【正文】 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基于單片機的智能小車的設(shè)計 25 最終 主板 PCB 圖 前板 PCB 基于單片機的智能小車的設(shè)計 26 5 系統(tǒng)調(diào)試 把原理圖畫、最終 PCB 畫好之后再根據(jù)實驗室現(xiàn)有的實驗條件進行制版，并一并把所有元器件焊接上，在焊接時應(yīng)注意以下幾點： ○ 1 、電解電容容有正負極之分，長正短負； ○ 2 、二極管有正負極之分，長正短負； ○ 3 、話筒有正負之分，負極與外殼相連； ○ 4 、蜂鳴器有正負之分，長正短負； ○ 5 、三極管按照電路板封裝焊接； ○ 6 、集成電路即芯片，安裝時要注意缺口對應(yīng)（缺口對應(yīng)位置和封裝對應(yīng)位置要一致）。圖 為小車尋跡模塊的程序流程圖 基于單片機的智能小車的設(shè)計 22 圖 尋跡程序流程圖 小車防撞報警 主人命令開啟防撞功能 時，小車主程序調(diào)用防撞報警函數(shù)，在防撞報警函數(shù)打開時進入實時檢測 腳，當前方遇到懸崖或障礙物時，小車內(nèi)部防撞函數(shù)調(diào)用電機驅(qū)動函數(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)報警信號引起報警。尋跡函數(shù) 的編寫是一個實時掃描單片機管腳 ， 管腳代表左方探頭傳回的信息， 代表右邊探頭傳回的信號。 要實現(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)，來實現(xiàn)尋跡功能。舉個例子，在編寫前進函數(shù)時，為了滿足小車前進功能，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)— 的碼值則可實現(xiàn)。 電機驅(qū)動包括驅(qū)動電機前進、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，而是每一個模塊都會有執(zhí)行電機驅(qū)動模塊的操作，所以在設(shè)計程序時，最優(yōu)設(shè)計應(yīng)該是將這些前進、后退、左右轉(zhuǎn)向單獨編譯成一個函數(shù)塊，每一個子模塊的運行就只需調(diào)用這些函數(shù)就可完成。主程序用一個 swich 函數(shù)來對相應(yīng)碼值進行對應(yīng)函數(shù)的調(diào)用就可以了，比如按下了上鍵，則調(diào)用前進函數(shù)來完成 小車前進動作。記錄出每來一 個脈沖的時間和脈沖總個數(shù)，等到一幀的數(shù)據(jù)發(fā)送完成之后，單片機結(jié)束計數(shù)，并關(guān)閉定時器。 程序框圖如圖 所 示 初始化檢測紅外遙控信號是收到紅外遙控信號否對紅外信號進行解碼執(zhí)行相關(guān)功能 圖 整體程序框圖 基于單片機的智能小車的設(shè)計 19 紅外遙控解碼的實現(xiàn) 整個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設(shè)計的主線，起到了整個系統(tǒng)入口的作用。 遙控器輸入 單片機解碼 電機控制（前進后退左右轉(zhuǎn)） 黑線尋跡 防 撞報警 基于單片機的智能小車的設(shè)計 18 圖 程序模塊連接 遙控器發(fā)送紅外信號時，開啟單片機外部中斷 0，主程序進入中斷函數(shù)，進行解碼。 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn) 在系統(tǒng)軟件設(shè)計時，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，因為遙控模塊、尋跡模塊、以及避障模塊等都同時用到了實時檢測掃描，這樣不僅占用CPU，而且多個程序一塊運行還會產(chǎn)生沖突。 圖 防撞探頭實物 當前面有障礙物時，單片機分析之后送給 一個高電平信號，使得三極管 V1 導通，從而引起 SB1 蜂鳴器導通，發(fā)出報警信號。 同時發(fā)出報警信號。如果有則自動調(diào)節(jié)小車的運動軌跡來成功避免撞到障礙物所帶來的損失，同時在遇到障礙物時，能夠提示報警，以提示主人應(yīng)注意安全。 基于單片機的智能小車的設(shè)計 16 智能防撞報警 模塊 智能防撞報警是現(xiàn)代智能小車的一個非常有研究價值的課題，十分有現(xiàn)實意義。原理圖如下圖所示，當 D2 接收到紅外信號時，會使 產(chǎn)生一個低電平，進而送給單 片機進行處理，單片機接收到來至左側(cè)的接收頭給的低電平時，給予小車右轉(zhuǎn)操作；同理，當小車右邊跑出黑線時，右側(cè)探頭識別之后會給小車低電平，提示小車應(yīng)該進行左轉(zhuǎn)操作。小車放在黑色跑道上時，打開電源時，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，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。 基于單片機的智能小車的設(shè)計 14 圖 路況檢測模塊硬件連接圖 上電之后紅外發(fā)射管 V V V3 導通，向地面以及前方實時發(fā)射紅外信號，當遇到白色墻或路面時，紅外信號經(jīng)白色路面有較強發(fā)射，這時紅外接收探頭 V V V4 剛好接收到紅外信號，使得這些探頭導通，將低電平送給 、 、 讓單片機進行判斷處理。筆者在該模塊中利用了簡單、應(yīng)用也比較普遍的檢測方法 —— 紅外探測法。紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號，經(jīng)路面反射傳回給紅 外接收管進行判斷處理。 圖 為 L9110 的 硬件連接圖。 下面給出關(guān)基于單片機的智能小車的設(shè)計 11 于 L9110 的相關(guān)數(shù) 據(jù)手冊。當 ~ 輸入為 1001 以及 0110 時，一電機正轉(zhuǎn)，另一電機反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)了左右轉(zhuǎn)向功能。 基于單片機的智能小車的設(shè)計 10 圖 電機驅(qū)動模塊 在圖 中，單片機通過控制 ~ 引腳電平的高低來控制直流電機 M M2 的正反轉(zhuǎn)。 電機驅(qū)動 模塊 在幾乎所有的遙控車大都采用了直流電機來控制小車的行為 ，直流電機有兩個控制端，通過改變輸入電平的 不同來改變電機的運轉(zhuǎn) 。 圖 為紅外信號的編碼格式 基于單片機的智能小車的設(shè)計 8 圖 紅外信號的編碼格式 單片機紅外 接收硬件電路 的實現(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 二進制信號的解碼 二進制信號的解碼由接收單片機來完成，它把紅外接收頭送來的二進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 發(fā)送 接收解調(diào) 解碼 基于單片機的智能小車的設(shè)計 7 圖 二進制信號的調(diào)制 二進制信號的解調(diào) 二進制信號的解調(diào)由一體化紅外接收頭 HS0038 來完成，它把收到的紅外信號經(jīng)內(nèi)部處理并解調(diào)復原，輸出圖 中波形 E（正好是對圖 中波形 A 的取反）， HS0038 的解調(diào)可理解為：在輸入有脈沖串時，輸出端輸出低電平，否則輸出高電平。圖 中 ，待發(fā)送的二進制數(shù)據(jù)為 101。 AT89C52 遙控模塊 路面檢測模塊 電機驅(qū)動模塊 報警模塊 顯示模塊 基于單片機的智能小車的設(shè)計 6 圖 紅外遙控解碼框圖 二進制信號的調(diào)制 二進制信號的調(diào)制 由 遙控器的主芯片 來完成，它把編碼后的二進制信號調(diào)制成頻率為 38KHz 的間斷脈沖串，相當于用二進制信號的編碼乘以頻率為 38KHz 的脈沖信號得到的間斷脈沖串，即是調(diào)制后用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的信號。發(fā)送部分由主芯片將待發(fā)的二進制信號編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號紅外信號接收端普遍采用價格便宜，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，它同時對信號進行放大、檢波、整形，得到 TTL 電平的編碼信號，再送給單片機，經(jīng)單片 機解碼并執(zhí)行，去控制相關(guān)對象。 基于單片機的智能小車的設(shè)計 5 2 系統(tǒng)硬件電路與實現(xiàn) 本設(shè)計采用了 AT89C52 單片機作為主控芯片來處理各個模塊的運營，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，信息傳輸可靠，功耗低，低成本，易實現(xiàn)等顯著優(yōu)點，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 計算機系統(tǒng)中。 路況檢測模塊 采用紅外發(fā)送接收探頭來檢測實時路況信息，并傳回單片機處理。 綜上所述：通過以上方案比較，在本系統(tǒng)中電機驅(qū)動芯片選用第二個方案，使用 LG9110 作為驅(qū)動電路。 方案 三 ：使用分立原件搭建電機驅(qū)動電路 使用分立原件搭建電機驅(qū)動電路造價低廉，在大規(guī)模生產(chǎn)中使用廣泛。該芯片有兩個 TTL/CMOS 兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個輸出端能直接驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)運動，它具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道能通過 750800mA 的持續(xù)電流，峰值電流能力可達 ；同時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載的反向 沖擊電流，使它在驅(qū)動繼電器、直流電機、步進電機或開關(guān)功率管的使用安全可靠。該設(shè)計也不用于速度控制，相對來講 LG9110 成本基于單片機的智能小車的設(shè)計 4 較低 。 因為該單片機成本低廉，操作起來方便，因此本設(shè)計控制器選用此方案。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。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 每個管腳的驅(qū)動能力較弱，有利于低功耗，但是在電源方面，處理器使用的功耗相對輸入幾基于單片機的智能小車的設(shè)計 3 乎沒有多大影響。作為混合信號和數(shù)字技術(shù)的領(lǐng)導者 ， TI 創(chuàng)新 生產(chǎn)的 MSP430， 使系統(tǒng)設(shè)計人員能夠在保持獨一無二的低功率的同時同步連接至模擬信號、傳感器和數(shù)字組件。 基于單片機的智能小車的設(shè)計 2 1 設(shè)計任務(wù) 及方案 設(shè)計任務(wù)及要求 此次的設(shè)計任務(wù)是設(shè)計一款基于單片機的智能小車的設(shè)計。所以立“智能循