【正文】 在本設(shè)計中電機(jī)驅(qū)動電路由集成驅(qū)動芯片 L298 構(gòu)成，并結(jié)合 PWM 波進(jìn)行調(diào)速。其應(yīng)用范圍廣，性能良好，可用于解決復(fù)雜的控制問題。車輪周長 135mm,光電碼盤與電機(jī)軸安裝在一起，電機(jī)軸每一轉(zhuǎn)產(chǎn)生 2 個脈沖，車輪每轉(zhuǎn)產(chǎn)生 32 個脈沖 ，理論測量精度可達(dá)135mm/32= ⑶ 定位精度分析 本設(shè)計采用實際測量與軟件補(bǔ)償技術(shù)，理論上可使定位精度提高到誤差 10mm。 測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析： ⑴ 計時精度分析 計時系統(tǒng)采用了新型顯示芯片。主要模式有：循跡模式，避障模式，無線控制方向模式，停止“動作”模式。 當(dāng) a!=1001 時，該子程序進(jìn)行一下操作：將 a與 1000 與相后賦予 b，若 b=1000，發(fā) 37 出小車前進(jìn)信號，否則跳過該指令，直接進(jìn)入下一指令；將 a與 0001 相與后賦予 b，若 b=0001，發(fā)出小車后退信號，否則跳過該指令，直接進(jìn)入下一指令；將 a與 0001相與后賦予 b，若 b=0001，發(fā)出小車后退信號，否則跳過該指令，直接進(jìn)入下一指令；將 a與 0100 相與后賦予 b，若 b=0100，發(fā)出小車右轉(zhuǎn) 信號，否則跳過該指令，直接進(jìn)入下一指令；將 a 與 0010 相與后賦予 b，若 b=0010，發(fā)出小車左轉(zhuǎn)信號，否則跳過該指令，直接進(jìn)入下一指令。通過 a 的值來判斷小車下部所要運(yùn)行的模式。消抖 (延時 20ms)由軟件延時完成。 六 可編程邏輯器件 可編程邏輯器件 GAL16V8是 LATTICE公司研制的一種電可擦除的可重復(fù)編程 的低密度PLD 器件。 4060 的 RST 線上阻容組成的微分電路很重要，因為掃描輸入信號是 CPU 產(chǎn)生的正脈沖，若此信號變“ 1”后，由于干擾，程序亂飛，微分電路只能讓上跳沿通過，不會封死 4060，看門狗仍能計數(shù)起作用。一般取 Rs=10RT，且 RT1kΩ ,CT≥ 100pF。設(shè)實際的程序所需工作周期為 T，分頻器記滿時間為 T’ ,當(dāng) T’ T 且系統(tǒng)正常工作時，程序每隔 T 對 4060 進(jìn)行掃描一次，分頻且永無記滿輸出信號。 采用內(nèi)帶震蕩器的記數(shù)芯片?！翱撮T狗”技術(shù)就是不斷監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行時間，若發(fā)現(xiàn)時間超過已知的循環(huán)設(shè)定時間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入了“ 死循環(huán)”，然后強(qiáng)迫程序返回到 0000H入口，在 0000H處安排一段出錯處理程序，使系統(tǒng)運(yùn)行納入正規(guī)。指令技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)不能使失控的程序擺脫“死循環(huán)”的困境，這時系統(tǒng)完全癱瘓。所謂軟件陷阱，就是一套引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將捕獲的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯進(jìn)行處 理的程序。在某些對系統(tǒng)工作狀態(tài)重要的指令前也可插入兩條 NOP 指令，以保證正確執(zhí)行。當(dāng)程序彈飛到三字節(jié)指令上時，因它有兩個操作數(shù)，繼續(xù)出錯的機(jī)會就更大。另外，各類數(shù)據(jù)鎖存器盡可能和 CPU 安裝在同一電路板上，使傳輸線上傳送的都是鎖存好的電位控制信號，對于重要的輸出設(shè)備，最好建立檢測通道， CPU 可以檢測通道來確定輸出結(jié)果的正 確性。慣性小的輸出設(shè)備（如通行口、顯示設(shè)備）耐受能力就小一些。 輸出設(shè)備是電位控制型還是同步鎖存型，對干擾的敏感性相對較大。 開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)： 干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短，利用這一點，我們在采集某一開關(guān)量信號時，可多次重復(fù)采集，直到連續(xù)兩次或兩次以上結(jié)果完全一致方為有效。數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，它與模擬濾波器相比 ，有以下幾個優(yōu)點： 數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增 加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好。后者為隨機(jī)信號，它不是周期信號。經(jīng)常采用的軟件抗干擾技術(shù)是數(shù)字濾波技術(shù)、開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)、指令冗余技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)等。 此子程序通過單片機(jī)控制接收紅外避障傳感器的信息，當(dāng)前方無 15cm 內(nèi)障礙物時小車保持前進(jìn)狀態(tài)，若前方 15cm 內(nèi)出現(xiàn)障礙物則進(jìn)行以下程序：舵機(jī)控制紅外避障傳感器左轉(zhuǎn) 90 度進(jìn)行測距，舵機(jī)控制超聲波探測器右轉(zhuǎn) 90 度（初始方向上右轉(zhuǎn)）進(jìn)行測距，之后通過三個方向上 15cm 沒障礙 物的具體情況進(jìn)行信息處理編碼，編碼方式如下表 。十分位 sudu equ 39h 。米位 fenzh equ 35h 。厘米位 miao equ 31h 。所謂“模塊”，實質(zhì)上就是所完成一定功能，相對獨(dú)立 的程序段，這種程序設(shè)計方法叫模塊程序設(shè)計法。 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。 該芯片所驅(qū)動的顯示電路如圖 EM78P458 集成顯示電路所示 顯示驅(qū)動器支持動態(tài)顯示，其顯示功能如表 真值表所示， 00001001 顯示從09數(shù)字， 1010 是未進(jìn)位時是小數(shù)點清位， 1011 是進(jìn)位后加小數(shù)點， 11001111 是八段共陰數(shù)碼管的位選。 五 顯示電路設(shè)計 本設(shè)計中用兩片 4位八段數(shù)碼管 gem4561ae作顯示器 ,并具有雙重功能 ,在小車不行駛時其中一片顯示年月 ,另一片顯示時 .分 . 當(dāng)小車行駛時 ,分別顯示時間和行駛距離原理圖如圖 1. 本設(shè)計中采用新型芯片 EM78P458 作為顯示驅(qū)動器 ,它的管腳 如圖 EM78P458管腳介紹所示 ,用單片機(jī)的并行口控制 ,一個數(shù)碼顯示電路用 4 個口線 ,用專用驅(qū)動芯片控制可以減少對 CPU 的利用時間 ,單片機(jī)將有更多的時間去完成其他功能 . 圖 EM78P458 的管腳 該芯片共有 20個管腳，管腳 LED1﹑ LED2﹑ LED3﹑ LED4 分別接 10k電阻和三極管后與 4 位八段數(shù)碼管 5461 中的 a1﹑ a2﹑ a3﹑ a4四個數(shù)位選擇端相連，這四個數(shù)位選擇端用來產(chǎn)生 LED 選通信號。加在運(yùn)算放大器反相輸入端上的有三個輸入信號。 VT1 和 VT4 同時導(dǎo)通和關(guān)斷，其驅(qū)動電路中 Ub1=Ub4； VT2 和 VT3 同時動作，其驅(qū)動電壓 Ub2=Ub3= Ub1。可逆 PWM變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有 H型、 T型等類型。主要防治伺服驅(qū)動系統(tǒng)通過信號通道﹑電源以及空間電磁場對計算機(jī)系統(tǒng)的干擾。這些數(shù)字信號形態(tài)主要有開關(guān)量、二進(jìn)制數(shù)字量和頻率量，可直接用于開關(guān)量、數(shù)字量系統(tǒng)及頻率調(diào)制系統(tǒng)，但對于一些模擬量控制系統(tǒng)，則應(yīng)通過數(shù)／模轉(zhuǎn)換成模擬量控制信 號?？刂茖ο蠖酁榇蠊β仕欧?qū)動機(jī)構(gòu)，電磁、機(jī)械干擾較為嚴(yán)重。根據(jù)目前單片機(jī)輸出功率的限制，不能輸出控制對象所要求的功率信號。超聲波檢測如圖 超聲波檢測電路所示。 作為超聲波傳感器的材料，主要為壓電晶體。但是仍存在性價比的問題 。但是算法復(fù)雜，處理速度慢。 不能直接測量距離，算法復(fù)雜，處理速度慢。 表 傳感器性能比較 傳感器類型 優(yōu) 點 缺 點 超聲波 價格合理，夜間不受影響。其優(yōu)點是價格便宜，易于使用，且在 10m 以內(nèi)能給出精確的測量。這些應(yīng)用系統(tǒng)沒有被測對象，故不需要前向通道。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，對信號輸入、傳感、變換應(yīng)作廣義理解，例如開關(guān)量的檢測及信號輸入，在單片機(jī)的各種應(yīng)用系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。 對被測對象的信號的拾取其主要任務(wù)就是最忠實地反映被測對象的真實狀態(tài)，它包括實時性與測量精度。 15 1﹑前向通道的含義 當(dāng)將單片機(jī)用作測﹑控系統(tǒng)時，系統(tǒng)中總要有被測信號輸入通道，有計算機(jī)拾取必要的輸入信息。 圖 80C51 復(fù)位電路 三 前向通道設(shè)計 單片機(jī)用與測控系統(tǒng)時，總要有與被測對象相聯(lián)系的前向通道。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。只要 Vcc 的上升時間不超過 1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。 復(fù)位電路 80C51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。電容值無嚴(yán)格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度 有少許影響， CX CX2 可在 20pF 到 100pF 之間取值，但在 60pF 到 70pF 時振蕩器有 14 較高的頻率穩(wěn)定性。內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。 (2) 內(nèi)部存儲器容量有限。 二 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 80C51 是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。 由上可見， 80C51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能 強(qiáng)等特點?？捎脕磉M(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行 I/O口，甚至與多個單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。 3 程序存儲器 由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲器的容量不夠，則需用擴(kuò)展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU 加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。 圖 系統(tǒng)原理圖 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D108 0 C 5 1調(diào)速時間、里程顯示起停、避障、位移、檢測看門狗電路時鐘電路復(fù)位電路 12 第三章 硬件設(shè)計 一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如 ROM﹑ RAM﹑ I/O 口﹑定時 /記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等能量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計相應(yīng)的電路。 三 顯示電路 本設(shè)計中用兩片 4位八段數(shù)碼管 gem4561ae作顯示器 ,并具有雙重功能 ,在小車不行駛時其中一片顯示年﹑月 ,另一片顯示時﹑分； 當(dāng)小車行駛時 ,分別顯示時間和行駛距離。 遮光盤及槽型光電耦合器均安裝在不透光的盒子里，以避免外界光線的干擾，使電路不能正常工作。遮光盤在凹槽中轉(zhuǎn)動時，缺口進(jìn)入凹槽時，紅外線可以通過，缺口離開凹槽紅外線被阻擋。具體電路同圖 行車距離檢測電路所示： 圖 行車距離檢測電路 紅外測距儀由測距輪，遮光盤，紅外光電耦合器及凹槽型支架組成的。 綜合考慮系 統(tǒng)的各項性能，最后我們決定采用數(shù)字器件 —— 施密特觸發(fā)器。滯回比較器有兩個數(shù)值不同的閾值，當(dāng)輸入信號因受干擾或其他原因發(fā)生變化時，只要變化量不超過兩個閾值之差，滯回比較器的輸出電壓就不會來回變化。簡單電壓比 較器結(jié)構(gòu)簡單，而且靈敏度高，但它的抗干擾能力差，也就是說如果輸入信號因受干擾在閾值附近變化，則比較器輸出就會反 10 復(fù)的從一個電平跳到另一個電平。 (2) 選用集成電壓比較器。但實際集成運(yùn)放的最大轉(zhuǎn)換速率總是有限的，因此比較器輸出電壓的跳變不可能是理想的階躍信號。比較器的輸出通常只有高電平和低電平兩種穩(wěn)定狀態(tài)，因此它相當(dāng)與一個受輸入信號控制的開關(guān)，當(dāng)輸入電壓經(jīng)過閾值時開關(guān)動作，使輸出從一個電平跳變到另一個電平。因此比較器的性能分析方法與放大、運(yùn)算電路是不同的。 比較器 有各種不同的類型。但在實際操作中，往往滿足了高共模抑制比的要求，卻使運(yùn)算放大器輸出飽和；為獲得單片機(jī)能識別的TTL 電平卻又無法抑制共模干擾。 方案二：采用差動放大電路。 8 圖 前行與倒車控制電路 檢測放大器方案： 方案一：使用普通單級比例放大電路。三極管導(dǎo)通時，電橋通過三極管接地，電機(jī)電樞中有電流通過；三極管截止時，電橋浮空，電機(jī)電樞中沒有電流通過。最后經(jīng)反接制動實現(xiàn)停車。紅外發(fā)光二極管發(fā)射一定強(qiáng)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(dǎo)通，發(fā)出一個電平跳變信號。 本系統(tǒng)共設(shè)計兩個光電三極管，分別放置在電動車車頭的左、右兩個方向，用來控制電動車的行走方向，當(dāng)左側(cè)光電管受到光照時，單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向左轉(zhuǎn)；當(dāng)右側(cè)光電管受到光照時，單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向右轉(zhuǎn)；當(dāng)左、右兩側(cè)光電管都受到光照時，單片機(jī)控制直行。 二 檢測系統(tǒng) 檢測系統(tǒng)主要實現(xiàn)光電檢測，即利用各種傳感器對電動車的避障、位置、行車狀態(tài)進(jìn)行測量。 脈寬調(diào)速也可通過單片機(jī)控制繼電器的閉合 來實現(xiàn)，但是驅(qū)動能力有限。 （ 2）同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)。脈沖寬度調(diào)制（ Pulse Width Modulation），簡稱 PWM。它的另一個缺點是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩。且技術(shù)落后，因此擱置不用。 方案三：脈寬調(diào)速系統(tǒng)。 這種方案能實現(xiàn)對電動車的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。 根據(jù)系統(tǒng)方案的設(shè)計，系統(tǒng)應(yīng)包括以下模塊： 80C51主控模塊、路徑檢測模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、 E18D80NK 紅外避障 傳感器、