【正文】 16分別在使能端為高電平時控制 OUT OUT OUT3 和 OUT4 是否輸出高電平，來控制電機的正反轉。 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，如電流 連續(xù)；電機可四角限運行；電機停止時有微振電流，起到 “動力潤滑 ”作用，消除正反向時的靜摩擦死區(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置馬達轉動方向，使能信號可以用于脈寬調(diào)整（ PWM）。 另外， L293D將 2 個 H橋電路集成到 1 片芯片上，這就意味著用 1 片芯片可以同時控制 2 個電機。每 1 個電機需要 3 個控制信號 EN1 IN IN2，其中 EN12是使能信號， IN IN2 為電機轉動方向控制信號， IN IN2 分別為 1， 0 時，電機正 轉，反之，電機反轉。選用一路 PWM 連接 EN12 引腳，通過調(diào)整 PWM 的占空比可以調(diào)整電機的轉速。選擇一路 I/O 口，經(jīng)反向器 74HC14 分別接 IN1 和IN2 引腳，控制電機的正反轉。 L293D電機驅(qū)動電路如圖 35： MM1MM2E1IN1OUT1GNDGNDIN2OUT2VSVSSIN4OUT4GNDGNDOUT3INT3E2GND GNDVCCVCCL293D 圖 35 L293D 電機驅(qū)動電路圖 檢停紅外對管及其電壓比較電路的設計 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，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時發(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。單片機就是否收到反射回來第 3章 硬件電路設計 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，一般最大不應超過 3cm。 本設計對于發(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。當小車在白色地面行駛時，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通，比較器輸出為低電平；當小車行駛到黑色引導線時，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 I/O 口，當 I/O 口檢測到的信號為高電平時，表明紅外光被地上的黑色引導線吸收了，表明小車處在黑色的引導線上；同理，當 I/O 口檢測到的信號為低電平時，表明小車行駛在白色地面上。此種方 法簡單，價格便宜，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：（實際應用兩組，圖中只畫一組） R9 R10D2LED542312U3ALM339AQ4NPNPHOTO+5VGNDGND檢停紅外對管5K 5KR1510K單片機 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)在當比較器改變狀態(tài)時，輸出電壓過渡的間隙。電源加旁路濾波并不 能解決這個問題，標準 PC 板的設計對減小輸入 —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)能導致快速轉，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 換周期內(nèi)振蕩，如果輸入信號是脈沖波形，并且上升和下降時間相當快，則滯回 吉林建筑工程學院電子信息科學與技術專業(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)絡確立了其靜態(tài)電流與 電源電壓范圍 ~30V無關。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。保護部分必須能阻止輸入電壓向負端超過 ，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。此輸出能作為一個簡單的對地 SPS 開路 (當不用負載電阻沒被運用 )，輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動和器件的 β值所限制。當達到極限電流 (16mA)時，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。當負載電流很小時，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：接收的紅外信號轉換為電壓信號經(jīng) LM339 進行比較，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)的運算放大器。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用 “+”表示，另一個稱為反相輸入端，用 “”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個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），另一端加一個待比較的信號電壓。當 “+”端電壓高于 “”端時，輸出管截止，相當于輸出端開路。當 “”端電壓高于 “+”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。兩個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 的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極。 第 3章 硬件電路設計 19 輸出信號進 入 LM339。穩(wěn)定性能得到提升。當小車低部的某邊紅外線收發(fā)對管遇到黑帶時輸入電平為低電平，反之為高電平。結合中斷查詢方式，通過程序控制小車是否前進。 判斷金屬顏色紅外對管電路的設計 此處 紅外對管的用法與上面相同。只是 A/D轉換用的是 TLC1543。 A/D 轉換電路種類很多，在選擇模 /數(shù)轉換器時，主要考慮以下的一些技術指標：轉換時間和轉換頻率、量化誤差與分辨率、轉換精度、接口形式等。目前，較為流行的 AD 轉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的硬件連接非常簡單，而軟件編程相對要復雜 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)的開關電容式 AD 轉換器，該芯片具有如下的一些特點： 10 位精度、 11 通道、三種內(nèi)建的自測模式、提供 EOC（轉換完成）信號等。該芯片與單片機的接口采用串行接口方式，引線很少，與單片機連接簡單。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引腳，使用時一般將 REF接到系統(tǒng)的地，達到一點接地的要求，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 I/O 端即可。 EOC 用于指示一次 AD 轉換已完成， 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)轉換完成，向 CPU 提出中斷請求；此外，也可將該引腳接入一個普通的 I/O 引腳， CPU 通過查詢該引腳的狀態(tài)來了解當前的狀態(tài)，甚至該引腳也可 以不接，在 CPU 向 TLC1543 發(fā)出轉換命令后，過一段固定的時間去讀取數(shù)據(jù)即可。 判斷金屬顏色的紅外對管及其 A/D轉換電路如圖 39： 吉林建筑工程學院電子信息科學與技術專業(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 轉換電路圖 金屬檢測模塊電路的設計 該部分采用金屬探測器探測金屬，該金屬探測器共有三個接口：接地，接電源，另外一個為輸出，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，當探頭接近到金屬時，相當于在線圈內(nèi)增加一個磁芯，由公式 R=jwL 可知當頻率恒定，電感增加時，感抗發(fā)生變 化，該變化產(chǎn)生的高低電平感應信號被送入單片機。此功能工作過程是：沒有信號時，探頭輸出的一直是高電平。當探測到金屬時，電平由高置低。單片機收到信號后，進行相應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TextTextVCCDATAGND MMS105HGNDVCC 圖 310 MMS105H 金屬探測器 電路圖 第 3章 硬件電路設計 21 光源檢測模塊電路的設計 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。這樣設計是為了更好地檢測光源。在車前面安裝兩個光敏電阻和兩個光敏三極管，在車后面安裝兩個光敏電阻。 光敏三極管是利用 PN 結在施加反向電壓 時，在光線照射下反向電阻由大變小的原理進行工作的。光敏三極管當無光照射時，反向電流很小，即暗電流很小；當有光線照射時，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。無光線照射時呈高阻狀態(tài)，暗阻值一般可達 歐姆以上；有光照時材料中便激發(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。 由于各路傳感器會對單片機產(chǎn)生一定的干擾，使信號發(fā)生錯誤。因此，采用一級射極輸出方 式對信號進行隔離，這樣系統(tǒng)對信號的判斷就比較準確。 此處A/D轉換采用 TLC1543 芯片。 光敏三極管和光敏電阻及其 A/D轉換 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 轉換 電路圖 吉林建筑工程學院電子信息科學與技術專業(yè)畢業(yè)論文 22 蜂鳴器的設計 蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產(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成。當接通電源后（ ~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成。當接通 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。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。 圖 312 為蜂鳴器報警系統(tǒng)。 L S 1S P E A K E RQ1P N P47KUI100KV C CGND 圖 312 蜂鳴器報警系統(tǒng) 第 3章 硬件電路設計 23 本章小節(jié) 本章主要對電動小車的硬件進行了概括性的分析，包括大體的模塊分析。 在這次設計中，整個小車運行等過程都是通過主控單片機芯片上的程序控制來完成整個智能控制過程。小車首先是通過顏色傳感器來識別顏色，然后把該物體搬運到特定的倉庫里。 小車開啟后，單片機給予小車具體的行程，讓小車根據(jù)編程運行。另外，在行進的過程中，通過主控芯片收到的信號，并經(jīng)過處理后將執(zhí)行結果反饋給控制器，進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果通過 LCD顯示屏顯示。 吉林建筑工程學院電子信息科學與技術專業(yè)畢業(yè)論文 24第 4章 系統(tǒng)的軟件設計 系 統(tǒng)軟件介紹 軟件部分采用模塊化程序設計的方法，由單片機控制程序、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 單片機作為主控器件，系統(tǒng)軟件設計是在 C 編譯環(huán)境下進行的，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)？ 上傳時間數(shù)據(jù) 低功耗 N Y 第 4章 系統(tǒng)的軟件設計 25 （ 2）主程序流程圖 在電動小車系統(tǒng)控制軟件的設計中，主程序的任務 是：完成單片機個借口設備初始化設置，包括 I/O 端口的設置，脈沖寬度調(diào)制 PWM 初始化設置，串行口初始化設置；各變量和常量初始化；單片機進入查詢狀態(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，進行處理。 主程序是一個系統(tǒng)軟件設計的核心部分。在本 次設計中，主程序主要用來識別按鍵，從實現(xiàn)相應的功能。按下 1鍵，實現(xiàn) 在 2分鐘之內(nèi)將紅色物件搬運到倉庫A，將綠色物件搬運到倉庫 B，將黃色物件搬運到倉庫 C，在搬運過程中不允許有人工干預。主程序流程圖如圖 42： 圖 42 主程序流程圖 右側中斷 PIO中斷入口 前中斷 左側中斷 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 志位 返回 讀鍵值 按色設庫標 返回 按要求判斷是否吸鐵片 將貨物放在庫里 返回 N Y 吉林建筑工程學院電子信息科學與技術專業(yè)畢業(yè)論文