【正文】 要運(yùn)行的模式。此子程序使用超再生簡(jiǎn)易無(wú)線電遙控器接收發(fā)器，通過(guò)單片機(jī)讀取接收器解碼后的信息，通過(guò)無(wú)線信息控制小車的“動(dòng)作”。 紅外避障模塊外圍電路信息處理編碼表外圍電路障礙物探測(cè)結(jié)果信息編碼結(jié)果左邊無(wú)障礙物，前方無(wú)障礙物，右邊無(wú)障礙物000左邊有障礙物，前方有障礙物，右邊有障礙物111左邊無(wú)障礙物，前方有障礙物，右邊無(wú)障礙物010左邊有障礙物，前方有障礙物，右邊無(wú)障礙物110左邊無(wú)障礙物，前方有障礙物，右邊有障礙物011將外部信息進(jìn)行編碼后，通過(guò)對(duì)信號(hào)的判斷，控制小車的移動(dòng)方向：探測(cè)結(jié)果000，表明前方15cm內(nèi)無(wú)障礙物單片機(jī)送出“前進(jìn)”指令，小車保持前進(jìn)狀態(tài)；探測(cè)結(jié)果111，表明前方及左右兩邊15cm內(nèi)均有障礙物，單片機(jī)送出“后退”指令；探測(cè)結(jié)果010，表明前方15cm內(nèi)有障礙物左右兩邊均無(wú)障礙物，單片機(jī)送出“右轉(zhuǎn)”指令（左右均無(wú)障礙物默認(rèn)右轉(zhuǎn)）；探測(cè)結(jié)果110，表明前方及左邊15cm內(nèi)有障礙物，單片機(jī)送出“右轉(zhuǎn)”指令；探測(cè)結(jié)果011，表明前方及右邊15cm內(nèi)有障礙物，單片機(jī)送出“左轉(zhuǎn)”指令。此子程序利用漫反射型紅外線光電傳感器檢測(cè)前方障礙物（通過(guò)紅外避障模塊的電位器可以調(diào)節(jié)紅外傳感器的檢測(cè)距離）在定距（15cm）之內(nèi)便視為出現(xiàn)阻礙行動(dòng)的障礙物，反之視為無(wú)阻礙行動(dòng)的障礙物。當(dāng)紅外對(duì)管檢測(cè)到黑線時(shí)所在紅外對(duì)管輸出高電平，將信號(hào)進(jìn)行處理編碼之后，判斷信號(hào)類型，當(dāng)信號(hào)為：0100，1100，1000時(shí)單片機(jī)送出左轉(zhuǎn)信號(hào)；當(dāng)信號(hào)為：0010，0011，0001時(shí)單片機(jī)送出右轉(zhuǎn)信號(hào)；當(dāng)信號(hào)為：0110時(shí)單片機(jī)送出直走信號(hào)；當(dāng)信號(hào)為：0000，1111時(shí)無(wú)任何動(dòng)作。 紅外循跡模塊子程序設(shè)計(jì)紅外循跡模塊子程序主要采集外部電路紅外對(duì)管的信號(hào)進(jìn)行編譯處理，以便判斷小車的下一步動(dòng)作。當(dāng)接收指令0x04：小車左轉(zhuǎn)，左電機(jī)停止，右電機(jī)給PWM波和向前方向信號(hào)。當(dāng)接收指令0x02：小車后退，在前進(jìn)的基礎(chǔ)上改變方向信號(hào)。流程圖如圖41所示：右轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)停止后退前進(jìn)開(kāi)始初始化判斷是否收到指令？YESNO判斷指令模式0X050X040X030X020X01圖41 電機(jī)控制子程序流程圖當(dāng)接收指令0x00：無(wú)數(shù)據(jù)，無(wú)PWM波，無(wú)方向信號(hào)。本設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括電動(dòng)機(jī)控制程序設(shè)計(jì)、循跡模塊程序設(shè)計(jì)、避障模塊程序設(shè)計(jì)和無(wú)線遙控程序設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，不僅易于編程和調(diào)試，也可減小軟件故障率從而提高軟件的可靠性。軟件作為系統(tǒng)的靈魂，構(gòu)筑在硬件平臺(tái)上，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。這時(shí)，VT4截止，繼電器釋放。R6為VT3的負(fù)載電阻，從 、經(jīng)C8耦合，并由VDVD2倍壓整流和C12濾波后控制VT4導(dǎo)通使繼電器J吸合[15]。RR5為偏置電阻，變壓器T為VT2的負(fù)載。這個(gè)超噪聲從電阻 R2的上端輸出，經(jīng)DZL濾去高頻成分后得到約14mV的噪聲電壓。之后，C6經(jīng)R2放電，使VT1的發(fā)射結(jié)又獲得正向偏置，重新建立下一個(gè)振蕩過(guò)程，由此便形成了受間歇振蕩調(diào)制的高頻振蕩，這個(gè)間歇振蕩是由C6的充放電形成的，振蕩頻率約為120kHz左右[14]。在振蕩建立的過(guò)程中，揩振回路LC4中的高頻電流經(jīng)過(guò)C5和VT1的極間電容向 C6充電，C6上的電壓逐漸增高，這個(gè)電壓作為VT1的反向偏置電壓加在其發(fā)射結(jié)上，使VT1的直流工作點(diǎn)迅速下移，造成高頻振蕩減弱。晶體管VT1及LCC5等構(gòu)成電容三點(diǎn)式振蕩器，振蕩頻率由LC4組成的并聯(lián)揩振網(wǎng)絡(luò)以及反饋電容C5的數(shù)值決定，其中C5還可調(diào)整反饋強(qiáng)度。當(dāng)振蕩電流流經(jīng)L1時(shí)，由于互感作用，將高頻振蕩信號(hào)耦合至L2，并由天線向空中發(fā)射[14]。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用元件少，調(diào)試容易。 超再生簡(jiǎn)易無(wú)線電遙控器原理超再生簡(jiǎn)易無(wú)線電遙控器，它采用不經(jīng)調(diào)制的等幅高頻信號(hào)作為遙控指令。這樣，在電路的負(fù)載上便得到了與控制信號(hào)一致的低頻電壓，這個(gè)電壓便是電路狀態(tài)的另一種控制電壓。而振蕩過(guò)程建立的快慢和間歇時(shí)間的長(zhǎng)短，受接收信號(hào)的振幅控制。在無(wú)信號(hào)時(shí)，超噪聲電平很高，經(jīng)濾波放大后輸出噪聲電壓，該電壓可作為電路一種狀態(tài)的控制信號(hào)，使繼電器吸合或斷開(kāi)[13]。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況二者兼顧。如果頻率較低，則電路的抗干擾性能較好，但接收靈敏度較低。而間歇振蕩又是在高頻振蕩的振蕩過(guò)程中產(chǎn)生的，反過(guò)來(lái)又控制著高頻振蕩器的振蕩和間歇。如圖37所示。 低頻振蕩器產(chǎn)生的低頻調(diào)制波，一般為寬度一定的方波。無(wú)線電發(fā)射器：它是由一個(gè)能夠產(chǎn)生等幅度振蕩的高頻載頻振蕩器（頻率范圍一般為30~450MHz）和一個(gè)產(chǎn)生低頻調(diào)制信號(hào)的低頻振蕩器組成的[9]。當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，T截止，VCC通過(guò)RR2向電容C充電，上升到VCC/3時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平，如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到一個(gè)周期性的矩形波，由3腳輸出，再通過(guò)三極管9013驅(qū)動(dòng)后由發(fā)射管發(fā)出并由接收模塊接收實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制。通過(guò)555芯片組成多諧振蕩器，根據(jù)F=(R1+2*R2)*C設(shè)計(jì)出38KHZ方波信號(hào)[11]。 避障模塊檢測(cè)電路本模塊主要有兩部分組成，38KHz的紅外發(fā)射模塊和接收比較模塊，采用38KHZ頻率段是能有效的排除可見(jiàn)光的干擾[10]，實(shí)現(xiàn)避障有效距離50CM左右，更好的完成對(duì)電機(jī)的控制。在小車行走過(guò)程中，結(jié)合查詢方式，通過(guò)程序控制小車行走軌跡。在該電路中，加比較器LM339的目的是使模擬量轉(zhuǎn)化為開(kāi)關(guān)量，便于處理。圖34 循跡檢測(cè)電路電路中的可調(diào)電阻可調(diào)節(jié)靈敏度，以滿足小車在不同光度的環(huán)境中能夠?qū)ほE。將檢測(cè)到的信號(hào)送到單片機(jī)I/O口，當(dāng)I/O口檢測(cè)到的信號(hào)為高電平時(shí)，表明紅外光被地上的黑色引導(dǎo)線吸收了，表明小車處在黑色的引導(dǎo)線上；同理，當(dāng)I/O口檢測(cè)到的信號(hào)為低電平時(shí)，表明小車行駛在白色地面上。當(dāng)小車在非黑色地面行駛時(shí)，裝在車下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線信號(hào)，經(jīng)反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號(hào)，那么圖34中光敏三極管將導(dǎo)通，輸出低電平，經(jīng)LM339電壓比較器送單片機(jī)控制。如圖34所示。 循跡探測(cè)電路循跡探測(cè)電路根據(jù)反射接收原理配置了一對(duì)紅外線發(fā)射、接收傳感器。具體驅(qū)動(dòng)方式如下：當(dāng)使能端為高電平時(shí)，輸人端1N1（IN3）為高電平信號(hào)，IN2（IN4）為低電平信號(hào)時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；輸人端IN1（IN3）為低電平信號(hào)，IN2（IN4）為高電平信號(hào)時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；IN1（IN3）與IN2（IN4）相同時(shí)，電機(jī)快速停止?？梢则?qū)動(dòng)繼電器、直流電動(dòng)機(jī)、步迸電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載[9]。 L298工作原理L298是雙H高電壓大電流功率集成電路。當(dāng)電源電壓不變的情況下，電樞端電壓取決于占空比的大小，改變占空比就可以改變端電壓的平均值。直流電機(jī)得到的電壓波形如圖33所示。 PWM調(diào)速原理直流電機(jī)可以通過(guò)改變電機(jī)電樞電壓接通時(shí)間與通電周期的比值即占空比(/T)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。它的基本原理圖如圖32所示：圖32 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖該驅(qū)動(dòng)電路可以驅(qū)動(dòng)兩路直流電機(jī)，使能端ENA、ENB為高電平時(shí)有效，： 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方式及直流電機(jī)狀態(tài)ENAIN1IN2直流電機(jī)狀態(tài)0XX停止100制動(dòng)101正轉(zhuǎn)110反轉(zhuǎn)111制動(dòng)若要對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行PWM調(diào)速，需設(shè)置IN1和IN2，確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，然后對(duì)使能端輸出PWM脈沖，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種驅(qū)動(dòng)電路可以很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。如圖31是較為常見(jiàn)的帶燒錄接口的單片機(jī)最小系統(tǒng)圖。其應(yīng)用范圍廣，性能良好，可用于解決復(fù)雜的控制問(wèn)題。其主要任務(wù)是在小車行走過(guò)程中不斷讀取傳感器采集到的數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，來(lái)控制小車行走。系統(tǒng)組成框圖如圖21所示：紅外對(duì)管循跡模塊使用四個(gè)紅外對(duì)管檢測(cè)地面的黑線，單片機(jī)通過(guò)四個(gè)紅外對(duì)管的高低電平變化控制小車的移動(dòng)方向；紅外避障模塊將紅外避障傳感器固定于舵機(jī)之上，當(dāng)檢查到前方固定距離（15CM）之內(nèi)出現(xiàn)障礙物是，單片機(jī)控制舵機(jī)左轉(zhuǎn)90度和右轉(zhuǎn)90度檢測(cè)小車左右兩邊的障礙物狀況，然后通過(guò)單片機(jī)運(yùn)算得出最佳的運(yùn)動(dòng)方向；無(wú)線遙控模塊采用超再生簡(jiǎn)易無(wú)線電遙控模塊將遙控器的遙控信息通過(guò)接收器傳送到單片機(jī)中，實(shí)現(xiàn)小車的功能模式轉(zhuǎn)換，小車的無(wú)線遙控，控制行走。 總體設(shè)計(jì)框圖此系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制核心，處理執(zhí)行各個(gè)外部傳感器檢測(cè)得到的電平信號(hào)，其中外部信號(hào)有三部分得到：紅外對(duì)管循跡模塊，紅外避障模塊，和無(wú)線遙控模塊。 電源方案本設(shè)計(jì)采用的是直流電機(jī)，直流電機(jī)輸出功率大，帶負(fù)載能力強(qiáng)，由于直流電機(jī)啟動(dòng)瞬間電流很大，而且PWM驅(qū)動(dòng)電流波動(dòng)較大，會(huì)造成電壓不穩(wěn)，有毛刺等干擾，嚴(yán)重時(shí)可能造成單片機(jī)系統(tǒng)掉電。接收機(jī)收到載有信息的無(wú)線電波接收，放大，解碼，得到原先的控制電信號(hào)，發(fā)送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而實(shí)現(xiàn)遙控功能。方案二：使用無(wú)線遙控控制小車。 遙控單元方案比較與選擇方案一：使用紅外遙控控制小車。同時(shí)，超聲波傳感器具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、具有定向傳播等特點(diǎn)[6]。方案三：采用超聲波傳感器探測(cè)障礙物。利用單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生38KHz信號(hào)對(duì)紅外線發(fā)射管進(jìn)行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時(shí)候反射回來(lái)，紅外線接收管對(duì)反射回來(lái)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，輸出比較電平。該傳感器能非常準(zhǔn)確地測(cè)出障礙物的存在，但價(jià)格高，處理復(fù)雜，不符合該設(shè)計(jì)的要求[5]。否則，如果范圍太大，則可能產(chǎn)生對(duì)障礙物的判斷失誤；范圍過(guò)小又很容易造成車身撞上障礙物或雖繞過(guò)障礙物卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想定向。本設(shè)計(jì)采用方案二。單片機(jī)可以根據(jù)是否接收到反射回來(lái)的紅外光來(lái)確定黑線的位置，從而控制小車按黑線軌跡行走。方案二：采用反射式紅外光電傳感器。因此可以通過(guò)光敏電阻來(lái)檢測(cè)行進(jìn)路上的黑線。光敏電阻的阻值會(huì)隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。綜合以上三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，決定采用方案一。方案三：使用功率三極管組成的功率放大器控制電機(jī)。采用繼電器對(duì)電機(jī)的開(kāi)、關(guān)進(jìn)行控制，通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)控。同時(shí)H型全橋式電路還可以保證進(jìn)行簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向控制，實(shí)現(xiàn)頻繁的快速啟動(dòng)，制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，是現(xiàn)今一種廣泛采用的調(diào)速技術(shù)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元方案比較與選擇方案一：采用H型PWM全橋式驅(qū)動(dòng)電路。而且單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制。方案二：采用單片機(jī)編程控制器實(shí)現(xiàn)。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。 核心控制單元方案比較與選擇方案一：采用FPGA編程控制器實(shí)現(xiàn)。在滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的前提下，不僅要考慮系統(tǒng)的易用性，還要降低成本，使其經(jīng)濟(jì)實(shí)用，確保在開(kāi)發(fā)出的同類產(chǎn)品中具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)軟件方面設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)主程序，過(guò)程控制程序，外部中斷程序等。系統(tǒng)硬件方面設(shè)計(jì)包括：外圍電路的合理設(shè)計(jì)。 研究的內(nèi)容和方法本課題研究的內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件與軟件的整體設(shè)計(jì)?？梢灶A(yù)計(jì)，我國(guó)飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)實(shí)力將為智能車輛的研究提供一個(gè)更加廣闊的前景。交通部已將ITS研究列入“十五”科技發(fā)展計(jì)劃和2010年長(zhǎng)期規(guī)劃。隨著ITS研究的興起，我國(guó)已形成一支ITS技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的技術(shù)專業(yè)隊(duì)伍。智能車輛研究也是智能交通系統(tǒng)ITS的關(guān)鍵技術(shù)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用兩臺(tái)Sun10完成信息融合、路徑規(guī)劃，兩臺(tái)PC