【正文】 函數值轉換， te。 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。 //轉換成距離 if(temp = 200) //閾值設置 { Sent_Lcd(0xff)。 temp = TCNT1。 void Data_Change(void) //數值轉換 { 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)。 //定義數據應寫的位置 Write_Data(temp[1] + 0x30)。 Write_Data(temp[0] + 0x30)。 temp[2] = data % 10。 //轉換成 LCD 能顯示的數值 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，以下這個是寫數據用的函 數，如果超聲波的值為 0xff 那么直接在顯示數據的位置全部顯示 ― ‖，如果不是，則取對應為轉換為字庫表中的索引值，然后寫到對應位置。 _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 主函數包含初始化和對壁障函數的輪詢： 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。內部 RC 振蕩器頻率范圍見表 41。C 和頻率為 MHz 時，這種標定可以提供標稱頻率 177。在單片機復位時硬件將設定的數值字節(jié)加載到 OSCCAL 寄存器上，自動完成對 RC 振蕩器的設定。這個時鐘可以用作系統(tǒng)時鐘，只要按照 Table 9對熔絲位 CKSEL 進行配置即可。這些頻率都是在 5V、 25176。如果復位，只需按圖 411中的 S2鍵，此時在 RESET 端產生復位電平，持續(xù)兩個機器周期后單片機即可復位。手動復位電路見下圖。由于上電復位單片機已經集成，本設計就只需設計利用按鍵進行手動復位的功能。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位。單片機的復位電路如圖 411所示。 Mega16單片機復位的條件是：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 單片機復位電路 單片機的復位是指使 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。限流電阻可減小負載端的電流，實現(xiàn)保護作用。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，導致輸出功率也會不相同，所以其產生的驅動力 F 也就自然不同了，這也將導致電機的速度不同。 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 接采用電池進行供電。 由于公式 F – f = ma，其中 F 為驅動力， 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)，它電樞中的電流轉速均不能產生突變，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行電壓的調制，最終實現(xiàn)調速。因為開關電路比模擬電路在控制方面和電路設計方面都很方便，且具有較高的效率，所以基本取代了當前改變電壓的方式。 調速原理 在本次設計中，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 —— 導通 A 、 C（或 B、 D）開關，這時電機會由于慣性轉動所產生的電勢將被短路，一個阻力達到一個 ―剎車 ‖的作用。 從電路中我們可以看出，如果開關 A、 D 導通，那么電機的工作方向為正向轉動，如果開關 B、 C 導通時，直流電機則為反向轉動。 第 14 頁 共 47 頁 圖 47 L298N 管腳分布圖 直流電機 H 橋驅動方案的選擇 H 橋驅動電路是為了更好驅動直流電機而專門設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動，其典型電路 如 H 橋驅動電路圖 48 所示： 圖 48 H 橋驅動電路 由圖 48可以看出，之所以叫 H 橋驅動電路其形狀類似于字母 ―H‖，而作為其負載的直流電機位于 ―橋 ‖ 的上方，所以我們稱之為 ―H 橋驅動電路 ‖。 L298 集成 H 橋芯片。可根據輸入電壓的大小輸出不同的電壓及功率，解決了負載能力不夠這個 問題。也就是說相當于會給 L298N 內的 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 L298N 的引腳定義連的 [12]。 電機驅動電路如圖 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，即脈寬調制方式調節(jié)電機速度。 圖 45 LCD1602 顯示電路 第 13 頁 共 47 頁 電機驅動電路 圖 46 電機驅動電路 本設計使用直流電機。具體的顯示是利用單片機來控制 LCD1602 的數據顯示，把單片機計算出來的數據距離實時顯示出來。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，進行調試，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載能力，通過試驗得知，小車運行時質量越大，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)單元電路的設計 超聲波收發(fā)電路 要驅動超聲波模塊 ， 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寄存器，并開始計時。 4腳為寄存器選擇 RS，選擇數據寄存器時為高電平 低電平 0時選擇指令寄存器； 5腳為讀寫信號線 RW， 1為高電平，用于進行讀操作， 0為低電平，用于進行寫的操作； 6腳為使 第 10 頁 共 47 頁 能端 E(EN)端， 1為高電平，用于讀取信息，負跳變時執(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行區(qū)域控制，有電即可以顯示出圖形。采用標準的 16 腳接口，專門用來顯示數字、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。它由三部分構成：用于鎖定目標發(fā)送光束的發(fā)送器，光束來源于半導體光源，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用信號到目標位置的檢測電路。設 t 是通過傳感器發(fā)出超聲波到接收到超聲波脈沖所經歷的時間， 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 腳當為UART 模式時，接外部電路 UART 的 TX 端；當為電平觸發(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 接口說明 本模