【文章內(nèi)容簡介】 影響， CX CX2 可在 20pF 到 100pF 之間取值，但在 60pF 到 70pF 時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。所以本設(shè)計中，振蕩晶體選擇 6MHZ,電容選擇 65pF[6]。 在設(shè)計印刷電路板時，晶體和電容應盡可能靠近單片機芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應采用 NPO 電容 。 復位電路 89C52 的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。復位引腳 RST 通過一個斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的 S5P2， 斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復位操作所需要的信號。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。 最簡單的上電自動復位電路中上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要 Vcc 的 上升時間不超過 1ms， 就可以實現(xiàn)自動上電復位。時鐘頻率用 6MHZ時 C 取 22uF， R 取 1KΩ。 除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。本設(shè)計就是用的按鍵手動復位。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc接通而實現(xiàn)的。時鐘頻率選用 6MHZ 時， C 取 22uF， Rs 取 200Ω， RK取 1KΩ[2]。 直流電機驅(qū)動模塊的設(shè)計 本設(shè)計采用了 L298 作為直流電機的驅(qū)動模塊的芯片。直流 電機驅(qū)動模塊主要功能是將主控芯片 AT89C52 發(fā)出的信號通過 L298 電機控制芯片轉(zhuǎn)化為小車實 際的動作。 L298 芯片有兩個電源引腳 VDD 引腳和 VCC 引腳。 VDD 引腳接 +9V 電源用來給電機供電， VCC 引腳接 +5V電源用來給芯片供電，并作為邏輯高電平標準 [5]。 L298 芯片通過一個有四個 1N4148 二極管組成的保護電路與電機相連，保護電路主要是用來在電機開啟和關(guān)閉時泄流之用。 由于我們一直讓電機以最大功率使能從而獲得最大的扭矩，保證小車很好的運 轉(zhuǎn)，而不需要控制電機的輸出功率，所以 ENA 引腳（即轉(zhuǎn)向電機使能引腳）直接 ，即讓驅(qū)動電機一直使能。 我們不僅要控制其實現(xiàn)直走、轉(zhuǎn)彎和停止，還要能夠控 制其轉(zhuǎn)速以解決由于電量不足而產(chǎn)生的小車變慢的問題。所以，我們將 L298N 芯片的 ENB 引自動避障小車設(shè)計 9 腳與 連接，用來實現(xiàn) PWM 調(diào)速。 L298 芯片的 IN1 和 IN2 引腳分別和單片機 AT89C52 的 和 引腳連接用來接收主控芯片輸出的驅(qū)動電機的動作指令，并通過 OUT1 和 OUT2 來控制驅(qū)動電機 1 的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，最終功能的實現(xiàn)表現(xiàn)在小車的左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)。 L298 芯片的 IN3 和 IN4 引腳分別與單片機的 和 引腳連接用來接收主控芯片輸出的驅(qū)動電機的動作指令，并通過 OUT3 和 OUT4 來控制驅(qū)動電機 2 的正轉(zhuǎn)與 反轉(zhuǎn)，最終功能的實現(xiàn)表現(xiàn)在小車的前進、后退、停止。 L298 模塊原理圖如圖 所示。 圖 L298模塊原理圖 檢測障礙物的超聲波模塊設(shè)計 超聲波發(fā)生器 為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計和制成了許多超聲波發(fā)生器?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生 [4]。 壓電式超聲波發(fā)生器原理 壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部 結(jié)構(gòu)如圖 1 所 示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等自動避障小車設(shè)計 10 于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波 接收器了 [4]。 超聲波測距原理 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，空氣中傳播 ，途 中碰到障礙物就立 即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s， 根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離 (s)，即： s=340t/2 這就是所謂的時間差測距法。超聲波傳感器結(jié)構(gòu)如圖 所示 [4]。 圖 超聲波傳感器結(jié)構(gòu) 4 超聲波在本設(shè)計中的原理分析 本設(shè)計采用反射型超聲波傳感器作為探測前方障礙物體的檢測元件 。 其中心頻率為40kHz，由 89C52 發(fā)出的 40KHz 脈沖信號驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)送器發(fā)出 40KHz 的脈沖超聲波 。 如電動車前方遇到有障礙物時，此超聲波信號被 障礙物反射回來，由接收器接收 。 經(jīng) LM324 兩級放大，再經(jīng)帶有鎖相環(huán)的音頻解碼芯片 LM567 解碼，當 LM324 的 （ a） 超聲波模塊正面圖 （ b ）超聲波模塊反面圖 圖 共振板 電板 電壓晶片 自動避障小車設(shè)計 11 輸入信號大于 25mV 時，輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖?，?89C52 單片機處理 [6]。超聲波實物圖如圖 所示。超聲波模塊內(nèi)部檢測如圖 超聲波檢測電路所 示。 321411U 1 : AL M 3 2 4567411U 1 : BL M 3 2 4Q12 N39 0 4R12MR21kR41 0 0 kC10 .1 u fC20 .1 U F5VR51KR62MR71 0 kR31 0 0 kR82 .2 KR91KC31 0 0 U FC40 .1 U F123J15 2 2 0 7 0 3 8 5123J25 2 2 0 7 0 3 8 5超聲波接受端 RX超聲波發(fā)射端 TX 圖 超聲模塊內(nèi)部波檢測電路 3 軟件設(shè)計 本系統(tǒng)軟件采用 C 語言編寫， C 編譯器為 KEIL C51,其整體設(shè)計分為以下幾塊，超聲波避障子程序；直流電機驅(qū)動子程序；中斷子程序；延時子程序；其中直流電機驅(qū)動程序又分為直走驅(qū)動子程序，左轉(zhuǎn)彎子程序，右轉(zhuǎn)彎子程序。最后把所有的情況在主控程序中綜合起來，根據(jù)超聲波所檢測的當時的環(huán)境情況對不同的子程序進行調(diào)用，從而控制小車進行相關(guān)的動作 [1]。 系統(tǒng)設(shè)計的軟件流程 如圖 流程圖所 。 超聲波避障部分軟件設(shè)計 對于利用超聲波檢測周邊環(huán)境情況進行避障，首先我必須明白其檢測障礙物的相關(guān)算法。由于超聲波是利用本身發(fā)射超聲波脈沖然后遇到障礙物把脈沖反射回來， 在通過速度和時間的關(guān)系來進行檢測的。所以，我們可以得出小車與障礙物的距離的算法為公式 (41)。 D=s*sin/2=v*t/2 (31) 其中， d為被測物與測量器的距離； s 為聲波的來回路程； v為聲速； t 為來回所用的時間。 自動避障小車設(shè)計 12 超聲波測距部分程序分析 先調(diào)用 LCD 子程序，讓超聲波測量距離的數(shù)據(jù)顯示。在 while 循環(huán)中不斷的對 前方數(shù)據(jù)掃描檢測周邊障礙物。其中給 TRIG 腳先置高電平，這樣超聲波發(fā)出 8 個 40HZ 的方波信號，稍作延時，再把 TRIG 腳置 低電平。當檢測有信號返回時 IO 口就輸出 高電平。這樣就可以通過公式計算出障礙物距小車的距離。部分程序如下 ： 圖 軟件流程圖 初始化 開關(guān)是否按下 到達目的地停止 向前直走 是否到目的地 左轉(zhuǎn)彎 前方有障礙物 否 右轉(zhuǎn)彎 前方有障礙物否 是 是 是 是 否 否 否 自動避障小車設(shè)計 13 void main(void) { while(1) { TRIG=1。 delay(1)。 TRIG=0。 while(ECHO==0)。 while(ECHO==1) a++。 //a每次加 1，所時間約 21us delay(30)。 a=((340*a*21)/1000)/2。 if(a==50) else { void zhiliudianji3()。} delay(200)。 void zhiliudianji1()。 z=a。 a=0。 delay(200)。 ｝ ｝ 直流電機驅(qū)動部分軟件設(shè)計 為了很好的控制直流電機的速度， 本系統(tǒng)采用脈沖寬度調(diào)制信號（ PWM 信號）實現(xiàn)對直流電機的精確控制。其實， PWM 脈寬調(diào)制，是靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，通過改變周期來控制其輸出頻率。而輸出頻率的變化可通過改變此脈沖的調(diào)制周期來實現(xiàn)。這樣，使調(diào)壓和調(diào)頻兩個作用配合一致，且于中間直流環(huán)節(jié)無關(guān)，因而加快了調(diào)節(jié)速度，改善了動態(tài)性能。 而 PWM 信號可以用單片機模擬，可以通過單片機精確的控制脈寬的變化。 直流電機控制部程序分析 include,include 這兩個為調(diào)用 killc 的庫文件 和 的頭文件。 sbit P1_0=P1^0。sbit P1_1=P1^1。sbit P1_2=P1^2。sbit P1_3=P1^3； 這個是單片機端口定義。 P0_0=1。P0_1=0。這個是給端口給高低電平讓直流電機導通，運轉(zhuǎn)。delaym1(280)。P0_0=0。P0_1=0。這個為調(diào)用延時子程序，再給 P0_0 和 P0_1 賦低電平。如此實現(xiàn) PWM 信號調(diào)制。部分程序如下： { P0_0=1。