【正文】 16分別在使能端為高電平時(shí)控制 OUT OUT OUT3 和 OUT4 是否輸出高電平，來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 L293D采用 16 引腳 DIP 封裝，其內(nèi)部集成了雙極型 H橋電路，所有的開量 都做成 n 型。這種雙極型脈沖調(diào)寬方式具有很多優(yōu)點(diǎn)，如電流 連續(xù)；電機(jī)可四角限運(yùn)行；電機(jī)停止時(shí)有微振電流，起到 “動(dòng)力潤滑 ”作用，消除正反向時(shí)的靜摩擦死區(qū)：低速平穩(wěn)性好等。 L293D 通過內(nèi)部邏輯生成使能信號。 H橋電路的輸入量可以用來設(shè)置馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使能信號可以用于脈寬調(diào)整（ PWM）。 另外， L293D將 2 個(gè) H橋電路集成到 1 片芯片上，這就意味著用 1 片芯片可以同時(shí)控制 2 個(gè)電機(jī)。每 1 個(gè)電機(jī)需要 3 個(gè)控制信號 EN1 IN IN2，其中 EN12是使能信號， IN IN2 為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制信號， IN IN2 分別為 1， 0 時(shí)，電機(jī)正 轉(zhuǎn)，反之，電機(jī)反轉(zhuǎn)。選用一路 PWM 連接 EN12 引腳，通過調(diào)整 PWM 的占空比可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。選擇一路 I/O 口，經(jīng)反向器 74HC14 分別接 IN1 和IN2 引腳，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖 35： MM1MM2E1IN1OUT1GNDGNDIN2OUT2VSVSSIN4OUT4GNDGNDOUT3INT3E2GND GNDVCCVCCL293D 圖 35 L293D 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 檢停紅外對管及其電壓比較電路的設(shè)計(jì) 紅外對管判斷顏色的原理： 小車在白色地板上行走判斷黑線，通常采取的方法是紅外探測法。 紅外探測法，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。單片機(jī)就是否收到反射回來第 3章 硬件電路設(shè)計(jì) 17 的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線。紅外探測器探測距離有限，一般最大不應(yīng)超過 3cm。 本設(shè)計(jì)對于發(fā)射和接收紅外線的紅外探頭，可以自己制作或直接采用集成式紅外探頭。自制紅外探頭電路 如圖所示，紅外光的發(fā)送接收選用對管。當(dāng)小車在白色地面行駛時(shí)，裝在車下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線信號，經(jīng)白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號，那么光敏三極管將導(dǎo)通，比較器輸出為低電平；當(dāng)小車行駛到黑色引導(dǎo)線時(shí)，紅外線信號被黑色吸收后，光敏三極管截止，比較器輸出高電平，從而實(shí)現(xiàn)了通過紅外線檢測信號的功能。將檢測到的信號送到單片機(jī) I/O 口，當(dāng) I/O 口檢測到的信號為高電平時(shí)，表明紅外光被地上的黑色引導(dǎo)線吸收了，表明小車處在黑色的引導(dǎo)線上；同理，當(dāng) I/O 口檢測到的信號為低電平時(shí)，表明小車行駛在白色地面上。此種方 法簡單，價(jià)格便宜，靈敏度可調(diào)，但是容易受到周圍環(huán)境的影響，特別是在較強(qiáng)的日光燈下，對檢測到的信號有一定的影響。但我們把車體前端和上端進(jìn)行了有效的遮擋后，效果已經(jīng)完全可以滿足要求。 檢停紅外對管和電壓比較電路圖如圖 36：（實(shí)際應(yīng)用兩組，圖中只畫一組） R9 R10D2LED542312U3ALM339AQ4NPNPHOTO+5VGNDGND檢停紅外對管5K 5KR1510K單片機(jī) 圖 36 檢停紅外對管和電壓比較電路 此處用 LM339 作為電壓比較器 。 LM339 是高增益 ,寬頻帶器件，象大多數(shù)比較器一樣，如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合，則很容易產(chǎn)生振蕩。這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當(dāng)比較器改變狀態(tài)時(shí)，輸出電壓過渡的間隙。電源加旁路濾波并不 能解決這個(gè)問題，標(biāo)準(zhǔn) PC 板的設(shè)計(jì)對減小輸入 —輸出寄生電容耦合是有助的。減小輸入電阻至小于 10K 將減小反饋信號，而且增加甚至很小的正反饋量(滯回 ~10mV)能導(dǎo)致快速轉(zhuǎn)，使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩。除非利用滯后，否則直接插入 IC 并在引腳上加上電阻將引起輸入 —輸出在很短的轉(zhuǎn) 換周期內(nèi)振蕩，如果輸入信號是脈沖波形，并且上升和下降時(shí)間相當(dāng)快，則滯回 吉林建筑工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 18滯回將不需要。比較器的所有沒有用的引腳必須接地。 LM339 偏置網(wǎng)絡(luò)確立了其靜態(tài)電流與 電源電壓范圍 ~30V無關(guān)。通常電源不需要加旁路電容。差分輸入電壓可以大于 Vcc 并不損壞器件。保護(hù)部分必須能阻止輸入電壓向負(fù)端超過 ，發(fā)射極接地的 NPN 輸出晶體管，可以用多集電極輸出提供或 ORing 功能。輸出負(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上，不受 Vcc 端電壓值的限制。此輸出能作為一個(gè)簡單的對地 SPS 開路 (當(dāng)不用負(fù)載電阻沒被運(yùn)用 )，輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動(dòng)和器件的 β值所限制。當(dāng)達(dá)到極限電流 (16mA)時(shí)，輸出晶體管將退出而且輸出 電壓將很快上升。輸出飽和電壓被輸出晶體管大約 60ohm 的 γSAT 限制。當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí)，輸出晶體管的低失調(diào)電壓 (約 )允許輸出箝位在零電平。 下圖為 LM339 管腳排列如圖 37： 1235476141312111098LM339OUT1VCCIN1NONIN1NONIN2IN2OUT3OUT2OUT4VCCNONIN4IN4NONIN3IN3LM399 圖 37 LM339 管腳排列圖 LM339 的原理：接收的紅外信號轉(zhuǎn)換為電壓信號經(jīng) LM339 進(jìn)行比較，產(chǎn)生高電平或低電平返回給 AT89C51。 LM339 集成塊采用 DIP14 型封裝，上圖為其外型及管腳排列圖。 LM339 類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用 “+”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用 “”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇 LM339 輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號電壓。當(dāng) “+”端電壓高于 “”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng) “”端電壓高于 “+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于 10mV 就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，把 LM339 用在弱信號檢測等場合是比較理想的。 LM339 的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極。 第 3章 硬件電路設(shè)計(jì) 19 輸出信號進(jìn) 入 LM339。穩(wěn)定性能得到提升。當(dāng)小車低部的某邊紅外線收發(fā)對管遇到黑帶時(shí)輸入電平為低電平，反之為高電平。結(jié)合中斷查詢方式，通過程序控制小車是否前進(jìn)。 判斷金屬顏色紅外對管電路的設(shè)計(jì) 此處 紅外對管的用法與上面相同。只是 A/D轉(zhuǎn)換用的是 TLC1543。 A/D 轉(zhuǎn)換電路種類很多，在選擇模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí)，主要考慮以下的一些技術(shù)指標(biāo)：轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換頻率、量化誤差與分辨率、轉(zhuǎn)換精度、接口形式等。目前，較為流行的 AD 轉(zhuǎn)換器件有很多都采用了串行接口，這使得這類芯片與單片機(jī)的硬件連接非常簡單，而軟件編程相對要復(fù)雜 一些。 TLC1543 引腳圖如圖 38： 12A0A9A10VCCEOCCLOCKADDRESSCS/REF+REFTLC1543345678910 11121314151617181920A1A2A3A4A5A6A7A8GND 圖 38 TLC154 的引腳圖 TLC1543 是由 TI 公司開發(fā)的開關(guān)電容式 AD 轉(zhuǎn)換器，該芯片具有如下的一些特點(diǎn)： 10 位精度、 11 通道、三種內(nèi)建的自測模式、提供 EOC（轉(zhuǎn)換完成）信號等。該芯片與單片機(jī)的接口采用串行接口方式，引線很少，與單片機(jī)連接簡單。圖 1 是 TLC1543 的引腳示意圖，其中 A0~A10 是 11 路輸入， Vcc 和 GND 分別是電源引腳， REF+和 REF分別是參考電源的正負(fù)引腳，使用時(shí)一般將 REF接到系統(tǒng)的地，達(dá)到一點(diǎn)接地的要求，以減 少干擾。其余的引腳是 TLC1543 與CPU 的接口，其中 CS 為片選端，如不需選片，可直接接地。 I/O Clock 是芯片的時(shí)鐘端， Adress 是地址選擇端， Data Out 是數(shù)據(jù)輸出端，這三根引腳分別接到CPU 的三個(gè) I/O 端即可。 EOC 用于指示一次 AD 轉(zhuǎn)換已完成， CPU 可以讀取數(shù)據(jù)，該引腳是低電平有效，根據(jù)需要，該引腳可接入 CPU 的中斷引腳，一旦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成，向 CPU 提出中斷請求；此外，也可將該引腳接入一個(gè)普通的 I/O 引腳， CPU 通過查詢該引腳的狀態(tài)來了解當(dāng)前的狀態(tài)，甚至該引腳也可 以不接，在 CPU 向 TLC1543 發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，過一段固定的時(shí)間去讀取數(shù)據(jù)即可。 判斷金屬顏色的紅外對管及其 A/D轉(zhuǎn)換電路如圖 39： 吉林建筑工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 20A1A2A3A4A5A6A7A8A9A0 VCCEOCCLKADDRESSDATAOUTCS/REF+REFGNDA10TLC1543VCCQ3NPNPHOTOD1LED+5VGND辨色紅外對管GND1234567891020191817161514131211R810KR710K 圖 39 判斷金屬顏色的紅外對管及其 A/D 轉(zhuǎn)換電路圖 金屬檢測模塊電路的設(shè)計(jì) 該部分采用金屬探測器探測金屬，該金屬探測器共有三個(gè)接口：接地，接電源，另外一個(gè)為輸出，其探測有效距離為 12mm，滿足我們的要求。 金屬探測器的工作原理是：金屬探測器頭部有一電感線圈，當(dāng)探頭接近到金屬時(shí)，相當(dāng)于在線圈內(nèi)增加一個(gè)磁芯，由公式 R=jwL 可知當(dāng)頻率恒定，電感增加時(shí)，感抗發(fā)生變 化，該變化產(chǎn)生的高低電平感應(yīng)信號被送入單片機(jī)。此功能工作過程是：沒有信號時(shí)，探頭輸出的一直是高電平。當(dāng)探測到金屬時(shí)，電平由高置低。單片機(jī)收到信號后，進(jìn)行相應(yīng)的處理并完成檢測金屬片的功能。 金屬傳感器 MMS105H的電路圖如圖 310： 單片機(jī)TextTextVCCDATAGND MMS105HGNDVCC 圖 310 MMS105H 金屬探測器 電路圖 第 3章 硬件電路設(shè)計(jì) 21 光源檢測模塊電路的設(shè)計(jì) 此處我們 采用 光敏電阻和光敏三極管做成組合光敏探測器。這樣設(shè)計(jì)是為了更好地檢測光源。在車前面安裝兩個(gè)光敏電阻和兩個(gè)光敏三極管，在車后面安裝兩個(gè)光敏電阻。 光敏三極管是利用 PN 結(jié)在施加反向電壓 時(shí)，在光線照射下反向電阻由大變小的原理進(jìn)行工作的。光敏三極管當(dāng)無光照射時(shí)，反向電流很小，即暗電流很??；當(dāng)有光線照射時(shí)，在光的激發(fā)下，光敏三極管內(nèi)產(chǎn)生大批 “光生載流子 ”，反向電流大增。即光電流大增。 光敏電阻時(shí)用硫化鎘或硒化鎘材料制成的特殊電阻器，它對光線非常敏感。無光線照射時(shí)呈高阻狀態(tài)，暗阻值一般可達(dá) 歐姆以上；有光照時(shí)材料中便激發(fā)出自由電子與空穴，使其電阻減小，隨著照度的增高，電阻值迅速降低，亮阻值可小至 1k歐姆以下。 由于各路傳感器會(huì)對單片機(jī)產(chǎn)生一定的干擾，使信號發(fā)生錯(cuò)誤。因此，采用一級射極輸出方 式對信號進(jìn)行隔離，這樣系統(tǒng)對信號的判斷就比較準(zhǔn)確。 此處A/D轉(zhuǎn)換采用 TLC1543 芯片。 光敏三極管和光敏電阻及其 A/D轉(zhuǎn)換 電路如圖 311： R6R4R5A1A2A3A4A5A6A7A8A9A0 VCCEOCCLKADDRESSDATAOUTCS/REF+REFGNDA10TLC1543VCCGNDQ1NPNPHOTOQ2+5V +5V光敏三極管GND GNDVCCR3VCCGND GNDR2R1VCCGND GNDVCC光敏電阻 圖 311 光敏三極管和光敏電阻及其 A/D 轉(zhuǎn)換 電路圖 吉林建筑工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 22 蜂鳴器的設(shè)計(jì) 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式和電磁式兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母 “H”或 “HA”。 蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共 鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（ ~15V 直流工作電壓） ,多諧振蕩器起振 ,輸出~ 的音頻信號，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。 壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管，多諧振蕩 器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通 電源后（ ~15V 直流工作電壓） ,多諧振蕩器起振 ,輸出 ~ 的音頻信號，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。 壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。 電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。 圖 312 為蜂鳴器報(bào)警系統(tǒng)。 L S 1S P E A K E RQ1P N P47KUI100KV C CGND 圖 312 蜂鳴器報(bào)警系統(tǒng) 第 3章 硬件電路設(shè)計(jì) 23 本章小節(jié) 本章主要對電動(dòng)小車的硬件進(jìn)行了概括性的分析，包括大體的模塊分析。 在這次設(shè)計(jì)中，整個(gè)小車運(yùn)行等過程都是通過主控單片機(jī)芯片上的程序控制來完成整個(gè)智能控制過程。小車首先是通過顏色傳感器來識別顏色，然后把該物體搬運(yùn)到特定的倉庫里。 小車開啟后，單片機(jī)給予小車具體的行程，讓小車根據(jù)編程運(yùn)行。另外，在行進(jìn)的過程中，通過主控芯片收到的信號，并經(jīng)過處理后將執(zhí)行結(jié)果反饋給控制器，進(jìn)而控制小車前行方向，并通過軟件檢測小車及按鍵的更改信息最終將結(jié)果通過 LCD顯示屏顯示。 吉林建筑工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 24第 4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系 統(tǒng)軟件介紹 軟件部分采用模塊化程序設(shè)計(jì)的方法，由單片機(jī)控制程序、各傳感器模塊子程序，液晶顯示及光電提示子程序組成。系統(tǒng)選用的是 ATMEL 公司生產(chǎn)的單片微控制器 AT89C51 單片機(jī)作為主控器件，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是在 C 編譯環(huán)境下進(jìn)行的，由于 C 語言程序可移植性好，所以提高了編程的效率。 軟件算法和程序流程 主程序流程圖 (1)各模塊初始化 如圖 41： 圖 41 初始化圖 主程序入口 各模塊初始化 上傳數(shù)據(jù)？ 上傳時(shí)間數(shù)據(jù) 低功耗 N Y 第 4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 25 （ 2）主程序流程圖 在電動(dòng)小車系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)中，主程序的任務(wù) 是：完成單片機(jī)個(gè)借口設(shè)備初始化設(shè)置，包括 I/O 端口的設(shè)置，脈沖寬度調(diào)制 PWM 初始化設(shè)置，串行口初始化設(shè)置；各變量和常量初始化；單片機(jī)進(jìn)入查詢狀態(tài)，一旦傳感器的狀態(tài)發(fā)生變化，立即調(diào)用控制子程序，進(jìn)行處理。 主程序是一個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心部分。在本 次設(shè)計(jì)中，主程序主要用來識別按鍵，從實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。按下 1鍵，實(shí)現(xiàn) 在 2分鐘之內(nèi)將紅色物件搬運(yùn)到倉庫A，將綠色物件搬運(yùn)到倉庫 B，將黃色物件搬運(yùn)到倉庫 C，在搬運(yùn)過程中不允許有人工干預(yù)。主程序流程圖如圖 42： 圖 42 主程序流程圖 右側(cè)中斷 PIO中斷入口 前中斷 左側(cè)中斷 調(diào)整 H橋 PWM占空比 吸鐵片辨別 判斷是否是 指定庫 清中斷標(biāo) 志位 返回 讀鍵值 按色設(shè)庫標(biāo) 返回 按要求判斷是否吸鐵片 將貨物放在庫里 返回 N Y 吉林建筑工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文