【正文】 22P / A 1 023P / A 1 124P / A 1 225P / A 1 326P / A 1 427P / A 1 528A L E / P R O G30T X D / P 3. 111W R / P 16R D / P 3 .717P S E N29XTAL218VCC40I C 1A T 89 S 52R X 1110KR X 1210KR X 1310KR X 1410KR X 1510KR X 1610KR X 1710KR 18560R 16560R 19560R 20560R 21560R 22560R 23560R X 1810KR 25560D1D2D5D6D7 D3D4D88 17 26 35 4I C 3 L G 91 108 17 26 35 4I C 4 L G 91 10C2104C3104MM1MM2V380 5 0R6 KR41MR547KR315 0 KR115KB1V185 5 0V285 5 0 S B 1R 14220R7560R2220R L 1D2R2560D1Z1a bcdefgDPAA12345678910S M 1R8560R7560R 13560R 12560R 11560R 10560R9560R415KR3220R515KR6220R815KR1220V1 V6 V3V2 V5 V4123IRS2R 2410KS1R 1710KC730PC830PC610 u FR 1510KC510 u FV C C基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 25 最終 主板 PCB 圖 前板 PCB 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 26 5 系統(tǒng)調(diào)試 把原理圖畫、最終 PCB 畫好之后再根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行制版，并一并把所有元器件焊接上，在焊接時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： ○ 1 、電解電容容有正負(fù)極之分，長(zhǎng)正短負(fù)； ○ 2 、二極管有正負(fù)極之分，長(zhǎng)正短負(fù)； ○ 3 、話筒有正負(fù)之分，負(fù)極與外殼相連； ○ 4 、蜂鳴器有正負(fù)之分，長(zhǎng)正短負(fù)； ○ 5 、三極管按照電路板封裝焊接； ○ 6 、集成電路即芯片，安裝時(shí)要注意缺口對(duì)應(yīng)（缺口對(duì)應(yīng)位置和封裝對(duì)應(yīng)位置要一致）。圖 為小車尋跡模塊的程序流程圖 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 22 圖 尋跡程序流程圖 小車防撞報(bào)警 主人命令開啟防撞功能 時(shí)，小車主程序調(diào)用防撞報(bào)警函數(shù)，在防撞報(bào)警函數(shù)打開時(shí)進(jìn)入實(shí)時(shí)檢測(cè) 腳，當(dāng)前方遇到懸崖或障礙物時(shí)，小車內(nèi)部防撞函數(shù)調(diào)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)函數(shù)來調(diào)節(jié)小車行經(jīng)來避免掉入懸崖或撞擊障礙物 ，并觸發(fā)報(bào)警信號(hào)引起報(bào)警。尋跡函數(shù) 的編寫是一個(gè)實(shí)時(shí)掃描單片機(jī)管腳 ， 管腳代表左方探頭傳回的信息， 代表右邊探頭傳回的信號(hào)。 要實(shí)現(xiàn)尋跡就必須清楚尋跡原理，在前面的技術(shù)介紹中，已經(jīng)介紹了他的原理。 小車尋跡 在主程序中只要檢測(cè)到遙控器上按下了尋跡功能鍵之后，主程序直接調(diào)用尋跡函數(shù)，來實(shí)現(xiàn)尋跡功能。舉個(gè)例子，在編寫前進(jìn)函數(shù)時(shí)，為了滿足小車前進(jìn)功能，只需將 — 賦值 1010 就可完成，其他左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)只是改變相應(yīng)— 的碼值則可實(shí)現(xiàn)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)以及暫停功能 ，這些功能不僅僅只是遙控器按下上下左右 之后才執(zhí)行，而是每一個(gè)模塊都會(huì)有執(zhí)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的操作，所以在設(shè)計(jì)程序時(shí)，最優(yōu)設(shè)計(jì)應(yīng)該是將這些前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)向單獨(dú)編譯成一個(gè)函數(shù)塊，每一個(gè)子模塊的運(yùn)行就只需調(diào)用這些函數(shù)就可完成。主程序用一個(gè) swich 函數(shù)來對(duì)相應(yīng)碼值進(jìn)行對(duì)應(yīng)函數(shù)的調(diào)用就可以了，比如按下了上鍵，則調(diào)用前進(jìn)函數(shù)來完成 小車前進(jìn)動(dòng)作。記錄出每來一 個(gè)脈沖的時(shí)間和脈沖總個(gè)數(shù)，等到一幀的數(shù)據(jù)發(fā)送完成之后，單片機(jī)結(jié)束計(jì)數(shù)，并關(guān)閉定時(shí)器。 程序框圖如圖 所 示 初始化檢測(cè)紅外遙控信號(hào)是收到紅外遙控信號(hào)否對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行解碼執(zhí)行相關(guān)功能 圖 整體程序框圖 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 19 紅外遙控解碼的實(shí)現(xiàn) 整個(gè)控制程序都嵌入到了遙控模塊這一單元里邊，所以紅外遙控的解碼是貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)的主線，起到了整個(gè)系統(tǒng)入口的作用。 遙控器輸入 單片機(jī)解碼 電機(jī)控制（前進(jìn)后退左右轉(zhuǎn)） 黑線尋跡 防 撞報(bào)警 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 18 圖 程序模塊連接 遙控器發(fā)送紅外信號(hào)時(shí)，開啟單片機(jī)外部中斷 0，主程序進(jìn)入中斷函數(shù)，進(jìn)行解碼。 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，我們將 所有的模塊程序嵌入到遙控器中 ，這種嵌入式 主要是為了便于控制，且不占 CPU，因?yàn)檫b控模塊、尋跡模塊、以及避障模塊等都同時(shí)用到了實(shí)時(shí)檢測(cè)掃描，這樣不僅占用CPU，而且多個(gè)程序一塊運(yùn)行還會(huì)產(chǎn)生沖突。 圖 防撞探頭實(shí)物 當(dāng)前面有障礙物時(shí)，單片機(jī)分析之后送給 一個(gè)高電平信號(hào)，使得三極管 V1 導(dǎo)通，從而引起 SB1 蜂鳴器導(dǎo)通，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。如果有則自動(dòng)調(diào)節(jié)小車的運(yùn)動(dòng)軌跡來成功避免撞到障礙物所帶來的損失，同時(shí)在遇到障礙物時(shí)，能夠提示報(bào)警，以提示主人應(yīng)注意安全。 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 16 智能防撞報(bào)警 模塊 智能防撞報(bào)警是現(xiàn)代智能小車的一個(gè)非常有研究?jī)r(jià)值的課題，十分有現(xiàn)實(shí)意義。原理圖如下圖所示，當(dāng) D2 接收到紅外信號(hào)時(shí)，會(huì)使 產(chǎn)生一個(gè)低電平，進(jìn)而送給單 片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)接收到來至左側(cè)的接收頭給的低電平時(shí)，給予小車右轉(zhuǎn)操作；同理，當(dāng)小車右邊跑出黑線時(shí)，右側(cè)探頭識(shí)別之后會(huì)給小車低電平，提示小車應(yīng)該進(jìn)行左轉(zhuǎn)操作。小車放在黑色跑道上時(shí)，打開電源時(shí)，小車前端向下伸出的紅外線發(fā)射探頭發(fā)射紅外線，如果小車在黑線上，小車發(fā)出的紅外線 就遇到黑色時(shí)，不產(chǎn)生反射。 黑線要有一定寬度，應(yīng)該是大于兩紅外線發(fā)射探頭的距離， 如圖 所 示 。 尋跡模塊 所謂 尋 跡，就是我們建立一條 畫畫有彎曲黑線 的 白紙 跑道， 該智 利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 14 圖 路況檢測(cè)模塊硬件連接圖 上電之后紅外發(fā)射管 V V V3 導(dǎo)通，向地面以及前方實(shí)時(shí)發(fā)射紅外信號(hào)，當(dāng)遇到白色墻或路面時(shí)，紅外信號(hào)經(jīng)白色路面有較強(qiáng)發(fā)射，這時(shí)紅外接收探頭 V V V4 剛好接收到紅外信號(hào)，使得這些探頭導(dǎo)通，將低電平送給 、 、 讓單片機(jī)進(jìn)行判斷處理。筆者在該模塊中利用了簡(jiǎn)單、應(yīng)用也比較普遍的檢測(cè)方法 —— 紅外探測(cè)法。紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)，經(jīng)路面反射傳回給紅 外接收管進(jìn)行判斷處理。 圖 為 L9110 的 硬件連接圖。 下面給出關(guān)基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 11 于 L9110 的相關(guān)數(shù) 據(jù)手冊(cè)。當(dāng) ~ 輸入為 1001 以及 0110 時(shí)，一電機(jī)正轉(zhuǎn)，另一電機(jī)反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了左右轉(zhuǎn)向功能。 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 10 圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 在圖 中，單片機(jī)通過控制 ~ 引腳電平的高低來控制直流電機(jī) M M2 的正反轉(zhuǎn)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 模塊 在幾乎所有的遙控車大都采用了直流電機(jī)來控制小車的行為 ，直流電機(jī)有兩個(gè)控制端，通過改變輸入電平的 不同來改變電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn) 。 圖 為紅外信號(hào)的編碼格式 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 8 圖 紅外信號(hào)的編碼格式 單片機(jī)紅外 接收硬件電路 的實(shí)現(xiàn) 圖 中，一體化紅外接收頭 IR 的圓形面為紅外接收面，它與SE303 紅外發(fā)射管的有效收發(fā)直射距離為 35m。 圖 HS0038 解調(diào)出的波形 二進(jìn)制信號(hào)的解碼 二進(jìn)制信號(hào)的解碼由接收單片機(jī)來完成，它把紅外接收頭送來的二進(jìn)制編碼波形通過解碼，還原 出發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。 遙 控器 一體化紅外接收頭 單片機(jī) 發(fā)送 接收解調(diào) 解碼 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 7 圖 二進(jìn)制信號(hào)的調(diào)制 二進(jìn)制信號(hào)的解調(diào) 二進(jìn)制信號(hào)的解調(diào)由一體化紅外接收頭 HS0038 來完成，它把收到的紅外信號(hào)經(jīng)內(nèi)部處理并解調(diào)復(fù)原，輸出圖 中波形 E（正好是對(duì)圖 中波形 A 的取反）， HS0038 的解調(diào)可理解為：在輸入有脈沖串時(shí)，輸出端輸出低電平，否則輸出高電平。圖 中 ，待發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)為 101。 AT89C52 遙控模塊 路面檢測(cè)模塊 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 報(bào)警模塊 顯示模塊 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 6 圖 紅外遙控解碼框圖 二進(jìn)制信號(hào)的調(diào)制 二進(jìn)制信號(hào)的調(diào)制 由 遙控器的主芯片 來完成，它把編碼后的二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制成頻率為 38KHz 的間斷脈沖串，相當(dāng)于用二進(jìn)制信號(hào)的編碼乘以頻率為 38KHz 的脈沖信號(hào)得到的間斷脈沖串，即是調(diào)制后用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的信號(hào)。發(fā)送部分由主芯片將待發(fā)的二進(jìn)制信號(hào)編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)紅外信號(hào)接收端普遍采用價(jià)格便宜，性能可靠的一體化紅外接收頭（如 HS0038，它接收紅外頻率為 38KHz，周期為 26us）接收紅外信號(hào)，它同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形，得到 TTL 電平的編碼信號(hào)，再送給單片機(jī)，經(jīng)單片 機(jī)解碼并執(zhí)行，去控制相關(guān)對(duì)象。 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 5 2 系統(tǒng)硬件電路與實(shí)現(xiàn) 本設(shè)計(jì)采用了 AT89C52 單片機(jī)作為主控芯片來處理各個(gè)模塊的運(yùn)營，系統(tǒng)硬件總框圖如圖 圖 系統(tǒng)硬件總體框圖 紅外 遙控 及解碼模塊 紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)，信息傳輸可靠，功耗低，低成本，易實(shí)現(xiàn)等顯著優(yōu)點(diǎn)，被諸多電子設(shè)備特別是家用電器廣泛采用，并越來越多的 應(yīng) 用到 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。 路況檢測(cè)模塊 采用紅外發(fā)送接收探頭來檢測(cè)實(shí)時(shí)路況信息，并傳回單片機(jī)處理。 綜上所述：通過以上方案比較，在本系統(tǒng)中電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選用第二個(gè)方案，使用 LG9110 作為驅(qū)動(dòng)電路。 方案 三 ：使用分立原件搭建電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 使用分立原件搭建電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路造價(jià)低廉，在大規(guī)模生產(chǎn)中使用廣泛。該芯片有兩個(gè) TTL/CMOS 兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個(gè)輸出端能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它具有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力，每通道能通過 750800mA 的持續(xù)電流，峰值電流能力可達(dá) ；同時(shí)它具有較低的輸出飽和壓降；內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負(fù)載的反向 沖擊電流，使它在驅(qū)動(dòng)繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開關(guān)功率管的使用安全可靠。該設(shè)計(jì)也不用于速度控制，相對(duì)來講 LG9110 成本基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 4 較低 。 因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)成本低廉，操作起來方便，因此本設(shè)計(jì)控制器選用此方案。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(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。另外， AT89S51 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 AT89S51 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。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。所以在本系統(tǒng)中使用 MSP430 不利于系統(tǒng)的控制。但是， MSP430 每個(gè)管腳的驅(qū)動(dòng)能力較弱，有利于低功耗，但是在電源方面，處理器使用的功耗相對(duì)輸入幾基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 3 乎沒有多大影響。作為混合信號(hào)和數(shù)字技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者 ， TI 創(chuàng)新 生產(chǎn)的 MSP430， 使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠在保持獨(dú)一無二的低功率的同時(shí)同步連接至模擬信號(hào)、傳感器和數(shù)字組件。 基于單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì) 2