【正文】 ） 探測距離 2cm ~~450cm 超聲波測距 模塊與單片機(jī)的接口原理如圖 所示。用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速 。而且它有更強(qiáng)的驅(qū)動能力。 L298N 有過電流保護(hù)功能，當(dāng)出現(xiàn)電機(jī)卡死時，可以保護(hù)電路和電機(jī)等。 L298 各引腳功能，如表 所示。 2) 驅(qū)動部分輸入電壓 Vs： ～ 46V。 4) 驅(qū)動部分工作電流 Io：≤ 2A。 6) 控制信號輸入電平：高電平： ≤ Vin≤ Vss，低電平： ≤ Vin≤ 。 8) 驅(qū)動形式 ：雙路大功率 H 橋驅(qū)動 。 舵機(jī) 一般來講，舵機(jī)主要由以下幾個部分組成，舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計5k、直流電機(jī)、控制電路板等。 舵機(jī)的控制信號是周期為 20ms 的脈寬調(diào)制（ PWM）信號，其脈沖的寬度從，相對對應(yīng)舵盤的位置是 0－ 180度，呈連續(xù)線性變化。舵機(jī)有一個內(nèi)置的基準(zhǔn)電路，其不斷產(chǎn)生周期的 20ms，寬度 的基準(zhǔn)信號；另有一個比較器，將外加信號與基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較，判斷出轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動角度大小，進(jìn)而產(chǎn)生電機(jī)的轉(zhuǎn)動信號。如圖 所示。舵機(jī)的速度決定于其接受道德信號脈寬的變化速度。當(dāng)方波的脈沖寬度改變時，舵機(jī)轉(zhuǎn)軸的角度發(fā)生變化，角度變化與脈沖寬度的變化成正比。 顯示模塊 顯示模塊的方案有很多，列舉以下四個： 方案一：選用 LCD1602 顯示屏 LCD1602 液晶顯示 ,由單片機(jī)驅(qū)動。如圖 所示。所以排除此方案。 方案四：采用 LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示 LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示價格低廉，不僅減少了對 I/O 口的浪費，而且能夠同時驅(qū)動多個數(shù)碼管。當(dāng)顯示內(nèi)容不太多，可以排除。 電源模塊 我們選擇采用 5v的獨立的穩(wěn)壓電源。 綜合電源模塊的缺優(yōu)點，和電路的實際需求，我們采用了兩塊獨立穩(wěn)壓電源，一塊給小車的電機(jī)驅(qū)動供電，一塊給小車的芯片供電，這樣彌補(bǔ)了單個獨立電源供電出現(xiàn)電力不足的情況。 40kHz 左右的方波脈沖信號的產(chǎn)生通常有兩種方法 :采用硬件如由 555振蕩產(chǎn)生或軟件如單片機(jī)軟件編程輸出，本系統(tǒng)采用后者。發(fā)射部分的電路，如圖 所示。如圖 所示。接收部分的電路，如圖 所示。 CX20206 是一款應(yīng)用廣泛的紅外線檢波接收的專用芯片，其具有功能強(qiáng)、性能優(yōu)越、外圍接口簡單、成本低等優(yōu)點，由于紅外遙控常用的載波頻率 38 kHz 與測距的超聲波頻率 40 kHz比較接近，而且 CX20206 內(nèi)部設(shè)置的濾波器中心頻率 f0 可由其 5 腳外接電阻調(diào)節(jié)，阻值越大中心頻率越低，范圍為 30～ 60 kHz。 CX20206內(nèi)部由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器及整形電路構(gòu)成。當(dāng)接收到與 CX20206濾波器中心頻率相符的回波信號時，其輸出端 7腳就輸出低電平，而輸出端 7腳直接接到 XTC89C52 的 INT0 引腳上，以觸發(fā)中斷。如圖 所示。 相關(guān)軟件、電路模塊和器件清單，見表 所示。Win7 1 ZK4WD小車 4 超聲波避障系統(tǒng)的軟件設(shè)計 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。過程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。所謂“模塊”實質(zhì)上就是 所完成一定功能，相對獨立的程序段，這種程序設(shè)計方法叫模塊程序設(shè)計法。 b） 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。 本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序﹑定時子程序、避障子程序﹑中斷子程序顯示子程序﹑調(diào)速子程序﹑算法子程序構(gòu)成。脈沖寬度調(diào)制（ Pulse Width Modulation），簡稱 PWM。與 VM系統(tǒng)相比， PWM 調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點： a)由于 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá) 1：10000 左右。 b）同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配 合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)。 超聲波測距模塊軟件設(shè)計 此方案中超聲波測距的觸發(fā)方式為電平觸發(fā)方式，其中舵機(jī)與單片機(jī)的接口為，超聲波測距模塊與單片機(jī)的接口為 和 。 (a) (b) (c) 圖 測距程序流程圖 進(jìn)入主程序后，軟件延時，然后將微處理器的 ，觸發(fā)傳感器發(fā)送超聲波信號。初始化結(jié)束后，保持 口為高電平，將 ，再延時，程序等待回波信號觸發(fā)中斷。 接收 到超聲波回波后，程序進(jìn)入中斷。進(jìn)入中斷后，首先將計時數(shù)據(jù)存入緩存區(qū)，并對信號進(jìn)行軟件濾波，如信號為噪聲信號，則直接退出，如信號為有效信號，計算障礙物的距離。機(jī)器人（小車 ）在行駛過程中如果遇到障礙物，它的超聲波測距系統(tǒng)馬上計算出機(jī)器人與障礙物的距離 d，若 ddc(避障的臨界距離，其中 dc為程序預(yù)設(shè)值 )，電機(jī)左右轉(zhuǎn)向控制驅(qū)動，從而繞過障礙物實現(xiàn)避障的效果。 圖 避障程序流程圖 程序設(shè)計如下： while(1) /*無限循環(huán) */ { if(timer=1000) //100MS 檢測啟動檢測一次 { timer=0； StartModule()； //啟動檢測 Conut()； //計算距離 if(S30) //距離小于 30CM { stoprun()； //小車停止 COMM()； //方向函數(shù) } else if(S40) //距離大于， 40CM 往前走 run()； } } } 軟件與硬件的整合軟件與硬件的整合 在本次設(shè)計過程中，考慮到各個模塊之間的控制復(fù)雜 性，我們將電機(jī)控制，超聲波測距分開調(diào)試，當(dāng)兩個模塊都可以正常工作之后，再將它們結(jié)合起來調(diào)試，采取了“分而治之”的思想。 電機(jī)調(diào)試：在點擊調(diào)試的過程中，我們首先將 PWM輸出在示波器上反映出來，確保 PWM波的輸出正常，并且能夠根據(jù)用戶設(shè)定的比較值產(chǎn)生不同形式的輸出，在比較匹配發(fā)生之后，調(diào)節(jié)其占空比，實現(xiàn)電機(jī) 的速度控制，在控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的時候，采用直接控制 L298N芯片的方式，實現(xiàn)左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，后退等功能。 圖 實物連接 1 圖 實物連接 2 b） 程序下載 在程序下載時要安裝 USB 串口驅(qū)動（ Win7 的或 XP的）串口驅(qū)動安裝完成后將小車與電腦通過 USB 下載線進(jìn)行連接，然后打開我的電腦中的設(shè)備管理器查看端口是否連接成功如圖 所示則為成功且串口號為 COM4。 圖 打開電源圖 2）打開桌面的下載軟件 選擇單片機(jī)型號，找到目標(biāo)文件，然后選擇正確的串口號。 圖 軟件下載圖 3)下載程序 在下載程序時要等到下載軟件的提示欄中出現(xiàn)給 MCU上電時再給單片機(jī)按上電源上電，如果下載成功則如圖 所示。 圖 程序運行圖 問題分析 問題：小車運行時如果如果障礙物的距離比較近小車后退后 會撞到或卡住。 解決方法：把障礙物的距離調(diào)大點或?qū)π≤嚰俺绦蜻M(jìn)行改進(jìn)。 表 距系統(tǒng)測量值與實際值（單位 : cm） 障礙物實際距離（ cm） 測量距離（ cm） 45 60 75 100 125 150 175 200 從表中的數(shù)據(jù)可以看出，測量值總是比實際值大出大約 7cm，經(jīng)過分析原因主要有三個方面：第一方面，超聲波傳感器測得的數(shù) 據(jù)受環(huán)境溫度的影響；第二方面，指令運行需占用一定的時間而使得測量的數(shù)據(jù)偏大；第三方面，為了防止其他信號的干擾，單片機(jī)開始計數(shù)時，驅(qū)動電路發(fā)送 16 個脈沖串。為了減小測量值與實際值的偏差，我們采用最小二乘法對表 1 的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。 表 修正后聲測距系統(tǒng)測量值與實際值 （單位： cm） 障礙物實際距離（ cm） 測量距離（ cm） 45 60 75 100 125 150 175 200 從修正后的數(shù)據(jù)我們可以看出 ,系統(tǒng)的測量誤差在177。 結(jié) 論 本智能小車電路在硬件上采用了超聲波來測量小車距前方障礙物的距離，顯示結(jié)果快速，準(zhǔn)確。本文的總結(jié)有如下點： 1）本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，系統(tǒng)反映 快速靈活，硬件電路由可拆卸模塊拼接而成，有很大的擴(kuò)展空間。 2）在設(shè)計當(dāng)中也存在著一些不足。另外小車避障方式單一，若將超聲波模塊安裝在舵機(jī)上使其可以左右上下 180 度轉(zhuǎn)動，那么便可以通過比較小車兩側(cè)空間的大小來自由選擇避障方向，從而實現(xiàn)更加智能化的避障方式。硬件上沒有錯誤，主要瓶頸在于探測模塊的靈敏度，因為軟件 完全靠探測模塊返回的信號作為依據(jù)進(jìn)行下一步控制的操作，無法確認(rèn)該信號是否準(zhǔn)確，使小車轉(zhuǎn)彎欠準(zhǔn)確與智能。從電路的設(shè)計到調(diào)試整個過程中，我都從倪瑛老師那里學(xué)會了很多專業(yè)方面的知識。雖然在這次設(shè)計中對于知識的運用和銜接還不夠熟練。這三 個月的設(shè)計是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。 由于自身水平有限，設(shè)計中難免存在很多不足之處，敬請各位老師批評指