【正文】 碼設(shè)置8X2輸出455KHz振蕩器輸出9X1輸入455KHz振蕩器輸入10Vss輸入地11LED輸出發(fā)射輸出1219C8C1輸入/輸出鍵盤列控制20AIN輸入低8位地址碼輸入 紅外接收電路紅外接收電路最簡(jiǎn)單，使用HS0038（如圖37）一體化紅外接收頭，只需要連接3只引腳就可以了，至于信號(hào)的解調(diào)是它內(nèi)部做的事，只需搞清楚它的輸出信號(hào)就可以了。按照上圖的接法，K2~K9的數(shù)據(jù)碼分別為：0x00，0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07。D7是按鍵指示，在有按鍵按下時(shí)此二極管亮。電路原理圖見圖36。圖35 報(bào)警系統(tǒng) 無線遙控系統(tǒng)無線模塊由發(fā)射電路和接收電路兩部分組成，發(fā)射電路主要是是通過遙控器芯片HT6221控制，接收電路是用一體化紅外接收頭HS0038。 避障報(bào)警在小車行進(jìn)過程中，如果小車前方發(fā)現(xiàn)障礙物，必然會(huì)被紅外傳感器捕捉到，將信號(hào)回饋給單片機(jī)，再由單片機(jī)控制報(bào)警電路，小車將會(huì)立即停止前進(jìn)，發(fā)出報(bào)警。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號(hào)，再通過LM324作比較器來采集高低電平，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢測(cè)。通過測(cè)試此種方案就能很好的實(shí)現(xiàn)小車避開障礙物，且充分的利用資源而不浪費(fèi)。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。兩個(gè)輸入端電壓差別大于 10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把 LM324用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。當(dāng)“+”端電壓高于“”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“”表示。LM324類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。1V177。圖34循跡原理圖 LM324比較器LM324四比較器功能應(yīng)用。 TCRT5000光電對(duì)管簡(jiǎn)介在小車具體的循跡行走過程中，我選用TCRT5000型光電對(duì)管。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號(hào)，再通過LM324作比較器來采集高低電平，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢測(cè)。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。這樣就通過PWM資源調(diào)節(jié)加在電機(jī)兩端的平均電壓，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)小車速度的目的。調(diào)速部分直接連接到了單片機(jī)接口，只要在程序中進(jìn)行合理的設(shè)置，在相應(yīng)的端口就有PWM信號(hào)產(chǎn)生，加在小車電機(jī)兩端的電機(jī)就是PWM電壓信號(hào)。且只要搭配恰當(dāng)就能實(shí)現(xiàn)正常功能。但是由于慣性的作用，雖然一側(cè)的電機(jī)停轉(zhuǎn)了，另一側(cè)的輪子會(huì)帶著停轉(zhuǎn)的輪子一起運(yùn)動(dòng)，這樣小車偏轉(zhuǎn)的趨勢(shì)就不明顯，小車轉(zhuǎn)彎的半徑就會(huì)比較大，不能達(dá)到理想的目的。但是這種轉(zhuǎn)彎的實(shí)現(xiàn)方案在實(shí)際測(cè)試中并不十分理想，小車轉(zhuǎn)彎所走的弧線半徑比較大，有時(shí)近似在走直線。比如讓右側(cè)的輪子停轉(zhuǎn)，左側(cè)的輪子前傳，對(duì)應(yīng)的端口P4_7P4_4輸出狀態(tài)為0001，此時(shí)小車就會(huì)向右前方旋轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)右前轉(zhuǎn)。（2）轉(zhuǎn)彎的實(shí)現(xiàn)原理智能車行進(jìn)過程中要求能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避開障礙物，因而需實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)彎功能。同理，只要讓兩個(gè)電機(jī)同時(shí)反轉(zhuǎn)，就實(shí)現(xiàn)了小車的倒退功能。表32 控制電機(jī)轉(zhuǎn)向表P4_7P4_4左電機(jī)右電機(jī)小車0000停轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)停止0001停轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)左前轉(zhuǎn)0010停轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)左后轉(zhuǎn)0100反轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)右后轉(zhuǎn)1000正轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)右前轉(zhuǎn)1001正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)前進(jìn)0110反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)后退1010正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)0101反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（1）直走的實(shí)現(xiàn)原理由于小車每一側(cè)的輪子由同一側(cè)的電機(jī)控制，只要讓小車的左右兩側(cè)的輪子同時(shí)以相同速度正向旋轉(zhuǎn)，小車就會(huì)受到向前的作用力而向前運(yùn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了小車的直走功能。由于本芯片的工作電流比較大，發(fā)熱量也比較大，所以在本芯片的散熱片上又連接了一塊鋁合金，以增大它的散熱面積。在可設(shè)計(jì)中就將它們直接接地。表31是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系：表31 L298N芯片引腳的邏輯關(guān)系EN A（B）IN1（IN3）IN2（IN4）電機(jī)運(yùn)行情況HHL正轉(zhuǎn)HLH反轉(zhuǎn)H同IN2（IN4）同IN1（IN3）快速停止LXX停止控制使能引腳ENA或者ENB就可以實(shí)現(xiàn)PWM脈寬速度調(diào)整。引腳6和11腳為電動(dòng)機(jī)的使能接線腳。L298N見圖33圖33 L298N它的引腳2，3，13，14為L(zhǎng)298N芯片輸入到電動(dòng)機(jī)的輸出端，其中引腳2和3能控制兩相電機(jī)，對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，即可控制一個(gè)電動(dòng)機(jī)。圖32 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 L298N簡(jiǎn)介L(zhǎng)298N 是SGS 公司的產(chǎn)品。這些特性使得L298N很適合用作小型直流電機(jī)控制芯片。這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。L298N 可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī), OUT l、OUT2 和OUT OUT4 之間分別接兩個(gè)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)采用外部時(shí)鐘源時(shí)，該引腳懸空。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)采用外接時(shí)鐘源時(shí)，該引腳接外部時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。RST：復(fù)位輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。GND：接地。圖31 AT89C51單片機(jī) AT89C51功能部件和特性At89c51單片機(jī)具有如下功能部件和特性如下：（1）8位微處理器(CPU)；（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（128B RAM)；（3）程序存儲(chǔ)器（4KB Flash ROM）；（4）4個(gè)8位可編程并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）；（5）一個(gè)全雙工的異步串行口；（6）2個(gè)可編程的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（7）1個(gè)看門狗定時(shí)器；（8）中斷系統(tǒng)具有5個(gè)中斷源、5個(gè)中斷向量；（9）特殊功能寄存器（SFR）26個(gè)；（10）低功耗節(jié)電模式有空閑模式和掉電模式，且具有掉電模式下的中斷恢復(fù)模式；（11）3個(gè)程序加密鎖定位。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。第3章 硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用芯片AT89C51為主控芯片，下面開始介紹其結(jié)構(gòu)特性和引腳功能。 本章小結(jié)本章將系統(tǒng)拆分成了若干個(gè)功能模塊，并且對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵部分進(jìn)行了方案的分析與選擇。這是通過對(duì)原先的5路輸入進(jìn)行組合得到的。接收電路RX2的4腳和5腳之間接的電阻阻值要和TX2的11腳、12腳間的電阻阻值接近，相差在20%之內(nèi)方可正確的解碼，本設(shè)計(jì)中這兩個(gè)電阻都選用150KΩ；2腳接地；13腳接35V電源；3腳接輸入信號(hào)，由一體化紅外接收頭1838輸出的信號(hào)需要加一個(gè)反向器才是正確的編碼信號(hào)；6腳、7腳、10腳、11腳、12腳為5路遙控命令的輸出端，分別和TX2的5路輸入端的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。方案二：采用臺(tái)灣瑞昱公司生產(chǎn)的專用于遙控車模的CMOS大規(guī)模集成電路TX2/RX2，該編解碼芯片具有5種控制功能，使用方便。不過這些工作都由一塊集成電路完成，自己需要做的是搭建外圍電路，當(dāng)選定一種型號(hào)的發(fā)射IC后只要按照它的說明書上的典型電路搭建就可以了。碼的波特率在收、發(fā)兩端應(yīng)該是一致的。所以，我選擇了方案三來實(shí)現(xiàn)供電。方案二：，但6V的電壓太小不能同時(shí)給單片機(jī)與與電機(jī)供電。通過比較，我采用方案三。方案四：采用一只紅外對(duì)管置于小車右側(cè)。但此方案過于依賴硬件、成本較高、缺乏創(chuàng)造性，而且置于小車左方的紅外對(duì)管用到的幾率很小，所以最終未采用。其安裝簡(jiǎn)易，也可以檢測(cè)到障礙物的存在，但難以確定小車在水平方向上是否會(huì)與障礙物相撞，也不易讓小車做出精確的轉(zhuǎn)向反應(yīng)。通過比較，我選擇第三種方案來實(shí)現(xiàn)循跡功能。若小車回到了軌道上，即4個(gè)探測(cè)器都只檢測(cè)到白紙，則小車會(huì)繼續(xù)行走；若小車由于慣性過大依舊偏離軌道，越出了第一級(jí)兩個(gè)傳感器的探測(cè)范圍，這時(shí)第二級(jí)動(dòng)作，再次對(duì)小車的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行糾正，使之回到正確軌道上去。其中R1與L1 為第一級(jí)方向控制傳感器， R2 與L2 為第二級(jí)方向控制傳感器。這4個(gè)紅外探測(cè)器的具體位置如圖23所示。只不過如果小車運(yùn)動(dòng)速度過快，由于慣性的緣故，左右只有一級(jí)方向控制傳感器的情況下，不能很好地實(shí)現(xiàn)循跡功能，有可能跨國(guó)黑線，導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)所要求的功能不能很好地實(shí)現(xiàn)，故未采納此方案。故最終未采用該方案。 循跡模塊方案設(shè)計(jì)與論證方案一：采用簡(jiǎn)易光電傳感器結(jié)合外圍電路探測(cè)，但實(shí)際效果并不理想，對(duì)行駛過程中的穩(wěn)定性要求很高，且誤測(cè)幾率較大、易受光線環(huán)境和路面介質(zhì)影響。軟件部分可以直接調(diào)用液晶屏對(duì)應(yīng)的顯示子程序，漢字代碼可以在漢字顯示字庫(kù)里查詢，直觀方便。并且用數(shù)碼管顯示不直觀。這樣硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜，并且要占用太多CPU時(shí)間。此方案雖然軟件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，但是硬件設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，并且用數(shù)碼管進(jìn)行狀態(tài)顯示很不直觀。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。現(xiàn)市面上有很多此種芯片，我選用了L298N。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。方案三：采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。但電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊方案設(shè)計(jì)與論證方案一：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制,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。針對(duì)本設(shè)計(jì)特點(diǎn)多開關(guān)量輸入的復(fù)雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長(zhǎng)處理多開關(guān)量的標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)，而不能用精簡(jiǎn)I/O口和程序存儲(chǔ)器的小體積單片機(jī)，D/A、A/D功能也不必選用。這樣一來，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。方案二：采用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，用其控制行進(jìn)中的小車，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。但CPLD在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢(shì)。據(jù)此，擬定了以下兩種方案并進(jìn)行了綜合的比較論證，具體如下：方案一：選用一片CPLD（如EPM7128LC8415）作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。報(bào)警模塊主控系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊遙控接收模塊循跡模塊避障模塊顯示模塊遙控發(fā)射模塊遙控器芯片復(fù)位模塊時(shí)鐘振蕩模塊電源模塊圖21 系統(tǒng)原理框圖 主要功能模塊方案設(shè)計(jì)與論證本章節(jié)主要介紹的是主控模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、循跡模塊、避障模塊、遙控發(fā)射模塊和電源模塊的方案設(shè)計(jì)與論證，選出最適宜的方案。將系統(tǒng)拆分成以上的這些基本功能模塊后，再根據(jù)各個(gè)模塊所要完成的功能分別去設(shè)計(jì)，也就是按照“逐步求精”的思想去設(shè)計(jì)本系統(tǒng)，這將使設(shè)計(jì)工作細(xì)化，也有助于制定進(jìn)度安排。 本章小結(jié) 本章主要講述紅外遙控小車所應(yīng)用的技術(shù)目前的發(fā)展背景，闡明這次設(shè)計(jì)的目的，概括這次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及要求，并表述了紅外遙控小車所代表的時(shí)代意義。充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。它更讓人類懂得，數(shù)字時(shí)代的發(fā)展將改變?nèi)祟惖纳?，將加快科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)也標(biāo)志了自動(dòng)控制領(lǐng)域成為了數(shù)字化時(shí)代的一員。 設(shè)計(jì)要求（1）提出合理的方案；（2）繪制小車控制系統(tǒng)原理圖； （3）編寫解碼軟件，調(diào)整對(duì)紅外信號(hào)的解碼，編寫控制軟件實(shí)現(xiàn)功能。 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)紅外遙控的電動(dòng)車，使之可按遙控器的控制行走。本課題設(shè)計(jì)是具有一定難度的基于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。在實(shí)踐中檢驗(yàn)所學(xué)知識(shí),從而加強(qiáng)理論與實(shí)踐的相結(jié)合。 設(shè)計(jì)目的直流電機(jī)的控制技術(shù)是電機(jī)控制的最基本技術(shù)，本設(shè)計(jì)目的是通過設(shè)計(jì)直流電動(dòng)玩具車，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)直流電機(jī)的控制，使小車可按規(guī)定線路和要求行駛。也同時(shí)希望在設(shè)計(jì)中使用更多的先進(jìn)技術(shù)且能有效的控制設(shè)計(jì)成本，使其