【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓。由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)所需要的電壓很大，因此使用9V電壓直接通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片供電。通過(guò)八個(gè)LED燈來(lái)分別顯示每個(gè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。圖12 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路該驅(qū)動(dòng)芯片可驅(qū)動(dòng)2 路直流電機(jī)，使能端ENA、ENB 為高電平時(shí)有效，控制方式及直流電機(jī)狀態(tài)表如下所示。如果PWM直流電機(jī)的速度控制，需要設(shè)置IN1和IN2，確定電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，并使輸出PWM脈沖，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制。請(qǐng)注意，當(dāng)使能信號(hào)是0，電動(dòng)機(jī)自由停止?fàn)顟B(tài)；若使能ENA信號(hào)為1，并且IN1 和IN2 都為00 或11 時(shí)，電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。表2 L298N驅(qū)動(dòng)狀態(tài)表ENAIN1IN2直流電機(jī)狀態(tài)0XX停止100制動(dòng)101正轉(zhuǎn)110反轉(zhuǎn)111制動(dòng) 7805（如圖13所示）作為穩(wěn)壓芯片，在我們?nèi)粘Ｊ褂弥校鞘褂米顝V泛的。并且使用起來(lái)很簡(jiǎn)單、很方便，只要簡(jiǎn)單的接入電路中，給它一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓源即可。 7805一共有三個(gè)引腳，引腳1是INPUT即為整流器輸入電壓，引腳2為GND，公共接地端，引腳3是OUTPUT輸出穩(wěn)壓后的5V電壓. 圖13 LM7805引腳圖 循跡部分電路圖14 循跡模塊框架 在進(jìn)行小車(chē)循跡電路設(shè)計(jì)時(shí)，我們要考慮到當(dāng)紅外對(duì)管檢測(cè)到黑線以后，如何進(jìn)行下一步操作。首先將紅外對(duì)管接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，再將模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。在這里我們就可以使用電壓比較器，進(jìn)行電壓比較，來(lái)確定檢測(cè)到的黑線在哪一邊，再通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)小車(chē)循著黑線行駛。一般常用的電壓比較器芯片為L(zhǎng)M339和LM393，其中LM339為四電壓比較器，而LM393為雙電壓比較器。由于我們采用五個(gè)紅外對(duì)管進(jìn)行黑線檢測(cè)，所以使用了一個(gè)LM339和一個(gè)LM393。圖15 循跡模塊電路 避障部分電路圖16 超聲波模塊框架圖 在小車(chē)避障時(shí)，我們選用超聲波避障模塊，主要是因?yàn)槠湓谶M(jìn)行檢測(cè)時(shí)，受到外界干擾較少，檢測(cè)距離相對(duì)較遠(yuǎn)，可以多角度多范圍的進(jìn)行檢測(cè)，這樣可以減少避障失敗的可能。超聲波電路主要由一個(gè)聲波發(fā)射口，一個(gè)聲波接收口以及MAX232和EM78P153組成。其中MAX232該產(chǎn)品是一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片，EM78P153是采用高速CMOS工藝制造的8位單片機(jī)芯片。通過(guò)揚(yáng)聲器T發(fā)出的超聲波，如果遇到障礙物返回后，被傳感器接收到。通過(guò)各級(jí)三極管放大電路，將所得信號(hào)放大。放大信號(hào)被傳送到EM89P153單片機(jī)，通過(guò)處理，得到所需要的數(shù)字信號(hào)。然后再通過(guò)通信接口芯片MAX232，與STC89C52單片機(jī)通信，將信號(hào)傳到52單片機(jī)。最后通過(guò)52單片機(jī)的處理，得到小車(chē)避障所需的控制信息。圖17 超聲波檢測(cè)電路MAX232為16腳直插式封裝芯片，其主要的作用是來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。其內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)可分為三部分：由端口1—6以及四個(gè)電容構(gòu)成的電荷泵電路，由引腳714組成的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道電路以及供電電路，一般可以產(chǎn)生12V和+12V兩種電壓。EM89P153單片機(jī)芯片，其內(nèi)部有512*13位一次性的ROM，程序代碼可以通過(guò)EM下載到EM89P153芯片中。；片內(nèi)有4MHz校準(zhǔn)RC振蕩器；振蕩器起振時(shí)間預(yù)分頻系數(shù)可編程；片內(nèi)可按位編程；兩個(gè)雙向I/O口；5級(jí)堆棧；3個(gè)中斷源，外部中斷，輸出引腳狀態(tài)變化中斷，TCC溢出中斷；8位實(shí)時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器（TCC）；每個(gè)指令周期為兩個(gè)時(shí)鐘周期。小車(chē)的主控電路是以52單片機(jī)作為控制芯片，結(jié)合復(fù)位電路、晶振電路來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。在電路中，我們一般使用的晶振位12MHz，這樣的話，單片機(jī)的每一個(gè)機(jī)器周期為1uS，這樣在利用單片機(jī)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)時(shí)時(shí)，比較方便。 圖18 最小單片機(jī)系統(tǒng)第4章 程序設(shè)計(jì)在小車(chē)整體設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅有著大量的硬件電路設(shè)計(jì)，更多的是對(duì)于系統(tǒng)軟件的分析設(shè)計(jì)。因?yàn)樵谟布娐反罱ㄍ暌院螅挥型ㄟ^(guò)軟件程序的控制，才可以讓小車(chē)按照設(shè)想的運(yùn)行路徑進(jìn)行行駛，達(dá)到所需要的功能。由于小車(chē)整體功能比較多，如果在最開(kāi)始程序設(shè)計(jì)時(shí)就進(jìn)行整體設(shè)計(jì)的話，無(wú)疑會(huì)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)工作帶來(lái)困難，而且在設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試時(shí)，也會(huì)造成困難。因此，我在設(shè)計(jì)程序時(shí)，采用了模塊化設(shè)計(jì)，即先對(duì)每一個(gè)部分子功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，在驗(yàn)證各個(gè)功能程序的完整性以及正確性以后，再把各個(gè)子程序組合成一個(gè)完整的程序。 圖19 系統(tǒng)程序流程圖 驅(qū)動(dòng)程序流程圖圖20 驅(qū)動(dòng)程序流程圖 循跡程序流程圖圖21 循跡程序流程圖 避障程序流程圖 圖22 避障程序流程圖第5章 制作安裝與調(diào)試 小車(chē)的安裝在小車(chē)各個(gè)部分的電路焊接完成后，我們就開(kāi)始對(duì)小車(chē)進(jìn)行整體組裝。利用購(gòu)買(mǎi)的高強(qiáng)度塑料制成的模型作為小車(chē)的車(chē)體，然后分別將各模塊按照功能安裝固定好。紅外循跡模塊固定在車(chē)體底部，因?yàn)槠渥饔檬莵?lái)檢測(cè)地面黑線存在，而且其工作距離也有一定限制，所以不能放在離地面太高的地方。超聲波探測(cè)模塊則應(yīng)該置于小車(chē)正前方，其目的主要是用來(lái)發(fā)現(xiàn)前方障礙物，其安裝高度要合適。對(duì)于驅(qū)動(dòng)模塊和最小單片機(jī)系統(tǒng)，安裝在小車(chē)正中間，因?yàn)槠湟c各模塊之間進(jìn)行連接。供電電源則放在小車(chē)車(chē)尾，這樣有利于小車(chē)整體重量的均勻分布，也可以在進(jìn)行充電時(shí)，更加方便拆裝。 對(duì)小車(chē)的左右轉(zhuǎn)彎進(jìn)行調(diào)試時(shí)，可以在程序里給定每個(gè)電機(jī)引腳信號(hào)，看小車(chē)的轉(zhuǎn)動(dòng)是否滿(mǎn)足所設(shè)定的方向。通過(guò)調(diào)試可知，小車(chē)的運(yùn)動(dòng)方向與初始設(shè)置相同，能夠?qū)崿F(xiàn)。圖23 小車(chē)驅(qū)動(dòng)調(diào)試圖為了便于明確知道小車(chē)電機(jī)轉(zhuǎn)向的控制信號(hào)，表3給出了每個(gè)I/O的控制信號(hào)，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行不同的改變，可以選擇在不同情況下電機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而得到小車(chē)行駛的數(shù)據(jù)。表3 運(yùn)動(dòng)調(diào)試結(jié)果I/O口結(jié)果輸入電平1010直線前進(jìn)1001右轉(zhuǎn)彎0110左轉(zhuǎn)彎0101后退1111停止 小車(chē)的循跡是通過(guò)五路紅外對(duì)管實(shí)現(xiàn)，當(dāng)左側(cè)檢測(cè)到有黑線時(shí)，左側(cè)LED指示燈會(huì)亮（圖24），當(dāng)右側(cè)指示燈亮?xí)r，那么小車(chē)檢測(cè)到的黑線在右側(cè)（圖25），如果當(dāng)小車(chē)在黑線中間是中間指示燈會(huì)亮（圖26），這時(shí)候，小車(chē)就會(huì)循著黑線一直行進(jìn)。圖24 左側(cè)檢測(cè)黑線圖25 右側(cè)檢測(cè)黑線圖26 中間檢測(cè)黑線在進(jìn)行循跡測(cè)試時(shí)，黑線的寬度對(duì)我們循跡成功也有一定的影響，因此，我還進(jìn)行了黑線寬度的測(cè)試，其結(jié)果如表4：表4 黑線寬度調(diào)試 循跡次數(shù)黑線寬度12345失敗失敗成功失敗失敗1cm成功失敗成功成功成功成功成功成功成功成功2cm成功成功成功成功成功 在進(jìn)行小車(chē)避障調(diào)試時(shí)，當(dāng)把障礙物放置在小車(chē)的行駛路線上時(shí)，如果被檢測(cè)到，那么小車(chē)會(huì)在安全距離內(nèi)旋轉(zhuǎn)180度進(jìn)行避障處理。圖27 小車(chē)避障調(diào)試在進(jìn)行避障功能測(cè)試時(shí)，還需要對(duì)障礙物大小進(jìn)測(cè)試，因?yàn)檫@樣可以更加準(zhǔn)確的得到調(diào)試結(jié)果。結(jié)果如表5：表5 障礙物大小調(diào)試結(jié)果 避障次數(shù)障礙物大小12345㎡失敗失敗失敗失敗失敗㎡成功失敗成功成功成功㎡成功成功成功成功成功通過(guò)對(duì)小車(chē)的各項(xiàng)功能進(jìn)行測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)，在合適的工作條件下，小車(chē)基本可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因此，本設(shè)計(jì)完成了預(yù)先的設(shè)計(jì)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了所有功能。小車(chē)可以進(jìn)行循跡功能，檢測(cè)到黑線以后，會(huì)沿著黑線進(jìn)行行進(jìn)。可以進(jìn)行避障功能，在檢測(cè)到障礙物以后，小車(chē)會(huì)原地旋轉(zhuǎn)180度進(jìn)行避障處理，然后繼續(xù)行駛。結(jié) 論經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的辛苦努力，本設(shè)計(jì)循跡避障小車(chē)通過(guò)驗(yàn)證，基本實(shí)現(xiàn)了最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)。在最開(kāi)始進(jìn)行選題時(shí)，覺(jué)得這個(gè)課題比較簡(jiǎn)單，可是在課題設(shè)計(jì)過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)其實(shí)并沒(méi)有想的那么簡(jiǎn)單。首先是在硬件電路方面的設(shè)計(jì)，對(duì)于硬件電路設(shè)計(jì)，并不是說(shuō)只要把元器件選好了，把線一連接就可以了，我們?cè)谶M(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮諸多因素，比如元器件使用難易，價(jià)格如何，還有就是電路中各個(gè)元器件的工作電流電壓，所消耗的功率，這些都是要考慮的。所以在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，我查閱了大量的資料，結(jié)合前人的研究成果，通過(guò)分析電路中電流電壓的關(guān)系，最終選擇出合適的元器件，完成了整個(gè)硬件電路的設(shè)計(jì)。在程序方面，這是一個(gè)占工作量比較大的部分，因?yàn)樾≤?chē)的各種功能是靠程序的選擇控制的，只有保證程序的正確性，才能保證小車(chē)功能的實(shí)現(xiàn)。程序設(shè)計(jì)時(shí)，我對(duì)于以前的各種相關(guān)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了參考比較，覺(jué)得使用模塊化設(shè)計(jì)更加方便于我們的編寫(xiě)。在進(jìn)行各功能驗(yàn)證時(shí)可以很簡(jiǎn)單，而且還可以在以后繼續(xù)使用某一需要的功能程序，而不必要重新編寫(xiě)。在進(jìn)行實(shí)物焊接以及組裝時(shí)，可以考驗(yàn)我們的動(dòng)手能力，并對(duì)我們的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了解。焊接時(shí)的虛焊、錯(cuò)焊，還有組裝時(shí)的結(jié)構(gòu)不合理等等，都在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中體現(xiàn)出來(lái)了。 參考文獻(xiàn)[1] 于金霞 王璐 蔡自興 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