【文章內(nèi)容簡介】 管不是一個實(shí)質(zhì)的元件，而是在電路中起到續(xù)流作用。 本設(shè)計(jì)中 履帶車在時(shí)間跑動中會控制電機(jī) 頻繁 的正反轉(zhuǎn)，直流電機(jī)也相當(dāng)于發(fā)電機(jī)電機(jī)兩級間會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，當(dāng)電流消失時(shí)感應(yīng)電動勢會對電路中其他元件產(chǎn)生反向電壓，當(dāng)方向電壓高于元件的反擊穿電壓時(shí)會損壞 一些元器件，如三極管，晶閘管。這里我分別在量電機(jī)極端接上續(xù)流二極管作為保護(hù)電路。這些續(xù)流二極管構(gòu)成回路消耗感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的能量，從而保護(hù)整個電路中 其他元件 [9]。 10 循跡電路設(shè)計(jì) 傳感器是智能車的“眼睛”，它能給我提供智能車的周圍的信 息，在本次設(shè)計(jì)中采用兩種傳感器：循跡傳感器和避障傳感器。循跡 傳感器探測距離短，但探測效果較好，識別黑白色的能力較強(qiáng)，成本低。而避障方面采用紅外傳感器，探測距離較遠(yuǎn)，能有效識別大多數(shù)顏色和黑色的差別提供穩(wěn)定信號，成本稍高點(diǎn)。 循跡 傳感器 LM324為四運(yùn)放集成電路，采用 14腳雙列直插塑料封裝。 內(nèi)部有四個運(yùn)算放大器，有相位補(bǔ)償電路。電路功耗很小，工作電壓范圍寬，可用正電源 3～ 30V，或正負(fù)雙電源177。 1． 5V～ 177。15V 工作 ，其內(nèi)部電路如圖 [10]。 圖 LM324內(nèi)部電路 在黑線檢測電路中用來確定紅外接收信號電平的高低，以電平高低判定黑線有無。在電路中， LM324的一個輸入端需接滑動變阻器，通過改變滑 動 變 阻器 的阻值來提供合適的比較電壓 ，單個集成運(yùn)放如圖 。 圖 集成運(yùn)放的管腳圖 循跡電路圖 如圖 所示，當(dāng) TCRT5000 感光導(dǎo)通的時(shí)候 R1 和 R2 接地， 3 處的電 11 壓接近 0,R3 位滑動電阻， 2 處的電壓設(shè)為 3V， 3處小于 2處， LM342 的 OUT 端會輸出低電平，供單片機(jī)檢測。反之 LM324 處輸出高電平。 圖 循跡電路圖 本次設(shè)計(jì)采用 3路循跡模塊，依次排在小車前方，左中右 3路接單片機(jī) P1_4到 P1_6。循跡對應(yīng)如 表 2所示。 表 2 循跡端口狀態(tài)對應(yīng)表 P1_4 P1_5 P1_6 左 中 右 1 0 1 前進(jìn) 0 1 1 左轉(zhuǎn) 1 1 0 右轉(zhuǎn) 避障 傳感器 設(shè)計(jì) 該傳感器檢測距離為 080CM，于淘寶購買。該傳感器屬于市場產(chǎn)品 ，這里只介紹用法。實(shí)物圖如 所示 。 12 圖 避障傳感器 使用于本次設(shè)計(jì)的避障任務(wù) ，避障模塊采用了 2 個傳感器分別放于小車前方的左側(cè)和右側(cè)，調(diào)節(jié)該傳感器的檢測距離為 15cm。 當(dāng)遇到障礙時(shí)傳感器會給出低電平。左避障傳感器接于單片機(jī) P3_5 端口，右避障傳感器接于單片機(jī) P3_6 端口。 蜂鳴器驅(qū)動模塊 設(shè)計(jì) 由于單片機(jī)輸出電流較小不能驅(qū)動蜂鳴器，這里借助 S9013 PNP 型三極管放大電路驅(qū)動蜂鳴器，三極管 Q起開關(guān)作用，其基極的高電平使三極管飽和導(dǎo)通，集電極和發(fā)射極導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)聲；而基極低電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。在本設(shè)計(jì)中只要 輸出不同的頻率方波信號，蜂鳴器也能發(fā)出各種頻率 聲音，電路圖如圖 所示 。 圖 蜂鳴器驅(qū)動電路 在以上電路中我在蜂鳴器上并聯(lián)一個續(xù)流二極管。 蜂鳴器本質(zhì)上是一個感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個續(xù)流二極管提供續(xù)流。否則，在蜂鳴器兩端會產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動三極管 [11]。 13 履帶車車體 本題目要求小車的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定 、 靈活、簡單，自己手工制作的履帶車通常會出現(xiàn)兩側(cè)履帶松緊度不一樣，跑邊，履帶脫輪等現(xiàn)象。綜合這些因素在網(wǎng)上找到 PR5 小車底盤 符合設(shè)計(jì)需要 ，模型如圖 所示 。 圖 履帶車底盤模型 小車上 裝有 電池、電機(jī)、電子器件等，使得電機(jī)負(fù)擔(dān)較重。該底盤 運(yùn)動平穩(wěn)， 從圖 在直流電機(jī)和輪車軸之間加裝了減速齒輪 ，這樣不僅使電機(jī)的符合減輕，也符合我的設(shè)計(jì)需要 。 電池的安裝：將電池放置在車體前排車輪的上部 位置， 使車體的 重心 靠近前排車輪，進(jìn)行大轉(zhuǎn)彎時(shí)小車能以前排輪為圓心轉(zhuǎn)彎，排除履帶車轉(zhuǎn)彎時(shí)側(cè)滑不確定性。 14 第四章 行駛方案 設(shè)計(jì) 在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量 的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，行駛 設(shè)計(jì)在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。對于 本系統(tǒng)， 行駛方案和 軟件 控制 更為重要。 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計(jì)算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。 本系統(tǒng)中我采用了 5 個傳感器， 3 路循跡傳感器， 2 路避障傳感器 。 總體控制方案如圖 所示。 圖 總體系統(tǒng) 左避障 右避障 左循跡 中循跡 右循跡 單片機(jī) 報(bào)警 顯示 電機(jī)驅(qū)動 左側(cè)前進(jìn) 左側(cè)后退 右側(cè)前進(jìn) 右側(cè)后退 15 循跡方案 設(shè)計(jì) 小車進(jìn)入循跡模式后，即開始不停地掃描與探測器連接 的單片機(jī) I/O 口，一旦檢測到某個 I/O 口有信號，即進(jìn)入判斷處理程序 ， 先確定 3個探測器中的哪一個探測到了黑線，如果左面 傳感器探測到黑線，即小車左半部分壓 到黑線，車身向右偏出，此時(shí)應(yīng)使小車向左轉(zhuǎn)； 如果左面和中間傳感器同時(shí)探測到黑線，此種情況為向左急轉(zhuǎn)彎 ； 如果是右面?zhèn)鞲?器探測到了黑線，即車身右半部壓住黑線，小車向左偏出了軌跡，則應(yīng)使小車向右轉(zhuǎn)。 如果右面和中間傳感器同時(shí)探測到黑線，此種情況為向右急轉(zhuǎn)彎。 在經(jīng)過了方向調(diào)整后， 如果中間傳感器探測黑線，左右沒有探測到黑線 小車再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測黑線重復(fù)上述動作 ，履帶 車控制如表 3所示 [12]。 表 3 小車驅(qū)動控制對應(yīng)表 單片機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動電路控制小車的運(yùn)行方法 狀態(tài) 1 0 0 1 前進(jìn) 1 0 1 1 0 0 1 前進(jìn) 1 1 1 1 0 0 1 前進(jìn) 0 0 0 0 1 1 0 后退 X X X 1 0 0 0 左轉(zhuǎn) 0 1 1 0 0 0 1 右轉(zhuǎn) 1 1 0 1 0 1 0 快速左 轉(zhuǎn) 0 0 1 0 1 0 1 快速右 轉(zhuǎn) 1 1 0 16 循跡流程圖 由于第二 級方向控制為第一級的后備，則兩個等級間的轉(zhuǎn)向力度必須相互配合。第二級通常是在超出第一級的控制范圍的情況下發(fā)生 作用，它也是最后一層保護(hù)，所以它必須要保證小車回到正確軌跡上來 ，流程如圖 所示。 圖 循跡流程圖 檢測黑線 進(jìn)入循跡 是否檢測到黑線 狀態(tài)判斷處理 左急轉(zhuǎn) 左轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn) 右急轉(zhuǎn) 繼續(xù)前進(jìn) N Y 17 循跡程序 設(shè)計(jì) 循跡方面我使用了 3 個傳感器，通過尋黑線實(shí)現(xiàn)對履帶車的智能控制，本次設(shè)計(jì)目的實(shí)現(xiàn)對履帶車的控制，在這里使用 3路傳感器不僅能達(dá)到循跡目的也能顯示出對履帶車的控制 效果。 void ww()//循跡 { if(P14==0amp。amp。P15==1amp。amp。P16==1)//右轉(zhuǎn) {P10=1。P11=0。P12=0。P13=0。P17=0。} else if(P14==0amp。amp。P15==0amp。amp。P16==1)//右急轉(zhuǎn) {P10=1。P11=0。P12=1。P13=0。P17=0。} else if(P14==1amp。amp。P15==1amp。amp。P16==0)左轉(zhuǎn) {P10=0。P11=0。P12=0。P13=1。P17=0。} else if (P14==1amp。amp。P15==0amp。amp。P16==0)//左急轉(zhuǎn) {P10=0。P11=1。P12=0。P13=1。P17=0。} else if(P14==1amp。amp。P15==0amp。amp。P16==1) //中尋黑前進(jìn) {P10=1。P11=0。P12=0。P13=1。P17=0。} else if (P14==1amp。amp。P15==1amp。amp。P16==1)//不尋黑前進(jìn) {P10=1。P11=0。P12=0。P13=1。P17=0。} else P10=1。 P11=0。 P12=0。 P13=1。 } } 以上程序我采用了簡單明了的 if語句將我設(shè)計(jì)的路線循跡情況和對驅(qū)動電路的控制對應(yīng)起來，類似查詢表格方式。這樣設(shè)計(jì)程序使用 else if 語句我可以很容易添加運(yùn)行狀態(tài)，使程序調(diào)試相對容易，減小工作量。 18 避障方案 如圖 所示，經(jīng)過試驗(yàn)測試，本設(shè)計(jì)使用的紅外傳感器的探測夾角較小，當(dāng)小車與障礙物平行行駛，或者與障礙物的夾角過小時(shí)，小車將識別不到障礙，導(dǎo)致小車一側(cè)于障礙物解除碰撞。 圖 傳感器角度示意圖 解決這個問題可以再 小車左右 2 個方向增加 2 個傳感器探測，但這樣對傳感器的 資源浪費(fèi)較大，加大了電源的負(fù)荷，程序相對復(fù)雜。而我采用的方案是在 小車前方水平避障傳感器的安裝 使其 約有 10 度的夾角，左右都是向外擴(kuò)張 10 度， 此紅外傳感器的探測距離調(diào)試約為 15cm，那么斜側(cè) 10 度夾角后前方探測距離變?yōu)? 15cm可以認(rèn)為保持不變，而 2 側(cè)多出了 3cm的橫向安全距離，當(dāng)橫向距離小于 3cm時(shí)候小車也會執(zhí)行避障程序 [13]。 軟件設(shè)計(jì)上，避障動作是先檢測到障礙執(zhí)行避障程序，小車先后退一小段距離，在這期間蜂鳴器報(bào)警，然后如果是右傳感器探測 到障礙，小車將向左轉(zhuǎn)向，反之向右轉(zhuǎn)向，之后再檢測障礙，如果有障礙繼續(xù)循環(huán)動作，沒有障礙 時(shí)小車將檢測循跡“黑線”檢查道路，如 果無道路小車會向前直行。單片機(jī)通過傳感器控制驅(qū)動電路運(yùn)行方法如表 4 所示。 表 4 避障狀態(tài)對應(yīng)表 左傳感器 右傳感器 執(zhí)行 =1 =0 第一步 0 1 1 0 第二步 1 0 1 0 =0 =1 第一步 0 1 1 0 第二步 0 1 0 1 19 避障 流程圖 在整體程序中，小車避障的優(yōu)先級最高 ，無論履帶車當(dāng)前是什么行駛狀態(tài)，檢測到障礙時(shí)，就跳入避障環(huán)節(jié)，避障完成后才執(zhí)行其他循跡，前進(jìn)動作。在其他智能設(shè)計(jì)中，我們都要考慮各個環(huán)節(jié)先后循序，使其符合應(yīng)用場合 ，流程如圖 所示 。 圖 避障流程 檢測障礙 判斷是否有障礙 左避障信號 右避障信號 執(zhí)行右轉(zhuǎn)避障程序 執(zhí)行左轉(zhuǎn)避障程序 前進(jìn) 開始 Y Y N 20 避障程序設(shè)計(jì) 整個電路中我采用 12MHZ 的外部晶振電路， 在流程圖中能簡明的看出各個狀態(tài)執(zhí)行步驟，如果按照這個步驟以 12MHZ 的頻率執(zhí)行，程序檢測不會出現(xiàn)錯誤，但實(shí)際我 們?nèi)搜蹖⒖床蝗魏蝿幼?，速度太快。所以各個步驟我們需要設(shè)定他們的執(zhí)行時(shí)間，比如避障時(shí)履帶車會倒退，那么我們需要設(shè)定它倒退的時(shí)間。在這里我們可以使用定時(shí)器也可以