【文章內(nèi)容簡介】 ，小車停止運動。 值得注意的是 IOBIOB11 不能同時為高電平， 否則 會造成前輪驅(qū)動全橋的橋臂短路。 至于轉(zhuǎn)向電機，其電路和驅(qū)動電機的電路是一樣的，只是其控制端口為 IOBIOB11， 且在 IOB10和 IOB11都為低電平時， 前輪 在彈簧的作用下保持在中間位置，所以通過控制 IOB IOB9 以及 IOB IOB11 端口的狀態(tài)組合就可以得到小車不同的運動方式。 注 ： IOB IOB11 或 IOB IOB9 不能同時為高電平，這樣會造成前輪 或后輪 驅(qū)動全橋的橋臂短路。 結(jié)合以上對前輪和后輪的狀態(tài)分析，得到小車的運行狀態(tài)與輸入的對照表，如表 所示： 12 表 輸入與小車運動狀態(tài)對照表 IOB11 IOB10 IOB9 IOB8 后電機 前電機 小車 0 0 0 0 停轉(zhuǎn) 停轉(zhuǎn) 停 0 0 0 1 正轉(zhuǎn) 停轉(zhuǎn) 前進 0 0 1 0 反轉(zhuǎn) 停轉(zhuǎn) 倒退 0 1 0 1 正轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 左前 進 1 0 0 1 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 右前 進 0 1 1 0 反轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 右后退 1 0 1 0 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 左后退 * * 1 1 停轉(zhuǎn) * 禁止 1 1 * * * 停轉(zhuǎn) 循線模塊 在 第 2章已確定了采用紅外探測法來實現(xiàn) 循線的功能 ，也選用了型號為 TCRT5000的紅外 反射式光藕 ，在此章節(jié)中將 對 其 接口電路 和 安裝方式 進行 詳細 設(shè)計。 循線硬件電路設(shè)計 通過互聯(lián)網(wǎng)的 資料查詢， 得知 TCRT5000 是一種自帶發(fā)光二極管和光敏 二 極管的器件， 并 查得 其集電極電流如與反射距離 d 之間有圖 所示關(guān) 系。 圖 TCRT5000的 Ic— d 關(guān)系 13 當反射距離一定時，其集電極電流就主要和 反射 率有關(guān)了，反射率越大，則集電極電流越大 ；反之則越小 。利用其這個特點就很容易把黑線和白線區(qū)分開來了。 ，即給發(fā)光二極管串聯(lián)一個電阻供電就可以實現(xiàn)； ，根據(jù)集電極電流與反射率的關(guān)系，利用一個三極管就可以實現(xiàn)紅外線的接收。 實際中需要用到兩個 TCRT5000 傳感器，所以相應(yīng)的有兩套電路，但兩套電路完全一樣， 設(shè)計出 的 TCRT5000 接口電路如圖 所示。 R10100R9R8300C7104TRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U4NE555NVCCT19013信號 1TCRT 5000 圖 TCRT5000接口電路 TCRT5000 的接口電路主要原理： 根據(jù) 檢測到 黑白 地面 的反射率不同進行區(qū)分識別 ， 當檢測到黑色地面時， 由于 反射率不高， IC1 太小，三極管 T1 截止而輸 出高電平； 當檢測到白色地面時，由于反射率較高， IC1 較大，三極管 T1 飽和而輸出低電平，從而實現(xiàn)了白線的檢測。 然后利用 555 構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于去除反射性光耦產(chǎn)生的噪聲和波形的整形。 在實際中可以調(diào)整 R9的大小 來調(diào)整 TCRT5000 的靈敏度， 所以 R9可以設(shè)計成可調(diào)電阻 ，這樣可以方便的調(diào)整其靈敏度 。 但 遺憾的是 在最后焊接電路板的時候，由于缺少可調(diào)電阻， 就沒有做成靈敏度可調(diào)的了，而是通過很多次試驗確定了一個比較適中且合適的阻值 的電阻代替了。 理論上 555 的使用不是非常的必要，但是其 在實際中 能使得輸出的信號更加的穩(wěn)定可靠， 濾去了沒用的噪聲信號，所以還是比較重要的。 14 循線傳感器的安裝 循線 原理：一般情況下線軌是白色或是黑色的，而背景地面的顏色則一般為對比度很大的黑色或白色 。需 說明一下 的是 我設(shè)計的小車是基于白色地面和黑色線軌的。 小車 在循線的時候 ，兩個傳感器夾著黑線行走， 小車方向 正常時其信號 均 為高電平（有反射），當小車偏離軌道 時，一側(cè)的傳感器信號將發(fā)生改變，控制核心則立即 發(fā)出 執(zhí)行 相應(yīng)的 修正 動作的命令 ，將小車重新拉入軌道，這樣不斷檢測，不斷的修正，小車便能實現(xiàn)巡線行走了。 根據(jù)小車循線的基本原理，傳感器理所當然的是要安裝在小車底部了， 而且是安裝在對轉(zhuǎn)向最為敏感的部位，也就是小車轉(zhuǎn)向的時候小車擺動幅度較大的地方最佳。這樣便能加快小車的反應(yīng)速度，從而使得循線動作更為穩(wěn)定。 因為小車為前輪轉(zhuǎn)向，所以兩個傳感器安裝的最佳位置就是小車底部的前面了。 其實 本來 可以 把它們和轉(zhuǎn)向連桿固定在一塊， 因為 這樣可以使得傳感器對于轉(zhuǎn)向更為敏感而增強小車的循線能 力，但是由于車體結(jié)構(gòu)的限制 ，這樣安裝很有難度， 在這里 也不必要有這樣高的靈敏度，從而放棄了此方法。 TCRT5000 的 相對 安裝 位置 示意圖 如圖 所示： 圖 TCRT5000 的相對安裝位置示意圖 很多循線小車設(shè)計都不止 用 兩個傳感器，一般為四個或更多， 安裝形式為中心對稱分布， 主要是用來防止由于小車慣性太大而沖出第一對傳感器的檢測范圍。這種方法對于速度比較快的小車確實很實用，但是我所設(shè)計的小車對車速要求不高，所以就只用了兩個傳感器。 下面談一下傳感器 的 具體 安裝，因為小車車體已經(jīng)固定 ，所以傳感器的安裝比小車控制板 超聲波傳器 TCRT5000 白色地面 黑線 前輪 15 較被動。 前面已經(jīng)對傳感器的安裝位置進行了分析，現(xiàn)在 先看一下小車前輪底部的實物圖，如圖 。 圖 小車前輪底部實物圖 不難發(fā)現(xiàn) ， 底部 有兩個孔，所以可以 利用這兩個孔來安裝和固定傳感器了。具體方案是 先 把傳感器焊接在 PCB 板 上，信號線由排線引出 （處理電路和超聲波電路焊在一塊板上， 并安裝在車上部分， 具體請查看 避障模塊 ） ，再 把焊有傳感器的 PCB板 通過那兩個小孔用螺絲固定在上面。由于空間和 中間有個調(diào)整前輪轉(zhuǎn)向平衡桿的原因， PCB 板 的形狀 必須 是 特殊 的 形狀 ，經(jīng)過仔細測量和用紙板模擬，得出了 電路 板的具體形狀和尺寸， 如圖 所示 。 兩個安裝孔的位置要比較精確，因 圖 PCB板形狀 16 為孔本來就比較小，誤差大就安裝不上去。那個半圓的作用是避開 調(diào)整前輪轉(zhuǎn)向平衡桿 ，使的即使安裝了傳感器也不能影響它的功能。 然后便是硬件制作 ， 本來是打算制作 PCB 板的，但是由于 某些 問題 ， 采用通過板代替了 。 通過 使 用小刀 、剪刀和小螺絲刀 等工具把通用板 加工成了 預(yù)想 的 形狀，把 TCRT5000 焊接 上，然后 經(jīng)過測試就開始安裝了 。 但 遺憾的 是沒有找到 合適的螺絲，后來 在劉老師的幫助下用塑料給粘上了。這樣的缺點是不容易拆卸 ，而且影響了前輪轉(zhuǎn)向平衡調(diào)整桿的使用，但 幸運的 是影響 不大 ，而且比螺絲 安裝 結(jié)實。安裝好的實物圖如圖 。 圖 循線傳感器安裝實物圖 避障模塊 在第 2 章已經(jīng)確定了 使 用超聲波 避障 的方式 ， 并 對傳感器進行了選擇 ，在此章節(jié)中將對其 接口電路 和 安裝方式 詳細 進行 設(shè)計。 17 避障硬件電路設(shè)計 超聲波電路的設(shè)計是一個曲折過程，花費的時間和精力最多， 表 是我查到的 TCT4016T/R1 的產(chǎn)品性能 。 表 TCT4016T/R1的產(chǎn)品性能 性能 要求 標稱頻率（ KHz） 40 發(fā) 射聲壓 at40KHz（ 0dB=） min 117dB 接收靈敏度 at40KHz (0dB=V/Pa) min － 65dB 靜電容量 at1KHz,1V(PF) 2400 25％ 阻抗（ Ohm） 1000 － 6dB 帶寬（ KHz） 2 － 6dB 指向角 45 很明顯， TCT4016T/R1 的發(fā)射和接收電路 都要 進行設(shè)計。發(fā)射電路的基本要求就是能由單片機控制并產(chǎn)生穩(wěn)定的 40KHz 方波，而接收電路的要求就是把接收到的信號進行放大到足以引起單片機的外部中斷。一開始 考慮的 是凌陽超聲波 測距模組的電路， 其發(fā)射 電路如 圖 所示。 224 C3 TCT4016C4224T1 2U1ACD40493 4U1BCD404965U1CCD40499 8U1DCD40491011U1ECD404913 12U1FCD4049單片機 圖 超聲波發(fā)射調(diào)理電路 這種超聲波 發(fā)射電路 的 40KHz 的方波 是 由單片機產(chǎn)生 ， 然后 經(jīng)過 CD4049 對 18 40KHz 頻率信號進行調(diào)理，以使超聲波傳感器產(chǎn)生諧振。 這個電路有一個很嚴重的問題，在 小車上 40KHz 的方波不可能由單片機產(chǎn)生 ， 因為 凌陽單片機專用方波的產(chǎn)生口已經(jīng)被用于小車后輪的 PWM 調(diào)速了，也就是說那個端口被小車的驅(qū)動電路給占了 。于是選擇 用 由 555 構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波，然后就查找相關(guān)資料， 查得其 基本電路組成 和工作波形圖 如圖 所示。 圖 555多諧振蕩器基本電路和工作波形 其電路震蕩頻率 f 的計算公式為： 121 )2(CRRf ?? （ 3— 1） 而 輸出波形占空比 q 的計算公式為： 2121 2RR RRq ??? （ 3— 2） 由（ 3— 1）可以看出 改變的 1R 、 2R 和 1C 的 值可改變振蕩頻率 ，而由（ 3— 2）可以看出 1R 和 2R 的改變會導(dǎo)致輸出波形占空比 q 的改變，而且由（ 3— 2）還可以得出占空比 q 總是大于 50%的?，F(xiàn)在我希望得到頻率為 40KHz 占空比為 50%的方波，所以在確定上述電路各元件的具體值的同時還希望有一些小修改，以達到輸出占空比為 50%的方波的目的。 于是我繼續(xù)在網(wǎng)絡(luò)上尋找，最后有一位網(wǎng)友給我介紹了一個專門設(shè)計多諧振蕩器的小軟件，其不但能確定各元件的最佳物理量，也能設(shè)計出能1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eA4D a t e : 17 A ug 20 04 S he e t o f F i l e : D : \ 電 子 教 案 \ D Z J A 0 4 . S C H D r a w n B y :7621CO5384R U c cOUTDTHTRGNDI C 1N E 55 5R1R2V C CC1 C2uot w 1 w 2tU OHU OL 19 產(chǎn)生頻率為 40KHz 占空比為 50%的方波的振蕩電路 。 此軟件幾乎可以設(shè)計 任何占空比任何頻率的振蕩電路，只需要選擇你所需要的占空比并輸入所需 頻率就可以了 。 圖 是在產(chǎn)生頻率為 40KHz 占空比為 50%的方波電路時的截圖，軟件很直觀的給出了電路圖和具體元件的數(shù)值，這些 數(shù)值還可以方便 成組變化或 直接改變， 且在單獨改變某元件的值時， 反過來 可 查看頻率的 相關(guān) 變化。 圖 多諧振蕩器設(shè)計軟件截圖 所以超聲波所需的方波產(chǎn)生電路就基本上按圖 里的電路設(shè)計了，只是把電阻值就近改成 常用的電阻值，其中 1R 改成 18K， 2R 改成 就可以了。雖然改動 1R和 2R 的阻值會造成輸出方波的頻率和占空比的改變，但是我用 軟件進行了計算，其頻率變化并不大，而占空比基本沒變，理論上是不會有什么影響的。 由于沒有示波器，并 不能確定這個電路能否產(chǎn)生方波，產(chǎn)生的方波是否與要求的相符， 在實際中是否能真正可以用， 所以在接下來的試驗中 先不使用這個電路，而 是采用比較可靠的 單片機產(chǎn)生方波 的方法 進行試驗，然后等相關(guān)電路都試驗成功后 再 用那些電路反過來檢驗此電路。 凌陽超聲波測距模組的 超聲波 接收處理電路 前級 采用 NE5532構(gòu)成 10000倍放大器，對接收信號進行放大 ；后級 采用 LM311 比較器對接收信號進行調(diào)整，比較電壓從 LM311 的 第 3 管腳輸入， 可調(diào)節(jié) 比較 電壓 的大小 來 調(diào)節(jié) 超聲 的 波檢測距離。 其具體的電路圖如圖 所示。 20 RTCT4016C6104R610KC5224R410KR710kR51MC730PC91000PR810KC830PR101MR11F1IN+2IN3V4S6O7V+8B5U4LM311R91MBACK_PLUSR1320KR1422K814321U1ANE5532AJG847562U1BNE5532AJGVCCVCCVCCVCC 圖 超聲波回波接收處理電路 電路有了，接下來配置 所有的元件，用面包板組出了 和 所示的電路，經(jīng)過仔細的檢查后用凌陽提供的測距標準程序進行測試，試驗很不如意，要么收不到回波要么有干擾，根本不能正常