【正文】 以及其周邊電路分別獨(dú)立供電，這樣可以消除電機(jī)驅(qū)動造成的干擾，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。最后把處理結(jié)果傳遞給小車電機(jī)，使小車做出正確的反應(yīng)。單片機(jī)控制系統(tǒng)循跡模塊無線控制避障模塊電機(jī)轉(zhuǎn)動電機(jī)驅(qū)動模塊圖21 總體設(shè)計(jì)框圖3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 最小系統(tǒng)電路本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)作為中央處理器。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案[7]。利用AT89S51的I/O端口對傳感器信號進(jìn)行實(shí)時判斷監(jiān)控來控制步進(jìn)電機(jī)做出相應(yīng)的反映[7]。圖31 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 電機(jī)驅(qū)動電路直流電機(jī)驅(qū)動電路使用H型全橋式驅(qū)動電路。在本設(shè)計(jì)中電機(jī)驅(qū)動電路由集成驅(qū)動芯片L298構(gòu)成，并結(jié)合PWM波進(jìn)行調(diào)速。注意當(dāng)使能信號為0時，電機(jī)處于自由停止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)使能信號為1，且IN1和IN2為00或11時，電機(jī)處于制動狀態(tài)，阻止電機(jī)轉(zhuǎn)動。這種方法稱為脈沖寬度調(diào)制即PWM控制[8]。Tt1t2圖33 PWM控制波形圖電壓平均值描述為： ， （）——通電時間；T——周期；——占空比；。從而達(dá)到調(diào)速的目的。直接采用TTL邏輯電平控制。在此電路中（如圖32）L298連接保護(hù)電路根據(jù)單片機(jī)提供的邏輯電壓對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。當(dāng)使能端為低電平時，電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動。該電路包括一個紅外線發(fā)光二極管、一個紅外光敏三極管及其上拉電阻。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)出一個電平跳變信號。當(dāng)小車行駛到黑色引導(dǎo)線上時，紅外線信號被黑色吸收后，光敏三極管截止，輸出高電平，從而實(shí)現(xiàn)了通過紅外線檢測信號的功能。即當(dāng)小車底部的某邊紅外線收發(fā)對管遇到黑帶時輸入電平為高電平，反之為低電平。由于接收對管裝在車底，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，因此采用在對管上套塑料管，屏蔽外界光的影響，靈敏度將大幅提升。圖35 循跡探測器紅外對管排放位置圖（正面圖）（）為了保證小車沿黑線行駛，采用了四個檢測器并行排列，檢測器排列位置如圖35。如果2號紅外對管和3號紅外對管檢測到黑線，則單片機(jī)控制小車向前直走；如果2號紅外對管偏離黑線，3號紅外對管檢測到黑線，則單片機(jī)控制小車輕微左移；如果3號紅外對管偏離黑線，2號紅外對管檢測到黑線，則單片機(jī)控制小車輕微右移；如果2號和3號紅外對管偏離黑線，1號紅外對管檢測到黑線，則單片機(jī)控制小車向左移動；如果2號和3號紅外對管偏離黑線，4號紅外對管檢測到黑線，則單片機(jī)控制小車向左移動。如圖311 紅外線避障電路原理圖。圖36 紅外避障原理圖接通電源后，電容C被充電，當(dāng)2腳VC上升到2VCC/3，使3腳V0為低電平，同時內(nèi)部三極管T導(dǎo)通，此時電容C通過R2和T放電，VC下降，當(dāng)VC下降到VCC/3時，V0翻轉(zhuǎn)為高電平。 無線遙控控制電路 超再生接收電路和無線電發(fā)射器工作原理超再生無線電遙控電路由無線電發(fā)射器和超再生檢波式接收器兩部分組成。用來產(chǎn)生載頻振蕩和調(diào)制振蕩的電路一般有：多揩振蕩器、互補(bǔ)振蕩器和石英晶體振蕩器等。如果是多路控制，則可以采用每一路寬度不同的方波，或是頻率不同的方波來調(diào)制高頻載波，組成一組組的己調(diào)制波，作為控制信號向空中發(fā)射。圖37 低頻振蕩器原理圖超再生檢波接收器：超再生檢波電路（如圖38）實(shí)際上是一個受間歇振蕩控制的高頻振蕩器，這個高頻振蕩器采用電容三點(diǎn)式振蕩器，振蕩頻率和發(fā)射器的發(fā)射頻率相一致[12]。間歇振蕩的頻率是由電路的參數(shù)決定的（一般為1百~幾百千赫）。反之，如果頻率較高，接收靈敏度較好，但抗干擾性能變差。圖38 超再生檢波接收器原理圖超再生檢波電路具有很高的增益，在未收到控制信號時，由于受外界雜散信號的干擾和電路自身的熱搔動，會產(chǎn)生一種特有的噪聲（超噪聲），~5kHz之間。當(dāng)有控制信號到來時，電路揩振，超噪聲被抑制，高頻振蕩器開始產(chǎn)生振蕩。當(dāng)接收信號振幅大時，起始電平高，振蕩過程建立快，每次振蕩間歇時間也短，得到的控制電壓也高；反之，當(dāng)接收到的信號的振幅小時，得到的控制電壓也低。如果是多通道遙控電路，經(jīng)超再生檢波和低頻放大后的信號，還需經(jīng)選頻回路選頻，然后分別去控制相應(yīng)的控制回路。當(dāng)接收器收至發(fā)送的遙控指令后，繼電器釋放，而在未收到控制指令時，接收器的繼電器為吸合狀態(tài)。其工作原理如下：發(fā)射器：如圖39，發(fā)射器由晶體管VTVTLCC2等組成電感三點(diǎn)式LC推挽振蕩器，其中RR2為偏流電阻，C5為電源濾波電容，CC2與L1組成并聯(lián)揩振回路，調(diào)揩為28MHz，并作為VTVT2的共同負(fù)載接入電路，CC4為耦合電容，由于強(qiáng)烈的正反饋?zhàn)饔?，使振蕩器振蕩產(chǎn)生28MHz的等幅高頻振蕩信號。 圖39 超再生簡易無線電遙控器發(fā)射器原理圖接收器：如圖310，由晶體管VTLCCCR2等組成超再生檢波器。當(dāng)收到發(fā)射器發(fā)送來的信號時，LC4并聯(lián)揩振回路揩振，振蕩器便開始振蕩。當(dāng)C6上的電壓升高至使VT1的be間電壓小于導(dǎo)通電壓時，VT1截止，振蕩器停振。在沒有收到發(fā)射機(jī)送來的高頻指令信號時，由于電路增益很高，外界雜散干擾和電路內(nèi)元件的熱騷動被放大，使電路呈現(xiàn)出很大的“超噪聲”。然后送入兩級低頻放大級進(jìn)行放大，其中VT2等組成電壓放大級。由變壓器次級輸出的信號直接耦合至VT3的基極進(jìn)行丙類功率放大，這種放大器無基極直流偏置。當(dāng)收到由發(fā)射器送來的28MHz的等幅高頻指令信號時，超再生檢波器中的“超噪聲”被抑制，因此超再生檢波器無噪聲電壓輸出。圖310 超再生簡易無線電遙控器接收器原理圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是整個系統(tǒng)的靈魂，協(xié)調(diào)各個功能模塊正常工作。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實(shí)現(xiàn)的，由于軟件的可伸縮性，最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能差別可能很大。同時，對軟件進(jìn)行全面測試也是檢驗(yàn)錯誤排除故障的重要手段。 電機(jī)控制子程序設(shè)計(jì)電機(jī)控制子程序等待單片機(jī)發(fā)送指令，接受到指令后，判斷指令類型，從而控制驅(qū)動電機(jī)電路的輸出，控制小車的運(yùn)動狀態(tài)。當(dāng)接收指令0x01：小車前進(jìn)，兩個電機(jī)驅(qū)動器給予相同的PWM波，相同的方向信號。當(dāng)接收指令0x03：小車停止，無PWM波，無方向信號。當(dāng)接收指令0x05：小車右轉(zhuǎn)，右電機(jī)停止，左電機(jī)給PWM波和向前方向信號。流程圖如圖42所示：開始初始化接收外部信號信號處理信號判斷？送出左轉(zhuǎn)信號送出右轉(zhuǎn)信號送出直走信號無動作000011110110001000110001010011001000圖42 紅外循跡模塊子程序流程圖紅外循跡模塊子程序接收外圍紅外檢測電路信號，將接收到的信號進(jìn)行信息編碼，紅外檢測外圍電路紅外對管位置如圖35。 外圍電路紅外對管狀態(tài)進(jìn)行信號編碼后對應(yīng)表外圍紅外對管輸出狀態(tài)信號編碼結(jié)果外圍紅外對管輸出狀態(tài)信號編碼結(jié)果1號低2號低3號低4號低00001號低2號低3號高4號低00101號高2號高3號高4號高11111號低2號高3號高4號低01101號高2號低3號低4號低10001號低2號低3號高4號低00101號高2號高3號低4號低11001號低2號低3號低4號高00011號低2號高3號低4號低0100 紅外避障模塊子程序設(shè)計(jì)紅外避障模塊子程序流程圖如圖43所示。此子程序通過單片機(jī)控制接收紅外避障傳感器的信息，當(dāng)前方無15cm內(nèi)障礙物時小車保持前進(jìn)狀態(tài)，若前方15cm內(nèi)出現(xiàn)障礙物則進(jìn)行以下程序：舵機(jī)控制紅外避障傳感器左轉(zhuǎn)90度進(jìn)行測距，舵機(jī)控制超聲波探測器右轉(zhuǎn)90度（初始方向上右轉(zhuǎn)）進(jìn)行測距，之后通過三個方向上15cm沒障礙物的具體情況進(jìn)行信息處理編碼。信息處理編碼信號判斷送出左轉(zhuǎn)信號送出后退信號送出右轉(zhuǎn)信號送出前進(jìn)信號011111010110000YESNO開始初始化接收信息是否處于設(shè)定距離之內(nèi)？控制舵機(jī)左轉(zhuǎn)進(jìn)行檢測，結(jié)果返回單片機(jī)控制舵機(jī)右轉(zhuǎn)進(jìn)行檢測，結(jié)果返回單片機(jī)圖43 超聲波避障模塊子程序流程圖 無線遙控模塊子程序設(shè)計(jì) 無線遙控模塊模式判斷子程序無線遙控模塊模式判斷子程序流程圖如圖44所示。超再生簡易無線電遙控器發(fā)射器有四個按鈕：A，B，C，D經(jīng)過接收器解碼后分別通過四個端口輸出（按鈕按下時對應(yīng)端口輸出高電平），讀取數(shù)據(jù)時將四個P口的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)a中。當(dāng)a=0001時，小車停止一切動作；當(dāng)a=1000時，小車進(jìn)入無線遙控方向模式；當(dāng)a=0100時，小車進(jìn)入循跡模式；當(dāng)a=0010時，小車進(jìn)入避障模式。保持當(dāng)前模式小車停止一切動作進(jìn)入無線遙控方向模式進(jìn)入循跡模式進(jìn)入避障模式a=0001a=1000a=0100a=0010Else開始初始化讀取無線模塊信息a信息a判斷圖44 無線遙控模塊模式判斷子程序流程圖 無線遙控模塊方向控制模式子程序本子程序中無線遙控模塊方向控制模式子程序流程圖如圖45所示，當(dāng)進(jìn)入此子程序后，再次通過讀取外部超再生簡易無線接收器的信息判斷小車的移動方向，當(dāng)a=1001時，即發(fā)射器的A，D鍵同時按下時，小車退出該模式。此步驟中，四個方向的移動具有疊加效果（“前進(jìn)指令”加“后退指令”除外）。0001b=0001?后退開始讀取無線模塊信息是否退出模式：a=1001？b=aamp。0100b=0100?右轉(zhuǎn)b=aamp。在初始化各個變量后，讀取無線模塊信號，進(jìn)入模式判斷子程序，判斷所要進(jìn)入的模式。再進(jìn)入各個模式之后，單片機(jī)將對各個模式所發(fā)出的電機(jī)控制指令進(jìn)行操作，通過電機(jī)控制模塊子程序控制電機(jī)的“行動”，從而控制小車的“行動”。 電機(jī)驅(qū)動測試記錄ENAIN1IN2ENBIN3IN4小車行駛狀態(tài)101101小車向前行駛110110小車向后行駛10111(0)0小車向右行駛11(0)0101小車向左行駛100100小車制動該測試結(jié)果表示小車電機(jī)驅(qū)動模塊各項(xiàng)測試指標(biāo)均符合要求，控制能力正常。當(dāng)兩對管都放置黑線之外的白色地板上時，單片機(jī)對應(yīng)I/O口收到的電平都為低，當(dāng)左邊的紅外線管進(jìn)入黑線范圍，對應(yīng)電平變高，每個紅外對管通過電壓比較器輸出，輸出端口并聯(lián)接入LED指示燈。以下是對紅外對管在黑白線上反應(yīng)距離的有效性進(jìn)行測試。本模塊將紅外對管放置于離地1cm處進(jìn)行循跡檢測。該測試主要針對超再生無線簡易的發(fā)生器四個按鈕A，B，C，D對小車行動方向的