【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和 DAC2 中，進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換的電流模擬信號(hào)分別從 AUD1 和 AUD2 輸出，輸入的數(shù)字量分別寫(xiě)入 PDAC1 和 PDAC2單元。 超聲波測(cè)距模塊 1． 基本特性與參數(shù)指標(biāo) 超聲波傳感器諧振頻率： 40KHz 模組傳感器工作電壓： 模組接口電壓： 自主移動(dòng)機(jī)器人小 車(chē)設(shè)計(jì) 9 2． 主要功能 三種測(cè)距模式選擇跳線 J1（短距、中距、可調(diào)距）： 短距： 20cm100cm左右（根據(jù)被測(cè)物表面材料決定），精度 1cm； 中距： 70cm400cm左右（根據(jù)被測(cè)物表面材料決定）； 可調(diào)：范圍由可調(diào)節(jié)參數(shù)確定，當(dāng)調(diào)節(jié)在合適的值時(shí)，最遠(yuǎn)測(cè)距 700cm左右； 3． 結(jié)構(gòu)示意圖 圖 31 超聲波測(cè)距模組硬件框圖 圖 32 超聲波實(shí)物圖 一般應(yīng)用時(shí)，只需要用兩條 10PIN排線把 J5與 SPCE061A的 IOB口低八位連接， J4與 IOB口高八位連接，同時(shí)設(shè)置好 J J2跳線就完成硬件的連接了。不同測(cè)距模式的選擇只需改變測(cè)距模式跳線 J1的連接方法即可。模組工作的性能與 被測(cè)物表面材料有很大關(guān)系，如毛料、布料對(duì)超聲波的反射率很小，會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果 自主移動(dòng)機(jī)器人小 車(chē)設(shè)計(jì) 10 4． 超聲波測(cè)距原理 聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。當(dāng)聲波受到尺寸大于其波長(zhǎng)的目標(biāo)物體阻擋時(shí)就會(huì)發(fā)生反射；反射波稱(chēng)為回聲。假如聲波在介質(zhì)中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間可以測(cè)量得到，那么就可以計(jì)算出從聲波到目標(biāo)的距離。這就是本系統(tǒng)的測(cè)量原理。這里聲波傳播的介質(zhì)為空氣，采用不可見(jiàn)的超聲波 ， 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波 接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離 (s)，即： s=340t/2 超聲波測(cè)距模組的電路原理圖 圖 33 超聲波測(cè)距模組的主要電路原理圖 自主移動(dòng)機(jī)器人小 車(chē)設(shè)計(jì) 11 整個(gè)電路可分為兩大部份，一部份是超聲波發(fā)射調(diào)理電路，另一部份是 超聲波回波接收處理電路。用于驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器的 40KHz 的方波由一片 NE555 搭成的多諧振蕩器生成，受控于控制器的 PLUS_EN 信號(hào)； 40KHz 的方波經(jīng) CD4049 調(diào)理后，成為振幅 18V 的方波，提高發(fā)射功率。 發(fā)射頭發(fā)射出去的超聲波經(jīng)障礙物反射后，反射到接收頭，而接收到的波形幅度非常小，所以在回波處理電路中，把接收到的波形放大了 5000 倍，用的是 NE5532搭成的兩級(jí)交流放大電路。經(jīng)放大后的波形送入， LM311 比較器；經(jīng)比較器調(diào)理后的波形成為方波，可送給 SPCE061A 的 EXT1 外部中斷。 在模塊電路的設(shè)計(jì)中一定要注意，超聲波發(fā)射頭和接收頭之間的干擾；一般壓電式的超聲波換能器都會(huì)存在余波的干擾，發(fā)射頭和接收頭間要有 5cm 的距離；而在 發(fā)射頭發(fā)射超聲波后的 3ms 內(nèi)，接收頭會(huì)一直接收到發(fā)射頭傳過(guò)來(lái)的非反射波，這是干擾波，在軟件處理的時(shí)候一定要注意清除掉此類(lèi)的干擾。 超聲波電源接口 圖 34 超聲波電源接口 J3 為外部電源接口，最高電壓不要超過(guò) 12V， J2為電源選擇跳線， VCC_5 即為由 61 板通過(guò) 10PIN 的排線引入模組的電源， VCC 即為模組的放大器，調(diào)理電路的供電電源。當(dāng)用戶(hù)使用 61 板為其供電時(shí)，要把 VCC 與 VCC_5 短接；而使用外部電源時(shí)，要把 VCC 與 VCC_5 短接。 超聲波測(cè)距模組與 61 板的接口如圖 35,36 所示： 自主移動(dòng)機(jī)器人小 車(chē)設(shè)計(jì) 12 圖 35 超聲波測(cè)距模 組 接口 圖 36 超聲波與 61板進(jìn)行 測(cè)距 連接實(shí)物圖 測(cè)距程序流程圖 超聲波測(cè)距的功能函數(shù)流程圖如圖 37。用戶(hù)只需進(jìn)行六次測(cè)距操作，這六次的測(cè)量結(jié)果需要經(jīng)過(guò)處理后才可得到最終的測(cè)距返回值，然后將返回值化成距離。 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 [4] L298N 是 SGS 公司的產(chǎn)品 ，內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。是一種二相和四相電機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè) H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng) 46V、 2A以下的電機(jī)。 其實(shí)物及引腳圖如 圖 38及 39所示 自主移動(dòng)機(jī)器人小 車(chē)設(shè)計(jì) 13 測(cè) 距 初 始 化鍵 盤(pán) 掃 描 初 始 化啟 動(dòng) 測(cè) 距 鍵是 否 按 下 ？進(jìn) 行 一 次 測(cè) 距測(cè) 距 結(jié) 果 播 報(bào)及 出 錯(cuò) 處 理清 看 門(mén) 狗開(kāi) 始YN 圖 37測(cè)距程序流程圖 圖 38 L298N實(shí)物圖 自主移動(dòng)機(jī)器人小 車(chē)設(shè)計(jì) 14 圖 39 L298N管腳圖 L298N 主要特點(diǎn) (1)工作電壓高，最高工作電壓可達(dá) 46V； (2)輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá) 3A，持續(xù)工 作電流為 2A；額定功率 25W。 (3)內(nèi)含兩個(gè) H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載； (4)采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控 制； (5)具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作； (6)可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。使用 L298N 芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊連接圖 [5] 小車(chē) 的兩個(gè)直流 電機(jī)和驅(qū)動(dòng)模 塊 L298N 的連接如圖 310。 L298 有兩路電源分別為邏輯電源和動(dòng)力電源，圖 310 中 6V 為邏輯電源， 12V 為動(dòng)力電源。 J4接入邏輯電源， J6 接入動(dòng)力電源， J1與 J2分別為單片機(jī)控制兩個(gè)電機(jī)的輸入端， J3與 J5 分別與兩個(gè)電極的正負(fù)極相連。 ENA 與 ENB 直接接入 6V 邏輯電源也就是說(shuō)兩個(gè)電機(jī)時(shí)刻都工作在使能狀態(tài)，控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)只有通過(guò) J1與 J2兩個(gè)接口。輸入信號(hào)端IN1接高電平輸入端 IN2 接低電平， J3 連接的電機(jī)正轉(zhuǎn)。（如果信號(hào)端 IN1接低電平， IN2接高電平， J3連接的電機(jī)反轉(zhuǎn)）控制另一臺(tái)電機(jī)是同樣的 方式，輸入信號(hào)端 IN3自主移動(dòng)機(jī)器人小 車(chē)設(shè)計(jì) 15 接高電平，輸入端 IN4接低電平， J5 連接的電機(jī)正轉(zhuǎn)。（反之則反轉(zhuǎn)）， PWM 信號(hào)端 A控制電機(jī) 1調(diào)速， PWM 信號(hào)端 B控制電機(jī) 2 調(diào)速。 圖 310電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊連接圖 通過(guò) 對(duì) 驅(qū)動(dòng)模塊的邏輯輸入端輸入不同的電平，其對(duì)應(yīng)的 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)表如表31 表 31 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)表 左電機(jī) 右電機(jī) 左電機(jī) 右電機(jī) 小車(chē)運(yùn)行狀態(tài) IN1 IN2 IN3 IN4 1 0 1 0 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 前行 1 0 0 1 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 左轉(zhuǎn) 1 0 1 1 正轉(zhuǎn) 停 以左電機(jī)為中心原地左轉(zhuǎn) 0 1 1 0 反轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn) 1 1 1 0 停 正轉(zhuǎn) 以右電機(jī)為中心原地右轉(zhuǎn) 0 1 0 1 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 后退 通過(guò)編寫(xiě)相應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序，用單片機(jī)的 IOA 口來(lái)控制驅(qū)動(dòng)模塊， 進(jìn)而控制小車(chē)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)， 來(lái)完成小車(chē)的避障功能。 自主移動(dòng)機(jī)器人小 車(chē)設(shè)計(jì) 16 4 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)小車(chē)智能運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵所在，相當(dāng)于人類(lèi)大腦思維活動(dòng)，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)可將各個(gè)變化信號(hào)數(shù)據(jù)有效的結(jié)合處理，產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作反應(yīng)。 軟件調(diào)試平臺(tái) 軟件調(diào)試采用 μ’nSP?集成開(kāi)發(fā)環(huán)境， μ’nSP?集成開(kāi)發(fā)環(huán)境集程序的編輯，編譯，鏈接，調(diào)試以仿真等功能為一體。具有友好的交互界 面，下拉菜單，快捷鍵和快速訪問(wèn)命令列表等，使編輯，調(diào)試工作方便且高效。此外。它的軟件仿真功能可以在不連接仿真板的情況下模擬硬件的各項(xiàng)功能來(lái)調(diào)試程序 。 IDE 的開(kāi)發(fā)界面如圖 41 圖 41 μ’nSP? IDE的開(kāi)發(fā)界面 對(duì)于超聲波測(cè)距模塊 的數(shù)據(jù)采集的變化，則可以通過(guò)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境在線觀察，其對(duì)應(yīng)變量的數(shù)值在如圖 42的變量表 watch 窗口 圖 42變量表 Watch窗口界面 自主移動(dòng)機(jī)器人小 車(chē)設(shè)計(jì) 17 程序設(shè)計(jì)流程圖 根據(jù)本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路，機(jī)器人小車(chē)的 主要 程序設(shè)計(jì) 包括： 主 程序， 超聲波測(cè)距 程序，其程序設(shè)計(jì)流程圖如圖 43所示 初 始 化測(cè) 距是 否 有 障 礙倒 車(chē)左 轉(zhuǎn)前 進(jìn)是否報(bào) 警比 較 距 離 是 否 2 0 c m 圖 43程序設(shè)計(jì)流程圖 自主移動(dòng)機(jī)器人小 車(chē)設(shè)計(jì) 18 5 制作安裝與調(diào)試 硬件制作 由于 61板制板比較復(fù)雜且工藝要求較高，手工制板無(wú)法滿(mǎn)足要求則選擇了現(xiàn)成的 61 精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板，車(chē)體源于廢舊的小車(chē)玩具進(jìn)行改裝。此后將 61 板、車(chē)體、驅(qū)動(dòng)電路板按照設(shè)計(jì)要求組裝，各 部分之間用自制杜邦線連接。確認(rèn)組裝無(wú)誤則上電測(cè)試。61板的結(jié)構(gòu)圖及說(shuō)明如圖： 圖 51 61板的結(jié)構(gòu)圖 表 51 61板 框圖說(shuō)明 POWER 5vamp。3V供電電路 PLL 鎖向環(huán)外部電路 Power－電源指示燈 Sleep－睡眠指示燈 RESET 復(fù)位電路 K4 復(fù)位按鍵 PROBE 在線調(diào)試器串行 5pin接口 S5 EZPROBE和 PROBE切換的撥斷開(kāi)關(guān) J1 J3 耳機(jī)插孔和兩 pin喇叭插針 DAC 一路音頻輸出電路， 采用 SPY0030集成音頻放大器 MIC 麥克風(fēng)輸入電路 OSC 32768晶振電路 VREF A/D轉(zhuǎn)換外部參考電壓輸入接口 R/C 芯片其他外圍電阻、電容電路 K1~K3 擴(kuò)展的按鍵：接 IOA0~IOA2 SPCE061A 61板核心： 16位微處理器 PORTA/B 32個(gè) I/O口 自主移動(dòng)機(jī)器人小 車(chē)設(shè)計(jì) 19 凌陽(yáng) 61精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板的實(shí)物圖如圖 52 所示 。 圖 52 61開(kāi) 發(fā)板實(shí)物圖 系統(tǒng)調(diào)試 本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件調(diào)試。 由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊設(shè)計(jì)法，所以方便對(duì)各電路模塊功能進(jìn)行逐級(jí)測(cè)試： 61 板 的 測(cè) 試 、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 的調(diào)試 、超聲波測(cè)距模塊 的調(diào)試 。 最后將各模塊組合后結(jié)合軟件進(jìn)行整體測(cè)試 。 硬件調(diào)試 (1) 61 板測(cè)試 第一步、連接電源，可以連接 3節(jié)電池，也可以直接接 5V的穩(wěn)壓源 現(xiàn)象：當(dāng)電源接通時(shí)，紅色的發(fā)光二極管會(huì)點(diǎn)亮。同時(shí)會(huì)有語(yǔ)音提示： 歡迎進(jìn)入自檢模式 ，此時(shí)因?yàn)檫€沒(méi)有連線，所以會(huì)聽(tīng)到： I/O 測(cè)試失敗 的警告，所以 就要進(jìn)行第二步的操作； 第二步、用連線分別將 I/OA 口的低 8 位和 IOB 口的低 8 位相連， IOA 口的高 8自主移動(dòng)機(jī)器人小 車(chē)設(shè)計(jì) 20 位和 IOB 口的高 8位相連，然后按下 REST 復(fù)位鍵 現(xiàn)象：當(dāng)按下復(fù)位鍵后，程序從第一調(diào)開(kāi)始運(yùn)行開(kāi)始執(zhí)行，語(yǔ)音提示 歡迎進(jìn)入自檢模式 ，當(dāng)聽(tīng)到語(yǔ)音： I/O 測(cè)試成功 后，進(jìn)行第三步操作； 第三步、按 K1 鍵進(jìn)行睡眠功能測(cè)試 現(xiàn)象：如果測(cè)試成功，會(huì)看到綠色的發(fā)光二極管亮滅一下，并有語(yǔ)音提示 睡眠測(cè)試成功 ，否則提示 睡眠測(cè)試失敗 ，然后進(jìn)行第四步操作； 第四步、按下 K2鍵進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換 的測(cè)試 現(xiàn)象：語(yǔ)音提示： A/D 測(cè)試成功 ，否則提示 A//D 測(cè)試失敗 ，進(jìn)入最后一步操作； 第五步、拔掉第一步測(cè)試時(shí)的連接線，并按下 K3鍵測(cè)試 MIC 輸入及 D/A 轉(zhuǎn)換輸出是否正常 現(xiàn)象：可以在 MIC上輕輕的拍幾下，同時(shí)聽(tīng)是否有聲音輸出，如果有，則說(shuō)明MIC輸入和 D/A 轉(zhuǎn)換輸出部分正常。 以上操作，只有當(dāng) I/O測(cè)試成功時(shí)，按鍵才會(huì)有效 經(jīng)過(guò)上述檢驗(yàn)，各個(gè)部分工作都是正常的。 (2)超聲波測(cè)距模塊 調(diào)試 對(duì)于超聲波測(cè)距模塊的調(diào)試是結(jié)合軟件共同實(shí)現(xiàn)，將編寫(xiě)好的超聲波測(cè)距程序下載到 61板中， 同時(shí)在線用 μ’nSP?集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 進(jìn)行測(cè)量結(jié)果的觀測(cè)。 期望實(shí)現(xiàn)的功能是， Back_data 顯示測(cè)得的距離，如果測(cè) 量出錯(cuò)則 Back_data 為 0，則喇叭發(fā)出“咚”的聲音， 測(cè)量正確，則 Back_data 顯示測(cè)的距離，同時(shí)喇叭語(yǔ)音播報(bào)距離 ，播報(bào)的格式為“ ..點(diǎn) ..米”。如表 52 是超聲波調(diào)試記錄。 表 52 超聲波調(diào)試記錄 測(cè)試次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 放置距離 20cm 25cm 40cm 45cm 55cm 65cm 70cm 80cm 90cm 100cm Back_dat值 0 35 65535 48 351 0 65535 655 92 0 由上表可以看出，超聲波測(cè)距模塊工作不正常， 10 次測(cè)量中僅有兩次正確，出現(xiàn)了問(wèn)題，我首先檢查測(cè)距程序，經(jīng)過(guò)反復(fù)的修改，程序確定無(wú)誤。那就是硬件的問(wèn)題了，由于超聲波測(cè)距模塊是買(mǎi)的成品，我研究