【正文】 外檢測和超聲波檢測,兩種方案的區(qū)別見表21。所以需要選擇穩(wěn)定性較好的,故本設(shè)計選擇超聲波檢測。1) 使用控制器發(fā)出40KHz的方波信號，在接收端使用中周將信號放大，然后經(jīng)過至少兩級放大后輸入到控制器的模擬輸入端，控制器根據(jù)接收的信號幅度進(jìn)而判斷是否是回波信號。3) 使用集成芯片進(jìn)行控制。綜上而言，本設(shè)計選用了集成的芯片GM3101，它有4路超聲波信號，而且價格便宜。 電機(jī)驅(qū)動模塊目前應(yīng)用在智能小車上的主要有直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)兩種。1) 直流電機(jī)直流電機(jī)，顧名思義，只要對電機(jī)的兩端通上直流電后，電機(jī)即運(yùn)動，運(yùn)動的方向與通電的方向相關(guān)，運(yùn)動的速度受通電的電流影響。而直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速一般通過PWM波控制的方式，處理器輸出不同占空比的PWM信號，直流電機(jī)兩端的電壓不同，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速就不同，直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是性能好，電路簡單，控制靈活。因而可以對電機(jī)的行程進(jìn)行精確的控制，常用的步進(jìn)電機(jī)有三相六拍等多種方式。具體差別見表22。步進(jìn)電機(jī)能進(jìn)行精確的位置控制,但驅(qū)動電路麻煩,鑒于本設(shè)計中小車的位置控制不要求十分精確,直流電機(jī)即可滿足小車要求的精度。綜上所示，本系統(tǒng)的智能小車由于不需要進(jìn)行步進(jìn)腳的精確控制，因而采用價格相對便宜，使用相對簡單的直流電機(jī)。可以說是整個系統(tǒng)的大腦。目前，市面上流行的單片機(jī)主要有STC的51系列單片機(jī)，PIC系列單片機(jī)，TI的低功耗系列，M0、M3內(nèi)核的ARM系列以及NXP的ARM系列等。STC系列的51單片機(jī)具有價格便宜，開發(fā)資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，但是，當(dāng)STC系列的單片機(jī)的主頻和存儲器容量達(dá)到本設(shè)計的要求時，那么它此時的價格就已經(jīng)不太具有高競爭力了。目前市面上的很多編程器就可以直接解密PIC單片機(jī)的程序。STM32F103xx增強(qiáng)型系列使用的是高性能的ARM CortexM3 32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz，內(nèi)置高速存儲器(高達(dá)128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM)，豐富的增強(qiáng)I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。STM32F103xx增強(qiáng)型系列工作于40176。C的溫度范圍，其一系列的省電模式保證低功耗應(yīng)用的要求。系統(tǒng)框圖如圖21所示。第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計 主控制單元設(shè)計主控單元采用STM32F103RBT6作為主控制器。最小系統(tǒng)單元即是可以使主控器工作起來的最小硬件系統(tǒng)，包括時鐘電路，電源電路和復(fù)位電路。由于STM32同樣的是低電平復(fù)位，因而設(shè)計的電路為最簡單的RC復(fù)位電路，可以通過系統(tǒng)上電復(fù)位和手動復(fù)位兩種方式對電路進(jìn)行復(fù)位。一種是可以通過串口對芯片程序進(jìn)行燒寫，但是無法進(jìn)行調(diào)試。具體電路見圖31和32。 超聲波避障單元設(shè)計 超聲波簡介超聲波是頻率高于20000赫茲的聲波，它具有方向性好，穿透能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在水中傳播距離遠(yuǎn)，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。超聲波因其頻率下限大約等于人的聽覺上限而得名。目前的超聲波應(yīng)用系統(tǒng)多以分立元件作為模擬驅(qū)動，單片機(jī)做控制的方式來實現(xiàn)，存在體積大，實現(xiàn)復(fù)雜，調(diào)試麻煩，穩(wěn)定性和可靠性差。測試結(jié)果編碼后采用雙線差分方式輸出，提高了信號傳輸?shù)目垢蓴_性。圖33GM3101具有以下特征：l 供電電壓：~5Vl 四路超聲波探頭接口，探頭發(fā)送驅(qū)動信號5V2mAl 四路探頭檢測結(jié)果輸出周期80msl 具備自動增益控制，實現(xiàn)分級放大l 具有防聲波衍射誤報處理，提高報警信號的準(zhǔn)確性l 報警信號輸出采用雙線差分方式，提高抗干擾性l 工作環(huán)境溫度：40℃~+85℃由于GM3101具有數(shù)字和模擬輸出兩種方式，為了使系統(tǒng)設(shè)計的更加簡單，采用數(shù)字接口進(jìn)行設(shè)計。圖34控制器對GM3101的復(fù)位信號進(jìn)行控制，由于系統(tǒng)只需要3路超聲通道，并且為了保持系統(tǒng)的實時性，因而采用60ms一個周期，而不是系統(tǒng)規(guī)定的80ms一個周期的設(shè)計。 電機(jī)驅(qū)動設(shè)計電機(jī)模塊智能小車在檢測到障礙物后能夠及時避讓的關(guān)鍵，當(dāng)智能小車將障礙物的距離和位置信息進(jìn)行計算后，便將其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成電機(jī)控制的電平信號，進(jìn)而控制智能車的左右轉(zhuǎn)動。該芯片具有如下特點(diǎn)：l 工作電壓最高工作電壓可達(dá)46V；l 輸出電流的瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；l 內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動車和步進(jìn)電動機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；l 采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號控制；l 具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許和禁止器件工作；l 有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；l 可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路其具體電路見圖35。當(dāng)CTL1為高電平，CTL2為低電平是，那么電機(jī)的轉(zhuǎn)動為正方向。CTL3和CTL4為同樣的道理。其引腳圖如圖34所示。2) CSN,數(shù)字輸入引腳，SPI片選信號。4) MOSI，數(shù)字輸入引腳，從SPI數(shù)據(jù)輸入引腳。6) IRQ，數(shù)字輸出引腳，可屏蔽中斷腳。8) VSS，電源引腳，接電源地。10) VDD_PA，電源輸出引腳。11) ANT1，ANT2引腳，天線引腳。 nRF24L01與MCU的連接nRF24L01與MCU的連接圖見圖35。主控MCU采用查詢方式來實時讀取和發(fā)送數(shù)據(jù)，滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。與R4連接的LED為電源指示燈，當(dāng)系統(tǒng)上電時，該指示燈由暗變亮。具體電路見圖36.圖36 下載電路下載電路主要針對主控MCU的程序更新和下載。本系統(tǒng)中采用串口進(jìn)行程序下載，串口下載不需要專門的下載器，方便使用。圖37第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)控制流程系統(tǒng)主程序主要進(jìn)行超聲波距離處理，電機(jī)控制和無線通訊的實現(xiàn)。圖41距離處理程序如下所示。 if(b60ms_symbol) { b60ms_symbol = 0。 Time_Num = 0。 //Timer2_Start。 } if(bSend) { bSend = 0。i3。 } } TxBuf[3] = (unsigned char)((Distance1 * ) 30)。 TxBuf[5] = (unsigned char)((Distance3 * ) 30)。 } if(b15ms_symbol == 1) { b15ms_symbol = 0。 } if(bNumof500Ms) { bNumof500Ms = 0。 LED_RED = 1。 } if(bLED) { BUZZER = 0。 LED_BULL = 1。 LED_BULL = 0。 numi = numi%2。系統(tǒng)在整個運(yùn)行期間，時刻判斷GM3101反饋的中斷信號，當(dāng)有中斷信號發(fā)生時，系統(tǒng)根據(jù)復(fù)位GM3101的時間差和端口進(jìn)行距離的計算，當(dāng)障礙物的距離信息小于臨界值時，便會驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)。左右兩側(cè)的超聲波探頭主要實現(xiàn)保證智能車在跑道中間行駛，當(dāng)任何一方的距離片小時，智能車便會驅(qū)動相反的電機(jī)轉(zhuǎn)動進(jìn)行專項。由于超聲波探頭具有個55度的視角，因而基本可以將前方的障礙物信息探測完全。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理，壓電效應(yīng)有逆效應(yīng)和順效應(yīng)，超聲波傳感器是可逆元件，超聲波發(fā)送器就是利用壓電逆效應(yīng)的原理。若在圖a所示的已極化的壓電陶瓷上施加如圖b所示極性的電壓，外部正電荷與壓電陶瓷的極化正電荷相斥，同時，外部負(fù)電荷與極化負(fù)電荷相斥。若外部施加的極性變反，如圖c所示那樣，壓電陶瓷在厚度方向上伸長，在長度方向上縮短。在雙晶振子的兩面涂敷薄膜電極，其上面用引線通過金屬板(振動板)接到一個電極端，下面用引線直接接到另一個電極端。這兩處的支點(diǎn)就成為振子振動的節(jié)點(diǎn)。發(fā)送超聲波時，圓錐形振子有較強(qiáng)的方向性，因而能高效率地發(fā)送超聲波；接收超聲波時，超聲波的振動集中于振子的中心，所以，能產(chǎn)生高效率的高頻電壓?，F(xiàn)存兩種換能器，一種是磁力換能器，由鎳或鎳合金制成；一種壓電換能器，由鋯鈦酸鉛或其他陶瓷制成。相對來說，磁力換能器是用會在變化的磁場中發(fā)生變形的材料制成的。傳感器的標(biāo)稱頻率為40kHz，這是壓電元件的中心頻率，實際上發(fā)送超聲波時是串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振的中心頻率，而接收時各自使用并聯(lián)諧振頻率。另外，發(fā)送超聲波時輸入功率較大，溫度變化使諧振頻率偏移是不可避免的，為此，對于壓電陶瓷元件非常重要的是要進(jìn)行頻率調(diào)整和阻抗匹配。圖45表示傳感器方向性的特性，這種傳感器在較寬范圍內(nèi)具有較高的檢測靈敏度，因此，適用于物體檢測與防犯報警裝