【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 break。 case MSG_K_HOU: //“后退”按鍵消息處理 … break。 case …}}本章將系統(tǒng)拆分成了若干個(gè)功能模塊，并且采用兩個(gè)AT89C52單片機(jī)來(lái)各分擔(dān)一部分功能。在軟件方面通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)，基本上實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)并發(fā)運(yùn)行，并且通過(guò)軟件的分層結(jié)構(gòu)將功能實(shí)現(xiàn)和具體的硬件分離開(kāi)，再加上消息驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，這將給后續(xù)的各模塊軟件的設(shè)計(jì)帶來(lái)方便。第3章 各模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì) 紅外遙控模塊的設(shè)計(jì) 遙控模塊的功能需求遙控模塊采用紅外遙控方式，因?yàn)椴捎眉t外遙控抗干擾能力強(qiáng)，且不會(huì)對(duì)周?chē)臒o(wú)線(xiàn)電設(shè)備產(chǎn)生干擾電波，接口簡(jiǎn)單；但是紅外方式遙控的距離比較有限，一般在幾米之內(nèi)。鑒于本設(shè)計(jì)不需要遠(yuǎn)距離遙控，所以綜合考慮之下采用紅外遙控較為合適。本設(shè)計(jì)中要求能用遙控器控制小車(chē)的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止、記錄路線(xiàn)、尋找光源等很多種功能；遙控距離在幾米之內(nèi)即可；并且要在遙控發(fā)射模塊加入語(yǔ)音識(shí)別模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)聲控功能。 編解碼芯片的選型由于在遙控端的按鍵數(shù)目有多個(gè)，而紅外通道傳輸?shù)闹荒苁怯?、1組成的串行代碼，所以需要在發(fā)射端對(duì)按鍵進(jìn)行“并串”編碼，在接收端相應(yīng)的要進(jìn)行“串并”解碼。碼的波特率在收、發(fā)兩端應(yīng)該是一致的。方案一，使用MC14502MC145027編解碼芯片，其特殊的編碼方式保證了信息的可靠傳輸，但是外圍器件參數(shù)的選定較為煩瑣，并且不能利用到其所提供的地址功能，也就是說(shuō)傳輸?shù)男畔?dāng)中地址碼部分是多余的，這就降低了信道的利用率。方案二，采用臺(tái)灣瑞昱公司生產(chǎn)的專(zhuān)用于遙控車(chē)模的CMOS大規(guī)模集成電路TX2/RX2，該編解碼芯片具有5種控制功能，使用方便，所以本設(shè)計(jì)中采用了該方案。 遙控模塊原理圖。TX2的11腳和12腳之間接的電阻決定振蕩頻率；3腳接地；10腳接35V電源；14腳、1腳、4腳、5腳、6腳分別為5路發(fā)射控制端；9腳為發(fā)射指示端，當(dāng)有按鍵按下時(shí)LED1發(fā)光提示；7腳為帶載波的編碼信號(hào)輸出端，即編碼信號(hào)已經(jīng)內(nèi)調(diào)制到38KHZ的載波上，該腳的信號(hào)通過(guò)一個(gè)NPN型三極管放大后可直接驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射二極管發(fā)射信號(hào)；8腳為不帶載波的編碼信號(hào)輸出端。 遙控發(fā)射原理圖 遙控發(fā)射端按鍵數(shù)目的擴(kuò)展 遙控接收電路圖。RX2的4腳和5腳之間接的電阻阻值要和TX2的11腳、12腳間的電阻阻值接近，相差在20%之內(nèi)方可正確的解碼，本設(shè)計(jì)中這兩個(gè)電阻都選用150KΩ；2腳接地；13腳接35V電源；3腳接輸入信號(hào)，由一體化紅外接收頭1838輸出的信號(hào)需要加一個(gè)反向器才是正確的編碼信號(hào)；6腳、7腳、10腳、11腳、12腳為5路遙控命令的輸出端，分別和TX2的5路輸入端的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。另外，為了方便操作，將TX2的5路功能擴(kuò)展成9功能，即在遙控發(fā)射端可以接9個(gè)按鍵。這是通過(guò)對(duì)原先的5路輸入進(jìn)行組合得到的。 遙控電路與語(yǔ)音識(shí)別模塊的連接語(yǔ)音識(shí)別模塊采用凌陽(yáng)61板，可以將SPCE061A單片機(jī)的輸出引腳直接接到TX2的輸入端，與按鍵實(shí)現(xiàn)“線(xiàn)與”功能，這樣遙控發(fā)射端的按鍵和凌陽(yáng)單片機(jī)都可以通過(guò)遙控電路給小車(chē)發(fā)送命令。 數(shù)碼管、發(fā)光二極管顯示模塊的設(shè)計(jì) 多位數(shù)碼管掃描顯示原理 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)LED數(shù)碼管是常用的顯示器件。每一段相當(dāng)于一個(gè)發(fā)光二極管，各個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極或陰極接在一起，分別稱(chēng)作共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。本設(shè)計(jì)中采用的是共陰極數(shù)碼管。對(duì)于多個(gè)數(shù)碼管的顯示，有靜態(tài)方式和動(dòng)態(tài)掃描方式。本設(shè)計(jì)中用了4個(gè)共陰極數(shù)碼管，并采用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示。掃描顯示的原理是將各個(gè)數(shù)碼管的段碼端口分別并聯(lián)在一起，由位選端口輪流選通各個(gè)數(shù)碼管，并讓每個(gè)數(shù)碼管分別顯示幾毫秒，由于人眼的視覺(jué)慣性，看到的將是多個(gè)數(shù)碼管同時(shí)在顯示。 工作狀態(tài)指示燈及轉(zhuǎn)向燈的設(shè)計(jì)為了直觀的顯示出小車(chē)的各種狀態(tài)，設(shè)計(jì)了若干發(fā)光二極管指示燈，有模式指示燈、漏粉指示燈、記錄行駛路線(xiàn)指示燈、障礙指示燈、轉(zhuǎn)向指示燈、倒車(chē)指示燈。 顯示模塊電原理圖： 顯示模塊原理圖顯示任務(wù)由主單片機(jī)完成。，產(chǎn)生數(shù)碼管選通信號(hào)。，鎖存P2口給出的段碼數(shù)據(jù)。在完成鎖存后由P2口直接驅(qū)動(dòng)8個(gè)LED發(fā)光二極管，作為小車(chē)的狀態(tài)指示。為了在74LS273鎖存數(shù)據(jù)時(shí)避免狀態(tài)指示燈的閃爍。，全部熄滅狀態(tài)指示燈；在鎖存結(jié)束后。同樣在4個(gè)數(shù)碼管掃描顯示的過(guò)程中也應(yīng)避免數(shù)碼管的閃爍。 顯示任務(wù)的軟件設(shè)計(jì)。由定時(shí)器0中斷處理函數(shù)timer0()每隔4毫秒調(diào)用一次。這樣每個(gè)數(shù)碼管輪流顯示4毫秒，掃描一遍共需16毫秒，也就是閃爍的頻率大概是60Hz，人眼看到的就是4個(gè)數(shù)碼管同時(shí)在顯示了。返回熄滅狀態(tài)指示燈顯示模式是？顯示緩沖區(qū)置成時(shí)間顯示緩沖區(qū)置成里程數(shù)碼管段碼置成0，消除移位時(shí)的閃爍選通下一個(gè)數(shù)碼管閃爍處理鎖存段碼顯示個(gè)狀態(tài)指示燈時(shí)間模式里程模式用戶(hù)模式 顯示流程圖 聲音提示功能的設(shè)計(jì)和狀態(tài)指示燈的設(shè)計(jì)目的一樣，給小車(chē)加入聲音提示功能也是為了更直觀地顯示各種狀態(tài)。在操作者通過(guò)遙控器給小車(chē)發(fā)出命令后，蜂鳴器將響一聲，及時(shí)的提示操作者已經(jīng)收到命令。這是挺有必要的，因?yàn)榧t外遙控方式并不是很可靠，有時(shí)操作者發(fā)出的遙控命令小車(chē)可能是收不到的，因此操作者幾乎處于“盲操作”狀態(tài)。加入了聲音提示功能后，小車(chē)有沒(méi)有接收到遙控命令很容易就能知道了。此外，當(dāng)小車(chē)遇到障礙時(shí)也會(huì)給出聲音報(bào)警信號(hào)。本設(shè)計(jì)中所采用的蜂鳴器使用很簡(jiǎn)便，只需給其正負(fù)端加上5V左右的電壓就能夠發(fā)出聲音，在其內(nèi)部已經(jīng)含有一個(gè)振蕩電路。工作電流大約10mA,因此可以用P0口的某一位直接驅(qū)動(dòng)。聲音提示功能被設(shè)計(jì)成一個(gè)單獨(dú)的任務(wù)，原因是為了能讓蜂鳴器響若干聲，而同時(shí)單片機(jī)又能做其他的事情。其他模塊通過(guò)beep(n)函數(shù)設(shè)置靜態(tài)變量n_beep，告訴聲音提示模塊需要響n(yōu)聲，大約50毫秒響一聲后自動(dòng)會(huì)將n_beep減去1，一直減到0后不再發(fā)聲。 遮擋校準(zhǔn)方案 前輪轉(zhuǎn)向模塊的設(shè)計(jì) 前輪轉(zhuǎn)向的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制前輪轉(zhuǎn)到一定的角度，并且采用了一個(gè)遮擋型的紅外對(duì)管來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)向的中點(diǎn)，以便在開(kāi)機(jī)時(shí)能自動(dòng)找到轉(zhuǎn)向的中點(diǎn)。而且在一定程度上可以校準(zhǔn)由步進(jìn)電機(jī)的失步帶來(lái)的角度誤差。 前輪轉(zhuǎn)向中點(diǎn)校準(zhǔn)功能的設(shè)計(jì) 紅外對(duì)管檢測(cè)電路，在紅外發(fā)射管和接收管之間無(wú)遮擋時(shí)，電壓比較器輸出低電平；當(dāng)之間有遮擋時(shí)，電壓比較器輸出高電平。當(dāng)前輪轉(zhuǎn)到中點(diǎn)時(shí)，細(xì)桿正好能遮擋住紅外對(duì)管，此時(shí)電壓比較器輸出一個(gè)高電平；當(dāng)前輪偏離中點(diǎn)時(shí)，輸出低電平。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片本設(shè)計(jì)中前輪的轉(zhuǎn)向電機(jī)是從廢棄的軟驅(qū)上拆卸下來(lái)的步進(jìn)電機(jī)，體積小、性能好、使用方便，并且有專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)芯片。，輸入、。當(dāng)控制信號(hào)的周期為40Hz左右時(shí)，步進(jìn)電機(jī)工作在最佳狀態(tài)。 前輪轉(zhuǎn)向任務(wù)的軟件設(shè)計(jì)前輪轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)成一個(gè)單獨(dú)的任務(wù)，由定時(shí)器0中斷處理函數(shù)每16毫秒調(diào)用一次。其他模塊可以調(diào)用函數(shù)setdegree()設(shè)置需要轉(zhuǎn)到的角度，然后由轉(zhuǎn)向任務(wù)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)到所指定的角度，在轉(zhuǎn)向期間，單片機(jī)可以做其他的事情；其他模塊還可以調(diào)用getnowdegree()取得當(dāng)前轉(zhuǎn)到的角度。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片AāBBACH inBCH in 步進(jìn)電機(jī)控制時(shí)序 后輪驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì) 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N后輪采用直流電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，和步進(jìn)電機(jī)相比較直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)力大，電源利用率高。因?yàn)橹绷麟姍C(jī)的轉(zhuǎn)速很高，所以必須加入齒輪箱進(jìn)行減速，減速后驅(qū)動(dòng)力變大，轉(zhuǎn)速降低。小車(chē)的行駛速度大概在20cm/s左右。為了控制直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的前進(jìn)和后退，采用了直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N。前進(jìn)時(shí)5腳輸入方波占空比為100%（即持續(xù)高電平），7腳為低電平；后退時(shí)5腳為低電平，7腳輸入方波占空比為100%。另外，改變方波的占空比可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速，由于本設(shè)計(jì)中小車(chē)速度已調(diào)整到較低水平，所以無(wú)需再調(diào)速。100nF100nF 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N 后輪驅(qū)動(dòng)任務(wù)的軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中只需控制后輪的正、反轉(zhuǎn)，無(wú)需調(diào)速，所以后輪驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)要比前輪轉(zhuǎn)向模塊簡(jiǎn)單很多，并且不建立后輪驅(qū)動(dòng)任務(wù)也能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹恍枰诟淖冃≤?chē)的行進(jìn)狀態(tài)的時(shí)候改變單片機(jī)和L298N相連的I/O口電平狀態(tài)即可。而本設(shè)計(jì)中將后輪驅(qū)動(dòng)模塊也設(shè)計(jì)成一個(gè)單獨(dú)的任務(wù)是考慮到以后功能擴(kuò)展的方便。以后可以通過(guò)PWM方式對(duì)后輪直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，那就必須把后輪驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)成一個(gè)單獨(dú)任務(wù)了。目前本模塊對(duì)其他模塊主要提供了以下幾個(gè)接口函數(shù)。setspeed(n)，n0時(shí)，小車(chē)前進(jìn)；n0時(shí)，小車(chē)后退；n=0時(shí)，小車(chē)停止。getspeed(),前進(jìn)時(shí)返回1；后退時(shí)返回1；停止時(shí)返回0。imstop(),該函數(shù)實(shí)現(xiàn)反電動(dòng)勢(shì)剎車(chē)功能。 里程檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì) 探頭的選型與安裝可以用這樣的思路來(lái)設(shè)計(jì)里程檢測(cè)模塊，在車(chē)軸上安裝一個(gè)圓盤(pán)，圓盤(pán)上均勻的開(kāi)一些缺口，： 里程檢測(cè)遮光圓盤(pán)的設(shè)計(jì)車(chē)輪每轉(zhuǎn)過(guò)一圈圓盤(pán)將把紅外對(duì)管遮擋4次，小車(chē)勻速行駛時(shí)檢測(cè)電路輸出占空比為50%的方波。 軟件消抖與硬件消抖的比較從檢測(cè)電路輸出的方波在其上升和下降沿處是不穩(wěn)定的，有抖動(dòng)，統(tǒng)計(jì)里程的原理是檢測(cè)上升和下降沿的個(gè)數(shù)，抖動(dòng)必將引起里程統(tǒng)計(jì)的誤差，因此要考慮消抖。消抖的方法有多種，用硬件電路可以實(shí)現(xiàn)消抖功能，例如加一級(jí)施密特觸發(fā)器或加一級(jí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器都可以在一定程度上消除抖動(dòng)。硬件消抖后的信號(hào)可以直接接到單片機(jī)的計(jì)數(shù)器引腳，利用單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器來(lái)統(tǒng)計(jì)里程，但這樣的方法硬件代價(jià)比較大，而且需要使用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器或中斷才能實(shí)現(xiàn)。所以考慮用軟件的方法來(lái)消除抖動(dòng)。 軟件消抖示意圖軟件消抖的思路是每隔T1對(duì)原信號(hào)采樣一次，假設(shè)抖動(dòng)的時(shí)間寬度為T(mén)2，高、低電平的寬度為T(mén)，則只要滿(mǎn)足T2T1(TT2)，采樣后的信號(hào)上升和下降沿的個(gè)數(shù)就是正確的。每次采樣的時(shí)候兼做沿的個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)，將總數(shù)存放在靜態(tài)變量li_cheng中，再乘上一個(gè)常數(shù)即是小車(chē)行駛的里程值。： 里程檢測(cè)任務(wù)的軟件設(shè)計(jì)里程檢測(cè)模塊被設(shè)計(jì)成一個(gè)獨(dú)立的任務(wù)，由定時(shí)器0的中斷處理函數(shù)每隔32毫秒調(diào)用一次，也就是說(shuō)采樣的時(shí)間間隔為32毫秒，這基本上能夠滿(mǎn)足T2T1(TT2)的關(guān)系。該模塊對(duì)外提供了以下幾個(gè)接口函數(shù)：void licheng(void):里程檢測(cè)任務(wù)函數(shù)，由定時(shí)器0的中斷處理函數(shù)調(diào)用，完成采樣和上升沿、下降沿的個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)；unsigned int getlicheng(void):獲取里程值函數(shù)，單位為上升和下降沿的個(gè)數(shù)，后輪每轉(zhuǎn)過(guò)1/8圈對(duì)應(yīng)一個(gè)上升或下降沿；unsigned int getlichenglimi(void)：該函數(shù)也是獲取里程值，單位是厘米；void setlicheng(unsigned int lc)：設(shè)置里程值函數(shù)。由于記錄里程值的變量是unsigned int型，所以表示的里程值范圍為：065535(沿個(gè)數(shù))，大約是1366米，對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，這個(gè)范圍是足夠了。 超聲測(cè)距模塊的設(shè)計(jì) 超聲測(cè)距的理論依據(jù)發(fā)射傳感器接收傳感器超聲波回波障礙直接耦合 超聲測(cè)距原理圖超聲測(cè)距的依據(jù)是超聲波在空氣中以一定的速度ν傳播，遇到障礙后聲波反射回來(lái)，被超聲波接收傳感器檢測(cè)到，根據(jù)發(fā)射和接收到回波之間的時(shí)間差t就可以計(jì)算出障礙的距離,計(jì)算公式是：S=νt/2。 超聲發(fā)射電路發(fā)射電路要求能給出40KHz的方波，可以由硬件電路振蕩產(chǎn)生，也可以用軟件產(chǎn)生，本設(shè)計(jì)中采用軟件產(chǎn)生的方式。將某個(gè)I/O口置成1后執(zhí)行12個(gè)空指令，再將這個(gè)I/O口置成0后執(zhí)行9個(gè)空指令，加上循環(huán)結(jié)構(gòu)需要兩個(gè)時(shí)鐘周期正好是25個(gè)時(shí)鐘周期，采用12MHZ的晶振對(duì)應(yīng)25微秒。每次發(fā)10個(gè)周期的超聲波。 超聲發(fā)射電路由于本設(shè)計(jì)中超聲探測(cè)的距離不需要太遠(yuǎn)，所以可以用單片機(jī)的P0口某一位接220Ω的上拉電阻后