【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(yīng)盡可能靠近單片機(jī)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(yīng)采用 NPO 電容 。 復(fù)位電路 89C52 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)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(jī)器周期的 S5P2， 斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。 最簡單的上電自動復(fù)位電路中上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要 Vcc 的 上升時間不超過 1ms， 就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位。時鐘頻率用 6MHZ時 C 取 22uF， R 取 1KΩ。 除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。本設(shè)計就是用的按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc接通而實(shí)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(jī)驅(qū)動模塊的設(shè)計 本設(shè)計采用了 L298 作為直流電機(jī)的驅(qū)動模塊的芯片。直流 電機(jī)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(jī)控制芯片轉(zhuǎn)化為小車實(shí) 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(jī)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(biāo)準(zhǔn) [5]。 L298 芯片通過一個有四個 1N4148 二極管組成的保護(hù)電路與電機(jī)相連，保護(hù)電路主要是用來在電機(jī)開啟和關(guān)閉時泄流之用。 由于我們一直讓電機(jī)以最大功率使能從而獲得最大的扭矩，保證小車很好的運(yùn) 轉(zhuǎn)，而不需要控制電機(jī)的輸出功率，所以 ENA 引腳（即轉(zhuǎn)向電機(jī)使能引腳）直接 ，即讓驅(qū)動電機(jī)一直使能。 我們不僅要控制其實(shí)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(shí)現(xiàn) PWM 調(diào)速。 L298 芯片的 IN1 和 IN2 引腳分別和單片機(jī) AT89C52 的 和 引腳連接用來接收主控芯片輸出的驅(qū)動電機(jī)的動作指令，并通過 OUT1 和 OUT2 來控制驅(qū)動電機(jī) 1 的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，最終功能的實(shí)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(jī)的 和 引腳連接用來接收主控芯片輸出的驅(qū)動電機(jī)的動作指令，并通過 OUT3 和 OUT4 來控制驅(qū)動電機(jī) 2 的正轉(zhuǎn)與 反轉(zhuǎn)，最終功能的實(shí)現(xiàn)表現(xiàn)在小車的前進(jìn)、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(jī)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(jī)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(shí)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(dāng)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(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)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(diǎn)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(dāng) 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(jī)處理 [6]。超聲波實(shí)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(jī)驅(qū)動子程序；中斷子程序；延時子程序；其中直流電機(jī)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(dāng)時的環(huán)境情況對不同的子程序進(jìn)行調(diào)用，從而控制小車進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dāng)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(dá)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(jī)驅(qū)動部分軟件設(shè)計 為了很好的控制直流電機(jī)的速度， 本系統(tǒng)采用脈沖寬度調(diào)制信號（ PWM 信號）實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的精確控制。其實(shí)， 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(shí)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(jī)模擬，可以通過單片機(jī)精確的控制脈寬的變化。 直流電機(jī)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(jī)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(jī)導(dǎo)通，運(yùn)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(shí)現(xiàn) PWM 信號調(diào)制。部分程序如下： { P0_0=1。