【正文】 處理、過程控制兩個基本類型。因此，軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。它是目標(biāo)明確的智力活動。IN1IN4輸入引腳為標(biāo)準(zhǔn)TTL 邏輯電平信號，用來控制H橋的開與關(guān)即實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ENA、ENB引腳則為使能控制端，用來輸入PWM信號實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。Vcc接邏輯控制的電源。L298N芯片是一種高壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，其設(shè)計(jì)是為接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號和驅(qū)動電感負(fù)載的。 電機(jī)工作狀態(tài)表狀態(tài)S1S2S3S4正轉(zhuǎn)1100反轉(zhuǎn)0011剎車1111滑行0000在本設(shè)計(jì)中用到電機(jī)驅(qū)動芯片L298N。當(dāng)全部導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)處于剎車狀態(tài)。 H型全橋式驅(qū)動電路全橋式驅(qū)動電路的4只開關(guān)管都工作在斬波狀態(tài)，SS2為一組，SS4 為另一組，兩組的狀態(tài)互補(bǔ)，一組導(dǎo)通則另一組必須關(guān)斷。 霍爾傳感器測速電路3．7 電動機(jī)驅(qū)動電路直流電機(jī)驅(qū)動電路使用最廣泛的就是H型全橋式驅(qū)動電路。將其送入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)，假設(shè)為N,并設(shè)車輪的周長為L,通過S=N*L,就可以計(jì)算出小車在一段時(shí)間內(nèi)的距離。每經(jīng)過一對N、S極，就出現(xiàn)一個完整的正弦波或一對正、負(fù)方波。反之，亦然。在非磁材料的車后輪上粘貼片磁鋼（N、S磁極），將霍爾傳感器固定在小磁鋼（N、S磁極）附近，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時(shí),磁鋼也跟著轉(zhuǎn)動,霍爾元件感應(yīng)到磁場的變化。兩次電壓的變換，霍耳開關(guān)就完成了一次開關(guān)動作。當(dāng)施加的磁場達(dá)到工作點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)器輸出高電壓(相對于地電位)，使三極管導(dǎo)通，此時(shí)OC門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)稱為開。它由穩(wěn)壓器A、霍爾電勢發(fā)生器(即硅霍爾片)B、差分放大器C、施密特觸發(fā)器D和OC門輸出E五個基本部分組成[12]。 3．6 測量里程電路本設(shè)計(jì)采用霍爾傳感器A4EE測量里程。(6)第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。(5)第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。其中: DM162液晶模塊(1)第1腳：VSS為地電源(2)第2腳：VDD接5V正電源(3)第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高。單片機(jī)的P1口與LCD1602的連接。將檢測到的高低電平信號送單片機(jī), 依此調(diào)整車頭方向, 使其沿光源方向行駛。它根據(jù)照射在它上面的光線的強(qiáng)弱，阻值發(fā)生變化，輸出電壓隨之變化。3．4 檢測光源電路利用光敏電阻阻值隨光強(qiáng)弱變化的特性組成光控開關(guān)電路，檢測光源。因此，當(dāng)超聲發(fā)射電路由LM555產(chǎn)生40KHz方波來起振超聲波發(fā)射探頭，使其發(fā)射超聲波，如智能電動小車前方遇到障礙物時(shí)，此超聲波信號被障礙物反射回來，超聲波接收電路接收到超聲波信號（為正弦波信號）后輸入到比較器LM393使其調(diào)整為方波輸出到LM2907N，LM2907N芯片會把此方波信號的頻率轉(zhuǎn)化為對應(yīng)電壓值，當(dāng)此電壓值大于由4號引腳輸入的門電壓時(shí)，LM2907N的8號引腳輸出低電平，LED處于發(fā)光狀態(tài)。內(nèi)部比較器的4腳電壓為Vop+輸入電壓，它是電阻R（51KΩ）上的電壓，這個電壓和頻率有關(guān)的。，LM2907N的引腳功能如下： ① 腳（F）和11腳（IN）為運(yùn)算放大器／比較器的輸入端 ② 腳接充電泵的定時(shí)電容（C1）③ 3腳接充電泵的輸出電阻和積分電容（R1/C2） ④ 4腳（IN+）和10腳（UF1）為運(yùn)算放大器的輸入端 ⑤ 5腳為輸出晶體管的發(fā)射極（U0）⑥ 8腳為輸出晶體管的集電極，一般接電源（UC） ⑦ 9腳為正電源端（VCC） ⑧ 12腳為接地端（GND） ⑨ 6，7，13，14腳未用 LM2907N原理框圖將LM2907N的8腳接到單片機(jī)輸入口。LM2907N具有以下特點(diǎn)：① LM2907N進(jìn)行頻率倍增時(shí)只需使用一個RC網(wǎng)絡(luò)；② 以地為參考點(diǎn)的轉(zhuǎn)速計(jì)（頻率）輸入可直接從輸入管腳接入；③ 運(yùn)算放大器／比較器采用浮動三極管輸出；④ 最大50mA的輸出電流可驅(qū)動開關(guān)管、發(fā)光二極管等；⑤ 內(nèi)含的轉(zhuǎn)速計(jì)使用充電泵技術(shù)，對低紋波有頻率倍增功能；⑥ 比較器的滯后電壓為30mV利用這個特性可以抑制外界干擾；⑦ 輸出電壓與輸入頻率成正比，線性度典型值為177。將此方波信號輸出到信號處理電路。（2）超聲波接收電路超聲波接收電路使用超聲波接收傳感器，當(dāng)它接收到超聲波信號（為正弦波信號）后輸入到集成比較器LM393進(jìn)行處理。如果在控制端CV加上控制電壓VC，這時(shí)上觸發(fā)電平就變成VC值，而下觸發(fā)電平則變成 1/2VC。 等效的觸發(fā)器和它的功能真值表這個特殊的RS 觸發(fā)器工作原理：①兩個輸入端的觸發(fā)電平要求一高一低：置零端R即閥值端TH要求高電平，而置位端S即觸發(fā)端TR則要求低電平。放電端（DIS）可看成由內(nèi)部放電開關(guān)控制的一個接點(diǎn)，放電開關(guān)由觸發(fā)器的反Q端控制：反Q=1時(shí)DIS 端接地；反Q=0時(shí)DIS端懸空。這個特殊的觸發(fā)器有兩個輸入端：閥值端（TH）可看成是置零端 R，高電平有效；觸發(fā)端（TR）可看成是置位端S，低電平有效。8腳為電源（VCC），1腳為地（GND）。4腳為復(fù)位端（R），叫上低電平（ ）時(shí)可使輸出端為低電平。3腳為輸出端（OUT），有0和1兩種狀態(tài)，它的狀態(tài)由輸入端所加的電平?jīng)Q定。其各個引腳的功能如下：6腳為閥值端（TH），是上比較器的輸入。 超聲波發(fā)射電路該電路用到時(shí)基電路LM555。該電路分為超聲發(fā)射電路，超聲接收電路和信號處理電路[12]。超聲波傳感器有透射型、反射型兩種類型，常用于防盜報(bào)警器、接近開關(guān)、測距及材料探傷、測厚等。作為超聲波傳感器的材料，主要為壓電晶體。它有折射和反射現(xiàn)象，且在傳播過程中有衰減。圖27 顯示電路 檢測金屬鐵片電路原理圖 檢測障礙物電路采用超聲波傳感器探測障礙物。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是金屬物體。當(dāng)外界的金屬性導(dǎo)電物體接近這一磁場，并到達(dá)感應(yīng)區(qū)時(shí)，在金屬物體內(nèi)產(chǎn)生渦流效應(yīng)，這個渦流反作用于接近開關(guān)，從而導(dǎo)致LC振蕩電路振蕩能力衰減，振幅變小，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，即稱之為阻尼現(xiàn)象。振蕩器即是由纏繞在鐵氧體磁芯上的線圈構(gòu)成的LC振蕩電路。 檢測金屬片電路電感式接近開關(guān)由三大部分組成：LC振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路。由于接收對管裝在車底，發(fā)射距離的遠(yuǎn)近較難控制，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，靈敏度不高，因此采用在對管上套一塑料管，屏蔽外界光的影響，靈敏度將大幅提升。從而保證小車沿黑線行駛?？刂破湎蛴肄D(zhuǎn)；如果右方向偏離黑線，則左側(cè)的探頭就會檢測到黑線，把信號傳送到單片機(jī)，進(jìn)行處理校正。在小車行走過程中，結(jié)合查詢方式，通過程序控制小車行走軌跡。即當(dāng)小車底部的某邊紅外線收發(fā)對管遇到黑帶時(shí)輸入電平為高電平，反之為低電平[4]。當(dāng)小車行駛到黑色引導(dǎo)線時(shí)，紅外線信號被黑色吸收后，光敏三極管截止，輸出高電平，從而實(shí)現(xiàn)了通過紅外線檢測信號的功能。紅外發(fā)光二極管發(fā)射一定強(qiáng)度的紅外線照射物體，紅外光敏三極管在接收到反射回來的紅外線后導(dǎo)通，發(fā)出一個電平跳變信號。3．1 檢測軌跡電路 軌跡探測電路根據(jù)反射接收原理配置了一對紅外線發(fā)射、接收傳感器。 在本系統(tǒng)中，AT89C51單片機(jī)的P1口用于LCD1602顯示，、。本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)作為中央處理器。一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如ROM﹑RAM﹑I/O口﹑定時(shí)/記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等能量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。目前，單片機(jī)在民用和工業(yè)測控領(lǐng)域得到最廣泛的應(yīng)用，早已深深地融入人們的生活中。它的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小，可放在儀表內(nèi)部。它是把中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及輸入輸出適配器都集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計(jì)算機(jī)。綜合三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，決定選擇方案三。為了電路設(shè)計(jì)簡單，采用電機(jī)專用驅(qū)動芯片L298N，其驅(qū)動電流大，瞬時(shí)電流最高可達(dá)2A，為電機(jī)驅(qū)動專門設(shè)計(jì)，工作穩(wěn)定可靠。H型全橋式電路保證了可以簡單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制。通過PWM脈寬調(diào)制的方法,實(shí)現(xiàn)對小車速度的控制。,缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高【1】。方案二、采用繼電器控制電機(jī)。 電動機(jī)驅(qū)動模塊方案一、使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。但在齒輪箱中使用光電開關(guān)，要求有足夠的安裝位置，不能影響傳動機(jī)構(gòu)的機(jī)械動作。方案三、采用透射式光電開關(guān)。同時(shí)，霍爾元件具有體積小，頻率響應(yīng)寬度大，動態(tài)特性好，抗干擾能力強(qiáng)，對外圍電路要求簡單，使用壽命長，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，安裝也較為方便【7】。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時(shí),磁鋼也跟著轉(zhuǎn)動,霍爾元件感應(yīng)到磁場的變化時(shí),就會產(chǎn)生通斷效果,使單片機(jī)的輸入端產(chǎn)生高低電平的變化,從而使其計(jì)數(shù)小車車輪轉(zhuǎn)的圈數(shù),假設(shè)為N,并設(shè)車輪的周長為L,通過S=N*L,就可以計(jì)算出小車在一段時(shí)間內(nèi)的里程。方案二、采用開關(guān)式霍爾元件。但該方案受電池電量、路面介質(zhì)等因素的影響，在大多數(shù)情況下均暴露出誤差較大的缺點(diǎn)。因此，本設(shè)計(jì)采用方案二。目前已廣泛應(yīng)用在各種顯示領(lǐng)域。LCD廣泛應(yīng)用于微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中。缺點(diǎn)是只能顯示0～9的數(shù)字和一些簡單的字符，電路設(shè)計(jì)繁鎖，且占用空間。在系統(tǒng)中要用到多只LED數(shù)碼管進(jìn)行動態(tài)顯示即可達(dá)到要求。綜合考慮到上述方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用方案二。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時(shí)，它的阻值（亮電阻）急劇減少，因此電路中電流迅速增加。光敏電阻是用光電導(dǎo)體制成的光電器件，又稱光電管，它是基于半導(dǎo)體內(nèi)光電效應(yīng)工作的。方案二、利用由光敏電阻組成的光控開關(guān)電路。若干定位器在水平面上按不同角度展開，在尋找光源時(shí)根據(jù)每個定位器接收到的光線強(qiáng)弱（有無）得出光源的方位。智能電動小車應(yīng)以準(zhǔn)確、智能見優(yōu)，因此采用方案二。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射，形成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。同時(shí)，超聲波傳感器具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波傳感器安裝于小車前端，在規(guī)定的檢測距離內(nèi)，當(dāng)探測到障礙物時(shí)，超聲波傳感器給出脈沖信號至單片機(jī)，單片機(jī)檢測到該信號后，調(diào)整小車的方向，以控制小車準(zhǔn)確地繞過障礙物，而且避免因小車自然轉(zhuǎn)彎而導(dǎo)致的盲目方向控制。該傳感器能非常準(zhǔn)確地測出障礙物的存在，但價(jià)格高，處理復(fù)雜，不符合該設(shè)計(jì)的要求。根據(jù)上述要求，提出以下方案。 避障模塊 考慮到在測障過程中小車車速及反應(yīng)調(diào)向速度的限制，小車應(yīng)在距障礙物40CM的范圍內(nèi)做出反應(yīng)，這樣在順利繞過障礙物后，可尋找到最佳的位置和方向。因此用它作為小車的金屬傳感器，簡單易行、準(zhǔn)確且抗干擾性能優(yōu)越。當(dāng)金屬檢測體接近開關(guān)的感應(yīng)區(qū)域，開關(guān)就能無接觸，無壓力、無火花、迅速發(fā)出電氣指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動機(jī)構(gòu)的位置和行程，即使用于一般的行程控制。接近開關(guān)又稱無觸點(diǎn)接近開關(guān)，是理想的電子開關(guān)量傳感器。該傳感器取才方便，但難以調(diào)試，輸出信號也不可靠，成功率比較低，難以準(zhǔn)確輸出傳感信息。因此不易采用。 檢測金屬鐵片模塊方案一、采用探測線圈和探測儀構(gòu)成的金屬探測器。因此本方案易于實(shí)現(xiàn)，也比較可靠。紅外線光電傳感器的特點(diǎn)是尺寸小、使用方便、工作狀態(tài)受溫度影響小。單片機(jī)根據(jù)是否收到反射回來的紅外光來確定黑線的位置，從而控制小車的行走路線。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)[4]。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會發(fā)生明顯的變化。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。由于光敏二極管受可見光的影響較大，穩(wěn)定性差，所以放棄該方案。下面幾種方案是根據(jù)本原理設(shè)計(jì)的。其探測路面黑線的基本原理：光線照射到路面并反射，由于黑線和白紙對光的反射系數(shù)不同，可以根據(jù)接收到的反射光強(qiáng)弱來判斷是否是黑線。比較以上兩種方案的優(yōu)