【正文】 磁鐵在車輪上的安裝示意圖 如 圖 所示 。將霍爾傳感器安裝在靠近車輪的固定位置上，并在車輪上分別安裝上 4 個磁鐵，當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)到霍爾元件附近時，霍爾元件的輸出端輸出高電平信號。 超聲波時序圖如圖 所示 。高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間 [13]。 圖 超聲波模塊實物圖 b. 引腳功能 (1) VCC:電源端 ； (2) Trig:觸發(fā)控制信號輸入 ； (3) Echo:回響信號輸出 ； (4) Out:開關(guān)量輸出端 ； (5) GND:公共地 。實物如圖 所示。 由于超聲波在空氣中的傳播速度為 v=340m/s，根據(jù)定時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離，即： s = v﹒ t/2。 超聲波傳感器是利用超聲波在空氣中的定向傳播和固體反射特性，通過接受自身發(fā)射的超聲波反射信號，根據(jù)超聲波的發(fā) 出和接受回波的時間差及傳播速度，計算出傳播距離，從而得到障礙物的距離信息。超聲波檢測的原理是：超聲波發(fā)生器 T發(fā)出超聲波信號，當(dāng)這個信號遇到障礙物時反射回來，被接收器 R 收到。 若小車回到了軌跡上，即六個探測器都檢測到白紙，發(fā)光二極管發(fā)出的信號不能從白紙上發(fā)射回來，此時三極管導(dǎo)通，從而使 LM324 或 LM358 中的一個電壓比較器的同相端電壓為低，電壓比較器輸出低電平，同時檢測的信號送給單片機(jī) 處理，單片機(jī)發(fā)出信號給電機(jī)驅(qū)動模塊控制小車電機(jī)使小車會繼續(xù)前進(jìn) ， 第二級方向探測器實際上是第一級的后備保護(hù)，同理第三級方向探測器是第二級的后備保護(hù)，它的存在實際是考慮到小車的慣性過大會偏離軌道，再次對小車的運動進(jìn)行糾正，從而提高了小車尋跡的可靠性。小車前進(jìn)時，始終沿著黑色引導(dǎo)線行進(jìn)，黑線始終在中間這兩個第一級傳感器之間，當(dāng)小車偏離黑線時，第一級傳感器就能檢測到 黑線，發(fā)光二極管發(fā)出的信號不能從黑線上發(fā)射回來，此時三極管不能導(dǎo)通，從而使LM324 或 LM358 中的一個電壓比較器的同相端電壓為高，電壓比較器輸出高電平。 圖 反射型光電探測器位置分布及安裝示意圖 A管 B管 C管 F管 E管 D管 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 圖中光電傳感器全部在一條直線上。從簡單、方便、可靠角度出發(fā)，同時在車體頭部底盤裝設(shè) 6 個紅外反射式光電傳 感器，進(jìn)行三級方向糾正控制，將大大提高其尋跡的可能性。 本畢業(yè)設(shè)計尋跡線路檢測處理模塊的總體電路設(shè)計原理圖如 圖 所示。 當(dāng)反射型紅外光電探測器 RPR359F 的發(fā)光二極管對地面發(fā)射紅外線打到尋跡黑線上時 ，由于黑色的引導(dǎo)線對紅外線無反射，此時光電三極管不能接收到反射回來的紅外線，三極管不導(dǎo)通，經(jīng)過比較器后輸出高電平。 尋跡光電對管電路的設(shè)計 本設(shè)計的光電對管檢測電路如 圖 所示。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增 益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。共模輸入范圍包括負(fù)電 源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性， 輸出電壓范圍也包含負(fù)電源電壓 [12]。 與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。我們選擇 LM324 和LM358 來做尋跡檢測電路的電壓比較器。 四路運算放大器 LM324 和雙運算放大器 LM358 設(shè)計中預(yù)采用六組反射式紅外光電探測器來檢測尋跡線路，即小車尋跡過程中檢測電路與電位器的輸出共有六組。 該小車在鋪有約兩厘米寬黑紙的路面行駛，路面可以近似看為白色。 c. 體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。其具有如下特點： a. 塑料透鏡可以提高靈敏度。 尋跡模塊設(shè)計 反射型光電探測器 RPR359F工作原理 RPR359F 發(fā)是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管 [12]。在該模塊設(shè)計中，我們采用了小周期信號，通過改變小車的占空比對小車的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 5， 7， 10， 12 腳接輸入控制信號 (控制信號從單片機(jī) ， ， ， 發(fā)出，經(jīng)光耦 TLP5214 后接 L298N 的 5， 7， 10， 12 腳輸入 )，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 VSS 9 腳接經(jīng)過穩(wěn)壓后的 +5V， VS 4 腳直接接 +9V 電源。兩個電機(jī)的四個正方向信號和兩個 PWM 信號經(jīng) L298N后能夠很好的控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和較大范圍的控制電機(jī)電壓。 表 為 L298N 的邏輯控制表，其中 C、 D 分別為 IN IN2 或 IN IN4； L為低電平， H 為高電平， ※ 為不管是低電平還是高電平。 5， 7， 10， 12 腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 1 腳和 15 腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。 4 腳 VS西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 接電源電壓， VS電壓范圍 VIH為＋ ～ 46V。 引腳如功能如表 所示。它的使能端可以外接高低電平，也可以利用單片機(jī)進(jìn)行軟件控制，極大地滿足各種復(fù)雜電路需要。本設(shè)計中電機(jī)驅(qū)動采用 L298 集成H 橋芯片 如圖 。 電機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計 L298N 芯片介紹 小車使用的是直流電機(jī)。所以在輸入級接入47uF/16V的電解電容和 的瓷片電容 ， 防止電源電壓波動及作為高頻干擾處理 ，同時考慮到外圍電路負(fù)載電壓波動可能較大 ， 在輸出端并聯(lián) 22uF/25V 電解電容和 瓷片電容。電源模塊中 DC_CON為外接的 +9V直流電源。一種是采用了三端穩(wěn)壓芯片 LM7805， 這是一種功耗型的穩(wěn)壓芯片 。 R21 0 KR11KS1S W P BY11 2 MC32 2 u FC23 0 p FC13 0 p FV C CP 1 .0 / T1P 1 .1 / T2P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .111P 3 .010P 3 .212P 3 .313P 3 .414P 3 .515P 3 .616X T A L 118G N D20X T A L 219P 2 .021P 2 .122P 2 .223P 2 .324P 2 .425P 2 .526P 2 .627P 2 .728P S E N /29A L E / P R O G /30E A / / V P P31P 0 .732P 0 .633P 0 .534P 0 .435P 0 .336P 0 .237P 0 .138P 0 .039V C C40R S T9P 3 .717U1A T 8 9 S 5 2E N AT r i gE c h oO u tI N 2E N BI N 3I N 4X1X2I N 1P 0 .0P 0 .1P 0 .2P 0 .3P 0 .4P 0 .5P 0 .6P 0 .7ERSRWV C CO U T 1O U T 2O U T 3O U T 4O U T 5O U T 6 圖 單片機(jī)晶振及復(fù)位電路 引腳號 第二功能 RXD 串行輸入 TXD 串行輸出 INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 0) T0（定時器 0 外部輸入） T1（定時器 1 外部輸入） WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 電源穩(wěn)壓電路設(shè)計 單片機(jī)電源電路如圖 所示。一般 R 取 10K， C 取 10uF，由于 RC 越大，充電時間越長，單片機(jī)上電復(fù)位過程就越長， RC 取值不是特別嚴(yán)格的情況下，可取 R=1K， C=22uF，抗擾性更好。若單片機(jī)受到干擾，程序進(jìn)入非正常運行狀態(tài)，看門狗定時器將因不能執(zhí)行清空指令而溢出（即超過了設(shè)置的定時時間），同時復(fù)位單片機(jī)，使之重新回到初始狀態(tài)。 c. 看門 狗定時器復(fù)位：看門狗定時器是可以根據(jù)用戶程序正常運行周期設(shè)定的專用定時器。 a. 上電復(fù)位 ： 系統(tǒng)上電時 RST 端自動產(chǎn)生復(fù)位所需的電平信號將單片機(jī)復(fù)位。具體見表 和表 。不過 P0 口是漏極開路的 8位雙向 I/O 口 ，而其他 P 口都是具有內(nèi)部上拉電阻的 8 作為輸出口要外部上拉電阻。作為輸入，端口 1 由于內(nèi)部上拉電阻外部被拉低時將吸收電流引腳的源電流。在 1 口輸出緩沖器可匯 /源 4 TTL輸入。外部上拉，必須在程序的驗證。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。當(dāng) 1 秒寫入到端口 0 引腳，該引腳可作為高阻抗輸入。 (3) 端口 0 ： P0 口是一個 8 位的開漏雙向 I / O 端口。 b. 引腳說明： (1) VCC ： 電源電壓 。其引腳排列如圖 所示。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案 [8]。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。因此，控制器電路設(shè)計的關(guān)鍵在于各種接口電路的設(shè)計，包括：系統(tǒng)電源設(shè)計、尋跡模塊接口設(shè)計、超聲波換能器接口設(shè)計、轉(zhuǎn)速檢測接口設(shè)計、 1602 液晶接口設(shè)計、直流電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 V S S1VO3V D D2RS4RW5E6D07D18D29D310D411D512D613D714B L A15B L K16R P 11 6 0 2 AVS4O U T I2O U T 23O U T 313O U T 414E N B15E N A1N15N27N310N412E N A6E N B11G N D8V S S9U2L 2 9 8 NO U T 27N 2 6N 2 +5V C C4N 1 +3N 1 2O U T 11O U T 414I N 4 13N 4 +12G N D11N 3 +10N 3 9O U T 38U 1 0L M 3 2 4O U T 11I N 1 ( )2I N 1 ( + )3G N D4I N 2 ( + )5I N 2 ( )6O U T 27V C C8U 1 1L M 3 5 8M1M2U4R P R 2 2 0U5R P R 2 2 0U7R P R 2 2 0U6R P R 2 2 0U9R P R 2 2 0U8R P R 2 2 0R 2 12 0 0R 2 22 0 0R 2 42 0 0R 2 520R 2 32 0 0R 2 620R 2 720R 2 820R32 0 0R 1 02 0 kR52 0 0R92 0 kR 1 22 0 kR62 0 0R21 0 KR82 0 0R11KR 1 42 0 kR72 0 0R42 0 0R 1 12 0 kR 1 32 0 kS1S W P BR 1 51KR 1 61KR 1 71KR 1 81KR 1 91KR 2 01KD2D1 D4D3D5 D6 D7 D8Y11 2 M12J1P O W E RC32 2 u FC70 . 1 u FC41 0 0 u FC50 . 1 u FR02 0 KV C CP 0 .7P 0 .6P 0 .5P 0 .4P 0 .3P 0 .2P 0 .1P 0 .0P 1 .4P 1 .3P 1 .2V C C V C CI N 1I N 2I N 3I N 4D J A 1D J A 2D J B 1D J B 2C61 0 0 u FC23 0 p FC13 0 p FV C C +9D J A 1D J A 2D J B 1D J B 2E N AE N BV C CV C CV C CP 1 .0 / T1P 1 .1 /