【正文】 聲音提示采用數(shù)字電路對(duì)外圍探測(cè)軌跡信號(hào)，檢測(cè)金屬信號(hào)，避障信號(hào)，尋找光源信號(hào)分部進(jìn)行處理。這樣必然帶來高成本、電路復(fù)雜等缺點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)各路信號(hào)處理也比較困難。 在本設(shè)計(jì)中，要求電動(dòng)小車沿著路面的黑色軌道行駛。利用這個(gè)原理，可以控制電動(dòng)小車行走的路跡。(1) 方案一：利用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接收。(2) 方案二：利用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。(3) 方案三：采用反射式紅外線光電傳感器。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在電動(dòng)小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，電動(dòng)小車上的接收管接收不到紅外光。采用紅外線發(fā)射，外面可見光對(duì)接收信號(hào)的影響較小，再用射極輸出器對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離。因此本方案易于實(shí)現(xiàn)，也比較可靠。(1) 方案一：采用探測(cè)線圈和探測(cè)儀構(gòu)成的金屬探測(cè)器。因此不易采用。該傳感器取才方便，但難以調(diào)試，輸出信號(hào)也不可靠，成功率不高，難以精確輸出傳感信息。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。當(dāng)金屬檢測(cè)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(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和行程，即使用于一般的行程控制。因此用它作為小車的金屬傳感器，簡(jiǎn)單易行、抗干擾性能優(yōu)越。 避障模塊考慮到在測(cè)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30CM的范圍內(nèi)做出反應(yīng)，這樣在繞過障礙物后，可尋找到最佳的位置和方向。根據(jù)上述要求，提出下列方案。該傳感器能非常準(zhǔn)確地測(cè)出障礙物的存在，但價(jià)格昂貴，處理繁瑣，不符合該設(shè)計(jì)的要求。超聲波傳感器安裝于小車前端，在規(guī)定的檢測(cè)距離內(nèi)，當(dāng)探測(cè)到障礙物時(shí)，超聲波傳感器給出脈沖信號(hào)至單片機(jī)，單片機(jī)檢測(cè)到該信號(hào)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。同時(shí)，超聲波傳感器具有頻率高、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)。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生明顯反射，形成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。鑒于智能電動(dòng)小車應(yīng)以是以智能為顯著特點(diǎn)，所以采用方案二。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(gè)定位器接收到的光線強(qiáng)弱（有無）得出光源的方位。(2) 方案二：利用由光敏電阻組成的光控開關(guān)電路。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。當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)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。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。在系統(tǒng)中要用到多只LED數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示即可達(dá)到要求。缺點(diǎn)是只能顯示0～9的數(shù)字和一些簡(jiǎn)單的字符，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，且占用空間。LCD廣泛應(yīng)用于微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中。目前已廣泛應(yīng)用在各種顯示領(lǐng)域。因此，本設(shè)計(jì)采用方案二。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)。(2) 方案二：采用開關(guān)式霍爾元件。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁鋼也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾元件感應(yīng)到磁場(chǎng)的變化時(shí)，就會(huì)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(zhǎng)為L(zhǎng)，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。同時(shí)，霍爾元件具有體積小，頻率響應(yīng)寬度大，動(dòng)態(tài)特性好，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)外圍電路要求簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，安裝也較為方便。(3) 方案三：采用透射式光電開關(guān)。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(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械動(dòng)作。 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(1) 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)。(2) 方案二：采用繼電器控制電機(jī)。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。通過PWM脈寬調(diào)制的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車速度的控制。H型全橋式電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制。為了電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，采用電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片L298N，其驅(qū)動(dòng)電流大，瞬時(shí)電流最高可達(dá)2A，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)專門設(shè)計(jì)，工作穩(wěn)定可靠。綜合三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，決定選擇方案三。它是把中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)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(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。它的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小，可放在儀表內(nèi)部。目前，單片機(jī)在民用和工業(yè)測(cè)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。一個(gè)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。本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)作為中央處理器。 在本系統(tǒng)中，AT89C51單片機(jī)的P1口用于LCD1602顯示，、。 軌跡探測(cè)電路根據(jù)反射接收原理配置了一對(duì)紅外線發(fā)射、接收傳感器。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(gè)電平跳變信號(hào)。當(dāng)小車行駛到黑色引導(dǎo)線時(shí)，紅外線信號(hào)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(cè)信號(hào)的功能。即當(dāng)小車底部的某邊紅外線收發(fā)對(duì)管遇到黑帶時(shí)輸入電平為高電平，反之為低電平[5]。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。控制其向右轉(zhuǎn)；如果右方向偏離黑線，則左側(cè)的探頭就會(huì)檢測(cè)到黑線，把信號(hào)傳送到單片機(jī)，進(jìn)行處理校正。從而保證小車沿黑線行駛。由于接收對(duì)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(duì)管上套一塑料管，屏蔽外界光的影響，靈敏度將大幅提升。 檢測(cè)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。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。當(dāng)外界的金屬性導(dǎo)電物體接近這一磁場(chǎng)，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(gè)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。這種接近開關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是金屬物體。 檢測(cè)金屬鐵片電路原理圖 檢測(cè)障礙物電路采用超聲波傳感器探測(cè)障礙物。它有折射和反射現(xiàn)象，且在傳播過程中有衰減。作為超聲波傳感器的材料，主要為壓電晶體。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(cè)距及材料探傷、測(cè)厚等。該電路分為超聲發(fā)射電路，超聲接收電路和信號(hào)處理電路[6]。 超聲波發(fā)射電路該電路用到時(shí)基電路LM555。其各個(gè)引腳的功能如下：6腳為閥值端（TH），是上比較器的輸入。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。4腳為復(fù)位端（R），叫上低電平（ ）時(shí)可使輸出端為低電平。8腳為電源（VCC），1腳為地（GND）。這個(gè)特殊的觸發(fā)器有兩個(gè)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。放電端（DIS）可看成由內(nèi)部放電開關(guān)控制的一個(gè)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。 等效的觸發(fā)器和它的功能真值表這個(gè)特殊的RS 觸發(fā)器工作原理：① 兩個(gè)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。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。(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(hào)（為正弦波信號(hào)）后輸入到集成比較器LM393進(jìn)行處理。將此方波信號(hào)輸出到信號(hào)處理電路。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(gè)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(dòng)三極管輸出；④ 最大50mA的輸出電流可驅(qū)動(dòng)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(duì)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(gè)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。，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。LM290N7的10腳電壓Vop=6V，這是內(nèi)部比較器的參考電壓。當(dāng)Vop+大于Vop時(shí)，比較器輸出為“1”，LM2907N內(nèi)部三極管導(dǎo)通（或飽和）輸出為“0”，則發(fā)光二極管LED點(diǎn)亮。即當(dāng)有障礙物時(shí)LED處于發(fā)光狀態(tài)，LM2907N的8號(hào)引腳輸出低電平，同時(shí)通過8腳將信號(hào)送給單片機(jī)，使單片機(jī)該根據(jù)信號(hào)控制小車轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)避開障礙物的目的。為了檢測(cè)光線的強(qiáng)弱，我們?cè)谛≤囎笄胺健⒂仪胺郊恿?只光敏傳感器，即光敏電阻。當(dāng)小車前方無光照射時(shí)， 光敏電阻阻值很大，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)， 集電極輸出高電平；當(dāng)有光照射時(shí)，