)用來(lái)判斷前方是否有障礙物。左右靠前的位置有兩個(gè)傳感器，探測(cè)距離比較近，防止左右碰壁。左邊車(chē)身中間位置有一個(gè)傳感器，此傳感器探測(cè)距離比較遠(yuǎn)，用來(lái)判斷左邊是否是出口。 上邊還加一個(gè)超聲波避障傳感器，來(lái)配合紅外避障。 軟件設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)前面?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)到障礙物，左邊車(chē)身中間的傳感 器也檢測(cè)到障礙物時(shí)則向左轉(zhuǎn)，否則向右轉(zhuǎn)，當(dāng)完成了 4次轉(zhuǎn)彎，即進(jìn)入第三條直到，只需檢測(cè)左邊這個(gè)傳感器，當(dāng)無(wú)障礙物時(shí)，向右轉(zhuǎn)，然后直走，直到前面兩個(gè)傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí)，向右轉(zhuǎn)，然后進(jìn)入正常檢測(cè)，最終完成蔽障。 開(kāi) 始前 方 是 否 有 障 礙 物左邊有障礙物右邊有障礙物否是右 轉(zhuǎn) 左 轉(zhuǎn) 5 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)計(jì)算與分析 電機(jī)驅(qū)動(dòng)參數(shù)計(jì)算與分析 ⑴ 電氣時(shí)間常數(shù)：電樞電流從零開(kāi)始達(dá)到穩(wěn)定值的 %時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。測(cè)定電氣時(shí)間常數(shù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)處于堵轉(zhuǎn) 狀態(tài)并施加階躍性質(zhì)的驅(qū)動(dòng)電壓。電氣時(shí)間常數(shù)工程上常常利用電樞繞組的電阻Ｒａ和電感Ｌａ求出： Ｔｅ＝Ｌａ /Ｒａ ⑵ 機(jī)械時(shí)間常數(shù)：電動(dòng)機(jī)從啟動(dòng)到轉(zhuǎn)速達(dá)到空載轉(zhuǎn)速的 %時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。測(cè)定機(jī) 械時(shí)間常數(shù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)處于空載運(yùn)行狀態(tài)并施加階躍性質(zhì)的階躍電壓。機(jī)械時(shí)間常數(shù)工程上常常利用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ｊ和電樞電阻 Ｒａ 以及電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù) Ｋ e、 轉(zhuǎn)矩系數(shù)Ｋｔ求出： Ｔｍ＝Ｊ * Ｒａ／Ｋｅ * Ｋｔ 13 ⑶ 轉(zhuǎn)速：電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度，工程單位為 r/min，即轉(zhuǎn)每分，在國(guó)際單位制中為 rad/s，即弧每秒。 ⑷ 工作電流：在單個(gè)電機(jī)正常工作或停止的工作電流 100MA，四個(gè)電機(jī)同時(shí)工作時(shí)總電流 570MA。 ⑸ 直流電機(jī)參數(shù)表： 超聲波測(cè)距模塊計(jì)算 ⑴ 參數(shù)： 使用電壓： DC5V 靜態(tài) 電流：小于 2mA 感應(yīng)角度：不大于 15度 探測(cè)距離： 2cm450cm 距離計(jì)算公式： d=(s*)/2 cm D 為檢測(cè)距離 S 為超聲波回來(lái)的時(shí)間 ，環(huán)境溫度不同聲速也不相同 ⑵ 使用方法： 控制口發(fā)一個(gè) 10US 以上的高電平 ,就可以在接收口等待高電平輸出 .一有輸出就可以開(kāi)定時(shí)器計(jì)時(shí) ,當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值 ,此時(shí)就為此次測(cè)距的時(shí)間 , 可算出距離 .如此不斷的周期測(cè) ,就可以達(dá)到移動(dòng)測(cè)量的效果。 14 測(cè)速模塊計(jì)算 用紅外對(duì)管傳感器進(jìn)行測(cè)速，經(jīng)實(shí)際測(cè)得輪子圓周為 ，電機(jī)的碼盤(pán)為 20個(gè)孔，在一定時(shí)間測(cè)得通過(guò)圓孔的個(gè)數(shù)然后再乘以 。 d=（ C*） *2 （ cm/s） C為每 500ms 內(nèi)的計(jì)數(shù)值 （ ）和碼盤(pán)圓孔的個(gè)數(shù)（ 20個(gè)）的比值 測(cè)試工具： 儀器名稱(chēng) 用途 電腦 調(diào)試 及下載程序 數(shù)字萬(wàn)用表 測(cè)量各種電路工作情況 直流穩(wěn)壓電源 提供系統(tǒng)工作電壓 測(cè)試過(guò)程 由于智能小車(chē)屬于移動(dòng)性高精度實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域，因此各模塊必須具有精度高、傳感器綜合控制、智能控制等性能要