【文章內(nèi)容簡介】 每個機器周期中由復(fù)位電路采樣一次。 復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。所謂上電復(fù)位，是指計算機加電瞬間，要在 RST 引腳出現(xiàn)大于 10MS 的正脈沖，使單片機進入復(fù)位狀態(tài)。按鈕復(fù)位是指用戶按下“復(fù)位”按鈕，使單片機進入復(fù)位狀態(tài)。如圖 35 是上電復(fù) 位及按鈕復(fù)位的一種實用電路。 上電時， +5V 電源立即對單片機芯片供電，同時經(jīng)電阻 R對電容 C7 充電。 C7 上電壓建立的規(guī)程就產(chǎn)生一定寬度的負脈沖，經(jīng)反向后， RST 上出現(xiàn)正脈沖使單片機實現(xiàn)了上電復(fù)位。按鈕按下時， RST 上同樣出現(xiàn)高電平，實現(xiàn)了按鈕復(fù)位。在應(yīng)用系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需要復(fù)位。如果這些芯片復(fù)位端的復(fù)位電平和單片機一致，則可以與單片機復(fù)位腳相連， 其電路圖如下圖： 10 圖 35 復(fù)位電路 電機驅(qū)動電路 L298N 是 SGS 公司的產(chǎn)品，比較常見的是 15 腳 Multiwatt 封裝的 L298N,內(nèi)部同樣包 4 通道邏輯驅(qū)動電路。它是專用驅(qū)動集成電路，屬于 H 橋集成電路，與L293D 的差別是其輸出電流增大，功率增強。其輸出電流為 2A，最高電流為 4A，最高工作電壓 50V，可以驅(qū)動感性負載，如大功率直流電機、步進電機、電磁閥、特別是輸入端可以與單片機直接相連，從而很方便的受單片機控制。當(dāng)驅(qū)動直流電機時，可以直接控制兩路電機，并可實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)該功能只需改變輸入端的邏輯電平。 L298N 引腳封裝圖如下所示。 圖 36 L298N 引腳封裝圖 L298N 驅(qū)動電路框圖如下圖： 11 圖 37 L298N 驅(qū)動電路框圖 L298N 引腳功能表 表 31 L298N 引腳功能表 12 電路連接圖如下所示。 圖 38 電機驅(qū)動原理圖 故該模塊采用芯片 L298N 控制兩個電機的正反轉(zhuǎn)，以及改變電機的轉(zhuǎn)速。板上的ＥＮＡ與ＥＮＢ為高電平時有效，只有當(dāng)ＥＮＡ與ＥＮＢ為高電平時電機才旋轉(zhuǎn)，否則單機不轉(zhuǎn)，這里的電機指的是ＴＴＬ電平。ＥＮＡ為ＩＮ１和ＩＮ ２的使能端，ＥＮＢ為ＩＮ３和ＩＮ４的使能端。當(dāng)ＥＮＡ＝１，ＩＮ１＝１ＩＮ２＝０時電機１正轉(zhuǎn)，ＥＮＡ＝１，ＩＮ１＝０ＩＮ２＝１電機１反轉(zhuǎn)。同理，當(dāng)ＥＮＢ＝１，ＩＮ３＝１ＩＮ４＝０電機２正轉(zhuǎn)，ＥＮＢ＝１，ＩＮ３＝０ＩＮ４＝１電機２反轉(zhuǎn)。ＯＵＴ１、ＯＵＴ 2 接電機 1，ＯＵＴ ＯＵＴ 4 接電機 2。 POWER 接直流電源，注意正負，電源正端為 VCC，電源負端為 GND。 其中 SENASEA、 SENASEB 分別為兩個 H 橋的電流反饋腳，不用時可以直接接地。VCC， VS 是接電源引腳，電壓范圍分別是 、 ，設(shè) 計中ＶＣＣ端與單片機電源共用５Ｖ工作電源，ＶＳ端獨立接９Ｖ電源。ＢＮＡ，ＥＮＢ為使能端，低電平禁止輸出。ＩＮ１、ＩＮ２、ＩＮ３、ＩＮ４為數(shù)據(jù)輸入引腳，對應(yīng) L298N 的 12 分別接到 AT89S52 的 ；ＯＵＴ１、ＯＵＴ ＯＵＴＯＵＴ 4 為數(shù)據(jù)輸出引腳分別接電機的正負極。若有接收到信號，則把相對應(yīng)的高電平輸入給單片機 對應(yīng)的 I/O 口，并通過程序使單片機 對應(yīng)I/O 口置高電平，并傳送給電機驅(qū)動模塊來實現(xiàn)小車的走動。若沒接收到信號， 則繼續(xù)檢測。 15 腳是輸出電流反饋腳，其它與 L293 相同。下圖是其與 AT89S52 單片機連接的電路圖。 13 圖 39 L298N 與 AT89S52 單片機連接原理圖 L298N 驅(qū)動 直流電機，它靠兩個引腳控制一個電機的運動。通過調(diào)制后面兩個輪子轉(zhuǎn)速或正反轉(zhuǎn)來達到控制小車轉(zhuǎn)向的目的。芯片 L298N 引腳和功能如表 ： 表 32 芯片 L298N 引腳和功能 TCRT5000 紅外反射式接近開關(guān) 電路 TCRT5000光電傳感器模塊是基于 TCRT5000紅外光電傳感器設(shè)計的一款紅外反射式光電開關(guān)。傳感器采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，輸出信號經(jīng)施密特電路整形，穩(wěn)定可靠。 （ 1）工作原理： 循跡模塊探測板子表面黑膠帶的方法是光線射到板子上并反射，由于黑膠帶 14 和板子對光的反射系數(shù)不同，所以我們可以根據(jù)收到的光的強弱來判斷黑線，進而規(guī)避黑線來保證小車在板子的行車道中正常前進。 傳感器的紅外發(fā)射二極管不斷發(fā)射紅外 線，當(dāng)發(fā)射出的紅外線沒有被反射回來或被反射回來但強度不夠大時，光敏三極管一直處于關(guān)斷狀態(tài)， 當(dāng)發(fā)射管的紅外信號經(jīng)反射被接收管接收后 ,接收管的電阻會發(fā)生變化 ,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來 ,而經(jīng)過 ADC 轉(zhuǎn)換或 LM393 等電路整形后得到處理后的輸出結(jié)果 .電阻的變化起取于接收管所接收的紅外信號強度 ,常表現(xiàn)在反射面的顏色和反射面接收管的距離兩二方面 。 （ 2）電路原理圖： O U T A1I N A2I N + A3G N D4I N + B5I N B6O U T B7V C C8I C 1L M 3 9 3O U TI N A O P T O I S O 1I N A ++5R71 0 3O U T+5+5123J1C O N 3R 1 14 7 kR13 3 0R 1 71 0 kI N A D1L E DR 2 11k 圖 310 TCRT5000 傳感器模塊電路原理圖 35 E18D80NK 紅外避障 傳感器 E18D80NK 紅外避障 傳感器是 一種集發(fā)射與接收一體的光電傳感器，發(fā)射光經(jīng)過調(diào)制后發(fā)出，接收頭對反射光進行解調(diào)輸入。有效避免了可見光的干擾。透鏡的使用，更增加了該傳感器的檢測距離，由于紅外光的特性，不同顏色的物體，能探測的最大距離也有不同；白色物體最遠，黑色物體最近。檢測障礙物的距離可以根據(jù)要求通過尾部的電位器旋鈕進行調(diào)節(jié)。該傳感器因其探測距離遠、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點倍受關(guān)注。 傳感器內(nèi)部原理圖 如下圖。 15 圖 311 E18D80NK 傳感器模塊內(nèi)部原理圖 4 系統(tǒng)調(diào)式 根據(jù)方案設(shè)計的要求，測試過程共分為三 大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、軟硬聯(lián)調(diào)。電路按模塊調(diào)試，各模塊逐個調(diào)試后，再進行聯(lián)調(diào)。單片機軟件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試，確保電路正常工作后，再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試， 對各個模塊的功能進行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實現(xiàn)指定的功能。查看硬件電路的連接是否與邏輯圖一致，用萬用表檢測有無短路或斷路現(xiàn)象，器件的規(guī)格、極性是否有誤。檢查完畢，用萬用表測量一下電路板正負電源兩端之間的電阻，排除電源短路的可能性。下圖為小車實體圖。 16 圖 41 小車實體圖 （ 1）電機控制 此模塊調(diào)試實現(xiàn)的功能是結(jié)合軟件共同實 現(xiàn)，當(dāng)連接單片機與電機控制芯片的I/0 加上一定的電平可以實現(xiàn)電機左右轉(zhuǎn)向，前后轉(zhuǎn)向以及停止等功能，同時通過程序延時降低電機轉(zhuǎn)速。如下表為電機測試記錄。 表 41 電機測試記錄 小車行駛狀態(tài) 0 1 0 1 小車向前行駛 1 0 1 0 小車向后行駛 0 1 1 0 小車向前右轉(zhuǎn) 1 0 0 1 小車向前左轉(zhuǎn) 0（ 1） 0（ 1） 0（ 1） 0（ 1） 小車停止行駛 （ 2）接近開關(guān)傳感器 接近開關(guān)傳感器有三個組成，所以一路一路進行調(diào)試。當(dāng)把紅外對管放到黑線上時，單片機對應(yīng) I/O 口收到的電平都為低，輸入電壓為 左右，同時指示等紅燈亮，且左電機向前，右電機向后。當(dāng)把紅外對管放到白線上時，對應(yīng)電平變高，為 17 左右，指示等紅燈不亮，兩個電機都向前。 圖 42 左側(cè)檢測正常 同理對右邊的進行實驗，當(dāng)把紅外對管放到黑線上時，單片機對應(yīng) I/O 口收到的電平都為低，輸入電壓為 左右，同時指示等紅燈亮，且右電機向前，左電機向后。當(dāng)把紅外對管放到白線上時，對應(yīng)電平變高，為 左右，指示等紅燈不亮，兩個電機都向前。 圖 43 右側(cè)檢測正常 對中間的接近開關(guān)傳感器進行實驗，中間的接近開關(guān)傳感器與兩邊的略有不同，中間的不對電機進行控制，是對超車標(biāo)志的檢測。當(dāng)紅外對管經(jīng)過黑線時，單片機對應(yīng) I/O 口收到的電平都為低，輸入電壓為 左右，同時指示等紅燈亮，當(dāng)把紅外對管放到白線上時，對應(yīng)電平變高，為 左右，指示等紅燈不亮。 18 圖 44 中間計數(shù)正常 （ 3）紅外線避障 此模塊的檢測與紅外線尋跡模塊基本一致，相當(dāng)于一路尋跡信號，在沒有障礙物時輸入電壓為 左右，屬于低電平，碰到障礙物電壓跳變?yōu)? 左右，以此來得到單片機控制。在調(diào)節(jié)確定電位器電阻后測試數(shù)據(jù)可以得到，小車的避障有效范圍可以達到 30CM 左右，同時也可以再通過調(diào)節(jié)電位器的阻值增加和減小有效距離。 圖 45 避障檢測正常 19 軟件調(diào)試 本系統(tǒng)的軟件調(diào)試因 AT89S52 核心模塊的使用而變得相對容易， keil 軟件開發(fā)環(huán)本系統(tǒng)的軟件調(diào)試因 AT89S52 核心模塊的使用而變得相對容易， keil 軟件開發(fā)環(huán)境，能判 斷語法錯誤和邏輯錯誤， 這樣使調(diào)試相對簡單，由于本系統(tǒng)是分模塊進行程序設(shè)計的，所以調(diào)試時先分模塊進行調(diào)試。如小車紅外線尋跡程序，在調(diào)試時將它放在一個子程序里單獨測試，看其是否能夠完成預(yù)定的功能，如能，測試通過，否則，修改并反復(fù)測試直到通過。 雖然在軟件的調(diào)試過程中，綜合利用了設(shè)定斷點、單步、跟蹤等調(diào)試手段， 使得調(diào)試工作更易進行。但是也出現(xiàn)了一定的問題，接近開關(guān)傳感器的計數(shù)不準，電機延時沒起到效果等等。通過了多次分離合并，修改測試語句以及單片機外加 LED 燈觀察現(xiàn)象等方法得以解決，達到綜合效果。 （ 1）軟件設(shè)計框圖 本系統(tǒng)上電以后單片機對相應(yīng) I/O 進行檢測，判斷小車開始的狀態(tài)，然后向前運動，在運動的過程中判斷是否遇到邊界，遇到邊界就做相應(yīng)的操作（左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)），同時判斷前方有無障礙物若有障礙物且不在超車區(qū)，就減速慢行直到無障礙物，若有障礙物且在超車區(qū)，接下來要判斷是第幾圈，若是第一圈就停止片刻，若是到第二圈則實施超 車。在運行到預(yù)定地點停止。 程序流程圖如下 20 圖 46 程序流程圖如下 開始 初始化各端口 超車 判斷全部傳器正常 N Y 向前直行 是邊界 相反方向轉(zhuǎn)向 障礙 到超車區(qū) 暫停 結(jié)束 Y Y Y N N N 減速直行 第 1 圈 停車區(qū) N 21 軟硬聯(lián)調(diào) 本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計中采用模塊設(shè)計法，所以方便對各電路模塊功能進行逐級測試： 單片機控制模塊 的調(diào)試 、接近開關(guān)傳感器調(diào)試、紅外線避障模塊 的調(diào)試 以及電機控制模塊 的調(diào)試，最后將各模塊組合后結(jié)合軟件進行 整體測試 。 在軟件和硬件都基本調(diào)通的情況下，進行系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)調(diào)。按照又上向下，模塊化設(shè)計的理念對模塊逐個調(diào)試：首先，調(diào)紅外接近開關(guān)模塊，是否能正常檢測，然后調(diào)試單片機能否對信號進行處理，接著調(diào)試單片機對 L298N 的控制。最后等模塊逐一調(diào)通后，再進行聯(lián)調(diào)。再連接成一個完整