【正文】 第五章 測試數(shù)據(jù)、測試結果分析及結論： 測試儀器 測試儀器包括秒表、數(shù)字萬用表、信號發(fā)生器、示波器、MCS51仿真機、直流穩(wěn)壓電源等。 測試方法 數(shù)字萬用表主要用來測試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止/導通狀態(tài)等參數(shù)；信號發(fā)生器與示波器用于測試各光電傳感器信號的接收與傳輸； MCS51仿真機用于測試軟件；直流穩(wěn)壓電源在測試期間為各待測系統(tǒng)供電；秒表用于產(chǎn)品測試，按照任務書的基本要求對制成的電動車進行產(chǎn)品測試。測試數(shù)據(jù)及測試結果分析： ⑴ 計時精度分析 計時系統(tǒng)采用了新型顯示芯片。理論上的誤差不到1秒/年。⑵ 測距精度分析 測速系統(tǒng)采用了電機軸光電碼盤檢測技術。電機軸與車輪軸之間采用了齒輪箱二級減速，變比1/16。車輪周長135mm,光電碼盤與電機軸安裝在一起，電機軸每一轉產(chǎn)生2個脈沖，車輪每轉產(chǎn)生32個脈沖，理論測量精度可達135mm/32=⑶ 定位精度分析 本設計采用實際測量與軟件補償技術，理論上可使定位精度提高到誤差10mm。 最小系統(tǒng)電路本系統(tǒng)采用AT89C51單片機作為中央處理器。其主要任務是在小車行走過程中不斷讀取傳感器采集到的數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)進行處理后，來控制小車行走。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案[7]。其應用范圍廣，性能良好，可用于解決復雜的控制問題。利用AT89S51的I/O端口對傳感器信號進行實時判斷監(jiān)控來控制步進電機做出相應的反映[7]。；直流電機驅動電路使用H型全橋式驅動電路；圖32電機驅動電路圖；該驅動電路可以驅動兩路直流電機，使能端ENA、E；；若要對直流電機進行PWM調速，需設置IN1和IN；；直流電機可以通過改變電機電樞電壓接通時間與通電周；Uav 33PWM控制波形圖電壓平均值描述為：；??t1t 電機驅動電路直流電機驅動電路使用H型全橋式驅動電路。這種驅動電路可以很方便實現(xiàn)直流電機的四象限運行，分別對應正轉、正轉制動、反轉、反轉制動。在本設計中電機驅動電路由集成驅動芯片L298構成，并結合PWM波進行調速。它的基本原理圖如圖32所示：該驅動電路可以驅動兩路直流電機，使能端ENA、ENB為高電平時有效，控制方式及直流電機狀態(tài)若要對直流電機進行PWM調速，需設置IN1和IN2，確定電機的轉動方向，然后對使能端輸出PWM脈沖，即可實現(xiàn)調速。注意當使能信號為0時，電機處于自由停止狀態(tài)；當使能信號為1，且IN1和IN2為00或11時，電機處于制動狀態(tài)，阻止電機轉動。直流電機可以通過改變電機電樞電壓接通時間與通電周期的比值即占空比(t1/T)來控制電機的轉速。這種方法稱為脈沖寬度調制即PWM控制[8]。直流電機得到的電壓波形如圖33所示。Uav圖33 PWM控制波形圖 電壓平均值描述為：??t1t，Uav?1Us??Us （） TTt1——通電時間；T——周期；?——占空比；。當電源電壓不變的情況下，電樞端電壓取決于占空比的大小，改變占空比就可以改變端電壓的平均值。從而達到調速的目的。 L298工作原理L298是雙H高電壓大電流功率集成電路。直接采用TTL邏輯電平控制?？梢则寗永^電器、直流電動機、步迸電動機等電感性負載[9]。在此電路中（如圖32）L298連接保護電路根據(jù)單片機提供的邏輯電壓對電機進行驅動。具體驅動方式如下：當使能端為高電平時，輸人端1N1（IN3）為高電平信號，IN2（IN4）為低電平信號時，電機正轉；輸人端IN1（IN3）為低電平信號，IN2（IN4）為高電平信號時，電機反轉；IN1（IN3）與IN2（IN4）相同時，電機快速停止。當使能端為低電平時，電動機停止轉動。 循跡探測電路循跡探測電路根據(jù)反射接收原理配置了一對紅外線發(fā)射、接收傳感器。該電路包括一個紅外線發(fā)光二極管、一個紅外光敏三極管及其上拉電阻。如圖34所示。紅外發(fā)光二極管發(fā)射一定強度的紅外線照射物體，紅外光敏三極管在接收到反射回來的紅外線后導通，發(fā)出一個電平跳變信號。當小車在非黑色地面行駛時，裝在車下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線信號，經(jīng)反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號，那么圖34中光敏三極管將導通，輸出低電平，經(jīng)LM339電壓比較器送單片機控制。當小車行駛到黑色引導線上時，紅外線信號被黑色吸收后，光敏三極管截止，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。即當小車底部的某邊紅外線收發(fā)對管遇到黑帶時輸入電平為高電平，反之為低電平。電路中的可調電阻可調節(jié)靈敏度，以滿足小車在不同光度的環(huán)境中能夠尋跡。由于接收對管裝在車底，發(fā)射距離的遠近較難控制，調節(jié)可調電阻，靈敏度不高，因此采用在對管上套塑料管，屏蔽外界光的影響，靈敏度將大幅提升。在該電路中，加比較器LM339的目的是使模擬量轉化為開關量，便于處理。為了保證小車沿黑線行駛，采用了四個檢測器并行排列，在小車行走過程中，結合查詢方式，通過程序控制小車行走軌跡。如果2號紅外對管和3號紅外對管檢測到黑線，則單片機控制小車向前直走；如果2號紅外對管偏離黑線，3號紅外對管檢測到黑線，則單片機控制小車輕微左移；如果3號紅外對管偏離黑線，2號紅外對管檢測到黑線，則單片機控制小車輕微右移；如果2號和3號紅外對管偏離黑線，1號紅外對管檢測到黑線，則單片機控制小車向左移動；如果2號和3號紅外對管偏離黑線，4號紅外對管檢測到黑線，則單片機控制小車向左移動。本模塊主要有兩部分組成，38KHz的紅外發(fā)射模塊和接收比較模塊，采用38KHZ頻率段是能有效的排除可見光的干擾[10]，實現(xiàn)避障有效距離50CM左右，更好的完成對電機的控制。如圖311 紅外線避障電路原理圖。通過555芯片組成多諧振蕩器，根據(jù)F=(R1+2*R2)*C設計出38KHZ方波信號[11]。接通電源后，電容C被充電，當2腳VC上升到2VCC/3，使3腳V0為低電平，同時內部三極管T導通，此時電容C通過R2和T放電，VC下降，當VC下降到VCC/3時，V0翻轉為高電平。當放電結束時，T截止，VCC通過RR2向電容C充電，上升到VCC/3時，電路又翻轉為低電平，如此周而復始，于是，在電路的輸出端就得到一個周期性的矩形波，由3腳輸出，再通過三極管9013驅動后由發(fā)射管發(fā)出并由接收模塊接收實現(xiàn)單片機控制。 超再生接收電路和無線電發(fā)射器工作原理超再生無線電遙控電路由無線電發(fā)射器和超再生檢波式接收器兩部分組成。無線電發(fā)射器：它是由一個能夠產(chǎn)生等幅度振蕩的高頻載頻振蕩器（頻率范圍一般為30~450MHz）和一個產(chǎn)生低頻調制信號的低頻振蕩器組成的[9]。用來產(chǎn)生載頻振蕩和調制振蕩的電路一般有：多揩振蕩器、互補振蕩器和石英晶體振蕩器等。 低頻振蕩器產(chǎn)生的低頻調制波，一般為寬度一定的方波。如果是多路控制，則可以采用每一路寬度不同的方波，或是頻率不同的方波來調制高頻載波，組成一組組的己調制波，作為控制信號向空中發(fā)射。超再生檢波接收器：超再生檢波電路（如圖38）實際上是一個受間歇振蕩控制的高頻振蕩器，這個高頻振蕩器采用電容三點式振蕩器，振蕩頻率和發(fā)射器的發(fā)射頻率相一致[12]。而間歇振蕩又是在高頻振蕩的振蕩過程中產(chǎn)生的，反過來又控制著高頻振蕩器的振蕩和間歇。間歇振蕩的頻率是由電路的參數(shù)決定的（一般為1百~幾百千赫）。如果頻率較低，則電路的抗干擾性能較好，但接收靈敏度較低。反之，如果頻率較高，接收靈敏度較好，但抗干擾性能變差。應根據(jù)實際情況二者兼顧。 本設計采用的是80C51單片機，這主要是因為該單片機的穩(wěn)定性比較好。還可以采用其它系列的單片機。比如采用陵陽單片機，就可以簡化編程，但其穩(wěn)定性不是很好。 參 考 文 獻1 何立民,單片機應用系統(tǒng)設計,北京：航天航空大學出版社,2～5,46～502 李廣弟,單片機基礎,北京：北京航空航天大學出版社,2001,56～643 何希才,新型實用電子電路400例,電子工業(yè)出版社,2000年,60～654 趙負圖,傳感器集成電路手冊,第一版,化學工業(yè)出版社,2004,590～5915 陳伯時,電力拖動自動控制系統(tǒng),第二版,北京:機械工業(yè)出版社,2000年6月,127～1306 張毅剛,彭喜元,新編MCS51單片機應用設計,第一版,哈爾濱工業(yè)大學出版社,2003,25～27,411～4177王曉明.《電動機的單片機控制》 北京航空航天大學出版社2007年8月第2版 8吳紅星.《電機驅動與控制專用集成電路及應用》中國電力出版社2006年6月第1 版9李仁定. 《電機的微機控制》 機械工業(yè)出版社2004年1月第1版 10趙亮，侯國銳.《單片機c 語言編程與實例》人民郵電出版社2003年9月第1版11陳永甫. 《紅外探測與控制電路》 人民郵電出版社2004年6月第1版12歐陽杰. 《紅外電子學》 北京理工大學出版社1997年1月第1版 13韓紀慶, 張磊, 鄭鐵然.《語音信號處理》 清華大學出版社2004年9月第1版14黃智偉.《全國大學生電子設計大賽》北京航空航天大學出版社2007年2月第1版15吳文虎. 《程序設計基礎》 清華大學出版社2003年9月第1版16譚浩強. 《C語言程序設計》 清華大學出版社2008年11月第2版17樓然苗，李光飛，:.：化學工業(yè)出版社，2003.19李東生,張勇，：電子工業(yè)出版社，2006,4070.20卓晴，黃開勝，“飛思卡爾”：北京航空航天大學出版社，2007.：清華大學出版社，2002,945.：科學出版社，2002,945.23賈伯年，俞樸，：東南大學出版社，2007,1623.：北京航天航空大學出版社，2007,1100.25 Dorlaid , 2007, “Microelectronics Circuit Analysis(Third Edition)” Tsinghua University Press.【M】5518526 Egan D, 2005, “The emergence of ZigBee in building automation and industrial control” Computingamp。Control Engineering Journal. 【N】16527827 Rowel O. Atienza, Marcelo H. Ang Jr. A Flexible “Control Architecture for Mobile Robots: An Application for a Walking Robot.”【N】235365 28 Journal of Intelligent and Robotic Systems, Springer Netherlands. 【M】200635附 錄1:源程序: /**************************************************************************/A： D3口B： D2口C： D1口D： D0口DT識別：按鍵：A 0x10 前進（進入循跡模式）B 0x20 右轉（進入避障模式）C 0x40 左轉（進入跟隨模式）D 0x80 后退（進入行動停止模式）AD 0x90 退出方向控制模式BC 0x60 進入方向控制模式 （在方向控制模式中為剎車）/************************************************************************/includedefine sen_port P1//傳感器入口define CYCLE 100sbit EN1=P2^0。sbit IN1=P2^1。sbit IN2=P2^2。sbit EN2=P2^3。sbit IN3=P2^4。sbit IN4=P2^5。 //定義電機驅動模塊sbit JDQ=P3^0。 //繼電器控制端口sbit djkz=P2^7。 //定義舵機控制端口sbit DT=P2^6。 //無線識別信號sbit HW=P3^1。 //紅外避障頭信號 有障礙物為低int a=1。 //模式控制標示符int speed_R=0。 //定義兩個電機的速度，有正負之分，為正是，正轉。（范圍－100~100）int speed_L=0。unsigned int t_s=0。 //用于計數(shù)PWM的點空比0＝100；/*******************延時程序*************/void delay1ms(int n) //延時子程序{int i,j。for(i=0。in。i++)for(j=0。j120。j++)。}/*******************循跡采樣***************/unsigned char sensor_inp(){unsigned char sensor。sensor = sen_port。sensor //P1^7P1^0 但其中P1^0P1^3接了傳感器輸出,所以這里采用4個信號,其它的屏蔽//其它的,被置為0