【正文】 1，那么三極管 Q1 和Q4 導通，電流從左至右流經電機；如果 IN1信號變?yōu)?1，而 IN2信號變?yōu)?0，那么 Q2 和 Q3 將導通，電流則反向流過電機 （圖 ） 。 圖 驅動電機轉動時的信號示意圖 由于 H 橋電 路有諸多的優(yōu)點，但是在實際制作過程中電路又比較麻煩，因此在本設計中采用 H 橋集成電機驅動芯片 L298N。 L298N 的工作原理和以上介紹的 H 橋相同，以下 圖 L298N的引腳圖和 表 33為 輸入輸出關系表。 表 33： L298N輸入輸出關系 圖 L298N外部引腳 單片機 P2口控制的電機驅動電路如圖 。 E NA B L EIN1IN2Q3NP NQ4NP NU1A N DU2A N DU3A N DU4A N DU5NO TU6NO TQ1NP NQ2NP N+ V SR S A重慶理工大學畢業(yè)設計 基于單片機的簡易尋跡機器人設計 24 圖 電機 驅動電路圖 在驅動電路中，主要利用單片機 PWM波形控制電機轉速?！?。 P 2 . 5P 2 . 4P 2 . 3P 2 . 2P 2 . 1P 2 . 0I N15I N27E N A6O UT 12O UT 23E N B11O UT 313O UT 414I N310I N412S E N S A1S E N S B15G ND8VS4V C C9 U2L 2 9 8左輪右輪+ 6 V重慶理工大學畢業(yè)設計 基于單片機的簡易尋跡機器人設計 25 根據系統設計原理 ，單片機需要通過查詢與檢測電路相接的 I/O口狀態(tài)，以判斷行車軌跡狀況，然后通過不同占空比的 PWM波，實現電機的轉速控制。軟件設計主要通過程序實現，即包括傳感器信號的讀?。ㄓ蓡纹瑱C 查詢與檢測電路相連的I/O口狀態(tài)，確定檢測信號的來源 ）和 PWM波的產生（由單片機 T0定時器實現）。 系統總體流程圖 程序主要的任務是，讓單片機查詢傳感器模塊發(fā)出的路面 檢測 信號，根據信號作出反應，控制電動機工作實現自動尋跡。 在設計中采用兩級光電傳感 器作為路經檢測元件，當第一級傳感器檢測到黑線時小車開始轉向，此時若第二級傳感器再檢測到黑線小車加速轉向，直到第二級和第一級傳感器都不再檢測到黑線為止。 其程序流程圖 。 圖 系統程序流程圖 N Y 系統 初始化 第 一級 ST188 是否檢測到黑線 直行 轉向子程序 1 Y N 第二級 ST188 是否檢測到黑線 轉向子程序 2 重慶理工大學畢業(yè)設計 基于單片機的簡易尋跡機器人設計 26 PWM 調速 簡介以及實現 PWM—— 脈沖寬度調制，即占空比可變的脈沖波形 [3]。也就是說用單片機產生一定周期的方波，而且方波中高電平的時間可以已自己調整，這就是 PWM 波。 PWM是智能小車設計中一個很重要的應用，首先 轉向 的控制就是給一定占空比的方波來實現不同的轉角的，其次后輪電機的調速也是通 過不同占空比的方波來實現。 對于 PWM波的產生不同的單片機雖然有不同的方式但是大致的原理是一樣的，對于 51單片機由于沒有自帶 PWM波產生的寄存器因此需要通過軟件的方式來實現。本次設計 以定時器計數的方式產生 PWM 波 ,如圖 ， D為預設占空比， T為定時周期 。 51 單片機也可以采用相同的方式，有所不同的是 51 單片機中并沒有上面所提到的寄存器，因此需要自己設定一些變量進行計數。在設置定時器時應注意以下兩點： ① 合理選擇進入中斷的時間和計數上限。 ② 計數上限和最終的 PWM 頻率的選擇應由外部器 件的具體要求決定。 圖 PWM 時序圖 本系統中通過控制 51單片機的定時器 T0的初值，從而可以實現 出口輸出不同占空比的脈沖波形。定時計數器若干時間（比如 ）中斷一次 ， 就使 。 將直流電機的速度分為 100個等級 ， 因此一個周期就有個 100脈沖 ， 周期為 100個脈沖的時間。速度等級對應一個周期的高電平脈沖的個數。占空比為高電平脈沖個數占一個周期總脈沖個數的百分數。 一個周期加在電機兩端的電壓為脈沖高電壓乘以占空比。占空比越大 ， 加 在電機兩端的電壓越大 ， 電機轉動越快。電機的平均速度等于在一定的占空比下電機的最大速度乘以占空比。當我們改變占空比時 ， 就可以得到不同的電機平均速度 ， 從而達到調速的目的。精確地講 ， 平均速度與占空比并不是嚴格的線性關重慶理工大學畢業(yè)設計 基于單片機的簡易尋跡機器人設計 27 系 ， 在一般的應用中 ， 可以將其近似地看成線性關系。 程序的模塊化設計 在進行微機控制系統設計時，除了系統硬件設計外，大量的工作就是如何根據每個生產對象的實際需要設計應用程序。因此，軟件設計在微機控制系統設計中占重要地位。 為了完成要求設計，在進行軟件設計時，通常把整個過程分成若干個部分 ，每一部分叫做一個模塊。所謂“模塊”，實質上就是所完成一定功能，相對獨立的程序段，這種程序設計方法叫模塊程序設計法 [13]。 模塊程序設計法的主要優(yōu)點是： 1) 單個模塊比起一個完整的程序易編寫及調試； 2) 模塊可以共存，一個模塊可以被多個任務在不同條件下調用； 3) 模塊程序允許設計者分割任務和利用已有程序，為設計者提供方便。 本系統軟件采用模塊化結構，由主程序﹑ 中斷 子程序﹑轉向子程序構成。 小車循跡 原理 流程圖 小車進入循跡模式后，即開始不停地掃描與探測器連接的單片機 I/O口，一旦檢測到某個 I/O口有信號，即 進入判斷處理程序 ， 先確定 4個探測器中的哪一個探測到了黑線，如果左面第一級傳感器或者左面第二級傳感器探測到黑線，即小車左半部分壓到黑線，車身向右偏出，此時應使小車向左轉；如果是右面第一級傳感器或右面第二級傳感器探測到了黑線，即車身右半部壓住黑線，小車向左偏出了軌跡，則應使小車向右轉。在經過了方向調整后，小車再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測黑線重復上述動作。 循跡流程圖如圖 重慶理工大學畢業(yè)設計 基于單片機的簡易尋跡機器人設計 28 圖 循跡原理流程圖 由于第二級方向控制為第一級的后備，則兩個等級間的 轉向力度必須相互配合。第二級通常是在超出第一級的控制范圍的情況下發(fā)生作用，它也是最后一層保護，所以它必須要保證小車回到正確軌跡上來，則通常使第二級轉向力度大于第一級，即 Turn_left2 Turn_left1， Turn_right2 Turn_right1 (其中Turn_left2， Turn_left1， Turn_right2 ， Turn_right1為小車轉向力度，其大小通過改變單片機輸出的占空比的大小來改變 )，具體數值在實地實驗中得到。 小車的具體運行狀況如 表 41所示。 啟動循跡模式 探測黑線 是否檢測到黑線 判斷處理程序 向左轉 Turn_left2 向左轉 Turn_left1 向右轉 Turn_right1 向右轉 Turn_right2 繼續(xù)前進 N Y 重慶理工大學畢業(yè)設計 基于單片機的簡易尋跡機器人設計 29 表 41：小車運行狀況表 左輪轉速 左 2傳感器 左 1傳感器 右 1傳感器 右 2傳感器 右輪轉速 運行方式 30 0 0 0 0 30 直行 5 0 1 0 0 50 左轉 5 1 1 0 0 60 加速左轉 50 0 0 1 0 5 右轉 60 0 0 1 1 5 加速右轉 0 其它 其它 其它 其它 0 停止 定時器 中斷程序流程圖 利用 51單片機的 T0定時計數器，讓單片機 P2口的 不同的方波 ， 然后經驅動芯片放大后控制直流電機。 程序開始時，初始化定時器TO，設置定時 定時計數器若干時間（ 本次設計采用 ） 中斷一次 ， 就使 或 。中斷程序流程圖如圖 重慶理工大學畢業(yè)設計 基于單片機的簡易尋跡機器人設計 30 圖 定時器 中斷程序流程圖 部分程序設計 1) 延時子程序。制作一個延時子程序，讓指令執(zhí)行足夠長的時間。 void delay_1ms(uint d) { uint i。 while(d) for(i=0。i75。i++)。 } 2) 定時器中斷函數。在此函數中控制 和 端口產生 PWM 波形，控制電機轉速。 Y N 定時器賦初值 計數變量賦值 t=0 計數值 t占空比？ 和 輸出高電平 和 輸出低電平 開始 結束 Y N t+1≥ 100 ? ？ t=0 重慶理工大學畢業(yè)設計 基于單片機的簡易尋跡機器人設計 31 void timer0( ) interrupt 1 { if(tzkb1) ENA=1。 else ENA=0。 if(tzkb2) ENB=1。 else ENB=0。 t++。 if(t=100) {t=0。} TH0=(65536100)/256。 TL0=(65536100)%256。 } 3) 轉向子程序。 通過控制左右電機的轉速來實現轉向，即利用不同占空比的PWM 波控制左右輪的轉 速。 void qianjin( ) { zkb1=30。zkb2=30。 } void turn_left1( ) { zkb1=5。zkb2=50。 } void turn_left2( ) { zkb1=5。zkb2=60。 } void turn_right1( ) { zkb1=50。zkb2=5。 } void turn_right2( ) { zkb1=60。zkb2=5。 } 重慶理工大學畢業(yè)設計 基于單片機的簡易尋跡機器人設計 32 4) 主程序。 void main( ) { init( )。 zkb1=30。 zkb2=30。 ERROR1=1。 START1=0。 while(1) { IN1=1。IN2=0。IN3=0。IN4=1。 ENA=1。ENB=1。 while(1) { xunji( )。 } } } 重慶理工大學畢業(yè)設計 基于單片機的簡易尋跡機器人設計 33 結果分析及結論 在本設計中 主要利用 Keil軟件進行程序的調試， 生成 .HEX文件，通過 Proteus電路仿真及程序調用實現聯合仿真以觀察實驗效果 。 Proteus 軟件仿真結果 利用 Proteus軟件仿 真 設計。通過仿真試驗程序和器件是否能完成設計的要求。軟件 仿真可以隨意修改源程序。利用 Proteus軟件繪制仿真圖 ， 利用 Keil軟件將全部程序裝換成 HEX類型，載入后仿真。 圖 電機運行結果 仿真圖 圖 四路光電傳感器輸入 仿真圖 P 2 . 5P 2 . 4P 2 . 3P 2 . 2P 2 . 1P 2 . 0I N15I N27E N A6O UT 12O UT 23E N B11O UT 313O UT 414I N310I N412S E N S A1S E N S B15G ND8VS4V C C9 U2L 2 9 8左輪右輪+ 6 VP 0 . 0P 0 . 3P 0 . 2P 0 . 1321411U 3 : AL M 3 2 4567411U 3 : BL M 3 2 41098411U 3 : CL M 3 2 4121314411U 3 : DL M 3 2 45vR71 0 KR81 0 KR91 0 KR 1 01 0 K左 1 左 2右 1右 2R 1 12 2 0R 1 22 2 0R 1 32 2 0R 1 42 2 0S W 5S W S P S TS W 6S W S P S TS W 7S W S P S TS W 8S W S P S T