【正文】 霍爾元件感應(yīng)磁塊產(chǎn)生脈沖的原理，再對脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。另可采用紅外線原理提高記程精度，其方法為在車輪均勻打上透光小孔，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，紅外光透射過去，不斷地輸出脈沖，通過單片機(jī)對脈沖計(jì)數(shù)，再經(jīng)過一個(gè)數(shù)據(jù)的處理過程，這樣就可把小車走過的距離計(jì)算出來，小孔越多，計(jì)數(shù)越精密。圖 5 計(jì)量路程示意圖3)智能車驅(qū)動(dòng)電路方案一：采用分立元件組成的平衡式驅(qū)動(dòng)電路，這種電路可以由單片機(jī)直接對其進(jìn)行操作，但由于分立元件占用的空間比較大，還要配上兩個(gè)繼電器，考慮到小車的空間問題，此方案不夠理想。方案二：因?yàn)樾≤囯姍C(jī)裝有減速齒輪組，考慮不需調(diào)速功能，采用市面易購的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L293D，該芯片是利用TTL電平進(jìn)行控制，對電機(jī)的操作方便，通過改變芯片控制端的輸入電平，即可以對電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)操作，很方便單片機(jī)的操作，亦能滿足直流減速電機(jī)的要求。智能車驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)如圖6所示。圖6 智能車驅(qū)動(dòng)電路小車電機(jī)為直流減速電機(jī)，帶有齒輪組，考慮不需調(diào)速功能，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。其額定工作電流為1A，，最大可達(dá)36V；Vs電壓最大值也是36V，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，Vs電壓應(yīng)該比Vss電壓高，否則有時(shí)會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象。表1是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系。表1 引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系EN A（B）IN1（IN3）IN2（IN4）電機(jī)運(yùn)行情況H H L 正轉(zhuǎn)H L H 反轉(zhuǎn)H 同IN2（IN4）同IN1（IN3）快速停止L X X 停止L293D可直接的對電機(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，即可以對電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，非常方便，亦能滿足直流減速電機(jī)的大電流要求。調(diào)試時(shí)在依照上表，用程序輸入對應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)的動(dòng)作，調(diào)試通過。3)尋找光源功能方案一：在小車前面裝上幾個(gè)光電開關(guān)，通過不同方向射來的光使光電開關(guān)工作，從而對小車行駛方向進(jìn)行控制，根據(jù)光電開關(guān)特性，只有當(dāng)光達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)才能夠?qū)?，因此帶有一定的局限性。方案二：在小車前面裝上參數(shù)一致的光敏二極管或者光敏電阻，再通過A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)，單片機(jī)再對讀入的幾路數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、比較，然后發(fā)出命令對外圍進(jìn)操作。對方案一、二進(jìn)行比較，方案二硬件稍為復(fù)雜，但能夠?qū)Σ煌瑥?qiáng)度的光進(jìn)行采集以及比較，操作靈活，所以采用方案二。尋找光源電路圖如圖7所示。圖7 尋找光源電路圖3)顯示部分方案一：采用LCD顯示，用單片機(jī)可實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)，但顯示亮度和字體大小在演示時(shí)不盡人意，價(jià)格也比較昂貴。方案二：采用LED七段數(shù)碼管，采用經(jīng)典電路譯碼和驅(qū)動(dòng)，電路結(jié)構(gòu)簡單，并且可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)I/O口的并用，顯示效果直觀，明亮，調(diào)試容易。故采用LED數(shù)碼管顯示。4)顯示電路如圖8所示。圖8 顯示電路 1)單片機(jī)最小系統(tǒng)組成單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)智能系統(tǒng)的核心部分，它對各路傳感信號(hào)的采集、處理、分析及對各部分整體調(diào)整。主要是組成是：單片機(jī)AT89S5模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC080小車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)芯片L293D、數(shù)碼管顯示的譯碼芯片74LS474LS138及各路的傳感器件。2)避障原理采用紅外線避障方法，利用一管發(fā)射另一管接收，接收管對外界紅外線的接收強(qiáng)弱來判斷障礙物的遠(yuǎn)近，由于紅外線受外界可見光的影響較大，因此用250Hz的信號(hào)對38KHz的載波進(jìn)行調(diào)制，這樣減少外界的一些干擾。接收管輸出TTL電平，有利于單片機(jī)對信號(hào)的處理。3)計(jì)程原理通過計(jì)算車輪的轉(zhuǎn)數(shù)間接測量距離，在車輪均勻打上透光小孔，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，紅外光透射過去，不斷地輸出脈沖，通過單片機(jī)對脈沖計(jì)數(shù)，再經(jīng)過一個(gè)數(shù)據(jù)的處理過程，這樣就可把小車走過的距離計(jì)算出來。4)黑帶檢測原理利用光的反射原理，當(dāng)光線照射在白紙上，反射量比較大，反之，照在黑色物體上，由于黑色對光的吸收，反射回去的量比較少，這樣就可以判斷黑帶軌道的走向。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(hào)發(fā)生錯(cuò)誤。因此，采用一級射極輸出方式對信號(hào)進(jìn)行隔離，這樣系統(tǒng)對信號(hào)的判斷就比較準(zhǔn)確。用單片機(jī)定時(shí)器T0產(chǎn)生38KHz的方波，再用定時(shí)器T1產(chǎn)生250Hz的方波對38KHz方波進(jìn)行調(diào)制。為了提高小車反應(yīng)靈敏度，對紅外線接收信號(hào)及黑帶檢測信號(hào)都采用中斷法來處理。用定時(shí)方法對鐵片檢測、計(jì)量路程、倒車、拐彎及數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描進(jìn)行處理。主程序流程圖見圖9，各子程序圖見圖圖1圖12。圖9 主程序流程圖圖 10 外部中斷0服務(wù)子程序圖 11 外部中斷1服務(wù)子程序圖12 定時(shí)器1中斷子程序6．調(diào)試及性能分析整機(jī)焊接完畢，首先對硬件進(jìn)行檢查聯(lián)線有無錯(cuò)誤，再逐步對各模塊進(jìn)行調(diào)試。首先寫入電機(jī)控制小程序，控制其正反轉(zhuǎn)，停機(jī)均正常。加入避障子程序，小車運(yùn)轉(zhuǎn)正常，調(diào)整靈敏度達(dá)最佳效果。加入顯示時(shí)間子程序，顯示正常。鐵片檢測依靠接近開關(guān)，對檢測信號(hào)進(jìn)行處理并實(shí)時(shí)顯示和發(fā)出聲光信息，無異常狀況。路程顯示部分是對霍爾管脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，為了盡量達(dá)到精確，車輪加裝小磁片。接著對黑帶檢測模塊調(diào)試，發(fā)現(xiàn)有時(shí)小車會(huì)跑出黑帶，經(jīng)判斷是因?yàn)榧t外線收發(fā)對管靈敏度不高，調(diào)整靈敏度后仍然達(dá)不到滿意效果，疑是受環(huán)境光影響，利用塑料套包圍紅外線收發(fā)后問題解決。趨光電路主要由三個(gè)光敏電阻構(gòu)成，調(diào)整三個(gè)光敏電阻的角度同時(shí)測試軟件，以最佳效果完成趨光功能。整機(jī)綜合調(diào)試，上電后對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，接著控制電機(jī)使小車向前行駛，突然發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)即刻進(jìn)入外部中斷1，重復(fù)多次測試，結(jié)果都是自動(dòng)進(jìn)入該中斷。推斷是由剛上電時(shí)電機(jī)起動(dòng)所引起，為了避免上電瞬間的影響，在啟動(dòng)小車后延時(shí)幾毫秒，再開外部中斷，結(jié)果問題解決。允許的話應(yīng)采用雙電源供電，即電機(jī)和電路應(yīng)分開供電，L293D與單片機(jī)之間采用隔離信號(hào)控制。這樣就不會(huì)出現(xiàn)小車啟動(dòng)時(shí)程序出錯(cuò)和數(shù)碼管顯示閃動(dòng)的問題。在計(jì)程精度上，可用紅外線原理獲得較高精度。7．結(jié)論通過各種方案的討論及嘗試，再經(jīng)過多次的整體軟硬件結(jié)合調(diào)試，不斷地對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，智能小車能夠完成各項(xiàng)功能到達(dá)車庫。8．參考文獻(xiàn)《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》 《周立功單片機(jī)》 《單片機(jī)原理與應(yīng)用》《8051單片機(jī)程序設(shè)計(jì)與實(shí)例》 《MCS51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》第五篇：基于單片機(jī)的智能跟隨小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的智能跟隨小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)【摘要】本文設(shè)計(jì)了一種能夠通過傳感器實(shí)時(shí)采集信號(hào)、智能分析周圍環(huán)境以及路徑信息、自動(dòng)控制方向等功能的智能小車。小車以STC89c52單片機(jī)控制為核心，利用車前三個(gè)反射式紅外發(fā)射―接收探頭檢測周圍信息，以及利用光電傳感器檢測前方物體，并將檢測信號(hào)反饋給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)小車的避障和跟隨功能?；赟TC89C52單片機(jī)的智能小車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性價(jià)比高，易于推廣和移植，具有廣闊的應(yīng)用前景?！娟P(guān)鍵詞】STC89C52；避障；跟隨；光電傳感器引言隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，越來越多的智能車得到普及普及，和傳統(tǒng)汽相比，智能小車具有更好的安全性，機(jī)動(dòng)性和廣泛的應(yīng)用性。智能小車，也就是輪式機(jī)器的智能化成果，是一種集傳感器應(yīng)用，智能芯片控制，驅(qū)動(dòng)控制的高科技創(chuàng)意性設(shè)計(jì)。智能小車的功能是對指定的目標(biāo)物進(jìn)行跟蹤和實(shí)時(shí)的躲避障礙物，這是他與其他小車最大的區(qū)別也是最大的一個(gè)特點(diǎn)。小車通過紅外傳感器對目標(biāo)物體進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別和跟蹤，并且及時(shí)的躲避障礙物，具有靈敏性好，智能化程度高的特點(diǎn)。如果把它用在超市，將會(huì)極大地方便人們的生活。如果用在商城和機(jī)場，人們也不用提著沉重的行李箱滿地跑了?？傮w方案設(shè)計(jì)智能小車總體設(shè)計(jì)內(nèi)容：一是STC89C52芯片控制電路的設(shè)計(jì)；二是驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)；三是光電傳感器電路的設(shè)計(jì)；四是避障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；五是電源穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)；六是硬件的焊接組裝；七是軟件的編程調(diào)試。小車總共分為5個(gè)部分，以單片機(jī)為核心的主控模塊，電源模塊，紅外傳感模塊，驅(qū)動(dòng)模塊，避障模塊。具體工作原理是：紅外傳感器在預(yù)設(shè)距離內(nèi)檢測前方是否有目標(biāo)物體，如果有則自動(dòng)進(jìn)行跟隨。同時(shí)，紅外光電對管檢測前方障礙物，當(dāng)檢測到前方有障礙物并且小于預(yù)設(shè)值時(shí)將把信息發(fā)回給單片機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)電路讓車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)并后退繞過障礙物繼續(xù)跟隨。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主控模塊通過單片機(jī)利用程序來精確控制小車的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對小車的自動(dòng)控制。STC89C52單片機(jī)具有控制簡單、方便、快捷等優(yōu)點(diǎn)，因此我們采用STC89C52單片機(jī)作為控制芯片。本設(shè)計(jì)所采用的傳感器是集發(fā)射與接收為一體的光電傳感器，具有很多其他傳感器所沒有的特性比如發(fā)射機(jī)距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，可調(diào)節(jié)等優(yōu)良的特點(diǎn)[1]。紅外傳感器是利用物體對近紅外線光束的反射原理，由同步回路感應(yīng)反射回來的光，據(jù)其強(qiáng)弱來檢測物體的存在與否。通過有無信號(hào)來輸出高低電平，然后把信號(hào)送給單片機(jī)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟隨的功能。紅外探測法是避障模塊所使用的方法，就是利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同反射性質(zhì)的特點(diǎn)來進(jìn)行避障[2]。由于紅外光遇到白光的時(shí)候會(huì)發(fā)生漫反射，光電傳感器就可以不斷向外發(fā)射紅外光，接收管就能接收到反射回來的信號(hào)，然后發(fā)送到單片機(jī)。若遇到黑色的物體將不會(huì)接收到信號(hào)而檢測到障礙物進(jìn)而啟動(dòng)躲避系統(tǒng)。傳感器模塊原理圖如圖2所示。驅(qū)動(dòng)模塊采用L298N驅(qū)動(dòng)芯片，總共有四路輸入，四路輸出。INX均接單片機(jī)的P1口，IN1和IN3口控制輪子正轉(zhuǎn)，IN2和IN4口控制輪子逆轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的占空比來調(diào)節(jié)小車輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。當(dāng)小車左側(cè)遇到障礙物時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路控制右側(cè)輪子不動(dòng)，左側(cè)輪子加速轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行右轉(zhuǎn)；當(dāng)小車右側(cè)遇到障礙物時(shí)，情況正好相反；當(dāng)小車前方遇到障礙物時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路控制輪子停止，然后反轉(zhuǎn)后退，繞過障礙物繼續(xù)前進(jìn)。電源供電模塊，使用的是直流穩(wěn)壓[3]電源，輸入的是直流+12V電壓，運(yùn)用三線穩(wěn)壓器件7805，輸出+5V直流電壓。電源部分電路設(shè)計(jì)簡單方便，同時(shí)也充分發(fā)揮了穩(wěn)壓器保護(hù)電路的作用。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)部分決定了智能小車能否實(shí)現(xiàn)其跟隨和避障的功能，是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。小車程序分為以下三部分：主程序部分，跟隨和避障程序部分，驅(qū)動(dòng)程序部分[4]。主程序流程圖如圖3所示。仿真測試基于PROTEUS仿真軟件，我們設(shè)計(jì)了智能跟隨小車控制電路的仿真圖，如圖4所示。由于PROTEUS軟件中沒有紅外傳感器，所以我們用從上到下編號(hào)16的六個(gè)開關(guān)代替?zhèn)鞲衅?，來?shí)現(xiàn)探測目標(biāo)的功能[5]。圖中四個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向代表四個(gè)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，同時(shí)速度的快慢也可以從圖中顯示出來。首先，閉合開關(guān)3，表示發(fā)現(xiàn)目標(biāo)物體，四個(gè)輪子正轉(zhuǎn)，并且加速前進(jìn)，閉合開關(guān)4，表示遇到障礙物，輪子停止轉(zhuǎn)動(dòng)并且反向轉(zhuǎn)動(dòng)直到障礙物離開檢測范圍。斷開開關(guān)4，閉合開關(guān)5，表示目標(biāo)物體向左移動(dòng)，此時(shí)左側(cè)輪子停止轉(zhuǎn)動(dòng)，右側(cè)輪子正轉(zhuǎn)并且加速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)小車右側(cè)出現(xiàn)目標(biāo)物是動(dòng)作與之相反。閉合開關(guān)6，表示左側(cè)有障礙物，這時(shí)右側(cè)輪子不動(dòng)，左側(cè)輪子正轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)向右轉(zhuǎn)向的目的。當(dāng)小車右側(cè)出現(xiàn)障礙物時(shí)動(dòng)作與之相反。系統(tǒng)調(diào)試先進(jìn)行硬件調(diào)試，通過仿真好的電路圖[6]，用萬用表檢測已經(jīng)焊好的電路板上每一個(gè)節(jié)點(diǎn)是否有短路、斷路和接觸不良的情況，看各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓是否正常。當(dāng)硬件調(diào)試沒有問題，完成了以后進(jìn)行軟件調(diào)試，通過修改各個(gè)接口對應(yīng)的程序進(jìn)行調(diào)試，最終完成軟件的修改，達(dá)到了預(yù)期的效果。結(jié)束語本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)非常成功，通過老師的指導(dǎo)和我們的團(tuán)隊(duì)合作，小車很好了實(shí)現(xiàn)了其跟隨和避障的功能效果。最然在開始我們對這個(gè)項(xiàng)目沒有任何的頭緒，但是經(jīng)過我們共同的努力成功完成了這個(gè)作品，每一個(gè)人都感到了團(tuán)隊(duì)合作的艱辛和成功后的喜悅。通過實(shí)驗(yàn)測試智能跟隨小車的靈敏性，效果良好，能夠很好的按照預(yù)期完成指定動(dòng)作，并且運(yùn)行穩(wěn)定。參考文獻(xiàn)[1]周繼明，[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2005.[2]馮博琴，[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.[3]余錫存，[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.[4] 的8051單片機(jī)的實(shí)例教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.[5]++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社，2006.[6]周潤景，[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.[7][M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，張文霞，女，1982年生，鄂爾多斯市人，在讀博士，講師，工作于內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院，研究方向?yàn)閳D像處理及模式識(shí)別。