【正文】 C15單片機簡介本次課題采用的STC15W4K系類單片機是STC公司生產的推出的新一代單時鐘周期/機器周期（1T）的單片機。除此外15單片機還具有一下特點：（1） 增強型8051 CPU，1T，單時鐘/機器周期，速度比普通的8051快812倍。（3） 封裝比傳統(tǒng)的51小，本次課設用的15其封裝為QFN32(5m*5m)，將其引腳由排針引出來后也比傳統(tǒng)單片小的多。, ,: ,單片機短時間(十個時鐘)[27]。 ,。 中斷說明 STC15w4K32s4系列単片機提供了21個中斷請求源它們分別是:外部中斷0(INT0)、定時器0中斷、外部中斷1(INT1)、定時器1中斷、中口1中斷、 A/D轉換中斷、低壓檢測(LVD)中斷、CCP/PWM/PCA中斷、中口2中斷、 SPI中斷、外部中斷2(INT2)、外部中斷3(NT3)、定時器2中斷、外部中斷4(NT4)、中口3中斷、串口4中斷定時器3中斷、定時器4中斷、比較器中斷、 PWM中斷及PWM異常檢測中斷,除外部中斷2(INT2)、外部中斷3(INT3)、定時器2中斷、串口3中斷、串口4中斷、定時器3中斷、定時器4中斷及比救器中斷固定是最低優(yōu)先級中斷外,其它的中斷都具有2個中斷優(yōu)先級[28]。在15單片機中因其內部含有時鐘電路和復位電路，所以本次課題就不加入時鐘電路和復位電路。電源模塊由一個電源插孔，一個六角自鎖開關和一塊7805穩(wěn)壓芯片組成。驅動L298N的工具電壓為9V電壓，單片機、LCD、超聲波傳感器等的供電使用的是5V電壓，這也是圖中出現(xiàn)兩個輸出電壓的原因，這是前期調試用到的電路圖，到后期小車成型后巧妙的運用了L298N中的穩(wěn)壓芯片獲取5V電壓，因此只需要輸入9V電壓即可。：電氣參數(shù)HCSR04超聲波模塊工作電壓DC 5V工作電流15mA工作頻率40kHz最遠射程4m最近射程2cm測量角度15度輸入觸發(fā)信號10us的TTL脈沖輸出觸發(fā)信號輸出TTL電平信號，與射程成 比例規(guī)格尺寸45*20*15mm 超聲波測距的物理性質 超聲波是頻率大于2萬Hz的機械振動在彈性介質中傳播而形成的一種機械波[]。（2）傳感器能采集到超聲場的變化。超聲波在遇到障礙物后會被反射，超聲波模塊接收到反射波后，單片機的計時器停止計時。超聲波模塊在接收超聲波時存在能量轉化，當超聲波接收到反射波后，聲信號轉換為電信號，從而使單片機的停止計時。6錄回波的時間，存儲所要求的數(shù)據(jù)，并將時間間隔轉換成距離在超聲波測量系統(tǒng)中，頻率取得過高或是過低都不合適，最常使用40KHz的超聲波。 電機驅動電路 驅動電路采用的是L298N驅動電路，： L298N驅動原理圖 L298N實物圖 電機驅動電路分析 L298N其內部含有橋式電路，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載[10]；控制原理采用采邏輯電平信號進行控制具有ENA和ENB兩個使能控制端，在無信號信號影響的情況下只允許或禁止器件由一個電源信號輸入，在使用LN298的時候通常需要將8個二極管并聯(lián)到電路中，這8個二極管可做續(xù)流保護的作用，電機在斷電后由于慣性作用會產生有可能會發(fā)生自感，為了防止電源關閉時自感電壓擊穿開關元件，同時也是防止電機受外力作用運轉時發(fā)電造成芯片損壞。 直流電機控制表電機旋轉方式控制端IN1控制端IN2控制端IN3控制端IN4PWM信調速ABM1正轉高低//高/反轉低高//高/停止低低//高/M2正轉//高低/高反轉//低高/高停止低低///高 PWMD調速分析PWM即脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation），固定了一個輸出信號的時間周期，通過調整基本周期內工作時間的大小來調整脈沖的占空比[29]，在課題中PWM由單片機完成。 PWM控制原理圖設電機始終接通電源時，電機轉速最大為Vm，設占空比為D=t/T,則電機的平均速度為[30]： Vd=Vm由公式（）可見，當改變占空比D時，就可以得到不同的電機平均速度，從而達到調速的目的。兩種工作方式都是根據(jù)電壓差來工作，單極性就是只有一端接PWM，另一端接GND。由于單極性工作制電流的最大波動比雙極性工作制的小，古采用了單極性工作制。具有顯示質量高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點。本設計用的是16*2的模塊。 引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極其中VL為背光調節(jié)引腳，高電平時對比度最弱，反之最強。R/W為讀寫引腳，高電讀取，反之寫入。 1602LCD的指令說明及時序：1602液晶模塊內部的控制器共有11條控制指令。（說明：1為高電平、0為低電平）各指令具體含義如下表所示。指令2光標復位，光標返回到地址00H。高電平表示有效，低電平則無效。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令6功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符.指令7字符發(fā)生器RAM地址設置。指令9 讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令11 光電測速模塊光電測速模塊的信號線接在外部中斷口。：TTL電平，當檢測到碼盤無縫隙時輸出高電平，反之低電平，轉一周輸出的脈沖數(shù)由碼盤線數(shù)決定。 報警電路設計報警采用的是聲光報警，聲報警就是在單片機指定的引腳上接一個蜂鳴器。三極管是模擬電子技術中一個非常重要的電子元件，其作用是將電路中的微弱信號進行放大[ 31]。 報警電路設計第四章 軟件設計部分 小車程序的編寫時整個課題的重點也是難點，程序的編寫采用的是模塊化結構，就是將整個大程序模塊化的劃分開。主程序是指小車在正常行使的情況下所執(zhí)行的程序，中斷程序是指小車受到中斷的觸發(fā)后跳入中斷程序，待中斷程序結束后再執(zhí)行主程序。當小車進入中斷后是否還顯示小車的車速要在具體的調試中進行對比分析，還有小車的中斷程序應該加入中斷保護程序，所謂的中斷保護是指：當中斷觸發(fā)時，中斷前一時刻所執(zhí)行的程序受到保護，當中斷接收程序從進入中斷前的那個程序開始執(zhí)行[9]。 主程序的設計 本設計采用了STC15系列的單片機，其程序的編寫跟傳統(tǒng)的51單片機沒有太大的區(qū)別。具體編寫時通過定義定時器T1中斷來確定超聲波傳感器的采集周期和測速的采集周期，這兩個周期可以使一致的，定時器是一個非常重要的程序，因為15沒有外接時鐘電路，所以通過查閱15單片機的用戶手冊可了解其內部的機械周期。定時器T1用于產生計算并顯示PWM。小車的主程序雖然包含了很多程序，但是只要通過模塊化的調試，最終將小車的程序整合到一起便可實現(xiàn)小車的測速、測距、避障報警燈功能。VCC和GND是給超聲波模塊供電的，Echo和Trig分別是超聲波信號的收發(fā)引腳，因此需要給單片機相連。 超聲波測距流程圖 避障程序設計避障程序時基于超聲波測距程序，當超聲波采集到的距離小于程序中的預設值時，觸發(fā)單片機的中斷，因此超聲波避障的程序應該放在中斷程序中。超聲波傳感器發(fā)射超聲波測量障礙物距離，決定電機的輸出狀態(tài)。PWM脈沖的周期是通過定時器實現(xiàn)的，設置定時器T1的TH1和TL1的初值[14]；在實際編程設定一個50ms的周期，具體實現(xiàn)過程：每到1ms進一次定時器中斷服務程序[14]，在用函數(shù)定義一個變量，這個函數(shù)用于累加進定時器T1中斷的次數(shù)，h變量用來表示高電平次數(shù)，同樣用if來設置閾值，當累加到的次數(shù)達到閾值時就會給相應的電機管腳高電平，否則給低電平，就能輸出方波從而達到脈寬調制的目的。需要注意的是PWM調速程序也需要在避障中發(fā)揮左右，因為我用的車模是兩驅車，因此需要通過兩輪的速度差來進行轉彎，從而實現(xiàn)避障功能。這個在硬件部分已經做了詳細的介紹。（2） 顯示的初始化（顯示初始化包括設置顯示方式、延時、清緩存和設置模式等）（3） 設置顯示地址（寫顯示字符的位置）（4） 寫顯示字符的數(shù)據(jù) 。蜂鳴器的的聲音頻率是可調的，這個在下文的調試部分會做詳細的介紹。Keil作為美國Software公司推出的兼容51系列單片機的C語言開發(fā)環(huán)境，其為用戶提供了包括C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案[32]。51開發(fā)板由1602模塊和蜂鳴器以及二極管，同時也可以機上直流電機進行PWM調速，為此選用開發(fā)板對模塊進行調試最為方便和效率。除此之外對LCD硬件進行安裝的時候需要接入可調電阻（電位器），其作用是調節(jié)LCD顯示屏的對比度，讓LCD能更清楚的顯示字符，這個是硬件調試中需要解決的問題。圖 LCD測試圖 光電碼盤模塊與超聲波一樣也是四根線，一個VCC，一個GND,還有兩個信號線，分別測正反轉的，這里為了簡潔只取了一個方向進行工作測量。 測速的效果圖 蜂鳴器報警調試 在開發(fā)板上用一根跳線將蜂鳴器連接起來，然后通再并聯(lián)一個發(fā)光二極管構成小車所需的聲光報警系統(tǒng)。調試蜂鳴器聲音頻率時可以加入發(fā)光二級的程序。二級管的程序就更為簡單了，只需要給蜂鳴器高電平的同時給二極管的IO一個高電平就能將其點亮。當測試電機能使用后可以將兩個電機分別接入L298N的四個輸出口中，此時不加入PWM調速，因此應將L298N的驅動的兩個使能端ENA和ENB接入5V的高電平，如果兩個直流電機能正常轉動則證明驅動電路是沒有問題的，如果不能也可以采用自行排查的方法來查找問題所在。 超聲波模塊調試 超聲波的調試也是在開發(fā)板上進行調試的，在調試的過程中遇到不少問題，有些通過查閱相關資料已經得到解決有些至今沒有找到很好的解決辦法。通過檢查程序發(fā)現(xiàn)超聲波的周期存在問題，修改了程序后問題得以解決，數(shù)據(jù)采集到一定的時間后就會停止，必須要通過單片機復位才能繼續(xù)采集。 總結 本文從智能車的研究意義和智能車的發(fā)展出發(fā)，充分的論述這次課題的目的和意思。智能車擁有巨大的商業(yè)價值，這注定成為未來工業(yè)發(fā)展的一個重點領域[2]。本次課題中的超聲波避障小車是一15單片機為控制器，一超聲波傳感器為主要傳感元件，制作成的一臺多功能智能車。通過上訴這些功能以模擬未來智能車的發(fā)展思路和方向，通過對課題遇到的問題進行反復的思考和論證，最終得出解決方案。通過這次課題的制作，對硬件的認識和對有關于智能車領域的認識是很大的。除此之外，通過對智能校車各個模塊的程序調試，對C語言的認識上升了一個層次，有關于數(shù)組與指針方面的學習是在課本上很難學習到的。關于本次課題中尚未解決的問題：超聲波采集有時候會突然停止，需要進行復位操作才能解決。參考文獻[1].賈玉花與薛蓉娜, 基于產業(yè)成長理論的中國汽車電子信息產業(yè)發(fā)展研究[J]. 西安郵電學院學報, 2005(04): 1115.[2]胡海峰, 史忠科與徐德文. 智能汽車發(fā)展研究[J]. 計算機應用研究, 2004. 21(6): 2023.[3]晏磊，[J].測繪通報，:1518[4]Pomerleau D,Jochem adapting machine vision for 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