【文章內(nèi)容簡介】 高 8 位地址輸出端口。P3 口（~）：8 位準雙向并行 I/O 接口。P3 口除了具有通用 I/O 口的功能外，同時它的每一個引腳還具有第二功能。：（1）：RXD（串行口輸入端）（2）：TXD（串行口輸出端）（3）: INT0（外部中斷 0 請求輸入端，低電平有效）（4）：INT1（外部中斷 1 請求輸入端，低電平有效）（5）：T0（定時器/計數(shù)器 0 計數(shù)脈沖輸入端）（6）：T1（定時器/計數(shù)器 1 計數(shù)脈沖輸入端）（7）：WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效）10（8）：RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效） 傳感器的選擇根據(jù)要求，小車要能夠自動沿軌跡行駛，在循跡時需要使用的傳感器。所以要了解傳感器的種類，并選擇出適合該課題的傳感器。目前各行業(yè)應用的傳感器品種有很多，但沒有一個統(tǒng)一的分類標準?，F(xiàn)在較為流行的分類方法有以下三種：按輸出信號的性質(zhì)：輸出為開關量（“ １” 和０”或“ 開”和“關” ）的開關型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。按工作原理分類：電阻傳感器、電容傳感器、電感傳感器、電壓傳感器、霍爾傳感器、光電傳感器、光柵傳感器、熱電偶傳感器等。按物理量分類：位移傳感器、力傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、氣體傳感器等.所以在黑帶檢測方面可以有以下三種方案。方案一：采用熱探測器。熱探測器是利用所接收到的紅外輻射后，會引起溫度的變化，溫度的變化引起電信號輸出，且輸出的電信號與溫度的變化成比例，溫度變化是因為吸收熱輻射能量引起的，與吸收紅外輻射的波長沒有關系，即對紅外輻射吸收沒有波長的選擇。但熱探測器對其吸收的紅外輻射波長沒有選擇性，受外界環(huán)境的影響比較大。方案二：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接收。由于光敏二極管受可見光的影響較大，穩(wěn)定性差。方案三：利用紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線二極管進行接收。即利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色地面時發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號。本方案也易于實現(xiàn)，比較可靠，因此采用方案三。這里選用的是市面上常見的 TCRT5000，如圖 所示。11圖 TRCT5000TCRT5000 是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管。采用 TCRT5000 完全可以有效的降低干擾，而且方便可行，能夠準確的實施檢測。TCRT5000 采用 DIP4 封裝，其具有如下特點：塑料透鏡可以提高靈敏度。內(nèi)置可見光過濾器能減小離散光的影響。體積小，結構緊湊。且當發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時，三極管導通輸出低電平。此光電對管調(diào)理電路簡單，工作性能穩(wěn)定。 鐵片檢測及拾取的器件選擇物體檢測方面，可以首先采用市面易購的電感式接近開關，本系統(tǒng)采用市面比較通用 LJ12A34Z/BX 來完成鐵片檢測的任務。雖然電感式接近開關占的體積大，對本系統(tǒng)是可以接受，且輸出信號較可靠，受外界的干擾小；但其輸出高電平只有，所以應使用電壓比較器與一個 的電壓進行比較，產(chǎn)生標準 TTL 電平信號， 小電壓可以使用普通電阻串聯(lián)分壓獲得，穩(wěn)定性較好。電感式接近開關由三大部分組成：振蕩器、開關電路及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個交變磁場。當金屬目標接近這一磁場，并達到感應距離時，在金屬目標內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導致振蕩衰減，以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關信號，觸發(fā)驅(qū)動控制器件，從而達到非接觸式之檢測目的。在鐵片拾取方面，選擇控制簡單，使用靈活的電磁鐵。 車體及驅(qū)動電路選擇對于小車車體的要求有以下兩種選擇。第一，履帶式小車，該小車的主體部分是兩條履帶，分別由兩個主電動機驅(qū)動。12當兩條履帶的速度相同時小車實現(xiàn)前進或后退移動；當兩條履帶的速度不同時，小車實現(xiàn)轉(zhuǎn)向運動。這種小車，性能好，穩(wěn)定性高，但小車的成本偏高，不適于簡單的題目。第二，選用小車車體為三輪小車，小車采用兩輪驅(qū)動，兩輪各用一個直流電機執(zhí)行，后輪為一萬向輪。這種小車所實現(xiàn)的效果完全能夠達到題目要求，且價格便宜，所以選用這種小車。根據(jù)方案要求，通過不斷篩選。圖 三輪小車同時，在設計小車行駛時，使用 L298N 作為電機的驅(qū)動芯片。 L298N 的內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動電路?？梢苑奖愕尿?qū)動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。如圖 所示。圖 L298N13 顯示器件的選擇根據(jù)課題要求，在方案設計中需要有顯示部分，該部分的作用是，顯示單次運貨所用時間及所運貨物的數(shù)量。所以在選擇顯示部分所用器件時，有以下兩種方案。方案一：采用 LCD 顯示，用單片機可實現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)，但顯示亮度和字體大小在演示時不盡人意，價格也比較昂貴。方案二：采用 LED 七段數(shù)碼管，采用經(jīng)典電路譯碼和驅(qū)動，電路結構簡單，并且可以實現(xiàn)單片機 I/O 口的并用，顯示效果直觀，明亮，調(diào)試容易。故采用 LED 數(shù)碼管顯示。LED 數(shù)碼管分共陽極與共陰極兩種，其工作特點是，當字段電極接低電平，公共陽極接高電平時，相應字段可以發(fā)光。共陰極 LED 數(shù)碼管則與之相反，它是將發(fā)光二極管的陰極( 負極) 短接后作為公共陰極。當驅(qū)動信號為高電平、? 端接低電平時，才能發(fā)光。LED 的輸出光譜決定其發(fā)光顏色以及光輻射純度，也反映出半導體材料的特性。常見管芯材料有磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、氮化鎵(GaN) 等，其中氮化鎵可發(fā)藍光。發(fā)光顏色不僅與管芯材料有關，還與所摻雜質(zhì)有關，因此用同一種管芯材料可以制成發(fā)出紅、橙、黃、綠等不同顏色的數(shù)碼管。其他顏色 LED數(shù)碼管的光譜曲線形狀與之相似，僅入，值不同。LED 數(shù)碼管的產(chǎn)品中，以發(fā)紅光、綠光的居多、這兩種顏色也比較醒目。LED 數(shù)碼管等效于多只具有發(fā)光性能的 PN 結。當 PN 結導通時，依靠少數(shù)載流子的注人及隨后的復合而輻射發(fā)光，其伏安特性與普通二極管相似。在正向?qū)ㄖ埃螂娏鹘朴诹?，字段不發(fā)光。當電壓超過開啟電壓時，電流就急劇上升，字段發(fā)光。因此，LED 數(shù)碼管屬于電流控制型器件，其發(fā)光亮度 L(單位是 cd／m2)與正向電流 IF 有關，用公式表示： 式（）KIFL?即亮度與正向電流成正比。LED 的正向電壓 U，則與正向電流以及管芯材料有關。使用 LED 數(shù)碼管時，工作電流一般選 10mA 左右／段，既保證亮度適中，又不會損壞器件。14在此次設計中，選用共陰極的四位數(shù)碼管，從而顯示搬運時間及個數(shù)。如圖 所示。圖 四位數(shù)碼管 各單元電路設計通過以上器件的介紹及選擇可以知道，此次課題所設計的系統(tǒng)主要需要的器件，并通過不斷設計實現(xiàn)課題要求的功能。下面具體介紹下器件引腳圖或設計的電路原理圖。 傳感器及調(diào)理電路的設計在上一部分已經(jīng)介紹了所選用的傳感器為 TCRT5000，為了把傳感器連接到實物中，所以還要了解 TCRT5000 各個引腳的作用。如圖 所示，藍色小燈為紅外發(fā)射端，黑色小燈為紅外接收端，而引腳 1，2，3，4 分別為：Anode，Cathode，Colector，Emitter 。 藍燈 黑燈 2 1 3 4 圖 TCRT5000 引腳圖15在了解傳感器引腳后，則就可以針對課題要求設計出檢測黑帶的電路，如圖 所示。 VCC 10k 10k 10k 4 3 4 3 4 3 1 2 1 2 1 2 圖 循跡電路圖通過以上的電路圖，可以了解到，由發(fā)射管 4 發(fā)射的紅外光線照射在地面上后，光線經(jīng)反射后被接受管 3 接受。傳感器正常工作時，輸出電平為高電平，當傳感器接受不到反射信號時，則輸出低電平，此時低電平信號會通過 或 輸送給AT89C51 單片機處理，從而判斷執(zhí)行哪一種預先編制的程序來控制小車的行駛狀態(tài)。紅外傳感器的安裝位置如圖 所示。車輪車體接收器發(fā)射器黑帶10mm圖 傳感器安裝位置10k 10k10kTCRT5000 TCRT5000 TCRT5000 A T89 C5 116根據(jù)上圖安裝后，小車在行駛過程中，如果小車向右偏離軌跡，安裝在左側的傳感器則接受不到反射光線，中間的紅外傳感器則能夠接受到反射光線，此時進過程序控制，使得小車重新回到軌跡上行駛。小車向左偏離時原理相同。 小車運行位置確定電路的設計為完成小車能夠運行到固定位置的執(zhí)行任務的要求，在這里選用光敏電阻來確定 A，B ，C 三點。本設計主要通過光敏電阻和單片機內(nèi)部的 A/D 來完成。當光敏電阻接收到不同強度的光照時其阻值會改變，光照越強電阻越小。當無光照射時，光敏電阻阻值很大，三極管處于截止狀態(tài)，集電極輸出高電平。當有光照射時，光敏電阻阻值變小，三極管飽和導通。由于光敏電阻阻值的變化，輸入到單片機 的電壓隨著變化，通過單片機內(nèi)部的 A/D 轉(zhuǎn)換成的數(shù)值也會變化，通過對數(shù)值的處理來確定尋光方向，從而確定運行位置。原理圖如圖 所示。 VCC 12k 2k 9013 6k 圖 尋光原理圖 電機驅(qū)動電路的設計L298N 可接受標準 TTL 邏輯電平信號 Vcc，Vcc 可接 ～7 V 電壓。4 腳 Vs接電源電壓，Vs 電壓范圍 VIH 為＋～46 V。輸出電流可達 A，可驅(qū)動電感性負載。1 腳和 15 腳的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298 可驅(qū)動 2 個電動機，OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4 之間可分別接電動機。 5，7，10，12 腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB 接控制使能端，17控制電機的停轉(zhuǎn)。在這里選用的電機為 3V 直流電機。圖 為電機的驅(qū)動電路圖。 8 1 15 4 11 2 6 5 13 7 10 14 12 9 4 VCC圖 驅(qū)動電路通過以上的驅(qū)動電路設計，可以使得電機轉(zhuǎn)動。L298N 的 12 四個引腳接到單片機上，通過對單片機的編程就可以實現(xiàn)兩個直流電機的 PWM 調(diào)速以及正反轉(zhuǎn)等功能。即