【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 小系統(tǒng)和外圍信號(hào) I/O 口組成，其中最小系統(tǒng)包括電源 ， CPU時(shí)序電路 ，復(fù)位電路。有了以上三塊，單片機(jī)就能夠正常工作。 時(shí)鐘電路 單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生有兩種方法：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。 復(fù)位電路 復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳 RST 通過一單片機(jī)核心控制 語音控制 自動(dòng)尋跡 避障模塊 無線遙控 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 個(gè)觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期中由復(fù)位電路采樣一次。 復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。所謂上電復(fù)位，是指計(jì)算機(jī)加電瞬間，要在 RST 引腳出現(xiàn)大于 10MS 的正脈沖，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。按鈕復(fù)位是指用戶按下“復(fù)位”按鈕，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。 無 線遙控模塊 此模塊實(shí)現(xiàn)了無線電遠(yuǎn)距離控制小車的停啟、方向行駛的功能，在整個(gè)小車系統(tǒng)中起到不可忽視的作用。 無線遙控 工作原理 圖 34是無線電遙控設(shè)備方框圖，由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。發(fā)射機(jī)主要包括編碼電路和發(fā)射電路。編碼電路由操縱器 (操縱開關(guān)或電位器等 )控制，操縱者通過操縱器；使編碼電路產(chǎn)生所需要的控制指令。這些控制指令是具有某些特征的、相互間易于區(qū)分的電信號(hào)，例如：用頻率為 270Hz 的正弦信號(hào)作為控制左舵的指令，用頻率為 350Hz 的正弦信號(hào)作為控制右舵的指令，即不同頻率的正弦信號(hào)代 表不同的控制指令。除了可利用頻率特征外，還可用正弦信號(hào)的幅度及相位特征、脈沖信號(hào)的幅度、寬度及相位特征以及碼組特征等表示各種指令。 圖 34 無線電遙控設(shè)備方框圖 編碼電路 產(chǎn)生的指令信號(hào)都是頻率較低的電信號(hào)，無法直接傳送到遙控目標(biāo)上去，還要將指令信號(hào)送到發(fā)射電路，使它載在高頻信號(hào) (載波 )上，才能由發(fā)射天線發(fā)送出去。我們把指令信號(hào)載到載波上去的過程叫調(diào)制，調(diào)制作用由發(fā)射電 路的調(diào)制器完成。發(fā)射電路的主要作用是產(chǎn)生載波，并由調(diào)制器將指令信號(hào)調(diào)制在載波上，經(jīng)天線將已調(diào)載波發(fā)送出去。接收機(jī)由接收電路及譯碼電路組 成。接收電路又包括高頻部分及解調(diào)器部分。由接收天線送來的微弱信號(hào)經(jīng)接收機(jī)高頻部分的選擇和放大后，送到解調(diào)器。由于 “ 卸 ” 下來的各種指令信號(hào)是混雜在一起的、還要送到譯碼電路譯碼。譯碼電路的工作就象把卸下來的貨物鑒別分類，再分別送到使用場(chǎng)地一樣，它對(duì)各種指令信號(hào)進(jìn)行簽別，送到相應(yīng)的執(zhí)行放大電路。執(zhí)行放大電路把指令信號(hào)放大到具有一定的功率，用以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械動(dòng)作，例如電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)、電磁鐵的吸動(dòng)等，帶動(dòng)被控的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控目標(biāo)的控制。 紅外對(duì)管尋跡模塊 尋 跡是指小車 在白色地板上循黑線行走， 本系統(tǒng) 采取的方法是紅外探測(cè)法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，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，小車上的接收管接收不到紅外光。 由此過程來改變接收管的輸出電壓， 單片機(jī) 以電壓的變化 為依據(jù)來 執(zhí)行小車電機(jī) 確定行走路線。 圖 38為紅外線尋跡安裝圖 ： 圖 38 紅外線尋跡安裝圖 紅外避障模塊 紅外避障模塊主要實(shí)現(xiàn)小車的避障處理，當(dāng)小車檢測(cè)到前 面有障礙物時(shí)，由單片機(jī)發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)小車停止功能。其實(shí)現(xiàn)原理與紅外線對(duì)管尋跡模塊基本一致，只是為了實(shí)現(xiàn)更好的避障效果（主要是距離問題），所以采用了自制紅外接發(fā)電路。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 小車電機(jī)為直流減速電機(jī)，帶有齒輪組，考慮不需調(diào)速功能，所以采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L293D。 L293D 是著名的 SGS 公司的產(chǎn)品。為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)用來接收 DTL 或者 TTL 邏輯電平，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載 (比如繼電器，直流和步進(jìn)馬達(dá) )，和開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含 4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。 L293D 可直接的對(duì)電機(jī)進(jìn) 行控制，無須隔離電路。通過單片機(jī)的 I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，非常方便，用程序輸入對(duì)應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，有效控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，如圖 313 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖。 J16 和 J17 控制左邊電機(jī)， J18和 J19 控制右邊電機(jī)。取左邊電機(jī) 為例，當(dāng) J16 輸入數(shù)字電平“ 1”， J17輸入數(shù)字電平“ 0”時(shí)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)；當(dāng) J16輸入數(shù)字電平“ 0”， J17 輸入數(shù)字電平“ 1”時(shí)實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)；當(dāng) J16 輸入數(shù)字電平“ 0（ 1）”， J17 輸入數(shù)字電平“ 0（ 1）”時(shí)實(shí)現(xiàn)停止；最后結(jié)合左右電機(jī)通過單片機(jī)共 同實(shí)現(xiàn)小車的前后左右四個(gè)方向行駛。 圖 313 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖 語音控制模塊 本模塊為小車的附加功能模塊，主要采用柱極式話筒接收聲波信號(hào)，通過三極管放大電路放大信號(hào)，使信號(hào)經(jīng)過電容和整流的二極管得到一個(gè)電壓峰值為一伏的脈沖信號(hào)，并經(jīng)過 74HC04 取反后供單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)語音控制。如圖 314 語音控制模塊原理圖。 圖 314 語音控制模塊原理圖 其中圖中 P15 為連接柱極式話筒的接口， P16 為電源接口， R23 的作用是調(diào)節(jié)話筒的靈敏度， C7 則是用來濾除波形中的直流部分。中間電路為典型的三極管共 e極放大電路，其放大倍數(shù)可以根據(jù) R24 和 R25 來確定。但由于 9013 管的 自身特性，使的其最大的放大電壓為 1伏，經(jīng)過電容的整形形成直流電壓輸入二極管。當(dāng)話筒沒有接受到一定強(qiáng)度的聲波時(shí)，由于二極管的管壓降，使電壓不能經(jīng)過其到非門芯片而讓芯片輸出電平為數(shù)字“ 1”，但當(dāng)話筒接收到的聲波信號(hào)經(jīng)放大后超過二極管的管壓降，非門的輸入端上有一個(gè)正電壓，而使輸出端為低電平“ 0”，實(shí) 現(xiàn)跳變觸發(fā)的產(chǎn)生，進(jìn)而讓單片機(jī)的中斷口進(jìn)行判斷，作出響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)語音控制。 4 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)小車智能運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵所在，相當(dāng)于人類大腦思維活動(dòng)，通過軟件設(shè)計(jì)可將各個(gè)變化信號(hào)數(shù)據(jù)有效的結(jié)合處理，產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作反應(yīng)。在小車運(yùn)行的控制過程中，我們采用模糊控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)小車樣本訓(xùn)練。 模糊控制算法 模糊理論的發(fā)展 20 世紀(jì) 60 年代，美國加利福尼亞大學(xué)著名教授扎德發(fā)表了一篇關(guān)于模糊集合的論文，由此提出了模糊理論。四十多年來，在模糊理論算法、模糊推理、工業(yè)控制應(yīng)用，以及穩(wěn)定性理論 研究方面，都有不少研究論文發(fā)表。 80 年代后，自動(dòng)控制系統(tǒng)隨著被控對(duì)象的復(fù)雜化，它不僅表現(xiàn)在控制系統(tǒng)具有多輸入、多輸出的強(qiáng)偶合性、參數(shù)時(shí)變性和嚴(yán)重的非線性等特性，更突出的是從系統(tǒng)對(duì)象所能獲取的知識(shí)信息量相對(duì)的減少，以及與此相反的對(duì)控制性能的要求卻日益高度化。 如今，對(duì)模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、模糊推理算法，以及模糊控制穩(wěn)定性等問題 的研究成果已進(jìn)入實(shí)用化時(shí)期，其成果應(yīng)用主要集中于工業(yè)窯爐方面，如退火爐，電弧冶煉爐，水泥爐及造紙機(jī)的控制等。 目前，模糊控制技術(shù)有了更大的發(fā)展，過去將大型機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程作為控制對(duì)象， 而現(xiàn)在模糊控制技術(shù)已經(jīng)開始大量應(yīng)用在家用電器、交通工具等方面。 模糊控制算法原理 模糊控制的關(guān)鍵和核心是模糊控制規(guī)則，即用人的自然語言對(duì)操作者的手動(dòng)控制策略加以描述，得到一些不精確的、定性的、判定的規(guī)則，這些規(guī)則就是模糊控制技術(shù)中的模糊控制規(guī)則。這些模糊控制規(guī)則的來源是根據(jù)操作者對(duì)被控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)性的認(rèn)識(shí)、表達(dá)和對(duì)被控對(duì)象的控制經(jīng)驗(yàn)，從這些抽出輸入和輸出關(guān)系，加以描述，實(shí)質(zhì)上就是被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。在實(shí)際應(yīng)用中，特別是人工操作控制，并不需要建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。為了模擬人工控制過程，對(duì)人工控制 操縱的經(jīng)驗(yàn)和策略進(jìn)行歸納、總結(jié)，建立一系列的模糊控制規(guī)則，將這些規(guī)則進(jìn)行一定的處理便產(chǎn)生相應(yīng)的模糊控制算法，利用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)這些模糊語句，此時(shí)就構(gòu)成了一個(gè)模糊控制器，而其中的模糊控制算法則描述了控制器的行為特征。 對(duì)于模糊控制規(guī)則的建立方法很多，主要有：以專家知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)建立模糊控制規(guī)則；以熟練操作者的手動(dòng)操作策略、經(jīng)驗(yàn)和測(cè)試數(shù)據(jù)來建立模糊控制規(guī)則，根據(jù)被控對(duì)象的模糊模型建立模糊控制規(guī)則以及根據(jù)學(xué)習(xí)算法建立模糊控制規(guī)則等。 模糊控制的控制過程，如果由人來實(shí)現(xiàn)，都是按照這樣的一個(gè)順序進(jìn)行的