【正文】 第 4 頁 第 1 章 設計環(huán)境建設 1． 1 硬件環(huán)境 要迅速反應、精確計算高效率的完成 復雜功能 ，就需要一個運作穩(wěn)定良好的硬件環(huán)境。 高質量的硬件可以提供更加清晰豐富的數(shù)據(jù)，收集足夠而標準的有用信息。硬件系統(tǒng)鋪設過程中要預留有足夠的調試空間，要有目的有計劃的建設系統(tǒng)關鍵節(jié)點，足夠而適當?shù)恼{試空間可以提升系統(tǒng)的各方面適應性和可靠性 。 軟件環(huán)境 設計中用到的軟件操作系統(tǒng)是 windows xp,編程中用到了 vc,在模擬仿真中用到了 Keil C,protel,proteus 等。它表現(xiàn)了整個智能小車設計的系統(tǒng)執(zhí)行效率。由于 AT89S52 具有 32個 I/O 口，能滿足小車各部分對 I/O 口的需求，另外只用一個單片機可以很好的控制小車。利用兩塊 AT89S52 分別對小車的各部分進行檢測和控制，雖然減輕了單個單片機的負擔，提高了系統(tǒng)的工作效率，但是存在很多的 I/O 的資源浪費，并且兩個單片機不容易控制，所以不采用該方案。 主要芯片介紹 A AT89S52 芯片 ]6[ 圖 21 第 7 頁 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。 AT89S52 具有以下 標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結構，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。 P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。 此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2的外部計數(shù)輸入（ ）和定時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ）。 P2 口 ： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗的控制信號。當振蕩器工作時， RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。對 FLASH 存儲器編程期 間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。該位置位后，只有一條 MOVX 和MOVC 指令才能將 ALE 激活。 PSEN：程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 FLASH 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 H橋電路的輸入量可以用來設置馬達轉動方向，使能信號可以用于脈寬調整（ PWM）。每 1個電機需要 3 個控制信號 EN EN IN IN2，其中 EN EN2 是使能信號， IN IN2為電機轉動方向控制信號， IN IN2 分別為 1， 0時，電機正轉，反之，電機反轉。選擇一路 I/O 口，經(jīng)反向器 74HC14 分別接 IN1 和 IN2 引腳，控制電機的正反轉 。 L293D 內(nèi)部集成了續(xù)流二極管，因此可以直接驅動感性負載，如線圈和電機。 第 10 頁 圖 23 引腳介紹： 第一部分是電荷泵電路。功能是產(chǎn)生 +12v 和 12v兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。由 1 1 1 14 腳構成兩個數(shù)據(jù)通道。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10腳（ T2IN）、 7腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 第三部分是供電。 主要特點： (1)符合所有的 RS232C 技術標準 (2)只需 要單一 +5V 電源供電 (3)片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 10V 第 11 頁 電壓 V+、 V (4)功耗低，典型供電電流 5mA (5)內(nèi)部集成 2個 RS232C 驅動器 (6)內(nèi)部集成兩個 RS232C 接收器 小車控制板電路圖 涉及到的主要配件有： 300rad/min 直流電機， ATmega8515L 芯片， MAX232芯片，濾波器，電容，電阻，二級管，串口接口，開關等 ，智能小車的原理圖詳見附錄 1。它的功能為接受串口傳入的 16位控制命令 0 0 0 0 05，并根據(jù)接收到的 16位控制命令實現(xiàn)小車的前進、后退、左轉、右轉及停止功能。 智能小車程序 介紹 本設計程序分為上位機和下位機，上位機主要通過 MFC 控制窗口對小車發(fā)送運動指令，上位機通過 MFC 讀取指令，由計算機的串口發(fā)送給 XL02232AP1 無線發(fā)送模塊。 上位機程序介紹 上位機是用 MFC 寫成的應用程序，主要目的為通過 COM口向串口發(fā)送數(shù)據(jù)到無線發(fā)送模塊，經(jīng)接收模塊接收后控制 小車的運行軌跡。 char buf[1]。 (,9600)。 ()。 下位機程序介紹 A 主要功能 及 實現(xiàn) 本設計主要實現(xiàn)了只能小車在運動過程中的直行，后退，停止及轉彎，下面詳細介紹各功能的實現(xiàn)情況。 sbit input2=P1^2。 sbit input3=P1^1。 分別定義 input1,input2,input4,input3 為 P1 口的第 3,2,0,1 位，以便進行位操作 ,定義 en 為 p3 口的第六位。 TMOD=0x22。 第 14 頁 TL0=0x38。 TL1=0xfd。 TR1=1。 SM0=0。 EA=1。 ET0=1。 TR0=1， TR1=1 表示分別啟動 T0 和 T1計數(shù)器 REN為接收控制位， REN=1 表示允許接收 。在中斷初始化方面， EA=1 表示開單片機所有中斷 ,ES=1 開串行口中斷， ET0=1 開 TO中斷，初始化完畢，進入主程序循環(huán)。 利用 switch 語句的判斷 ，例如小車的右轉： case 0x06: carmov(UF,US)。//小車 原地 case 0x07: carmov(UF,UL)。//小車右轉 弧形拐彎 1級 case 0x08: carmov(UF,UM)。//小車右轉 弧形拐彎 2級 單片機對接收到的指令通過 上述語句進行判斷，若收到的為 0x08，則執(zhí)行第三條語句，調用 carmov 函數(shù)，函數(shù)的兩個初始值分別為 UF 和 UM，在程序中已定義 define UF 1， define UM 2，運行 carmov 函數(shù)，首先進行左輪運動情況的判斷 ，在此例中，我們選擇左輪的初值為 UF。 input2=0。 繼續(xù)運行程序進行小車的右輪運動情況的判斷，此例中，我們選擇右輪的初值為 UM。 input3=0。 input3=1。 通過左右輪的單獨控制，完成小車的向右 2級弧形拐彎。 void tim0() interrupt 1 { num++。 } 簡單介紹單片機模擬產(chǎn)生 PWM信號 。 在此，我們設計 num 初值 為 0， num自加，如果 num=90 時，則將 num 變?yōu)?繼續(xù)中斷程序運行，在此我們用定時器中斷模擬出 PWM 波，將其分成 90 等份，在小車轉動過程中，可以限制 num 值的大小而調整 PWM 波中高電平的占空比，從而實現(xiàn)小車電機在一個 PWM 周期波中的轉數(shù)控制，達到小車拐彎角度的控制 ]1[ 。用修改定時器中 斷初值的方法巧妙形成了脈沖信號，調整時間段的寬度便可使小車 運動。 B 程序流程圖 第 17 頁 圖 27 產(chǎn)生 PWM 信號流程圖 開始 中斷返回 定時器初始化開定時器中斷 改變定時時間輸出管腳取反 運行其他中斷程序 有中斷 是否為長中斷 第 18 頁 圖 28 串口中斷程序流程圖 圖 29 定時器中斷流程圖 接收中斷標志位RI 清零 讀取數(shù)據(jù) 結束 開始 結束 num++ num=90? num=0 是 否 開始 第 19 頁 圖 210 主程序流程 圖 前進 原地左轉 向左弧形轉彎 向右弧形轉彎 原地右轉 后退 停止 開始 初始化 第 20 頁 第 3 章 無線 收發(fā)模塊 在小車系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的基本任務是：接收系統(tǒng)通過無線通信發(fā)射裝置傳來的運動控制指令，然后根據(jù)接收到的運動指令控制小車左、右輪的停止或轉動以實現(xiàn)規(guī)劃的運動。所以通信速率高、集成度好、可靠性高、抗干擾能力強的無線通信系統(tǒng)對于 正確實現(xiàn)小車的運動規(guī)劃 具有重要的意義 ]8[ 。 其特點主要有 ]8[ ： ★ 300米傳輸距離 ★工作頻率在 － ，（默認 ） ★可設置 ID：范圍 0－ 65535,默認 ID:12345 ★串口速率 .(默認 ) ★數(shù)據(jù)格式 8N1 ★方便快捷的參數(shù)設置 XL02232AP1 的端口定義及 連接示意圖 第 21 頁 A 端口定義： 表 31 管腳 定義 說明 電平 備注 1 VCC 電源 +5v 模塊的第一方形焊盤 2 GND 地 GND 3 TXD 模塊數(shù)據(jù)輸出 TTL 4 RXD 模塊數(shù)據(jù)輸入 TTL 5 SET 設置時拉低，平時懸空 進入設置模塊時，請先將此端口拉低，再給模塊上電，此時綠燈長亮 6 GND 地 GND 7 NC 不連接 B 連接示意圖 圖 31 第 22 頁 圖 32 無線模塊的性能 A 通信方式 在智能小車運動過程中，機器人的無線通信協(xié)議采用廣播式通信方式。 第 23 頁 圖 33 串行口通信中斷程序流程 開始 同步標志 1？ 幀頭 155H? 同步標志 2？ 同步標志 3？ 幀頭 355H？ 幀頭 2FAH？ 置同步標志 1 置同步標志 3 置同步標志 0 置同步標志 2 置同步標志 0 開始接收數(shù)據(jù)，送到暫存區(qū)，數(shù)據(jù)和 CRC 校驗 最后字節(jié) CRC? 最后一個字節(jié)？ 置同步標志 0 置新接收成功標志 1 置同步標志 0 恢復現(xiàn)場返回 N N N Y Y Y Y N N N N N Y Y Y Y Y 第 24 頁 由流程圖 33 可知，必須通過啟始同步碼 3道關驗證，才能開始接收數(shù)據(jù)。 CRC 校驗字節(jié)是每個數(shù)據(jù)字節(jié)相互異或后的結果。 C 干擾與噪聲 造成無線通信系統(tǒng)可靠 性不高的原因很多，主要原因是存在著各種噪聲和干擾。 為了抑制系統(tǒng)干擾及噪 聲，應盡可能提高無線模塊的工作電壓和發(fā)射功率。使用的發(fā)射和接收天線的長度保持一致，且均垂直于水平面向上。 配置接口通訊協(xié)議 圖 34 第 25 頁 操作步驟：按圖 34中標識，把無線模塊插入轉接板相對位置。首次使用無線收發(fā)模塊要進行 調試：將電源開關置于 ON，電源指示燈紅燈亮，再將設置開關置于 ON，設置狀態(tài)燈綠燈亮。本設計中，采用 RFMagic 調試無線模塊。 接口 通訊接口 : RS232 – TTL 通訊速率 : 9600bps 通訊格式 : 1 start bit , 8 data bits , no parity bit , 1 stop bit 注意：在配置模式下串口恒為以上 格式。 第 27 頁 第 4 章 電機驅動模塊 本次設計中采用了 L293D 驅動兩臺 獨立 直流電機 分別 控制小車的左后輪和右后輪， 向小車發(fā)送左轉或右轉指令時，可以分別控制兩輪的轉速，使