【文章內容簡介】 地方使用上的靈活而設置的。有了這個消息搜集模塊后，主任務執(zhí)行的大部分時間就會停留在getmsg()函數內等待消息，當有按鍵命令或遇到障礙時返回消息值，主任務對其進行相應的處理。主任務處理消息可以設計成如下結構：while(1) //消息循環(huán){ switch(getmsg()) //消息分類處理 { case MSG_K_QIAN: //“前進”按鍵消息處理 … break。 case MSG_K_HOU: //“后退”按鍵消息處理 … break。 case …}}本章將系統(tǒng)拆分成了若干個功能模塊，并且采用兩個AT89C52單片機來各分擔一部分功能。在軟件方面通過對結構的特殊設計，基本上實現了多任務并發(fā)運行，并且通過軟件的分層結構將功能實現和具體的硬件分離開，再加上消息驅動的結構，這將給后續(xù)的各模塊軟件的設計帶來方便。第3章 各模塊的詳細設計 紅外遙控模塊的設計 遙控模塊的功能需求遙控模塊采用紅外遙控方式，因為采用紅外遙控抗干擾能力強，且不會對周圍的無線電設備產生干擾電波，接口簡單；但是紅外方式遙控的距離比較有限，一般在幾米之內。鑒于本設計不需要遠距離遙控，所以綜合考慮之下采用紅外遙控較為合適。本設計中要求能用遙控器控制小車的前進、后退、左轉、右轉、停止、記錄路線、尋找光源等很多種功能；遙控距離在幾米之內即可；并且要在遙控發(fā)射模塊加入語音識別模塊，能夠實現聲控功能。 編解碼芯片的選型由于在遙控端的按鍵數目有多個，而紅外通道傳輸的只能是由0、1組成的串行代碼，所以需要在發(fā)射端對按鍵進行“并串”編碼，在接收端相應的要進行“串并”解碼。碼的波特率在收、發(fā)兩端應該是一致的。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，也就是說傳輸的信息當中地址碼部分是多余的，這就降低了信道的利用率。方案二，采用臺灣瑞昱公司生產的專用于遙控車模的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，所以本設計中采用了該方案。 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，當有按鍵按下時LED1發(fā)光提示；7腳為帶載波的編碼信號輸出端，即編碼信號已經內調制到38KHZ的載波上，該腳的信號通過一個NPN型三極管放大后可直接驅動紅外發(fā)射二極管發(fā)射信號；8腳為不帶載波的編碼信號輸出端。 遙控發(fā)射原理圖 遙控發(fā)射端按鍵數目的擴展 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%之內方可正確的解碼，本設計中這兩個電阻都選用150KΩ；2腳接地；13腳接35V電源；3腳接輸入信號，由一體化紅外接收頭1838輸出的信號需要加一個反向器才是正確的編碼信號；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)相對應。另外，為了方便操作，將TX2的5路功能擴展成9功能，即在遙控發(fā)射端可以接9個按鍵。這是通過對原先的5路輸入進行組合得到的。 遙控電路與語音識別模塊的連接語音識別模塊采用凌陽61板，可以將SPCE061A單片機的輸出引腳直接接到TX2的輸入端，與按鍵實現“線與”功能，這樣遙控發(fā)射端的按鍵和凌陽單片機都可以通過遙控電路給小車發(fā)送命令。 數碼管、發(fā)光二極管顯示模塊的設計 多位數碼管掃描顯示原理 LED數碼管結構LED數碼管是常用的顯示器件。每一段相當于一個發(fā)光二極管，各個發(fā)光二極管的陽極或陰極接在一起，分別稱作共陽極數碼管和共陰極數碼管。本設計中采用的是共陰極數碼管。對于多個數碼管的顯示，有靜態(tài)方式和動態(tài)掃描方式。本設計中用了4個共陰極數碼管，并采用動態(tài)掃描方式顯示。掃描顯示的原理是將各個數碼管的段碼端口分別并聯在一起，由位選端口輪流選通各個數碼管，并讓每個數碼管分別顯示幾毫秒，由于人眼的視覺慣性，看到的將是多個數碼管同時在顯示。 工作狀態(tài)指示燈及轉向燈的設計為了直觀的顯示出小車的各種狀態(tài)，設計了若干發(fā)光二極管指示燈，有模式指示燈、漏粉指示燈、記錄行駛路線指示燈、障礙指示燈、轉向指示燈、倒車指示燈。 顯示模塊電原理圖： 顯示模塊原理圖顯示任務由主單片機完成。，產生數碼管選通信號。，鎖存P2口給出的段碼數據。在完成鎖存后由P2口直接驅動8個LED發(fā)光二極管，作為小車的狀態(tài)指示。為了在74LS273鎖存數據時避免狀態(tài)指示燈的閃爍。，全部熄滅狀態(tài)指示燈；在鎖存結束后。同樣在4個數碼管掃描顯示的過程中也應避免數碼管的閃爍。 顯示任務的軟件設計。由定時器0中斷處理函數timer0()每隔4毫秒調用一次。這樣每個數碼管輪流顯示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個數碼管同時在顯示了。返回熄滅狀態(tài)指示燈顯示模式是？顯示緩沖區(qū)置成時間顯示緩沖區(qū)置成里程數碼管段碼置成0，消除移位時的閃爍選通下一個數碼管閃爍處理鎖存段碼顯示個狀態(tài)指示燈時間模式里程模式用戶模式 顯示流程圖 聲音提示功能的設計和狀態(tài)指示燈的設計目的一樣，給小車加入聲音提示功能也是為了更直觀地顯示各種狀態(tài)。在操作者通過遙控器給小車發(fā)出命令后，蜂鳴器將響一聲，及時的提示操作者已經收到命令。這是挺有必要的，因為紅外遙控方式并不是很可靠，有時操作者發(fā)出的遙控命令小車可能是收不到的，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，小車有沒有接收到遙控命令很容易就能知道了。此外，當小車遇到障礙時也會給出聲音報警信號。本設計中所采用的蜂鳴器使用很簡便，只需給其正負端加上5V左右的電壓就能夠發(fā)出聲音，在其內部已經含有一個振蕩電路。工作電流大約10mA,因此可以用P0口的某一位直接驅動。聲音提示功能被設計成一個單獨的任務，原因是為了能讓蜂鳴器響若干聲，而同時單片機又能做其他的事情。其他模塊通過beep(n)函數設置靜態(tài)變量n_beep，告訴聲音提示模塊需要響n聲，大約50毫秒響一聲后自動會將n_beep減去1，一直減到0后不再發(fā)聲。 遮擋校準方案 前輪轉向模塊的設計 前輪轉向的機械結構設計。通過步進電機來控制前輪轉到一定的角度，并且采用了一個遮擋型的紅外對管來檢測轉向的中點，以便在開機時能自動找到轉向的中點。而且在一定程度上可以校準由步進電機的失步帶來的角度誤差。 前輪轉向中點校準功能的設計 紅外對管檢測電路，在紅外發(fā)射管和接收管之間無遮擋時，電壓比較器輸出低電平；當之間有遮擋時，電壓比較器輸出高電平。當前輪轉到中點時，細桿正好能遮擋住紅外對管，此時電壓比較器輸出一個高電平；當前輪偏離中點時，輸出低電平。 步進電機驅動芯片本設計中前輪的轉向電機是從廢棄的軟驅上拆卸下來的步進電機，體積小、性能好、使用方便，并且有專門的驅動芯片。，輸入、。當控制信號的周期為40Hz左右時，步進電機工作在最佳狀態(tài)。 前輪轉向任務的軟件設計前輪轉向設計成一個單獨的任務，由定時器0中斷處理函數每16毫秒調用一次。其他模塊可以調用函數setdegree()設置需要轉到的角度，然后由轉向任務負責轉到所指定的角度，在轉向期間，單片機可以做其他的事情；其他模塊還可以調用getnowdegree()取得當前轉到的角度。 步進電機驅動芯片AāBBACH inBCH in 步進電機控制時序 后輪驅動模塊的設計 直流電機驅動芯片L298N后輪采用直流電機來驅動，和步進電機相比較直流電機驅動力大，電源利用率高。因為直流電機的轉速很高，所以必須加入齒輪箱進行減速，減速后驅動力變大，轉速降低。小車的行駛速度大概在20cm/s左右。為了控制直流電機的正反轉來實現小車的前進和后退，采用了直流電機驅動芯片L298N。前進時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現對直流電機的調速，由于本設計中小車速度已調整到較低水平，所以無需再調速。100nF100nF 直流電機驅動芯片L298N 后輪驅動任務的軟件設計本設計中只需控制后輪的正、反轉，無需調速，所以后輪驅動模塊的設計要比前輪轉向模塊簡單很多，并且不建立后輪驅動任務也能實現，因為只需要在改變小車的行進狀態(tài)的時候改變單片機和L298N相連的I/O口電平狀態(tài)即可。而本設計中將后輪驅動模塊也設計成一個單獨的任務是考慮到以后功能擴展的方便。以后可以通過PWM方式對后輪直流電機進行調速，那就必須把后輪驅動模塊設計成一個單獨任務了。目前本模塊對其他模塊主要提供了以下幾個接口函數。setspeed(n)，n0時，小車前進；n0時，小車后退；n=0時，小車停止。getspeed(),前進時返回1；后退時返回1；停止時返回0。imstop(),該函數實現反電動勢剎車功能。 里程檢測模塊的設計 探頭的選型與安裝可以用這樣的思路來設計里程檢測模塊，在車軸上安裝一個圓盤，圓盤上均勻的開一些缺口，： 里程檢測遮光圓盤的設計車輪每轉過一圈圓盤將把紅外對管遮擋4次，小車勻速行駛時檢測電路輸出占空比為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，統(tǒng)計里程的原理是檢測上升和下降沿的個數，抖動必將引起里程統(tǒng)計的誤差，因此要考慮消抖。消抖的方法有多種，用硬件電路可以實現消抖功能，例如加一級施密特觸發(fā)器或加一級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器都可以在一定程度上消除抖動。硬件消抖后的信號可以直接接到單片機的計數器引腳，利用單片機內部的計數器來統(tǒng)計里程，但這樣的方法硬件代價比較大，而且需要使用單片機的計數器或中斷才能實現。所以考慮用軟件的方法來消除抖動。 軟件消抖示意圖軟件消抖的思路是每隔T1對原信號采樣一次，假設抖動的時間寬度為T2，高、低電平的寬度為T，則只要滿足T2T1(TT2)，采樣后的信號上升和下降沿的個數就是正確的。每次采樣的時候兼做沿的個數統(tǒng)計，將總數存放在靜態(tài)變量li_cheng中，再乘上一個常數即是小車行駛的里程值。： 里程檢測任務的軟件設計里程檢測模塊被設計成一個獨立的任務，由定時器0的中斷處理函數每隔32毫秒調用一次，也就是說采樣的時間間隔為32毫秒，這基本上能夠滿足T2T1(TT2)的關系。該模塊對外提供了以下幾個接口函數：void licheng(void):里程檢測任務函數，由定時器0的中斷處理函數調用，完成采樣和上升沿、下降沿的個數統(tǒng)計；unsigned int getlicheng(void):獲取里程值函數，單位為上升和下降沿的個數，后輪每轉過1/8圈對應一個上升或下降沿；unsigned int getlichenglimi(void)：該函數也是獲取里程值，單位是厘米；void setlicheng(unsigned int lc)：設置里程值函數。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(沿個數)，大約是1366米，對于本設計而言，這個范圍是足夠了。 超聲測距模塊的設計 超聲測距的理論依據發(fā)射傳感器接收傳感器超聲波回波障礙直接耦合 超聲測距原理圖超聲測距的依據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，被超聲波接收傳感器檢測到，根據發(fā)射和接收到回波之間的時間差t就可以計算出障礙的距離,計算公式是：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生，也可以用軟件產生，本設計中采用軟件產生的方式。將某個I/O口置成1后執(zhí)行12個空指令，再將這個I/O口置成0后執(zhí)行9個空指令，加上循環(huán)結構需要兩個時鐘周期正好是25個時鐘周期，采用12MHZ的晶振對應25微秒。每次發(fā)10個周期的超聲波。 超聲發(fā)射電路由于本設計中超聲探測的距離不需要太遠，所以可以用單片機的P0口某一位接220Ω的上拉電阻后直接來驅動超聲發(fā)射傳感器。：本設計中共有兩路超聲波傳感器，一路探測前方是否有障礙，一路探測后方是否有障礙。為了工作時互不干擾，采取分時工作的方式。 超聲接收電路：前后兩個超聲波接收傳感器共用一個接收電路，因為前后兩路是分時工作的，所以并不會引起混淆。在接收回波時要注意一點，應該消除超聲發(fā)射和接收傳感器之間的直接耦合，這可以在每次發(fā)射完一個超聲波束后設置一個時間門的方法來消除。開中斷有回波？關中斷發(fā)射超聲波束開中斷超時？發(fā)送“有障礙”消息發(fā)送“無障礙”消息返回YNYN 超聲探測流程圖 超聲接收電路 超聲測距任務的軟件設計超聲測距任務放在從單片機上，由兩個任務組成：前超聲測距任務和后超聲測距任務。分別由從單片機的定時器0中斷處理函數每隔64毫秒調用一次，且前后超聲測距任務的調用之間相差32毫秒。以前超聲測距任務為例，：當探測到前（后）方有障礙時從單片機就通過串口通信報告主單片機前(后)方有障礙。主單片機再采取相應措施。本模塊將障礙檢測的距離限定在30厘米以內，因為太遠的地方有無障礙意義不大。 光源方向探測模塊的設計該模塊由一個步進電機帶動的轉動機構、感光電阻