【正文】 電平和低電平。比較器有各種不同的類型。比較器的特點：（1）工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。因此比較器的性能分析方法與放大、運算電路是不同的。由于比較器中運放處于開環(huán)或正反饋狀態(tài)，它的兩個輸入端之間的電位差與開環(huán)電壓放大倍數(shù)的乘積通常超過最大輸出電壓，使其內(nèi)部某些管子進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)，因此在絕大多數(shù)情況下輸出與輸入不成線性關(guān)系，即在放大、運算等電路中常用的計算方法對于比較器不再適用。比較器的輸出通常只有高電平和低電平兩種穩(wěn)定狀態(tài)，因此它相當(dāng)與一個受輸入信號控制的開關(guān)，當(dāng)輸入電壓經(jīng)過閾值時開關(guān)動作，使輸出從一個電平跳變到另一個電平。由于比較器的上述特點，在分析時既不能像對待放大電路那樣去計算放大倍數(shù)，也不能像分析運算電路那樣去求解輸出與輸入的函數(shù)關(guān)系，而應(yīng)當(dāng)著重抓住比較器的輸出從一個電平跳變到另一個電平的臨界條件所對應(yīng)的輸入電壓值（閾值）來分析輸入量與輸出量之間的關(guān)系。但實際集成運放的最大轉(zhuǎn)換速率總是有限的，因此比較器輸出電壓的跳變不可能是理想的階躍信號。響應(yīng)時間越短，響應(yīng)速度越快。（2）選用集成電壓比較器。具體的措施多為在集成運放的兩個輸入端并聯(lián)二極 管。圖1電壓比較器電路 在本設(shè)計中，光電傳感器只輸出一種高低電平信號且伴有外界雜波干擾，所以我們嘗試采用了一種滯回比較器。如果用這樣的輸出電壓控制電機或繼電器，將出現(xiàn)頻繁動作或起?，F(xiàn)象。而滯回比較器則解決了這個問題。所以抗干擾能力強。 檢測黑線方案 方案一：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接收。方案二：利用紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線二極管進(jìn)行接收。本方案也易于實現(xiàn)，比較可靠，因此采用方案二。正常行駛時，發(fā)射管發(fā)射紅外光照射地面，光線經(jīng)白紙反射后被接收管接收；電動車經(jīng)過黑線時，發(fā)射端發(fā)射的光線被黑線吸收，接收端接收不到反射光線，由此引起電壓變化，再經(jīng)電壓比較器處理，輸出信號經(jīng)單片機處理控制車子轉(zhuǎn)向。 方案二：采用市面易購的電感式接近開關(guān)，本系統(tǒng)采用市面比較通用電感式接近開關(guān)TLQ5MCL完成鐵片檢測的任務(wù)。 避障方案 方案一：采用超聲波避障，超聲波受環(huán)境影響較大，電路復(fù)雜，而且地面對超聲波的反射，會影響系統(tǒng)對障礙物的判斷。此方案雖價格比較便宜，但外界對紅外信號有一定的干擾。G公司的DR100N光電開光，工作距離合適，穩(wěn)定，受外界環(huán)境影響小，結(jié)構(gòu)簡單，故采用此方案。 方案二：在小車前面裝上參數(shù)一致的光敏電阻，再通過比較電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機，單片機再對讀入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對外圍進(jìn)操作。 停車方案 方案一：利用紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線二極管進(jìn)行接收。此方案需要車子后退一段距離，而且之前的黑線也回對其造成一定得影響。此方案穩(wěn)定性高，故采用。具體電路同圖2行車距離檢測電路所示。測長輪的周長為記數(shù)的單位，最好取有效值為單一的數(shù)值，精度根據(jù)電動車控制的需要確定。遮光盤有一缺口，盤下方的凹形物為槽型光電耦合器，其兩端高出部分的里面分別裝有紅外發(fā)射管和紅外接收管。由此可見，測距輪每轉(zhuǎn)一周，紅外光接收管均能接收到一個脈沖信號經(jīng)過整形器后送入計數(shù)器或直接送入單片機中。由于光柵隨電機高速轉(zhuǎn)動，則紅外線三極管接收到的就是一系列脈沖信號。方案二：采用霍爾傳感器測距與測速，使用霍爾器件檢測磁場的方法極為簡單，將霍爾器件做成各種形式的探頭，放在被測磁場中，因霍爾器件只對垂直于霍爾片的表面的磁感應(yīng)強度敏感，因而必須令磁力線和器件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測磁場的磁感應(yīng)強度。綜上所述，由于霍爾傳感器原理簡單易行，經(jīng)濟實惠，設(shè)計要求的精度不高，采用霍爾傳感器既簡化電路結(jié)構(gòu)又能達(dá)到設(shè)計要求，故采用了霍爾傳感器作為測距裝置。圖3霍爾傳感器原理 聲音提示方案方案一：采用DS1420可分段錄放音模塊，能夠給人以直觀的提示，但DS1420錄放音模塊價格比較高，也可以采用此方案來處理。 顯示部分 方案二：采用LCD顯示，用單片機可實現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)，容易驅(qū)動，故采用LCD顯示。開始由手動啟動小車，并復(fù)位，當(dāng)經(jīng)過規(guī)定的起始黑線，由紅線線傳感器檢測，通過單片機控制小車開始記數(shù)顯示并避障、調(diào)速；系統(tǒng)的自動避障功能通過DR100N傳感器正前方檢測，由單片機控制實現(xiàn)；在電動車進(jìn)駛過程中，用光敏電阻確定停車位置，采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，以提高系統(tǒng)的靜動態(tài)性能；采用動態(tài)共陰顯示行駛時間和里程。 圖4 系統(tǒng)原理圖 本章小結(jié)本章通過比較，從技術(shù)可行性，性能，電路布局和經(jīng)濟使用等方面綜合考慮各個模塊方案，得出了各個模塊的最佳方案，不同方案功能幾乎都可以實現(xiàn)，但是本著經(jīng)濟適用的原則，最終選定了本文所使用的方案，使整輛車的開發(fā)費用降到最低。以下對這六個電路詳細(xì)描述。如圖5所示，L7805與L7812的接法一樣，輸入電壓與地、輸出電壓與地分別接電容濾波和去耦。為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動，設(shè)計用來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動感性負(fù)載(比如繼電器，步進(jìn)馬達(dá))，和開關(guān)電源晶體管。其額定工作電流為1A。 圖6 L293D的驅(qū)動的電路圖L293D可直接的對電機進(jìn)行控制，無須隔離電路。調(diào)試時在依照下圖，用程序輸入對應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)的動作。采用先由傳感器采集外部信號，由外部信號的變化引起電路的電壓U1變化，根據(jù)不同的電壓變化設(shè)定一個電壓參考值U2，把這2個電壓都接入LM324進(jìn)行比較，從而輸出高低電平，當(dāng)U1U2時輸出高電平，當(dāng)U1U2時輸出低電平，再把這電平的變化送入單片機進(jìn)行處理，就可以控制電機的左右轉(zhuǎn)，前后行走，每一個傳感器都可以采用如圖8所示的信號放大電路圖。圖8 信號放大電路 以下對不同的檢測器件及接法進(jìn)行分析。電路圖如圖9。TLQ5MC圖如下。電路圖如下。用AT89S52單片機構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復(fù)位電路 即可，如圖12所示。AT89S52單片機的時鐘產(chǎn)生方法有兩種。本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTALXTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。電容值無嚴(yán)格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，CXCX2可在20pF到100pF之間取值，所以本設(shè)計中，,電容選擇30pF.（2） 復(fù)位電路AT89S52的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。本設(shè)計就是用的按鍵手動復(fù)位。其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻與電源Vcc接通而實現(xiàn)的。 聲光電路在小車行進(jìn)過程中，檢測到鐵片后需要送出聲光信號。電路圖如下： 圖13 聲光電路圖 顯示電路顯示電路主要采用TC1602，TC1602引腳圖如圖14。其引腳表如表1所示。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。（2）1602內(nèi)部結(jié)構(gòu)1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，就能看到字母“A”。表2 部分字符表低位高位0000001000110100010101100111XXXX0000(1)0P\pXXXX0001(2)!1AQaqXXXX0010(3)“2BRbrXXXX0011(4)3CScsXXXX0100(5)$4DTdtXXXX0101(6)%5EUeuXXXX0110(7)amp。K[k{XXXX1100(5)L]l}XXXX1101(6)_=MmXXXX1110(7).NnXXXX1111(8)/?O一o 系統(tǒng)總電路圖圖 15 系統(tǒng)總電路圖 本章小結(jié)本章對上一章所選的方案進(jìn)行硬件電路的設(shè)計，選擇好相應(yīng)的器件，有時器件選好了，可是有些很難購買得到，就改用其他易購買得到的器件代替，比如原來想購買的紅外集成傳感器，由于市場找不到相應(yīng)的傳感器，就選用另外一種光電開關(guān)代替。4 系統(tǒng)軟件電路 系統(tǒng)軟件設(shè)計說明在進(jìn)行微機控制系統(tǒng)設(shè)計時，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實際需要設(shè)計應(yīng)用程序。對于本系統(tǒng)，軟件更為重要。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計時，通常把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊。模塊程序設(shè)計法的主要優(yōu)點是： （1）單個模塊比起一個完整的程序易編寫及調(diào)試； （2）模塊可以共存，一個模塊可以被多個任務(wù)在不同條件下調(diào)用； （3）模塊程序允許設(shè)計者分割任務(wù)和利用已有程序，為設(shè)計者提供方便。一個單片機的控制系統(tǒng)的功能實現(xiàn)和可靠性在很大程度上決定于軟件，本系統(tǒng)軟件采用C語言編程，移植性好，可適應(yīng)不同核心的單片機采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個功能模塊對于整體的設(shè)計都是非常重要的。 last =。if(P32==0) { while(P32==0) 。 } if((last==0)amp。(==1)) {for(temp=0。temp++) //change { //change delay_ms(100)。 P26^=1。 =1。 } if(==1) { =0。 //stop P24=0。temp10。 P27^=1。} init_turn()。 iron_1()。 P23=1。 P22=0 。 delay_ms(200)。 P21=0 。 //準(zhǔn)備進(jìn)入下一狀態(tài) }}（2） 行駛轉(zhuǎn)向流程圖及程序如下：圖 17 行駛轉(zhuǎn)向流程圖行駛轉(zhuǎn)向程序：void init_turn(){ P21=0。 P23=1。 P26=0。}void turn_left_right() //循跡{ if((P10==1)amp。(P11==0))//turn left { delay_ms(0)。 P22=0。amp。 P22=1。 } if((P11==1)amp。(P10==1))//stop { delay_ms(0)。 P21=0。amp。 P22=0。 }/////}void check_block(){ if((P12==0)amp。(P13==1)amp。(P14==1)amp。(P15==1))//turn left 壁障 { delay_ms(0)。 P22=0。amp。amp。 P22=1。 } if((P14==0)amp。(P15==1))//stop 找方向 { delay_ms(0)。 P21=0。 P23=0。 step_mode=2。 sbit rw = P3^5。 define LCD1602_RS_0 rs=0。define LCD1602_RW_0 rw=0。define LCD1602_EN_0 ep=0。/**************定義函數(shù)************************/void LCD_write_mand(unsigned char mand)。//寫入數(shù)據(jù)函數(shù)void LCD_set_xy( unsigned char x, unsigned char y )。//顯示一個字符函數(shù)void LCD_dsp_string(unsigned char X,unsigned char Y,unsigned char *s)。//初始化函數(shù)void delay_nms(unsigned int n)。//clear screen LCD_write_mand(0x38)。//open display (enable lcd display)LCD_write_mand(0x80)。//clear screen}/********************************************************//**************寫指令函數(shù)********************************/ void LCD_write_mand(unsigned char mand){ // SREGamp。 LCDIO=mand。 LCD1602_RS_0。 LCD1602_RW_0。 LCD1602_EN_0。 LCD1602_EN_1。 // SREG|=0X80。=0X7F。delay_nms(1)。delay_nms(1)。delay_nms(1)。delay_nms(1)。//SREG|=0X80。if (y == 1) address = 0x80 + x。LCD_wri