數據采集智能小車

1、 遠程數據采集智能小車遠程數據采集智能小車1.任務設計并制作一個智能小車，用在產品倉庫監(jiān)測中，對倉庫中各指定地點的貯藏環(huán)境參數（如溫度、濕度、易燃氣體濃度、以及貨物泄露情況等）依次進行定點采集，將采集得到的數據通過無線模塊返回給上位機進行顯示。2.要求2.1基本要求（1）小車從停車區(qū)出發(fā)，小車不得超越起跑線，按照設定的引導路線依次到達預定地點，完成數據采集任務后，回到指定停車區(qū)。（2）到達預定地點，檢測到地面上的金屬片時停車，打開攝像頭采集視頻信息，返回給上位機，以檢測倉庫環(huán)境是否正常。然后進行數據采集并反饋給上位機進行顯示，采集信息為空氣質量（溫度、濕度、易燃氣體濃度）。（3）在行駛軌道上隨

2、機放置確定尺寸的障礙物，要求小車遇到障礙物時停車并測出當前位置與障礙物的距離并返回給上位機，然后避開障礙物繼續(xù)前進，且不能與障礙物相接觸。2.2發(fā)揮部分（1）在有黑白引導線的直線跑道上放置不確定尺寸的障礙物，要求小車能避開障礙物并回到跑道繼續(xù)前進。（2）在指定的位置放置一個直流小信號源，用導電棒引出，小車遇到停車標志后用探測針測量直流小信號，通過程控調節(jié)運放放大后返回給上位機，在上位機顯示出直流小信號的值。（3）在小車軌道上設置迷宮，要求小車可以順利的走出迷宮，繼續(xù)任務。（4）在小車行駛的軌道上放置小物體，小車要將物體搬運到停車區(qū)，任務結束。目 錄1系統(tǒng)設計11.1總體方案設計11.2方案設計

3、與論證11.2.1電機驅動模塊選擇與論證11.2.2尋跡模塊的選擇與論證31.2.3光源檢測模塊的選擇與論證31.2.4 圖像采集模塊的選擇與論證41.2.5 電壓增益模塊的選擇與論證41.2.6 無線模塊的選擇與論證51.2.7 語音模塊的選擇和論證71.2.8 MP3模塊驅動方案的選擇與論證71.2.9 顯示方案的選擇與論證91.3總體方案的選擇102 主要電路的設計與計算112.1 控制器模塊電路的設計112.2電機驅動模塊電路的設計112.3尋跡模塊電路的設計122.4光源檢測模塊的設計122.5 電壓增益模塊電路的設計132.6液晶顯示模塊電路的設計142.7氣體檢測模塊電路的設計1

4、52.8 MP3音頻放大電路的設計153 軟件設計173.1 主程序流程圖的設計173.2 黑線檢測子程序流程圖的設計183.3 超聲波測距子程序流程圖的設計193.4 電壓采集子程序流程圖的設計203.5 可燃氣體檢測子程序流程圖的設計213.6 空氣溫濕度測量子程序流程圖的設計213.7 圖像采集子程序流程圖224 系統(tǒng)測試234.1 測量儀器234.2 主要指標測試234.3 結果分析235 總結25參考文獻25附錄1 系統(tǒng)主要元器件清單26附錄2 主程序清單27附錄3 上位機程序清單48附錄4 本學期制作模塊5755遠程數據采集智能小車摘要：本設計以ATmega128單片機為控制核心，

5、電動車為執(zhí)行器件，通過控制直流電機來調節(jié)小車的行駛路線，實現電動車前進，后退及方向調整功能。使用反射式紅外光電傳感器來檢測黑線，用于引導電動車運行；使用超聲波來檢測障礙物的距離并且避開障礙物；使用金屬傳感器引導小車到達指定位置采集定點周圍的圖像和數據并將數據發(fā)送回主機顯示；使用無線模塊來實現上位機和智能小車之間的通信;使用光源傳感器引導小車回到出發(fā)位置；顯示部分采用RT12864M液晶顯示，能顯示在定點采集到的各種數據和小車的運行狀態(tài)；將采集到的圖像直接發(fā)送回PC機顯示。關鍵詞：ATmega128單片機 無線圖像采集 語音播放 溫濕度采集1系統(tǒng)設計1.1總體方案設計根據題目要求，設計的小車主要

6、由以下模塊來實現，包括控制器模塊，無線模塊，語音播放模塊，電機控制模塊，光源檢測模塊，黑線檢測模塊，超聲波測距模塊，電壓采集模塊。設計方框圖如圖1.1.1所示。主控制器模塊電機控制可燃氣體檢測溫濕度采集語音播放超聲波測距電壓采集圖1.1.1 模塊設計方框圖1.2方案設計與論證1.2.1電機驅動模塊選擇與論證方案一：采用MOS管放大電路驅動直流電機，其電路如圖1.2.1.1所示。圖1.2.1.1 直流電機驅動電路圖由圖1.2.1.1所示，可利用PWM產生高低電平來控制MOS管的G極，從而控制D極和S極之間的通斷，當D極和S極導通時，電極正極接電源，負極接地。當D極和S極斷開時，電極正極和電源相連

7、，而負極通過二極管通向電容的正極，給電容充電，形成回路。這樣就可以達到一種平衡狀態(tài)，調節(jié)PWM方波的占空比就可以調節(jié)電極兩端的電流，從而控制電極的轉速。但二極管續(xù)流會嚴重影響電源，對電源要求比較高。方案二：采用集成芯片L298N，L298N是ST公司生產的一種高電壓、大電流電機驅動芯片。該芯片的主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動二個直流電動機;采用標準TTL邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路

8、部分在低電壓下工作.L298N采用15腳Multiwatt塑料封裝，通過散熱片可用螺釘固定在散熱器上。L298N內部包含：兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器A與B(每個全橋由4只NPN型三極管構成)；邏輯電路供電穩(wěn)壓器；邏輯控制電路等。其內部電部如圖1.2.1.2所示。 圖1.2.1.2 L298N內部原理圖 1.2.2尋跡模塊的選擇與論證方案一：使用由美國TAOS公司生產的TCS230顏色傳感器。TCS230芯片集成了64個帶不同顏色濾波器的二極管，能精確檢測多種不同的顏色，其內部結構原理如圖1.2.2.1所示。 圖1.2.2.1 顏色傳感器內部原理圖 當有光射在TCS230上時，通過光電二

9、極管控制S2和S3的不同組合可以選擇不同的濾波器，從而識別不同的顏色。方案二：用ST188型光電對管。ST188為一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個高靈敏度、硅平面光電三極管。其內置可見光過濾器能減小離散光的影響、體積小、反應速度快，工作性能穩(wěn)定，圖1.2.2.2是ST188的內部結構原理圖。圖1.2.2.2 ST188內部結構原理圖在小車尋跡過程中，需要對黑線反應靈敏，ST188具有反應速度快的特點，且價格便宜，操作起來方便，不需要加濾波電路，經比較后選擇方案二。1.2.3光源檢測模塊的選擇與論證方案一：使用光敏電阻，光敏電阻器是利用半導體的光電效應制

10、成的一種電阻值隨入射光的強弱而迅速改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。它可以將光信號轉換成電信號，但是在使用過程中，容易受外界環(huán)境因素的干擾，圖1.2.3.1是光敏電阻的外形和符號。圖1.2.3.1 光敏電阻的外形和符號方案二：使用光敏三極管，光敏三極管信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高，其內部結構原理如圖1.2.3.2所示。圖1.2.3.2 光敏三極管內部結構原理框圖在題目要求中，小車只需檢測到光源就停止行駛，光敏三極管具有反應速度快、結構簡單、價格便宜、抗干擾能力強等特點，經比

11、較后選擇方案二。1.2.4 圖像采集模塊的選擇與論證方案一：使用圖像識別器，可以通過黑線引導使小車到達指定點識別不同的圖像，但是圖像識別器價格很高，而且性能單一。方案二：使用無線攝像頭，可以通過金屬的引導使小車到達指定地址，使用繼電器控制攝像頭的工作以達到節(jié)能的目的。將智能小車在指定地點采集到的圖像發(fā)回PC機。但是無線攝像頭不能實現和上位機的通信。由于智能小車只需要采集指定點周圍的情況，不需要實現和單片機之間的通信，對識別圖形沒特別的要求，經比較后選擇方案二。1.2.5 電壓增益模塊的選擇與論證方案一：采用運放芯片LM324N, LM324N是四運放集成電路,它的內部包含四組形式完全相同的運算

12、放大器, 除電源共用外,四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示,它有5個引出腳,其中“+”、“-”為兩個信號輸入端,“V+”、“V-”為正、負電源端,“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中,Vi-（-）為反相輸入端,表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反;Vi+（+）為同相輸入端,表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同，其內部原理結構框圖如圖1.2.5.1所示。圖1.2.5.1 LM324N內部原理框圖方案二：采用ADI公司生產的可控增益芯片AD620AN。AD620AN是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個外部電阻來設置增益，增益范圍為1至10,000。，并且功

13、耗較低(最大電源電流僅1.3 mA)，可以通過在其引腳接可調電阻調節(jié)其增益值。其內部結構原理如圖1.2.5.2所示。 圖1.2.5.2 AD620AN內部原理框圖由于在采集電壓時信號未知，必須對其調節(jié)使其增益又不產生失真，使用AD620可以在程序里調節(jié)電壓的增益，能夠靈活調節(jié)電壓增壓，可以較好的滿足題目要求，所以選擇方案二。1.2.6 無線模塊的選擇與論證方案一：采用Nordic公司的NRF905模塊，NRF905單片射頻收發(fā)器工作在433/868/915MHz三個頻道，其功耗非常低，以-10dBm的輸出功率發(fā)射時電流只有11mA，工作于接收模式時的電流為12.5mA，內建空閑模式與關機模式，

14、與射頻數據包有關的高速信號處理都在nRF905片內進行，數據速率由微控制器配置的SPI接口決定，數據在微控制器中低速處理，但在nRF905中高速發(fā)送，因此中間有很長時間的空閑，這很有利于節(jié)能模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數據發(fā)射速率。nRF905片內集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器功率放大器等模塊，曼徹斯特編碼/解碼由片內硬件完成，無需用戶對數據進行曼徹斯特編碼，因此使用非常方便。其內部結構原理圖如圖1.2.6.1所示。圖1.2.6.1 NRF905內部結構框圖方案二：采用有Chipcon公司推出的一款低成本單片的UHF收發(fā)器CC1100，該RF收發(fā)器工作在

15、315/433/868/915 MHz頻道，該芯片先通過低噪聲放大器(LNA)對接收到的射頻信號進行放大，然后再對信號的中間頻率求積分向下轉換。在中頻，I/Q信號通過ADC進行數字化。CC1100的自動增益控制(AGC)，細微頻率濾波和解調位/數據包同步均數字化工作。其內部原理如圖1.2.6.2所示。圖1.2.6.2 CC1100內部結構框圖在測試時經常會發(fā)現使用CC1100時會發(fā)生通信異?，F象，原因是接收方RXFIFO溢出后RF無法再接收新的數據。由于小車在行駛時必須要求得到準確的指令，為了通信的準確度，經比較后選擇方案一。1.2.7 語音模塊的選擇和論證方案一：采用美國ISD公司生產語音芯

16、片4002/4003系列，2.73.3V供電，該系列芯片采用直接模擬量存儲技術，信息存放在芯片內部的FLASHRAM，抗斷電，低功耗等特點，所需要的I/O資源較多且程序設計比較麻煩，存儲空間比較小。其內部結構原理如圖1.2.7.1所示。圖1.2.7.1 ISD4002內部結構原理圖方案二：采用MP3模塊，可以簡單的控制語音的輸入和輸出， MP3模塊在使用串口模式時只需要占用一個I/O，可以最大的節(jié)約單片機I/O資源，且音質比ISD4002好，可以直接接插存儲卡，存儲容量大，控制簡單，使用方便。在智能控制方面最重要的就是節(jié)省I/O口資源，MP3模塊只需要占用一個I/O，經比較后選擇方案二。1.2

17、.8 MP3模塊驅動方案的選擇與論證方案一：采用低電壓音頻功率放大器LM386N,其引腳圖如圖1.2.8.1所示。 圖1.2.8.1 LM386N引腳圖增益在內部設定到20可使外部原件最少，在引腳1和8之間連接電阻和電容可使增益達到200以上，其增益為200時的電路圖如圖1.2.8.2所示。圖1.2.8.2 增益為200的音頻放大電路方案一：采用意大利SGS公司生產的TDA2822M音頻功率放大集成芯片，該集成芯片的最低工作電壓為1.8V，靜態(tài)電流和交叉失真都很小，電路可工作于立體聲雙聲道，也可接成BTL電路。其引腳如圖1.2.8.3所示。圖1.2.8.3 TDA2822M引腳圖TDA2822

18、M芯片基于靜態(tài)電流小、交叉失真小等特點，可組成雙聲道BTL電路。適用于便攜式、微小型收錄機、電腦音響中作功率放大。其典型的應用電路如圖1.2.8.4所示。圖1.2.8.4 TDA2822M音頻放大電路LM386電源電壓范圍比TDA2282M電源范圍廣，最高可達15V，消耗靜態(tài)電流4mA,比TDA2282M消耗小，當電源電壓為12V，負載為8時可以提供幾百mW的功率，經比較后，選擇方案一。1.2.9 顯示方案的選擇與論證方案一：采用六個數碼管動態(tài)顯示方案，電路如圖1.2.9.1所示，采用動態(tài)數碼管顯示，具有程序簡單， 對外界環(huán)境要求低，易于維護，同時其精度比較高，精確可靠，操作簡單。顯示直觀的特

19、點。但只能顯示數字和一些代碼，不能顯示漢字及一些常用的符號，且硬件設計比較復雜。圖1.2.9.1 兩個四位一體數碼電路圖方案二: 采用液晶RT1602顯示，此方案采用液晶顯示器RT1602，它能顯示32 個字符，并且硬件電路設計簡單，顯示美觀,但驅動程序相對數碼管來說要復雜一些，其次穩(wěn)定性也不如數碼管，電路如圖1.2.9.2所示。圖1.2.9.2 RT1602液晶顯示電路方案三:采用漢字圖形點陣液晶顯示器RT12864顯示方案，RT12864M漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形。供電電源為3.3V+5V(內置升壓電路，無需負壓)，并有多種軟件功能：光標顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模

20、式等特優(yōu)點，電路如圖1.2.9.3所示。圖1.2.9.3 RT12864液晶顯示電路經比較以后選擇的是方案三。1.3總體方案的選擇經過仔細分析和論證，決定了系統(tǒng)各模塊的最終方案如下。 (1)控制器模塊：ATmega128單片機； (2)電機驅動模塊：直流電機驅動芯片LM298N； (3)光電檢測模塊：紅外反射式對管； (4)圖像采集模塊：無線攝像頭； (5)電壓采集模塊：AD620AN； (6)無線模塊：NRF905； (7)語音模塊：MP3模塊； (8)顯示模塊：液晶RT12864M顯示； (9)光源檢測模塊：光敏三極管；主控制器模塊電機控制可燃氣體檢測溫濕度采集語音播放超聲波測距電壓采集圖

21、像采集光源檢測圖1.3.1 總體方案框圖2 主要電路的設計與計算2.1 控制器模塊電路的設計系統(tǒng)的住控制器是ATmega128單片機，它有53個I/O口，有兩個8位的計數器和兩個16位的計數器，還有7個外部中斷，可以輸出PWM來靈活的控制電機，功能強大，有128K的片內可編程FLASH， 16MHz的晶振，處理速度快，其最小系統(tǒng)原理圖如圖2.1.1所示。圖2.1.1 ATmega128最小系統(tǒng)原理圖2.2電機驅動模塊電路的設計使用電機驅動芯片L298N來驅動直流電機，改變直流電機兩端的極性就可以控制電機的正反轉，如表一所示。表2.2.1 L298N控制電機正反轉狀態(tài)表使能端控制A控制B電機狀態(tài)

22、高電平高電平低電平正轉低電平高電平反轉同高或同低剎車低電平任意任意自然停轉其驅動電路的原理圖如圖2.2.1所示。圖2.2.1 直流電機的驅動電路在圖2.2.1所示的電路中，電容C1和C5用來濾掉電源的諧波。二極管D1D8快速恢復二極管用來泄放繞組的電流。2.3尋跡模塊電路的設計光電傳感電路如圖2.3所示。圖2.3 光電檢測電路在圖2.3所示電路中，由R3=（VCC-VD）/ID可算得R3為510限流電阻。當有光反射回來時，光電對管中的三極管導通，此時VT1飽和導通。當檢測到黑線時，光電對管中的三極管不導通，其集電極輸出高電平，接收管的分壓電阻為10K的精密可調電阻，以適應外界光線變化對紅外對管

23、的影響。2.4光源檢測模塊的設計光源檢測模塊電路如圖2.4所示。圖2.4 光源檢測原理為了使光敏三極管可以在不同的條件下調節(jié)其靈敏度，使用精密可調電阻來控制光敏三極管的靈敏度。2.5 電壓增益模塊電路的設計圖2.5.1是AD620放大器原理圖，該放大電路是由三個放大器組成，其中電阻R和Rx需要在放大器的使用范圍內，可以通過調節(jié)Rx的值調節(jié)AD620的增益。圖2.5.1 AD620內部原理圖通過R和Rx調節(jié)AD620增益的關系式為：AD620的工作原理是調節(jié)引腳1和8之間的電阻就可以改變增益值，圖2.5.2是AD620的端腳配置圖。 圖2.5.2 AD620端腳配置圖在腳1和腳8間跨接一個電阻來

24、調節(jié)方法倍率，AD620的增益關系式為:圖2.5.3是電壓采集的電路原理圖。圖2.5.3 AD620增益電路電路中電容C11和C12起濾波作用。在電壓增益時，為防止雜波為增益的影響，需要盡可能減少雜波成分。2.6液晶顯示模塊電路的設計液晶12864含有中文字庫，可以實現良好的人機界面，使控制更加方便。其外圍電路如圖2.5所示，圖2.6 液晶顯示電路2.7氣體檢測模塊電路的設計在檢測氣體時，為達到最大節(jié)能目的，小車只有在到達檢測點后才使用氣體傳感器，所以用繼電器控制氣體傳感器的開通，其原理如圖2.7.1所示。圖2.7.1 繼電器控制氣體傳感器電路小車在到達指定地點以后，通過單片機控制是其閉合通電

25、，氣體傳感器工作，檢測結束后，繼電器斷開，氣體傳感器停止工作，達到節(jié)能目的。2.8 MP3音頻放大電路的設計在上位機播報小車行駛狀態(tài)時，MP3模塊需要LM386音頻放大芯片驅動，以達到較大較清晰音質，使用音頻放大時，采取的是增益為200。在與PC機相連時。需要用RS232進行電平轉換。音頻放大電路如圖2.8.1所示。圖2.8.1 LM386音頻放大電路在電路中，電容C6C10起濾波作用，因為在音頻放大電路中，元器件的干擾會使音質變差。3 軟件設計系統(tǒng)采用C語言編程實現各部分功能，C語言本身帶有很多庫函數，算術能力強，特別適合控制系統(tǒng)程序的編寫。程序是用Windows XP環(huán)境下的ICCAVR軟

26、件編寫的，可以實現兩個單片間的通信、黑線檢測、超聲波測距、語音播放、圖像采集等功能。3.1 主程序流程圖的設計圖3.1是系統(tǒng)的主程序流程圖，該流程圖包括兩部分，既基礎部分和發(fā)揮部分。檢測障礙物是否檢測到黑線檢測黑線是否是否檢測到障礙物是否測距避障采集數據并發(fā)送給主機停止行駛開始是否檢測到金屬否是檢測光源圖3.1 主程序流程圖3.2 黑線檢測子程序流程圖的設計此系統(tǒng)采用黑線引導電動車運行，通過反射式紅外光電傳感器檢測黑線，通過單片機處理，從而控制電動車的運行方式，其中沿黑線前進時反射式紅外光電傳感器安裝示意圖如圖3.2.1所示，圖中兩個小圓點代表紅外光電傳感器A和B，大方框表電動車模型，箭頭表小

27、車運行方向，假設當傳感器檢測到黑線時，輸出狀態(tài)為0，否則為1，運行開始時，兩傳感器必須有一個在黑線內，軟件設計流程圖如圖3.2.2。 圖3.2.1 光電傳感器安裝示意圖開始查詢光電傳感器判斷是否為高電平控制電機動作是否圖3.2.2 黑線檢測子程序流程圖3.3 超聲波測距子程序流程圖的設計此子程序實現是通過紅外傳感器控制的，當紅外傳感器檢測到障礙物時，開啟超聲波發(fā)射頭發(fā)送脈沖測距，這樣實現的是近距離測量，檢測到障礙物距離后開始實現小車的避障過程，其流程如圖3.3所示。查詢紅外傳感器判斷是否為高電平啟動超聲波檢測距離是否顯示距離值開始避障開始圖3.3 超聲波測距子程序流程圖3.4 電壓采集子程序流

28、程圖的設計此子程序是通過檢測金屬傳感器到達指定位置，開始電壓的采集，通過檢測采集到的電壓值來調節(jié)倍增率，當增益后的電壓達到某范圍內，將采集到的電壓值和增益值通過無線發(fā)送回主機。程序流程圖如圖3.4所示。啟動采集模擬電壓判斷電壓是否大于1V調節(jié)電壓增益將電壓值和增益值發(fā)送回主機是否開始語音播報圖3.4 電壓采集子程序流程圖3.5 可燃氣體檢測子程序流程圖的設計在使用金屬引導小車到達指定地點后，開始對空氣中可燃氣體進行檢測，若空氣中沒有可燃氣體就繼續(xù)行駛尋找下一個目的地檢測，若空氣中含有可燃氣體，即馬上報警并將檢測到的結果在液晶上顯示并且發(fā)送回上位機。查詢氣體傳感器判斷是否為高電平是否啟動蜂鳴器將

29、檢測到的氣體發(fā)送回上位機開始圖3.5 可燃氣體檢測子程序流程圖3.6 空氣溫濕度測量子程序流程圖的設計小車行駛到檢測點開始對空氣溫濕度進行測量，將測量值在液晶顯示并且發(fā)送到上位機上顯示并且保存。查詢金屬傳感器判斷是否為高電平否是檢測溫濕度將數值發(fā)送回上位機顯示開始圖3.6 空氣溫濕度測量子程序流程圖3.7 圖像采集子程序流程圖在圖像采集過程中，無線攝像頭耗電大，為達到最大節(jié)能目的，只需要在達到檢測地點以后打開攝像頭開始采集即可滿足題目要求，因此，使用繼電器控制攝像頭通電可達到節(jié)能要求。圖3.7.1為繼電器控制圖像采集子程序流程圖。開始查詢金屬傳感器判斷是否為高電平繼電器閉合無線攝像頭工作是否圖

30、3.7.1 圖像采集子程序流程圖4 系統(tǒng)測試4.1 測量儀器系統(tǒng)測試中所要用到的儀器如表4.1.1所示。表4.1.1 測試中使用的儀器設備序號名稱數量備注1卷尺1修正超聲波測距的誤差2電壓表1測量采集到的電壓值3示波器1測量AD620實際增益4.2 主要指標測試主要指標測試包括超聲波測量距離，實際距離的誤差和采集到的電壓與實際電壓的誤差，以及測量到的空氣濕度值與真實值之差。測試結果如表4.2.1、表4.2.2和表4.2.3所示。表4.2.1 超聲波測量值與誤差序號測量值(cm)實際值(cm)誤差(cm)15.5cm2cm3.5cm27.4cm5.2cm2.2cm310.8cm9.5cm1.3c

31、m415.5cm14.3cm1.2cm520.8cm19.8cm1.0cm625.2cm24.3cm0.9cm表4.2.2 電壓采集值與誤差序號采集值(v)實際值(v)誤差(v)10.56v0.5v0.06v21.55v1.5v0.05v32.55v2.5v0.05v44.98v5.0v0.02v表4.2.3 空氣濕度值與誤差序號采集值(%)實際值(%)誤差(%)143.5%41.8%1.7%248.4%19.5%1.1%365.7%65.0%0.7%498.7%96.2%2.5%4.3 結果分析由表4.1.1可以看出超聲波在測距時，距離（在一定限定范圍內）越短，誤差值越大，由于系統(tǒng)測試是在紅

32、外傳感器檢測到障礙物后才開始超聲波測距的，通過調節(jié)紅外傳感器的靈敏度既增大其檢測距離可以減少誤差，由于其距離仍然不遠，所以此誤差比較大。誤差產生的主要原因是由軟件產生的。由于在檢測到障礙物后才開始測距，即開始發(fā)射脈沖和接收脈沖，這之間有時間差，這就是誤差產生的最主要的原因。空氣濕度測量的是將空氣中的濕度百分比轉換為電壓輸出，其理論值如圖4.3.1特性曲線所示。圖4.3.1 溫度輸出電壓曲線在實際的測量中，由于無法使用和理論值完全符合的函數，且該特性曲線接近與直線，所以在實際處理過程中用一天接近與該曲線的直線代替的，這就是出現誤差的主要原因。5 總結本系統(tǒng)是以單片機ATmega128為核心控制器

33、的智能小車，車體底座是由四個同步電機組成，可以實現前進后退等基本操作，主板上集成了各種傳感器和電壓采集模塊等，通過減少小模塊使車體美觀，但是將各種小模塊集成在一個大模塊上要注意各模塊間的防干擾性。系統(tǒng)是采用鎳氫電池供電，鎳氫電池是目前最環(huán)保的電池，能量密度比高，能有效地延長設備的工作時間。同時鎳氫電池在電學特性方面與鎳鎘電池亦基本相似。在實際測試過程中，由于車體的重量的限制，若采用5V供電會使電機的驅動能力減弱，小車速度會減慢。為了解決這個問題，最后采用的是三端可調穩(wěn)壓管LM317T實現電源的穩(wěn)定輸出。參考文獻1 黃智偉.全國大學生電子設計競賽電路設計M.北京：北京航空航天大學出版社，2006

34、2 黃智偉.全國大學生電子設計競賽系統(tǒng)設計M.北京：北京航空航天大學出版社，20063 黃智偉.全國大學生電子設計競賽技能訓練M.北京：北京航空航天大學出版社，20064 黃智偉.全國大學生電子設計競賽制作實訓M.北京：北京航空航天大學出版社，20065 黃智偉.全國大學生電子設計競賽訓練教程M.北京：電子工業(yè)出版社，20053許大中,賀益康.電機控制M.浙江：浙江大學出版社,2005.4高吉祥.全國大學生電子設計競賽培訓系統(tǒng)教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2007.5 馬忠梅，籍順心，張凱，馬巖.單片機的C語言應用程序設計M.北京：北京航空航天大學出版社，2003.附錄1 系統(tǒng)主要元器件清單附

35、表1 主要元器件清單序號原件名稱規(guī)格封裝數量備 注1ATmega12864引腳SIP-641主控制芯片2AD6208引腳SIP-81電壓增益3RT12864M16引腳1顯示4蜂鳴器2引腳1可燃氣體報警5DS18B20 3引腳1溫度傳感器6NRF9052無線模塊7BM-RH206A1濕度傳感器8E18-D80NK1紅外傳感器9LJ18A3-8-Z1金屬傳感器10無線攝像頭1圖像采集11ST1882紅外對管12HS-65MG3舵機13MP3模塊1語音播放14LM3868引腳DIP-81音頻功放15L298N15引腳ZIP-151電機驅動附錄2 主程序清單#include<iom128v.h&

36、gt;#include<delay.h>#include<BIT.h>#include"lcd12864.h"#include"NRF905.C"#include"DS18B20.C"#include"ADC8402.c"#include"shidu.c"#include"gas.c"#include"interrupt_init.c"#include"duoji.c"#include"ADC.c&qu

37、ot;#include"pic.h"#pragma interrupt_handler EX0:2 /金屬傳感器中斷#pragma interrupt_handler EX1:3 /超聲波中斷#pragma interrupt_handler EX2:4 /光源中斷#pragma interrupt_handler EX3:5 /紅外傳感器中斷#pragma interrupt_handler EX4:6 /紅外對管中斷#pragma interrupt_handler EX5:7 /紅外對管中斷#pragma interrupt_handler timer1:15 /定時

38、器溢出中斷#pragma interrupt_handler timer3:30 /定時器溢出中斷#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define xun4 READ_PE4#define guang READ_PD2#define hongwai READ_PD7#define hongwai0 READ_PD3 /中斷三I/O口位定義uchar back=10; /多次采集電壓防止錯誤uchar num; /循環(huán)的中間變量uchar light; /小車旋轉檢測光源標志uchar chu=1;uchar one=1;uc

39、har ji=1;uint k,j,h;uint timer;uint number;uchar bish; /到達迷宮處停止刷新液晶float distance; /測量的距離值uchar data4; /將距離值在液晶上顯示uint time_counter=0; /超聲波測距的時間變量 uchar addtion; /存取增益后的電壓值數字量float temp_addtion; /為發(fā)送時采取的中間變量uchar multiple; /存取增益的倍數值float Vi; /采集到的電壓值uchar table25; /保存增益倍數在液晶上顯示uchar table36; /保存采集到電

40、壓值在液晶上顯示uint circle=0;uchar barrier; /紅外傳感器檢測到的障礙物標志uchar bizhang;uchar migong; /到達迷宮處的標志位uchar direct; /避障時候在主函數中使用uchar stop;uchar stop1=1; /檢測到光源停止標志位uchar gather; /使小車不停的采集數據的標志量uchar TxBuf28=0; /發(fā)送寄存器數組uchar RxBuf28=0; /接收寄存器數組uchar initBuf28=0; /初始化用的寄存器/* 函數名稱: timer1()* 函數功能: 控制測距計數器計數 * 入口參

41、數: 無* 出口參數: 無/*/void timer1() TCNT1H = 0xff; TCNT1L = 0x60; time_counter+; if(time_counter = 589) /設定測量上限為1米 TIMSK&=BIT(2); time_counter=589; float calculate_distance(uint time) float value; value = time*0.17; return value; /返回距離值/* 函數名稱: timer3()* 函數功能: 繞障計時 * 入口參數: 無* 出口參數: 無/*/void timer3() T

42、CNT3H = 0x27; TCNT3L = 0x10; if(one) /第一次繞直角 number+; /第一次繞直角計時 if(ji=1) if(hongwai) /直到沒檢測到物體ji=2; if(ji=2) if(!hongwai) one=0; chu=0; /跳出繞直角等待標志 timer=number; /保存第一次繞直角時間 number=0; ETIMSK&=BIT(2); else number+; if(number=timer) chu=0; /跳出繞直角等待標志 number=0; ETIMSK&=BIT(2); /* 函數名稱: EX0()* 函數

43、功能:檢測到金屬時采集溫度和濕度值 * 入口參數: 無* 出口參數: 無/*/void EX0() PORTA=0x00; EIMSK=0x00; /關閉所有的中斷 PORTA&=0XF0; /使小車停止行駛 DDRB|=BIT(5); /控制氣體傳感器的繼電器 PORTB|=BIT(5); /控制氣體的繼電器 clear_dis(); /液晶清屏 delay_ms(3000); /氣體傳感器預熱時間 clear_dis(); /液晶清屏 gather+; SetTxMode(); clear_dis(); display_temp(); /采集溫度值 display_temp();

44、/采集溫度值 if(gather=1) lcd_writexy(3,0,"檢測到第一塊金屬"); TxBuf13=0x01; TxBuf14=0x01; if(gather=2) lcd_writexy(3,0,"檢測到第二塊金屬"); TxBuf13=0x02; TxBuf14=0x02; if(gather=3) lcd_writexy(3,0,"檢測到第三塊金屬"); display_temp(); /采集溫度值 display_temp(); TxBuf13=0x00; TxBuf14=0x00; if(gather=5) l

45、cd_writexy(3,0,"檢測到第四塊金屬"); display_temp(); display_temp(); TxBuf13=0x04; TxBuf14=0x04; circle=60; while(circle-) alarm(); if(breath=1) TxBuf15=0x01; TxBuf16=0x01; else if(breath=2) TxBuf15=0x02; TxBuf16=0x02; else TxBuf15=0x03; TxBuf16=0x03; sent(); TxPacket(TxBuf); delay_ms(100); TxBuf13

46、=0x00; TxBuf14=0x00; SetRxMode(); delay_ms(100); breath=0; DDRE|=BIT(3);DDRB|=BIT(7); /控制視頻通電的繼電器PORTB|=BIT(7); /控制視頻通電delay_ms(2000); pic_run(8,400,30000); delay_ms(2000); /延時無線視頻通電時間 pic_run(140,3000,400); delay_ms(2000); pic_run(7,400,30000);delay_ms(2000);DDRB&=BIT(7);PORTB&=BIT(7); /關控制視頻通電的繼電器 EIMSK=0x3d; /打開所有的中斷（除超聲波） PORTB&=BIT(5); /關氣體繼電器 if(gather=3|gather=