【正文】 函數(shù)值轉(zhuǎn)換， temp = TCNT1。 While （ ju_ec） 。 //高位寄存器 計算公式： foc0 = fclk / (2 N (1 + OCR1)) TCNT1L = 0x00。 //對超聲波模塊接口的定義 TCCR1B |= 0x05。 DDRD |= 0x02。 //是初始化液晶屏 DDRD amp。 } TCNT1 = 0x0000。 //LCD 顯示 if(temp = 15 || temp == 0) csb_flag = 0。 } else { csb_data = temp。 //轉(zhuǎn)換成距離 if(temp = 200) //閾值設(shè)置 { Sent_Lcd(0xff)。 temp = TCNT1。 void Data_Change(void) //數(shù)值轉(zhuǎn)換 { unsigned int temp。i++) Write_Data(table2[i])。 for(i = 0。i++) Write_Data(table[i])。 for(i = 0。 _delay_ms(20)。 _delay_ms(10)。 _delay_ms(10)。 _delay_ms(10)。 clr_en。 DDRC =0xff。 Write_Data(temp[2] + 0x30)。 //定義數(shù)據(jù)應(yīng)寫的位置 Write_Data(temp[1] + 0x30)。 Write_Data(temp[0] + 0x30)。 temp[2] = data % 10。 //轉(zhuǎn)換成 LCD 能顯示的數(shù)值 temp[0] = data / 100。)。 Write_Data(39。)。 Write_Data(39。)。 Write_Data(39。 } 第 22 頁 共 47 頁 包括對液晶的配置和屏幕的初始顯示，以下這個是寫數(shù)據(jù)用的函數(shù)，如果超聲波的值為 0xff 那么直接在顯示數(shù)據(jù)的位置全部顯示 ― ‖，如果不是，則取對應(yīng)為轉(zhuǎn)換為字庫表中的索引值，然后寫到對應(yīng)位置。 _delay_ms(1)。 _delay_ms(1)。 set_rs。 clr_en。 set_en。 PORTC = 。 寫指令是為了配置液晶的驅(qū)動方式： void Write_Com(uchar ) //LCD 寫指令 { _delay_ms(5)。 顯示子程序 這里是初始的屏幕顯示，屏幕是 16 2的顯示： const uchar table[] = Avoidance Car 。 LIN2_set。 RIN2_clr。 LIN2_clr。 RIN2_set。 //左電機為低電平 LIN2_set。 //右 電機為低電平 RIN2_set。 //左電機為低電平 LIN2_clr。 //右 電機為低電平 RIN2_clr。 else control_flag = 0。amp。amp。 !rinf_scan) control_flag = 1。 !linf_scan amp。 else if(ult_scan amp。amp。amp。 !rinf_scan) control_flag = 1。 linf_scan amp。 else if(ult_scan amp。amp。amp。 rinf_scan) control_flag = 2。 !linf_scan amp。 else if(ult_scan amp。amp。amp。 else uled_led_set 。 第 20 頁 共 47 頁 _delay_ms(60)。 //獲得超聲波測得的值 if(csb_data == 0xff) ult_scan = 1。 //這三變量分別為超聲波 ， 左紅外 ， 右紅外的狀態(tài)變量 uchar control_flag = 0,back_flag = 0。 //輪詢實現(xiàn)壁障 } return 1。 //超聲波初始化 _delay_ms(10)。 圖 51 主程序流程圖 第 19 頁 共 47 頁 圖 52 系統(tǒng)軟件模塊圖 主程序 主函數(shù)包含初始化和對壁障函數(shù)的輪詢： int main(void) { Machine_Init()。主程序流程圖如圖 51 所示；系統(tǒng)軟件模塊圖如圖 52 所示。內(nèi)部 RC 振蕩器頻率范圍見表 41。C 和頻率為 MHz 時，這種標(biāo)定可以提供標(biāo)稱頻率 177。在單片機復(fù)位時硬件將設(shè)定的數(shù)值字節(jié)加載到 OSCCAL 寄存器上，自動完成對 RC 振蕩器的設(shè)定。這個時鐘可以用作系統(tǒng)時鐘，只要按照 Table 9對熔絲位 CKSEL 進(jìn)行配置即可。這些頻率都是在 5V、 25176。如果復(fù)位，只需按圖 411中的 S2鍵，此時在 RESET 端產(chǎn)生復(fù)位電平，持續(xù) 兩個機器周期后單片機即可復(fù)位。手動復(fù)位電路見下圖。由于上電復(fù)位單片機已經(jīng)集成，本設(shè)計就只需設(shè)計利用按鍵進(jìn)行手動復(fù)位的功能。在按下按鈕瞬間， RESET 端的電位與 GND 相同，只要保證 RESET為高電平的時間大于兩個機器周期，便能使單片機正常復(fù)位。單片機的復(fù)位電路如圖 411所示。 Mega16單片機復(fù)位的條件是：必須使 RST 引腳加上持續(xù)兩個機器周期的連續(xù)低電平。 圖 410 光警示電路 單片機復(fù)位電路 單片機的復(fù)位是指使 CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件返回到一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后 PC＝ 0000H，使單片機重新從第 一 單元取指令。若遇到障礙，則點亮對應(yīng)位置的 LED 以示警告。上拉就是將不確定的信號通過一個電阻鉗位在高電平，可起到一個消除干擾的作用。普通的發(fā)光二極管，工作電壓為 ~，工作電流為 10~30mA。限流電阻可減小負(fù)載端的電流，實現(xiàn)保護(hù)作用。這些控制都是通 過軟件編程來實現(xiàn)的。所以，有時為了讓 PWM 改變速度的效果明顯些，還需刻意增加一些阻力。這就使得即便是同樣的 PWM 脈沖，由于其幅值的不同，導(dǎo)致輸出功率也會不相同，所以其產(chǎn)生的驅(qū)動力 F 也就自然不同了，這也將導(dǎo)致電機的速度不同。 此外， 由 PWM 輸出的功率可分析出，由于電機的電流通常較大，其啟動電流更是十分大，一般不采用穩(wěn)壓電路，直接采用電池進(jìn)行供電。 由于公式 F – f = ma，其中 F 為驅(qū)動力， f 為阻力，在兩者相等的情況下，加速度才可能為零，速度才不會變化。本設(shè)計的 PWM 信號由單片機提供，其使用非常方便。這個電壓可以通過調(diào)節(jié)脈沖的寬度來改變 [13]。直流電機的一個慣性環(huán)節(jié)，它電樞中的電流轉(zhuǎn)速均不能產(chǎn)生突變，如果將高的頻率的 PWM加在直流電機上，其效果可以等效為施加了一個恒定的直流電壓。 PWM 改變功率的方式是通過改變波形的占空比，也就是當(dāng)前供電時間和斷電時間之比，而其幅值不變具體的實現(xiàn)是只改變其晶閘管的閉合時間，實現(xiàn)通過改變脈沖寬度來進(jìn)行電壓的調(diào)制，最終實現(xiàn)調(diào)速。因為開關(guān)電路比模擬電路在控制方面和電路設(shè)計方面都很方便，且具有較高的效率，所以基本取代了當(dāng)前改變電壓的方式。 調(diào)速原理 在本次設(shè)計中，直流電機提供了主要的動力，而改變電機速度的最好方法是改變其電壓，使電機的功率變化，從而改變電機的速度。 同時我們借助這 4 個 ―橋臂 ‖我們還可以實現(xiàn)電機的 2 個特殊的工作狀態(tài)： (1）剎車 —— 導(dǎo)通 A 、 C（或 B、 D）開關(guān)，這時電機會由于慣性轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的電勢將被短路，一個阻力達(dá)到一個 ―剎車 ‖的作用。 從電路中我們可以看出，如果開關(guān) A、 D 導(dǎo)通，那么電機的工作方向為正向轉(zhuǎn)動，如果開關(guān) B、 C 導(dǎo)通時，直流電機則為反向轉(zhuǎn)動。 第 14 頁 共 47 頁 圖 47 L298N 管腳分布圖 直流電機 H 橋驅(qū)動方案的選擇 H 橋驅(qū)動電路是為了更好驅(qū)動直流電機而專門設(shè)計的一種較為常見的電路，它可以實現(xiàn)直流電機的正及反向轉(zhuǎn)動，其典型電路 如 H 橋驅(qū)動電路圖 48 所示： 圖 48 H 橋驅(qū)動電路 由圖 48可以看出，之所以叫 H 橋驅(qū)動電路其形狀類似于字母 ―H‖，而作為其負(fù)載的直流電機位于 ―橋 ‖ 的上方，所以我們稱之為 ―H 橋驅(qū)動電路 ‖。 L298 集成 H 橋芯片?？筛鶕?jù)輸入電壓的大小輸出不同的電壓及功率，解決了負(fù)載能力不夠這個問題。也就是說相當(dāng)于會給 L298N 內(nèi)的 MOS 管一個反向電壓，有可能擊穿，加了續(xù)流二極管的話會組成一個回路，就能消耗掉電感的能量，其他腳的則是根據(jù) L298N 的引腳定義連的 [12]。 電機驅(qū)動 電路如圖 46 所示， L298N 的二極管，叫做續(xù)流二極管，這是為了防止反向擊穿的。 L298N 中有兩套 H 橋電路，有效地控制兩個電機運行。利用直流電機常用的 PWM，即脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)電機速度。 圖 45 LCD1602 顯示電路 第 13 頁 共 47 頁 電機驅(qū)動電路 圖 46 電機驅(qū)動電路 本設(shè)計使用直流電機。具體的顯示是利用單片機來控制 LCD1602 的數(shù)據(jù)顯示，把單片機計算出來的數(shù)據(jù)距離實時顯示出來。利用 LCD1602 液晶屏，用于顯示測量出來的距離。 也可接直流穩(wěn)壓電源作為外部電壓輸入，進(jìn)行調(diào)試，節(jié)約成 本。本模塊之所以采用單電源，考慮的就是小車的帶負(fù)載能力，通過試驗得知，小車運行時質(zhì)量越大，避障的可靠性越差，故不采用較可靠的雙電源電路 [12]。如圖 44 電源電路所示，因為電容兩端不會有電壓突變， C1 與C2 為濾波電容，其中 C2 是用來消除紋波的；前級之所以不加濾波，是因為電池的電壓比較穩(wěn)定，沒有太大必要濾波； R1 為限流電阻。通過輸出不同脈寬的脈沖來控制直流電機的速度。單片機主控電路 如圖 43 所示。 圖 41 超聲波接口電路 紅外線 收發(fā)電路 紅外線收發(fā)電路如圖 42 所示， R R6 為上拉電阻，起到限流的作用。由于聲波在空氣中的傳播速度大約為 340m/s，根據(jù)單片機計時寄存器的值可換算所出聲音傳播的時間 t，繼而就可以換算出障礙物與超聲波模塊的距離，其公式為： S=VT/2。 4 系統(tǒng)單元電路的設(shè)計 超聲波收發(fā)電路 要驅(qū)動超聲波模塊 ， 首先利用單片機輸出一個 40kHz 觸發(fā)信號，把觸發(fā)信號通過TRIG 管腳輸入到超聲波模塊作為超聲波模塊的啟動信號，然后由超聲波測發(fā)射器將向所對應(yīng)的方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射超聲波的同時單片機清零定時器計數(shù)寄存器，并開始計時。 4腳為寄存器選擇 RS，選擇數(shù)據(jù)寄存器時為高電平 低電平 0時選擇指令寄存器； 5腳為讀寫 第 10 頁 共 47 頁 信號線 RW， 1為高電平，用于進(jìn)行讀操作， 0為低電平，用于進(jìn)行寫的操作； 6腳為使能端 E(EN)端， 1為高電平，用于讀取信息，負(fù)跳變時執(zhí)行指令。 管腳功能 圖 34 LCD1602 管腳圖 LCD1602采用 16腳接口，其中 1腳 VSS 為電源地， 2腳 VCC 接 5V的正極電源。通過電壓對液晶顯示進(jìn)行區(qū)域控制，有電即可以顯示出圖形。采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，專門用來顯示數(shù)字、符號、字母等的點陣型液晶模塊。 圖 33 液晶顯示 LCD 實物圖 液晶顯示原理 LCD1602指的是顯示的內(nèi)容為 16 2，即可以顯示兩行，每行 16個字符的液晶模塊。光電傳感器可以檢測的方面有很多，非電量如光強度、光照度、輻射、測溫、氣體成分等直接引起光量的變化，還有通過轉(zhuǎn)化而成光量變化的，如表面粗糙度、零件直徑、速度、位移、加速度、振動、應(yīng)變，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等非電量。它由三部分構(gòu)成：用于鎖定目標(biāo)發(fā)送光束的發(fā)送器，光束來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管 (LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管；過透鏡和光圈等來接收信號的接收器，由光電二極管、光電三極管、光電池組成；能夠濾出有效信號并應(yīng)用信號到目標(biāo)位置的檢測電路。設(shè) t 是通過傳感器發(fā)出超聲波到接收到超聲波脈沖所經(jīng)歷的時間， v 是超聲波在空氣中的傳播速度，則從傳感器到目標(biāo)物體的距離 S = vt /2 。 4 號 Pin 與 5 號 Pin 接外部電路的 GND。 2 號 Pin 腳當(dāng)為UART 模式時，接外部電路 UART 的 TX 端；當(dāng)為電平觸發(fā)模式時，接外部電路的 Trig 端。從左到右排針依次的編號為 1， 2， 3， 4， 5。 本模塊實物圖的正面圖與背面圖如圖 3 32所示： 圖 31 US100正面圖 第 8 頁 共 47 頁 圖 32 US100 背面圖 接口說