【正文】 8 路電壓輸入型 A/D，可做溫度檢測、電池、電壓檢。液 晶顯 示 第 一 屏無 線 接 收無 線 接 收 失 敗 檢 測i f ( R X _ D R )無 線 遙 控 、 循 跡 轉 換判 斷i f ( r x _ b u f [ 2 ] = = 1 )讀 取 無 線 接 收 數(shù) 據(jù)U a r t 接 收線 性 C C D 路 徑 數(shù) 據(jù)超 聲 波 測 距 避 障P W M 、 舵 機 控 制紅 外 測 速L C D 顯 示 、 低 電 量 報 警無 線 接 收 失 敗 報 警 圖 41 循跡控制系統(tǒng)程序流程圖 尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設計與制作 26 啟 動初 始 化I n i t ( ) 。這兩種相反的狀態(tài)表現(xiàn)在電路中，就是高低電平組成的脈沖信號。設定輸出電壓達到某一閾值時作為目標，不同的目標距離閾值電壓是不同的。紅外反射光強法的測量原理是將發(fā)射信號經(jīng)調制后送紅外管發(fā)射，光敏管接收調制的紅外信號，原理如圖 317 所示。因為光的反射受到多種因素的影響，如反射表面的形狀、顏色、光潔度，日光、日光燈照射等不確定因素。 紅外測速電路 U7紅外對管 ST188VCC510R2110KR21GND紅外測速電路1KR22Q2NPN1KR23VCCGNDINT0 圖 316 紅外 ST188 測速原理圖 反射式光電傳感器的光源有多種，常用的有紅外發(fā)光二極管，普通發(fā)光二極管，以及激光二極管，前兩種光源容易受到外界光源的干擾，而激光二極管發(fā)出的光的頻率較集中，不容易被干擾，但傳感器只能接收很窄的頻率范圍的光，且價格較貴。設為電機反轉。設為電機正轉。場效應管是電壓控制型元件，柵極通過的電流幾乎為“零”。如圖 39 就是一種簡單的 H 橋電路，它由2 個 IRF4905 P 型場效應管 Q Q2 與 2 個 IRF3205 N 型場效應管 Q Q3 組成 ，所以它叫 PNMOS 管 H 橋。 圖 315 電機驅動原理簡圖 尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設計與制作 22 綜合 3 種方案的優(yōu)缺點，鑒于本系統(tǒng)設計體積較小，自身重量較輕，對電機功率輸出要求不高，決定選擇方案 3。用單片機控制晶 體管使之工作在占空比可調的開關狀態(tài)，精確調整電機轉速。但是芯片LM298的硬件 電路比較復 雜。電路如圖 313： 圖 313 直流電機 +LM293 組合電路原理 方案二：采用步進電機，配合 LM298 驅動芯片組合。也用于變速范圍很寬的驅動裝置。當外加額定直流電壓時，轉速幾乎相等。 電機驅動電路 Q4NMOSQ3NMOSQ1PMOSQ2PMOSU3光耦 PC817U4光耦 PC817U5光耦 PC817U6光耦 PC817GNDVCC0IRF4905 IRF4905IRF3205 IRF3205MB1Motor1KR131KR141KR151KR16D2 D3D4 D51KR181KR201KR171KR19GNDGNDGNDPWM1PWM1GNDPWM2PWM2GNDVCC0 VCC0GNDGNDVCC電機驅動 圖 312 PNMOS 管 H 橋電機驅動原理圖 方案一：采用直流電機，配合 LM293 驅動芯片組合。 個點陣，通過建立一個 ASCII 的數(shù) 組 font6x8[][6]來尋址。 液晶的主要工作原理 (1)SPI 接口時序寫數(shù)據(jù) /命令 NOKIA5110 的通信協(xié)議是一個沒有 MISO 只有 MOSI 的 SPI 協(xié)議： 尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設計與制作 19 圖 310 串行總線協(xié)議 傳送 1 個字節(jié) (2)NOKIA5110 的初始化 接通電源后，內(nèi)部寄存器和 RAM 的內(nèi)容是不確定的，這需要一個 RES 低電平脈沖復位一下。而且液晶顯示功耗低、體積小、質量輕、無輻射危害，與單片機連接較簡單。點陣式 LCD 不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實現(xiàn)屏幕上下左右滾動、動畫、閃爍、文本特征顯示等功能。 方案二：考慮到本系統(tǒng)中顯示的內(nèi)容以及系統(tǒng)的實用性，采用液晶顯示 (LCD)。數(shù)碼管具有接線簡單、成本低廉、配置簡單靈活、編程容易、對外界環(huán)境要求較低、易于維護等特點。 30 20 10 0 10 20 30 聲速 錯誤 !未找 313 319 322 331 337 344 350 超聲波發(fā)射 超聲波接收 時間 T 障礙物 尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設計與制作 17 到引用源。 。 錯誤 !未找到引用源。 (32) 在精度要求較高的情況下，需要考慮溫度對超聲波傳播速度的影響，按 公 式 (33)對超聲波傳播速度加以修正，以減小誤差。 ，超聲波傳播速度為 錯誤 !未找到引用源。因為超聲波在標準空氣中的傳播速度為 米 /秒，由單片機負責計時，單片機使用 晶振，所以此系統(tǒng)的測量精度理論上可以達到毫米級。如果測距精度要求很高，則 應通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?。本系統(tǒng)測量采用第二種方案。 超聲測距大致有以下方法：一種是取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓 (其幅值基本固定 )與距離成正比，測量電壓即可測得距離；另一種是測量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設計與制作 16 超聲波與接收超聲波的時間間隔 t，如圖 35 所示，故被測距離為 錯誤 !未找到引用源。 超聲波的主要工作原理 超聲波傳感器的工作原理是陶瓷 的壓電效應。 產(chǎn)品應用領域：機器人避障、物體測距、液位檢測、公共安防、停車場檢測 。最后接收成功時，若 CE 變低，則 NRF24L01 進入空閑模式 1。當接收方檢測到有效的地址和 CRC 時，就將數(shù)據(jù)包存儲在 RX FIFO 中，同時中斷標志位 RX_DR 置高， IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU 去取數(shù)據(jù)。若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進入空閑模式 2。最后發(fā)射成功時 ,若 CE 為低則 NRF24L01 進入空閑模式 1。若未收到應答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù) (自動重發(fā)已開啟 )，若重發(fā)次數(shù) (ARC)達到上限， MAX_RT 置高， TX FIFO 中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā) 。若自動應答開啟，那么 NRF24L01 在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進入接收模式，接收應答信號（自動應答接收地址應該與接收節(jié)點地址 TX_ADDR 一致）。在 CSN 為低的情況下， CE 協(xié)同 NRF24L01 的 CONFIG 寄存器共同決定 NRF24L01 的狀態(tài)（掉電、發(fā)射、接收、待機 Ⅰ 、待機 Ⅱ ）。無線通信過程中 MCU 主要是通過 IRQ 與 NRF24L01 進行通信 。 MOSI：芯片控制數(shù)據(jù)線（ Master output slave input） 。 SCK；芯片控制的時鐘線（ SPI 時鐘） 。 無線 NRF24L01 的工作原理 NRF24L01 模塊的原理圖如圖 35 所示： 圖 35 NRF24L01 模塊的原理圖 從單片機控制的角度來看，我們只需要它的的六個控制和數(shù)據(jù)信號，分別為 CSN、SCK、 MISO、 MOSI、 IRQ、 CE。 NRF24L01 應用的是 SPI 接口，可以與單片機的 SPI 接口直接相連。嵌入式工程師或是單片機愛好者只需要為單片機系統(tǒng)預留 5 個GPIO， 1 個中斷輸入引腳，就可以很容易實現(xiàn)無線通信的功能，非常適合用來為 MCU尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設計與制作 13 系統(tǒng)構建無線通信功能。無線通信速度可以達到 2M(bps)。 無線模塊 1234567891011121314151617XTAL218XTAL119GND2021222324252627282930313233343536373839VCC40U1STC12C5A60S2104C110UFC2GND10UFC3VCC110KR1GND1 2Y11918181930pFC430pFC5GNDY230pFC9Y18RX1TX1VCC11RSTCE0DCDINCLKEcho0Trig0Echo1Trig112345678P8無線 NRF24L01GNDVCC3CE1CSNSCKMOSIMISOIRQSCKMISOMOSIIRQCE1CSNP10DJPWM1PWM2INT0INT1BEEP1KR7R8R9R10R11R1210UFC11 圖 34 NRF24L01 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊 無線 NRF24L01 簡介 NRF24L01 是 NORDIC 公司最近生產(chǎn)的一款無線通信通信芯片，采用 FSK 調制，內(nèi)部集成 NORDIC 自己的 Enhanced Short Burst 協(xié)議。智能車為適應各種運行環(huán)境，必須實 時感知環(huán)境，并根據(jù)環(huán)境閉環(huán)調節(jié)曝光量，使得在不同環(huán)境中曝光量都處于一個合理的范圍，這樣才能保證在不同環(huán)境中 CCD 輸出電壓在合理范圍，以利于算法提取黑線信息。在智能車應用中，白天自然光環(huán)境和晚上燈光環(huán)境、正對光和背光、不同的比賽場地之間都不能采用相同的曝光參數(shù)。 環(huán)境光影響問題 尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設計與制作 12 試驗表明 TSL1401 線性 CCD 的輸出信號和環(huán)境光線密切相關，在自 然光條件比晚上燈光下 AO 引腳輸出電壓值高出很多，正對著光線比背著光線輸出電壓高，白熾燈光下比日光燈下輸出電壓高。 ； Ee 是在 錯誤 !未找到引用源。 模擬輸出 (A0)的電壓由公式 (31)給出： 錯誤 !未找到引用源。反映在像素點上就是，像素灰度低。 線性 CCD 的主要工作原理 TSL1401CL 的核心是 128 個光電二極管組成的感光陣列，陣列后面有一排積分電容，光電二極管在光能量沖擊下產(chǎn)生光電流，構成有源積分電路，那么積分電容就是用來存儲光能轉化后的電荷。 操作簡化內(nèi)部控制邏輯，需要只有一個串行輸入端 (SI)的信號和時鐘。 該陣列是由 128 個像素，其中每一個具有光敏面積 3, 平方微米。 綜上所述每個方案都有自己的優(yōu)缺點，綜合考慮線陣 CCD 檢測方法比較好，它能夠使檢測到的道路 信息更加的精確，有利于小車的速度提高。 方案二：線陣 CCD 檢測方法，優(yōu)點：檢測前瞻距離大、檢測范圍寬、檢測道路參數(shù)較多。對于小車路徑信息的采集的方式如下所示： 方案一：紅外傳感器的檢測方式，優(yōu)點：電路設計相對簡單、檢測速度信息快、調試簡單、成本低。 路徑檢測模塊 1234567891011121314151617XTAL218XTAL119GND2021222324252627282930313233343536373839VCC40U2STC12C5A60S2104C710UFC6GND10UFC8VCC210KR2GND1 2Y230pFC930pFC10GNDY18Y19Y19Y18RX2TX2VCC2212345P9TSL1401 線性 CCDGNDVCC22AOCLK2SISICLK2AOINT02123P10ST188 紅外測速VCC22INT02GND 圖 33 TSL1401 線性 CCD 循跡模塊 路徑檢測模塊是智能車系統(tǒng)信號的輸入模塊主要檢測的賽道對道路偏離量，這些信息是小車沿賽道運行的信息基礎獲得更多、更遠、更精確的塞到信息是提高車 模運行速度的關鍵。5% 到 177。內(nèi)部集成 MAX810 專用復位電路， 2 路 PWM， 8 路高速 10 位 A/D轉換 (250K/S，即 25 萬次 /秒 )，針對電機控制，強干擾場合。 8. 顯示模塊采用 NOKIA5110 通過 5 個普通 IO 口與單片機通信， 84x48