【正文】 止圖39 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖圖310 電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)物圖由于電機(jī)在正常工作時(shí)對(duì)電源的干擾很大，所以在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端并聯(lián)電容，用以濾除噪聲干擾。5腳、7腳、10腳、12腳接輸入控制信號(hào)，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ENA，ENB為電機(jī)控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。本電路未用到采樣所以將其接地。其電路如圖39所示。該設(shè)計(jì)采用的是基于L298N的電路連接方式，L298N是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。如圖38所示E3FDS30C4電路連接圖。圖37 E3FDS30C4紅外線漫反射式光電開(kāi)關(guān) 光電開(kāi)關(guān)電路的設(shè)計(jì)E3FDS30C4是常開(kāi)型漫反射式紅外線光電開(kāi)關(guān)，它有三個(gè)引腳：1引腳為紅色，接電源；2引腳為黑色，接地；3引腳為黃色，接輸出端。圖36 槽式開(kāi)關(guān)工作原理圖本次設(shè)計(jì)所使用的光電開(kāi)關(guān)德國(guó)SICD公司所生產(chǎn)的E3FDS30C4，如圖37。 圖35 對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)工作原理圖槽式光電開(kāi)關(guān)通常是標(biāo)準(zhǔn)的U字型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)U型槽且阻斷光軸時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)到的開(kāi)關(guān)量信號(hào)。槽式光電開(kāi)關(guān)通常是標(biāo)準(zhǔn)的U字型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)U型槽且阻斷光軸時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)到的開(kāi)關(guān)量信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體是不透明時(shí)，對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)是最可靠的檢測(cè)模式。圖34 鏡反射式開(kāi)關(guān)工作原理圖對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)包含在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器。 圖33 漫反射式光電開(kāi)關(guān)工作原理圖鏡反射式光電開(kāi)關(guān)亦是集發(fā)射器與接收器于一體，光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)反射鏡，反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)且完全阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。漫反射光電開(kāi)關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)時(shí)，將光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。發(fā)光器障礙物收光器 圖32 光電開(kāi)關(guān)工作原理圖 光電開(kāi)關(guān)的類(lèi)型紅外線光電開(kāi)關(guān)它利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無(wú)，其物體不限于金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均可檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。光電開(kāi)關(guān)是光接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)得。結(jié)合題目指標(biāo)和實(shí)際測(cè)試結(jié)果，本設(shè)計(jì)中設(shè)定感應(yīng)距離為6cm。單 片 機(jī)AT89C51光電模塊發(fā)光器光電模塊收光器循跡模塊發(fā)光器電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電源模塊循跡模塊收光器圖31 系統(tǒng)功能模塊圖 紅外線光電開(kāi)關(guān)模塊在本設(shè)計(jì)中紅外光電開(kāi)關(guān)模塊是智能小車(chē)前向通道的主要組成部分，本設(shè)計(jì)采用E3FDS30C4作為探測(cè)前方障礙物體的檢測(cè)元件，光電開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)由單片機(jī)89C51產(chǎn)生。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)硬件電路由光電開(kāi)關(guān)避障模塊，單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊，電源模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及尋跡模塊多部分組成，各模塊即可組合聯(lián)調(diào)也可單獨(dú)使用。將八個(gè)紅外線光電傳感器分別裝在車(chē)體的左右，當(dāng)車(chē)的左邊的傳感器檢測(cè)到黑線的邊界時(shí)，主控芯片控制左輪電機(jī)減速，車(chē)向左修正，當(dāng)車(chē)的右邊傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制右輪電機(jī)減速，車(chē)向右修正。根據(jù)題目要求，做出以下電路圖以及各模塊實(shí)現(xiàn)功能概述。通過(guò)分析，它能很好的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)由控制器處理，判斷前方是否由障礙，從而確定是否要轉(zhuǎn)向。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。通過(guò)分析，此模塊可以準(zhǔn)確的進(jìn)行循線功能。 方案可行性分析紅外尋線模塊，是通過(guò)紅外二極管發(fā)出紅外線，根據(jù)紅外線在白色和黑色物質(zhì)上反射回來(lái)的強(qiáng)弱，來(lái)判斷黑線的位置。綜合兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，決定選擇方案二。 車(chē)架選擇方案一：使用四輪驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)小車(chē)，這樣速度方面非常流暢，但靈活性不足，特別是遇到障礙物時(shí)，轉(zhuǎn)彎非常不流暢，程序方面還要相對(duì)復(fù)雜，對(duì)于小車(chē)的躲避障礙物非常不利。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H橋電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開(kāi)關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很高，是一種廣泛采用的調(diào)速技術(shù)。方案三：采用由集成了雙極性管組成的H橋電路芯片L298N。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，成本低，加速能力強(qiáng)，但功率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)距運(yùn)行時(shí)，通過(guò)電阻R的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大，對(duì)于小車(chē)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行不利。由于普通直流電機(jī)更易于購(gòu)買(mǎi)，并且電路相對(duì)簡(jiǎn)單，因此采用直流電機(jī)作為動(dòng)力源。方案二：采用普通直流電機(jī)。 電機(jī)模塊方案一：采用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是具有快速啟停能力，如果負(fù)荷不超過(guò)步進(jìn)電機(jī)所能提供的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能夠立即使步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)或反轉(zhuǎn)。尤其是紅外線光電開(kāi)關(guān)，應(yīng)用相當(dāng)廣泛、但是為了本題目更加的實(shí)用和有效，超聲波傳感器成本相對(duì)較高，電路較為復(fù)雜，采用紅外線光電開(kāi)關(guān)，更加合適與有效，更加有利于發(fā)現(xiàn)前方障礙物。方案二：采用超聲波穿感器，超聲波傳感器探測(cè)障礙是利用超聲波發(fā)送模塊向某一方向發(fā)射超聲波，超聲波在空氣中傳播，在一定距離內(nèi)遇到測(cè)定的障礙物就會(huì)立即返回超聲波接受模塊接受，再由相關(guān)電路處理，以測(cè)定障礙物的相關(guān)方位、距離。由于紅外線指向性強(qiáng)，在介質(zhì)中傳播遠(yuǎn)，因而紅外線經(jīng)常應(yīng)用于距離的測(cè)量、障礙物的探測(cè)等?；诖?，擬選用方案二。方案二：采用反射式紅外發(fā)射接收器。方案一：采用可見(jiàn)光發(fā)光二級(jí)管與光敏二極管 組成的發(fā)射接收電路。最重要的是，它相對(duì)前兩者成本最為低廉。但是當(dāng)凌陽(yáng)單片機(jī)作為處理器時(shí)，電路較為復(fù)雜，而且方案成本較高。方案二：采用凌陽(yáng)的16位單片機(jī)，它是16位控制器，且有體積小、驅(qū)動(dòng)能力高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。 控制模塊選擇方案一：采用可編程邏輯器件CPLD作為控制器，CPLD可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、I/O資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。第2章 整體設(shè)計(jì)框架 方案選擇及論證根據(jù)題目要求，系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)循線、壁障功能，必須要?jiǎng)澐殖蔀榱鶄€(gè)模塊。另?yè)?jù)報(bào)道，雷諾正在研制的自動(dòng)汽車(chē)或智能車(chē)輛將讓汽車(chē)能夠感知周?chē)h(huán)境，如道路狀況、附近車(chē)輛的距離及行駛速度等，并能根據(jù)具體情況及時(shí)作出調(diào)整車(chē)速、校正方向等正確反應(yīng)。在民用方面，智能車(chē)輛也有許多成功的例子。雖然智能車(chē)輛的研究起源于軍事的要求，但是在其他領(lǐng)域的應(yīng)用也有極大的價(jià)值，并且在研究上也取得了一定的成果?！睘榇?，從80年代開(kāi)始美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)專(zhuān)門(mén)立項(xiàng)，制定了地面無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)的戰(zhàn)略計(jì)劃，目標(biāo)是研制出滿足戰(zhàn)場(chǎng)需要的智能車(chē)輛，可以在崎嶇的地形上沿規(guī)劃的路線自主導(dǎo)航及躲避