基于自動循跡避障的智能小車的硬件設(shè)計(jì)

1、基于自動循跡避障的智能小車的硬件設(shè)計(jì)摘 要：本設(shè)計(jì)的主控芯片是在單片微信計(jì)算機(jī)的根底之上設(shè)計(jì)的一款能夠?qū)嵮E功能遙控功能和避障功能三個(gè)功能的智能小車。可以實(shí)現(xiàn)智能小車通過在小車前方的四個(gè)紅外傳感器的檢測使小車能夠沿著在白色地面上面的黑線進(jìn)行循跡功能和當(dāng)小車發(fā)現(xiàn)前方有障礙物時(shí)通過超聲波模塊進(jìn)行避障并自動選擇沒有障礙物的一方進(jìn)行運(yùn)動的功能以及可以通過安卓 與小車藍(lán)牙模塊之間形成的虛擬藍(lán)牙線路進(jìn)行通信，使小車按照 上位機(jī)發(fā)出的指令做出相應(yīng)的動作三個(gè)功能。本設(shè)計(jì)的機(jī)械局部是使用前方兩個(gè)驅(qū)動輪前方一個(gè)萬向輪的結(jié)構(gòu)，使得小車在運(yùn)動過程中可以靈巧，運(yùn)動自如。本次的設(shè)計(jì)已經(jīng)做出了相應(yīng)的實(shí)物，實(shí)物可以按照預(yù)定的

2、方案實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵字：智能小車,單片機(jī),超聲波模塊,藍(lán)牙模塊,循跡模塊Abstract:This design is an intelligent tracking avoidance remote control Vehicle, which is based on single chip microcomputer.the design leads to the achievement of three functions. The first function is that the Vehicle can track along the black lines above the whit

3、e ground by using the four infrared sensors in front of the Vehicle to detect. The second function includes obstacle avoidance and selecting the side of no obstacle .Last, communicating by the virtual Bluetooth communication lines passed between Android phones and car Bluetooth module ,the Vehicle c

4、an make the appropriate action in accordance with instructions issued by the phone. In the mechanical aspect ,the design uses the structure of two driving wheel and a universal wheels to make the vehicle runs smoothly and flexibly. The design has made the appropriate kind, kind can achieve according

5、 to a predetermined plan.This design has made the corresponding physical according to the predetermined plan implementation.Keywords:Smart car, MCU,the Ultrasonic Module,the Bluetooth module,the Tracking Module目 錄1 前言1122 方案設(shè)計(jì)32.1 基于單片機(jī)的方案設(shè)計(jì)32.2 基于CPLD的方案設(shè)計(jì)42.3 主控模塊的方案選擇52.4 驅(qū)動模塊的方案選擇63 單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)93.1

6、主控電路991111113.4.2 復(fù)位電路123.4.3 時(shí)鐘電路143.4.4 LED流水燈及蜂鳴器153.4.5 插接件、按鍵及去抖電路的設(shè)計(jì)164 驅(qū)動電路194.1 H橋式電路介紹194.2 L298N驅(qū)動模塊介紹20245 循跡避障遙控模塊設(shè)計(jì)255.1 循跡模塊2525275.2 避障模塊285.2.1 發(fā)射局部電路3132345.3.1 無線模塊的選擇345.3.2 藍(lán)牙模塊366 制作安裝與調(diào)試406.1 智能小車的制作與安裝4062 小車測試406.2.1 測試驅(qū)動模塊 L298N 模塊406.2.2 測試主控系統(tǒng)單片機(jī)學(xué)習(xí)板406.2.3 調(diào)節(jié)智能小車上的四路循跡電位器4

7、06.3 在調(diào)試過程中遇到的問題416.3.1 單片機(jī)學(xué)習(xí)板下載不了程序416.3.2 小車不能正常運(yùn)動417 結(jié)論428 總結(jié)與體會439謝辭致謝4510 參考文獻(xiàn)4611 附錄1單片機(jī)整體電路圖4712 附錄2外文翻譯資料481 前言智能現(xiàn)在已成為科學(xué)技術(shù)的開展方向，是現(xiàn)代社會一種新型的產(chǎn)物。智能的含義是在一種特定的環(huán)境為前提之下，人們通過預(yù)先設(shè)定的方案使其能夠高效的完成各種工作任務(wù)而不用人親自和直接的去操作。本設(shè)計(jì)的智能小車是一種能夠完成循跡避障和遙控三個(gè)功能的智能移動機(jī)器人，在設(shè)計(jì)之中的理論、方案設(shè)計(jì)、分析的方法等可以為智能運(yùn)輸機(jī)器人、自動采礦機(jī)器人、民用家居清潔機(jī)器人等自動與半自動的

8、機(jī)器人的設(shè)計(jì)制造和運(yùn)用普及具有或多或少的參考意義。智能小車也是玩具市場開展的一局部，研究和開發(fā)好智能玩具小車能夠?qū)崿F(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)利益和商業(yè)價(jià)值。智能小車是一種輪式機(jī)器人，屬于移動沖動機(jī)器人的一種。智能小車是一種能夠按照認(rèn)得意愿在特定的環(huán)境之中完成對現(xiàn)場環(huán)境的感知決策并完成各種特定的任務(wù)。智能小車的運(yùn)動軌跡、啟動和停止已經(jīng)不再需要人為的去干預(yù)，通過單片機(jī)的控制已經(jīng)得到了智能的實(shí)現(xiàn)。它的運(yùn)動方向的改變時(shí)通過對單片機(jī)燒寫的程序的改變來實(shí)現(xiàn)。智能小車要實(shí)現(xiàn)循跡功能、避障功能和遙控的功能，這就要求智能小車必須要自動的感知黑線和障礙物并且對接收到的信號能夠自行正確的進(jìn)行處理。本設(shè)計(jì)的智能小車其遙控局部功能是

9、主要是在基于Android 上的藍(lán)牙功能和智能小車上面后端插有的藍(lán)牙模塊之上，通過Android 的上位機(jī)發(fā)出指令通過虛擬的藍(lán)牙串口線對小車的運(yùn)動做出相應(yīng)的指示，使智能小車能夠完成預(yù)定的各項(xiàng)功能，從而實(shí)現(xiàn)了通過 對智能小車的遙控控制功能。智能小車的避障功能是在小車的前端裝有一個(gè)超聲波避障模塊，在超聲波避障模塊下面有一個(gè)舵機(jī)，舵機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)180度的旋轉(zhuǎn)，通過舵機(jī)帶動超聲波模塊的旋轉(zhuǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)對周圍環(huán)境的感知，當(dāng)超聲波模塊前方出現(xiàn)障礙物時(shí)，超聲波模塊發(fā)出信號給單片機(jī)，單片機(jī)處理過后發(fā)出指令使小車停止前進(jìn)，此時(shí)舵機(jī)將帶動超聲波模塊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到一方?jīng)]有障礙物時(shí)，小車將繼續(xù)向前行駛，從而實(shí)現(xiàn)了智能小車

10、的避障功能。智能小車是運(yùn)動輪式機(jī)器人的一種。本設(shè)計(jì)的組成可以分為五大組成局部：紅外傳感器檢測局部、超聲波測距局部、藍(lán)牙遙控局部、執(zhí)行局部和CPU。對汽車產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)的開展具有重要的意義，在這種背景之下研究智能小車的意義就顯得十分重要了。智能小車的循跡功能在汽車自動控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，汽車可以實(shí)現(xiàn)不需要人為的直接操作進(jìn)行智能的倒車等功能，避障功能在汽車自動控制領(lǐng)域的應(yīng)用及其廣泛，汽車的尾部裝有超聲波避障設(shè)施，可以自動感知汽車前方的障礙物距離，同時(shí)隨著距離的變換能夠放出提示音使駕駛員注意行駛的平安。遙控作為現(xiàn)代新型的產(chǎn)物在汽車自動控制方面也得到了廣泛的應(yīng)用，汽車上面的遙控鑰匙實(shí)現(xiàn)了不需要人直接的

11、去用鑰匙翻開汽車的車門，站在一定距離的地方通過遙控鑰匙就可以實(shí)現(xiàn)了對汽車的開鎖，關(guān)鎖功能。智能在汽車自動控制行業(yè)的應(yīng)用數(shù)不勝數(shù)，上面只講了其中的一局部內(nèi)容，總之智能現(xiàn)在在人類生產(chǎn)生活的各個(gè)行業(yè)的開展情景是十分大的。與開展前景智能小車在現(xiàn)代的生活之中隨處可見，其開展速度迅猛，從最簡單的智能玩具小車到社會上的各行各業(yè)。智能小車的功能根本上可以實(shí)現(xiàn)了循跡功能、避障功能、紅外走迷宮功能、倒車入庫功能、藍(lán)牙遙控?zé)o線遙控等根本功能。就近幾年全國范圍內(nèi)舉行的各種電子設(shè)計(jì)大賽來看，智能小車的開展將向著聲控方面進(jìn)行開展。飛思卡爾電子設(shè)計(jì)大賽時(shí)現(xiàn)在國內(nèi)電子設(shè)計(jì)大賽的最高級別的比賽走在了前列。而本設(shè)計(jì)的智能小車實(shí)現(xiàn)

12、了三個(gè)功能主要是循跡功能、避障功能和遙控功能。現(xiàn)在對智能小車的開發(fā)已經(jīng)涵蓋了傳感、電氣以及智能等多個(gè)智能控制技術(shù)，然而智能控制技術(shù)是一門綜合的跨科學(xué)技術(shù)。在現(xiàn)在對智能控制技術(shù)的研究異常的熾熱，在其應(yīng)用方面變得越來越廣泛。當(dāng)今社會的新產(chǎn)物智能，變?yōu)榱水?dāng)今社會的開展方向，其主要功能是在預(yù)先就設(shè)定好了的功能能夠在特定的環(huán)境之中自動的運(yùn)行而不需要人為的控制?，F(xiàn)代但凡人類不宜親自或者直接接觸的事物，均可以用智能機(jī)器人代為完成，并且可以到達(dá)人直接完成效果的更高的水平之上。智能機(jī)器人可以適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境，與人類無法親自觸及的危險(xiǎn)復(fù)雜環(huán)境，智能小車就是其中的一種表達(dá)，智能也被稱之為輪式機(jī)器人。如果能把這門技

13、術(shù)運(yùn)用到我們現(xiàn)實(shí)的生活當(dāng)中，無疑我們的生活會變得更加的方便、快捷和智能。智能小車的研究開發(fā)具有潛在的軍用價(jià)值，還被廣泛的運(yùn)用在了科學(xué)研究方面、搶險(xiǎn)救災(zāi)方面和地質(zhì)勘探等人類生產(chǎn)和生活的多個(gè)方面。2 方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的總體方案的系統(tǒng)流程框圖如圖2.1所示：主控模塊的選擇可以采用CPLD方案和單片機(jī)方案，2.1和2.2局部對CPLD和單片機(jī)做了詳細(xì)的介紹 循跡模塊避障模塊MCU 驅(qū)動模塊藍(lán)牙模塊 2.1 基于單片機(jī)的方案設(shè)計(jì)單片微型計(jì)算機(jī)是單片機(jī)MCU的全稱，單片微型計(jì)算機(jī)是嵌入式微控制器一種很典型的代表。單片微型計(jì)算機(jī)的組成局部是由計(jì)算器局部、控制器局部和存儲器局部還有各種輸出和輸入設(shè)備組成的。單

14、片微型計(jì)算機(jī)是一種集成芯片其集成了大型計(jì)算機(jī)的控制芯片。在社會開展的各個(gè)行業(yè)之中在工業(yè)控制行業(yè)等行業(yè)之中單片微型計(jì)算機(jī)得是最早被應(yīng)用的。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示：單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：1、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化；2、單片微信計(jì)算機(jī)可靠性很高，其可以工作106 107個(gè)小時(shí)沒有任何故障；3、處理功能強(qiáng)，速度快；4、低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；5、控制功能強(qiáng)；6、壞境適應(yīng)能力強(qiáng)；圖2.2 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.2 基于CPLD的方案設(shè)計(jì)復(fù)雜的可編程邏輯器件CPLDComplex Programmable Logic Device是一種由可編程邏輯陣列PLA器件和可編程邏輯器件GA

15、L器件開展而來的。復(fù)雜的可編程邏輯器件CPLD是一種大規(guī)模的集成電路，CPLD擁有的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)及其之復(fù)雜，規(guī)模異常的大，用戶在對CPLD應(yīng)用時(shí)可以依據(jù)自己的需求來對其自行構(gòu)造邏輯功能的一種數(shù)字集成電路。對原理圖的設(shè)計(jì)、對硬件描述語言的開發(fā)和集成開發(fā)軟件平臺的設(shè)計(jì)是三種對可編程邏輯器件CPLD進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)的三種根本設(shè)計(jì)方法，CPLD能夠生成與設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)相互對應(yīng)的目標(biāo)文件，目標(biāo)文件可以通過下載電纜把CPLD自動生成的目標(biāo)代碼傳送到了目標(biāo)芯片里，從而實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)。CPLD內(nèi)部邏輯電路圖如圖2.3所示：CPLD的優(yōu)點(diǎn)：CPLD擁有其編程較為靈活、設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)的開發(fā)周期時(shí)間不長、對其研究和開發(fā)的工

16、具十分的先進(jìn)、設(shè)計(jì)的本錢和制造的本錢相比較而言不高、集成程度很高，而且對于設(shè)計(jì)CPLD的設(shè)計(jì)者而言對硬件研究的經(jīng)驗(yàn)要求并不需要很高。CPLD標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品不需要進(jìn)行測試。保密的性能較強(qiáng)，價(jià)格并不是很高，因而對大規(guī)模的電路設(shè)計(jì)可以進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。據(jù)上述之優(yōu)點(diǎn)CPLD被充分的運(yùn)用在產(chǎn)品的原型設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的生產(chǎn)之中。在現(xiàn)在的電子行業(yè)中，可編程邏輯器件CPLD已然的成為了不能夠缺少的組成局部之一。CPLD的缺點(diǎn)：在矩陣單元中可編程邏輯的宏單元結(jié)構(gòu)相比較而言是十分復(fù)雜，而且CPLD具有較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)I/O單元互連結(jié)構(gòu)，因設(shè)計(jì)者不同的需求能夠生成與之相適應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)，即可用來實(shí)現(xiàn)和完成一些特定的功能。分段式互聯(lián)結(jié)構(gòu)具有

17、其預(yù)測不完全的缺點(diǎn)為了防止它，可編程邏輯器件CPLD的內(nèi)部采用了具有一定大小的金屬線來對其各個(gè)邏輯模塊進(jìn)行互連設(shè)計(jì)，所以邏輯電路設(shè)計(jì)的時(shí)間具有了可預(yù)測的特性。圖2.3 CPLD內(nèi)部邏輯電路圖2.3 主控模塊的方案選擇本設(shè)計(jì)的智能小車在對主控模塊的選擇上具有了穩(wěn)定性好、功耗低和設(shè)計(jì)使用的效率高等的特點(diǎn)，使智能小車的三個(gè)功能遙控功能、避障功能和循跡功能能夠按照預(yù)定的設(shè)計(jì)去實(shí)現(xiàn)。因此我對智能小車的主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩個(gè)方案如下所示：方案一：主控系統(tǒng)的核心部位使用的是一片CPLD如EPM7128LC84-14，從而來到達(dá)了能夠?qū)崟r(shí)處理控制各個(gè)模塊信息的功能目的。優(yōu)點(diǎn)：CPLD的特性具有處理速度迅速、編寫程

18、序較為容易、CPLD資源十分豐富、其開發(fā)的周期不長等諸多的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：如果運(yùn)用了上訴的方案，顯然在控制上面增加了許多不必要的難題。單片機(jī)在控制方面較CPLD來說具有較大的優(yōu)勢，雖然CPLD在處理速度方面十分的快捷，但是智能小車的運(yùn)行速度不是很高，導(dǎo)致了系統(tǒng)處理信息的要求變得很低。方案二：主控系統(tǒng)的核心部位使用單片機(jī)，從而來到達(dá)了能夠?qū)崟r(shí)處理控制各個(gè)模塊信息的功能目的。優(yōu)點(diǎn)：單片機(jī)假設(shè)作為主控系統(tǒng)的核心部位具有在控制上方便快捷程序燒寫較為方便這是單片機(jī)對于CPLD來說具有的無法比較的優(yōu)點(diǎn)。能夠很好的實(shí)現(xiàn)對小車的自動控制。充分的發(fā)揮單片機(jī)的學(xué)習(xí)應(yīng)用資源十分豐富這一優(yōu)點(diǎn)，而且具備了強(qiáng)大功能控制功能與

19、可位尋址的功能。并且單片機(jī)的價(jià)格十分低廉等諸多的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)上述兩種方案的比較，本次設(shè)計(jì)智能小車的主控系統(tǒng)我采用了方案二的設(shè)計(jì)。對于此次設(shè)計(jì)的各種特點(diǎn)來充分的分析之后，不能使用程序儲存器和有被減少了的I/O口的單片機(jī)體積小的單片機(jī)來作為控制系統(tǒng)D/A、A/D功能也不必選用。故本設(shè)計(jì)我選用了單片機(jī)來作為智能小車的主控模塊。在上訴的分析過后,對于本次設(shè)計(jì)的智能小車的主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)我決定了使用51單片機(jī)作為本次設(shè)計(jì)智能小車的主控系統(tǒng)。51單片微型計(jì)算機(jī)擁有位操作指令很強(qiáng)大的功能，51單片機(jī)的I/O口都可以按位來尋址，51單片機(jī)的程序空間能夠到達(dá)8K之大，但是對于本次的設(shè)計(jì)來說卻是無法全部用及，51單片機(jī)

20、的價(jià)格卻是很廉價(jià)的這對于本次設(shè)計(jì)來說是十分彌足珍貴的。在上述的對本次設(shè)計(jì)的主控系統(tǒng)分析了過后并且考慮了本次設(shè)計(jì)循跡、避障、遙控功能和很多的因素了之后，本次設(shè)計(jì)智能小車的主控系統(tǒng)我決定采用的是stc89c51型號的單片機(jī)，如圖2.4所示。充分的去應(yīng)用上訴單片機(jī)上所擁有的資源。圖2.4 51單片機(jī)2.4 驅(qū)動模塊的方案選擇本次的設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動模塊要求穩(wěn)定性高、效率高、加速能力強(qiáng)等的特點(diǎn)，我計(jì)了三種電機(jī)驅(qū)動模塊的方案如下所示：方案一：通過驅(qū)動電動的工作狀態(tài)的開或是關(guān)狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動電機(jī)的開關(guān)狀態(tài)由繼電器來對其進(jìn)行控制,對驅(qū)動電機(jī)的開關(guān)狀態(tài)的控制實(shí)現(xiàn)了小車速度的改變。采用繼電器對電動機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制

21、,通過開關(guān)的切換對小車的速度進(jìn)行調(diào)整.優(yōu)點(diǎn):電路較為簡單.缺點(diǎn):繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。方案二：實(shí)現(xiàn)分壓的目的是為了調(diào)節(jié)電動機(jī)的電壓，其方法是通過電阻網(wǎng)絡(luò)或是數(shù)字電位器來實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)電動機(jī)電壓的功能。缺點(diǎn)：現(xiàn)在一般的電動機(jī)電流較大，分壓使得效率變得很低，使得有效功率不高。只能通過對有級調(diào)速來實(shí)現(xiàn)對電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)速，從價(jià)格方面來說而數(shù)字電阻元件價(jià)格很貴。方案三：直流電機(jī)的功率放大器由采用了功率放大器三極管的功率放大器來進(jìn)行輸出控制。優(yōu)點(diǎn)：功率放大器運(yùn)用了功率三極管來對其進(jìn)行輸出的控制。采用的H型橋式電路(如圖4.1)由達(dá)林管組成，線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)原理簡單，其

22、實(shí)現(xiàn)加速的能力很強(qiáng)。在占空比可以進(jìn)行調(diào)節(jié)的開關(guān)狀態(tài)之下，用單片機(jī)控制達(dá)林頓管可以十分精確的調(diào)整驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種H型橋式電路的工作模式有飽和模式和截止模式，因此其工作時(shí)候的效率變得很高。這種電路實(shí)現(xiàn)了對轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管穩(wěn)定性很強(qiáng)其開關(guān)的速度變得很快。這種PWM調(diào)速技術(shù)在社會上得到了廣泛的采用。本設(shè)計(jì)我選用的是L298N型號的驅(qū)動模塊。根據(jù)上述比較對三種方案設(shè)計(jì)的比照之后，本次的設(shè)計(jì)我決定采用的是方案三來作為本次設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動模塊。上訴方案分析中方案三所講的電機(jī)驅(qū)動模塊調(diào)速方式有調(diào)速的特性十分優(yōu)越、調(diào)整的特性十分平滑、調(diào)速的范圍很大、過載的能力大，能夠承受很頻繁的負(fù)載沖擊特性，并且能夠

23、到達(dá)無數(shù)次的無級迅速啟動、電機(jī)迅速制動和電機(jī)急速反轉(zhuǎn)等諸多的優(yōu)良特性。故此本設(shè)計(jì)的直流電機(jī)的功率放大器我決定使用采用功率放大器運(yùn)用功率三極管作為輸出控制。L298N的引腳圖如圖2.4所示，L298N電路圖如圖2.5所示：圖2.5 L298N引腳圖圖2.6 L298N電路圖3 單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)3.1 主控電路主控模塊是對循跡避障遙控功能模塊發(fā)送而來的信號進(jìn)行處理分析，并且能夠給出PWM波控制驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速，開始和停止功能。其主控電路電路圖如下列圖3.1所示：圖3.1 主控電路 現(xiàn)在的51單片機(jī)MCU都能夠兼容Intel 8031指令系統(tǒng)。51系列型號的單片機(jī)在其最初時(shí)是Intel 8031單片機(jī)，

24、伴隨著Flash rom技術(shù)的迅速開展8031單片機(jī)的開展日新月異。8031單片機(jī)現(xiàn)如今成為了世界上應(yīng)用十分廣泛的8位單片機(jī)中的其中一種，現(xiàn)在ATMEL公司生產(chǎn)研發(fā)的AT89系列單片微型計(jì)算機(jī)的代表型號是8031單片微型計(jì)算機(jī)。本設(shè)計(jì)對智能小車的主控系統(tǒng)采用的是宏晶44腳LQFP封裝的單時(shí)鐘/機(jī)器周期1T增強(qiáng)型51單片微型計(jì)算機(jī)stc89c52。Stc89c52型號的單片機(jī)其主要性能參數(shù)如下：1、工作電壓：；2、stc89c51型號的單片微型計(jì)算機(jī)的工作頻率為：0-35MHz,相當(dāng)于普通8051系列單片機(jī)的0-420MHz；3、用戶應(yīng)用程序空間：8K；4、stc89c51單片機(jī)的片上集成了12

25、80字節(jié)的RAM；5、stc89c51單片機(jī)擁有44個(gè)通用的I/O口，可以設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉模式、強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉模式、僅為輸入/高阻模式、開漏模式，stc89c51+單片機(jī)上面的每個(gè)I/O口驅(qū)動的能力都可以實(shí)現(xiàn)20mA，但是他的所有的芯片都不能超越120mA；6、時(shí)鐘源：外部高精度晶振/時(shí)鐘、內(nèi)部RC時(shí)鐘：11MHz-17MHZ共4個(gè)16位定時(shí)器；7、路外部I/O口中斷；8、兩個(gè)通用全雙工異步串行口(UART)；主控芯片如圖3.2所示：圖3.2 主控芯片電路圖P0 口：P0是一個(gè)雙向8位三態(tài)I/O口。作為輸出端口，每位能驅(qū)動8個(gè)TTL負(fù)載。P0口也可作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口使用

26、。P0口線內(nèi)沒有固定的上拉電阻，由兩個(gè)MOS管串聯(lián)組成，既可以實(shí)現(xiàn)開漏輸出，又可實(shí)現(xiàn)處于高阻時(shí)的“浮空狀態(tài)，故稱P0口為三態(tài)的I/O口。P1 口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動4個(gè)LS型TTL負(fù)載。內(nèi)部具有上拉電阻。 引腳號第二功能：P1.0 T2定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2 的外部計(jì)數(shù)輸入，時(shí)鐘輸出。P1.1 T2EX定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2 的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制。P1.5 MOSI在系統(tǒng)編程用P1.6 MISO在系統(tǒng)編程用 P1.7 SCK在系統(tǒng)編程用 P2 口：P2 口是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線高8位復(fù)用，可驅(qū)動4個(gè)LS型TTL負(fù)載。具有內(nèi)部上拉電阻。P3 口：P3 口是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向I/O

27、口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動4個(gè)LS型TTL負(fù)載。具有內(nèi)部上拉電阻。 P3口也作為第二功能復(fù)用口使用，如下所示。 端口引腳第二功能RXD(串行輸入口)TXD(串行輸出口)INTO(外中斷0)INT1(外中斷1)TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)表3.1 P3口引腳與第二功能 3.在本設(shè)計(jì)的選用的單片微型計(jì)算機(jī)stc89c51上有反相放大器高增益，其上的引腳XTAL1是放大器的輸入端，XTAL2是放大器的輸出端。時(shí)鐘的產(chǎn)生方式有內(nèi)部產(chǎn)生方式以及外部產(chǎn)生兩種方式。外接的定時(shí)元件接在XTAL1引腳與XTAL2引腳之上，自激振蕩就由內(nèi)部振蕩

28、器產(chǎn)生。石英晶體和電容組成了并聯(lián)諧振回路由，如圖3.3所示。晶振電路對其外部的時(shí)鐘信號占空比沒有要求是因?yàn)榻?jīng)過二分頻觸發(fā)后的外部時(shí)鐘信號作為了外部時(shí)鐘電路的輸入。本次設(shè)計(jì)的晶振使用的是12MHZ無源晶振，晶振的是為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號。 圖3.3 單片機(jī)晶振電路圖3.4.2 復(fù)位電路復(fù)位電路在單片機(jī)中是很關(guān)鍵的，當(dāng)程序運(yùn)行不正常或停止運(yùn)行時(shí)，這時(shí)就需要進(jìn)行復(fù)位操作。MCS-5l 系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，芯片就會執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST 持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位操作通常有兩種根本形式：上電自動復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。上電瞬間，電容兩端電壓不能突變，此時(shí)電容的

29、負(fù)極和RESET 相連，電壓全部加在了電阻上，RESET 的輸入為高，芯片被復(fù)位。隨之+5V電源給電容充電，電阻上的電壓逐漸減小，最后約等于0，芯片正常工作。并聯(lián)在電容的兩端為復(fù)位按鍵，當(dāng)復(fù)位按鍵沒有被按下的時(shí)候電路實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，在芯片正常工作后，通過按下按鍵使RST管腳出現(xiàn)高電平到達(dá)手動復(fù)位的效果。一般來說，只要RST 管腳上保持10ms 以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。所示的復(fù)位電阻和電容為經(jīng)典值，實(shí)際制作是可以用同一數(shù)量級的電阻和電容代替，讀者也可自行計(jì)算RC 充電時(shí)間或在工作環(huán)境實(shí)際測量，以確保單片機(jī)的復(fù)位電路可靠。51 單片機(jī)的EA/VPP31 腳 是內(nèi)部和外部程序存儲器的選擇

30、管腳。當(dāng)EA 保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問內(nèi)部程序存儲器，圖3.3所示。圖3.3 MCU及復(fù)位電路圖3.4 單片機(jī)復(fù)位電路圖3.4.3 時(shí)鐘電路微處理器上的時(shí)鐘管教如下所示：XTAL1：單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路的輸入端XTLA2：單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路的輸出端微處理器上面的時(shí)鐘管教XTAL1與XTAL2都是單獨(dú)的輸入反相放大器和輸出反相放大器，在石英晶振內(nèi)兩個(gè)時(shí)鐘管腳都可以使用為片內(nèi)振蕩器，也能作為器件外部時(shí)鐘的直接驅(qū)動。在兩個(gè)時(shí)鐘管教外接上由一個(gè)石英晶體與兩個(gè)電容共同組成的定時(shí)元件。自激振蕩便由內(nèi)部振蕩器自動產(chǎn)生。晶振的功耗隨著晶振的頻率增加而逐漸增大，在本設(shè)計(jì)中石英晶振采用的是11.0592M。兩個(gè)與晶

31、振并聯(lián)的電容由于對振蕩的頻率有所影響，但是卻起到了微調(diào)頻率的作用。單片機(jī)的時(shí)鐘電路圖如圖3.6所示：圖3.6 單片機(jī)時(shí)鐘電路圖3.4.4 LED流水燈及蜂鳴器LED流水燈常用于調(diào)試程序時(shí)輸出調(diào)試信息，或者在產(chǎn)品應(yīng)用中用于指示信息。圖中采用共陽極連接方式，同樣使用1K電阻做限流電阻，用J2做開關(guān)，工作時(shí)，J2短接，當(dāng)在LED燈的陰極輸出低電平，LED燈導(dǎo)通發(fā)光，輸出邏輯高電平，LED截止。流水燈電路圖如圖3.7所示： 圖3.7流水燈電路圖 蜂鳴器常用語輸出警示信息，由于單片機(jī)I/O口輸出電流有限，因而圖中使用PNP型三極管Q3作功率放大，圖中Q3工作于飽和區(qū)，也就是起開關(guān)及功率放大的作用，R3作

32、限流保護(hù)作用，當(dāng)BELL端輸出邏輯零時(shí)Q3導(dǎo)通，輸出邏輯高是Q3截止，通過Q3一定頻率的通斷，可以使蜂鳴器發(fā)出一定音調(diào)的聲音。蜂鳴器電路圖如圖3.8所示： 3.4.5 插接件、按鍵及去抖電路的設(shè)計(jì)插接件常用于外圍傳感器與主控板之間的電源、信號連接，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，接觸可靠等優(yōu)點(diǎn)。插接件原理圖如圖3.9所示：按鍵是最常用的輸入器件，如電路中說示，當(dāng)按下K1時(shí)，引腳被拉低，當(dāng)單片機(jī)檢測時(shí)會得到邏輯低信號，當(dāng)按鍵放開時(shí)，由于內(nèi)部上拉電阻的作用，單片機(jī)檢測是會得到邏輯高信號，因而實(shí)現(xiàn)了信息的輸入。值得注意的是，由于機(jī)械按鍵在按下時(shí)會產(chǎn)生機(jī)械抖動，而相比機(jī)械抖動而言，單片機(jī)讀引腳的而速度很快，因

33、而為了防止按鍵按下時(shí)由于抖動而出現(xiàn)只按下一次而檢測到屢次按下信息，常常在檢測到第一次按下之后，加一個(gè)延時(shí)，等待按鍵抖動停止而后再處理。按鍵原理圖如圖3.10所示： 由于在按鍵的時(shí)候，機(jī)械開關(guān)按鍵的接觸并不完好，有一定的機(jī)械抖動，在很短的時(shí)間當(dāng)中電壓會發(fā)生很屢次的抖動，這就相當(dāng)于好幾個(gè)的脈沖信號。故這種開關(guān)是不能夠直接去作為驅(qū)動開關(guān)使用的，因?yàn)檫@樣會使電路產(chǎn)生了錯(cuò)誤的信號。為了防止這種錯(cuò)誤，可以接一個(gè)根本的RS觸發(fā)器在驅(qū)動電路與機(jī)械開關(guān)之間，RS觸發(fā)器如圖3.11所示。當(dāng)沒有按下RS觸發(fā)器上的按鍵開關(guān)時(shí)S=0，R=1時(shí)可以測出A=1，A=0。當(dāng)按下按鍵時(shí)S=1，R=0，可以得出A=0，A=1，這

34、樣就改變了A的狀態(tài)。假設(shè)有由于機(jī)械開關(guān)接觸時(shí)發(fā)生了抖動，那么R狀態(tài)那么會變化屢次，如果R=1，因?yàn)锳=0，那么G2門依舊是“有低出高，是不會干擾到其輸出的狀態(tài)的。故此圖3.12所示的改良后的電路圖，每當(dāng)按下開關(guān)一次時(shí)，A點(diǎn)輸出的信號只會發(fā)生一次的改變。圖3.10 無抖動開關(guān)電路圖3.11 根本R-S電路4 驅(qū)動電路4.1 H橋式電路介紹一種十分典型的直流電機(jī)控制電路H橋式電路如圖4.1所示。H橋式電路因?yàn)榭雌饋砗芟褡帜窰所以把這種電路叫做“H橋式電路。H橋式電路中的橫杠代表的是“驅(qū)動電機(jī)。H橋式電路中包含了4個(gè)三極管和一個(gè)直流電機(jī)。處在H橋式電路對角線上兩個(gè)三極管導(dǎo)通時(shí)那么此時(shí)直流電機(jī)開始轉(zhuǎn)動

35、。因?yàn)槿龢O管的導(dǎo)通情況不同，電流流向電機(jī)的方向不一所以控制了電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，實(shí)現(xiàn)了對直流電機(jī)的控制。直流電機(jī)轉(zhuǎn)動的充分必要條件是，處在電路中對角線上面的兩個(gè)三極管必須導(dǎo)通。如圖4.2所示，當(dāng)初在對角線上的三極管Q1和Q2管都導(dǎo)通的時(shí)候，電流的流向?yàn)閺碾娫吹恼龢O開始經(jīng)過Q1自左至右的穿過直流電機(jī)經(jīng)過三極管Q4返回電源的負(fù)極。按照圖4.3所示，電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向?yàn)轫槙r(shí)針轉(zhuǎn)動。相反假設(shè)處在對角線上的三極管Q2與Q3都導(dǎo)通的時(shí)候，電流的流向相反變?yōu)榱俗杂抑磷?，如圖箭頭所示電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向變?yōu)榱四鏁r(shí)針。圖4.1 H橋式電路圖4.2 H橋電路順時(shí)針轉(zhuǎn)動圖4.3 H橋電路逆時(shí)針轉(zhuǎn)動4.2 L298N驅(qū)動模塊介紹本

36、次設(shè)計(jì)選用L298N驅(qū)動模塊，此次選用的驅(qū)動模塊STM工藝穩(wěn)定性很高，運(yùn)用的電解電容質(zhì)量高，從而使得L298N驅(qū)動模塊電路能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行；L298N不需要再外接一個(gè)開關(guān)去控制驅(qū)動模塊電源的開關(guān)，并且不需要外接一個(gè)二極管防止反接的保護(hù)電路，L298N驅(qū)動模塊能夠很好的制止電源反過來連接。采用的是ST公司生產(chǎn)的原裝芯片L298N驅(qū)動模塊。L298N電機(jī)驅(qū)動模塊能夠直接的去驅(qū)動3-16V的直流電機(jī)。5V的輸出接口輸出最低只需要6VL298N驅(qū)動模塊也有提供，并且5V單片機(jī)電路系統(tǒng)的供電低紋波系數(shù)L298N驅(qū)動電路也能夠提供。3.3V MCU ARM的控制L298N電機(jī)驅(qū)動模塊也擁有，直流電機(jī)的速

37、度控制和方向控制能夠?qū)崿F(xiàn)方便的控制，2相的步進(jìn)電機(jī)L298N驅(qū)動模塊也能夠控制的。L298N的實(shí)物圖如圖4.2所示：圖4.2 L298N驅(qū)動模塊現(xiàn)在的電機(jī)驅(qū)動電路大多都運(yùn)用的是H橋式驅(qū)動電路，而L298N電機(jī)驅(qū)動電路的內(nèi)部擁有了H橋式驅(qū)動電路，故此可以選用L298N驅(qū)動模塊來驅(qū)動本次設(shè)計(jì)的電機(jī)。通過單片微信計(jì)算機(jī)傳送給L298N電機(jī)驅(qū)動模塊的PWM信號來實(shí)現(xiàn)對智能小車的啟動、停止、方向的改變和速度的控制。L298N電機(jī)驅(qū)動模塊的引腳圖如圖4.3L298N引腳圖所示，L298N驅(qū)動模塊的驅(qū)動原理如圖4.4電機(jī)驅(qū)動原理圖所示：各引腳如圖4.3所示：1CURRENT SENSING A2OUTPUT

38、 13OUTPUT 24SUPPLY VOL TAGE VS5INPUT 16ENABLE A7INPUT 28GND9LOGIC SUPPLY VOLTAGE VSS10INPUT 311ENABLE B12INPUT 413OUTPUT 314OUTPUT 415CURRENT SENSING B散熱片與8腳連通圖4.3 L298N引腳圖 電路圖如圖4.6所示： 圖4.6 電機(jī)驅(qū)動指示電路電機(jī)驅(qū)動選用L293N，能滿足設(shè)計(jì)性能要求，并且價(jià)格廉價(jià)。L293N輸出端用標(biāo)準(zhǔn)插針接出，便于組裝調(diào)試。同時(shí)電路設(shè)計(jì)是還在輸出端使用LED顯示L293N的輸出狀態(tài)，如果電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)D1燈亮，那么電機(jī)翻轉(zhuǎn)式D

39、1燈熄滅，同時(shí)D2燈亮，由此方便程序調(diào)試，圖中R7和R8為限流電阻，阻值計(jì)算方法與上例相同。5 循跡避障遙控模塊設(shè)計(jì)5.1 循跡模塊 本次設(shè)計(jì)智能小車的循跡模塊要求穩(wěn)定性高、效率高、抗干擾能力強(qiáng)等的特點(diǎn)，故此我設(shè)計(jì)了三種智能小車的循跡模塊如下表格所示：方案一：采用簡易光電傳感器結(jié)合外圍電路探測。缺點(diǎn)：在實(shí)際中該中方案設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性不好，傳感器容易受到地方和光線的干擾。方案二：采用四路循跡模塊(如圖2.4)，有四個(gè)紅外的傳感器分別放置于小車底座前方左右各兩個(gè)。優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，效率高等的特點(diǎn)。方案三：采用了三只紅外傳感器其中兩只放置在智能小車前端的兩側(cè)，另外一只紅外傳感器放置在小車前端

40、中央。缺點(diǎn)：如果小車脫離了軌道過后，就一只傳感器偏離了軌道，這是小車等待其他兩只傳感器檢測到軌道時(shí)，小車才能給重新回到軌道上運(yùn)行。但是在實(shí)際運(yùn)行的過程中，小車在循跡時(shí)小車左右晃動較為厲害雖然可以勉強(qiáng)實(shí)現(xiàn)循跡功能不能夠準(zhǔn)確穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)循跡功能。 根據(jù)上述三種方案設(shè)計(jì)的比照之后，本次的設(shè)計(jì)我決定采用方案二作為本次設(shè)計(jì)的循跡模塊。運(yùn)用了四只紅外傳感器(如圖5.1，放置于小車底座前方左右兩側(cè)即左邊兩只右邊兩只，通過這四只紅外傳感器感知黑線與白線的信號從而控制智能小車的轉(zhuǎn)向調(diào)整小車車身。在反復(fù)不斷的測試后說明合理安裝了四只紅外傳感器的位置過后小車的循跡功能變得穩(wěn)定。紅外探測法的原理為，紅外線的反射特性在不

41、同的顏色的物體表變的反射特性是不一樣的。四只紅外傳感器在智能小車的運(yùn)動過程之中源源不斷地向發(fā)射出紅外光，紅外光在白色紙質(zhì)上面放生的是漫反射而在黑色的紙質(zhì)上面不發(fā)生漫反射。紅外傳感器在遇到白色時(shí)將信號傳送給了接收裝置，而在遇到的是黑色的時(shí)候接收裝置接收不到信號。根據(jù)上述的兩種情況接收裝置將所接收到的信號傳送至單片機(jī)，單片微機(jī)通過計(jì)算和處理過后將信號傳送給驅(qū)動模塊從而控制了小車的運(yùn)動方向，實(shí)現(xiàn)了智能小車循跡的功能。然而紅外探測器的探測距離并不是無限的，其最大的探測距離一般不易超過3cm。圖5.1 四路循跡模塊圖5.2 四路循跡模塊原理圖此次循跡的原理為智能小車在設(shè)定好的了白色路面上，畫有黑色的軌道

42、，光線對白色和黑色的紙質(zhì)反射系數(shù)不一樣。根據(jù)接收器接收到對不同顏色的紙質(zhì)光線的反射系數(shù)大小來對軌道進(jìn)行判斷進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了智能小車的循跡功能。本次的設(shè)計(jì)我采用的是紅外探測法。紅外探測法的原理為，紅外線的反射特性在不同的顏色的物體表變的反射特性是不一樣的。四只紅外傳感器在智能小車的運(yùn)動過程之中源源不斷地向發(fā)射出紅外光，紅外光在白色紙質(zhì)上面放生的是漫反射而在黑色的紙質(zhì)上面不發(fā)生漫反射。紅外光在白色紙質(zhì)上面放生的是漫反射而在黑色的紙質(zhì)上面不發(fā)生漫反射。紅外傳感器在遇到白色時(shí)將信號傳送給了接收裝置，而在遇到的是黑色的時(shí)候接收裝置接收不到信號。根據(jù)上述的兩種情況接收裝置將所接收到的信號傳送至單片機(jī)，單片機(jī)通過

43、計(jì)算和處理過后將信號傳送給驅(qū)動模塊從而控制了小車的運(yùn)動方向，實(shí)現(xiàn)了智能小車循跡的功能。然而紅外探測器的探測距離并不是無限的，其最大的探測距離一般不易超過3cm。圖53循跡原理圖圖5.4 發(fā)射局部電路圖圖5.5 接收局部電路圖5.2 避障模塊 本次設(shè)計(jì)避障功能所采用的是超聲波避障。超聲波是一種能夠在固體、液體和氣體三種介質(zhì)中傳播的機(jī)械振蕩，超聲波在人類的生產(chǎn)和生活中得到了廣泛的運(yùn)用。超聲波的傳播方式有有橫向傳播和縱向傳播兩種方式，在三種介質(zhì)之中速度不一，并且在傳播過程之中超聲波的傳播速度會隨著時(shí)間的推移而衰減。本次設(shè)計(jì)采用的是HC-SR04超聲波測距模塊，HC-SR04超聲波測距模塊可提供非接觸

44、式距離感測功能，其測距時(shí)的精度可以實(shí)現(xiàn)3mm，HC-SR04超聲波測距模塊包括了三個(gè)局部超聲波發(fā)射器、超聲波接收器和超聲波控制電路。實(shí)物圖如圖5.6所示：根本工作原理：1、 觸發(fā)測距采用IO口是TRIGIO口，這種IO口要求不少于10us的高電平信號進(jìn)行觸發(fā)；2、 超聲波測距模塊能夠自主的發(fā)出8個(gè)方波，并且其能夠自主的檢測有沒有信號接收；3、 假設(shè)信號被接受，那么由通過ECH0IO口輸出電平這個(gè)電平是高電平，超聲波從其發(fā)射時(shí)到接收到信號時(shí)的時(shí)間就是高電平的持續(xù)存在的時(shí)間。智能小車在運(yùn)動的過程之中為于小車前方的超聲波測距模塊的發(fā)射器發(fā)出的信號感應(yīng)到前方有障礙物時(shí)，該信號那么被返回回來被超聲波模塊

45、上的接收器接收。接收的信號在LM318原件的兩級放大之后，再經(jīng)過LM567解碼芯片解碼帶有鎖相環(huán)的音頻解碼芯片，此時(shí)解碼芯片LM567的輸入的信號大于25mv時(shí)，其輸出端的高電平那么變成了低電平，把信號送給了stc89C51單片機(jī)進(jìn)行處理過后，從而實(shí)現(xiàn)了智能小車的避障功能。超聲波檢測電路如下列圖5.5所示：VCC:供5V電源；GND:地線；TRIG:觸發(fā)控制信號輸入；ECHO:回響信號輸出等四支線。5.2.1 發(fā)射局部電路超聲波測距模塊的發(fā)射局部的電路圖如圖5.4所示。超聲波測距模塊的發(fā)射局部的電路組成主要是由脈沖調(diào)制信號生成的電路是由隔離電路局部和驅(qū)動電路局部一起組成，信號生成電路的主要功能

46、是為超聲波測距模塊的發(fā)射器提供了發(fā)射所需的信號。對脈沖調(diào)制信號的控制是因脈沖調(diào)制信號產(chǎn)生電路中由單片機(jī)對 555定時(shí)器的復(fù)位(RESET)端的控制進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，其波形圖如圖5.5所示。隔離電路由兩個(gè)與非門組成，其作用是隔離脈沖產(chǎn)生電路與輸出級。由兩個(gè)通用型集成運(yùn)放TL084CN 組成的輸出級，由于其兩端所加的電壓與傳感器的發(fā)射距離是成正比，故此需要發(fā)送要電路產(chǎn)生很大的驅(qū)動電壓，根本原理是一比較電路。當(dāng)輸入信號大于25V時(shí)，運(yùn)放A的輸出電壓為+12V，運(yùn)放B的輸出電壓V為-12V。當(dāng)輸入信號小于2.5V時(shí)，運(yùn)放A的輸出電壓 為-12V，運(yùn)放B的輸出電壓為+12V。從而得到了兩個(gè)極性不同的相對稱波形

47、在超聲波測距模塊的兩端，即運(yùn)放輸出電壓A與運(yùn)放輸出電壓B的之和為零。因此假設(shè)加在超聲波測距模塊上兩端的電壓假設(shè)是運(yùn)放A的輸出電壓減去運(yùn)放B的輸出電壓為兩個(gè)的運(yùn)放A輸出電壓，那么在超聲波測距模塊兩端的電壓就能夠到達(dá)了兩倍運(yùn)放A的輸出電壓。這中方法可以確保超聲波能發(fā)送出很遠(yuǎn)的距離，因而超聲波的測量量程得以提高。圖5.9超聲波時(shí)序圖表達(dá)了只需一個(gè)10uS以上的脈沖觸發(fā)信號那么超聲波模塊僵生成8個(gè)40kHz為周期的電平而且能夠產(chǎn)生檢測回波。只要測出了回波信號和發(fā)射與回響信號之間的時(shí)間差就能夠得出超聲波測距模塊的測量距離，因?yàn)槠錅y量距離與接收到的回波信號脈沖寬度是成正比的。通過公示的計(jì)算就能夠得到超聲波

48、測距模塊的測量距離。超聲波測距模塊的主要組成局部是由放大電路、帶通濾波電路和信號變換電路三個(gè)主要局部組成的。帶通濾波電路以及放大電路圖如圖5.10所示。由于超聲波信號的傳輸在空氣中極易受到衰減，故反射回來的信號就變得十分的微弱，不能夠直接送到后級電路進(jìn)行處理和分析，這時(shí)運(yùn)用放大電路對反射回來的信號進(jìn)行處理放大到一定程度過后，才能夠送到后級電路進(jìn)行處理和分析。前置放大電路具有很高的輸出阻抗，隔直電容有電容C5、電容C6和電容C7，偏置電阻有電阻R5、電阻R6和電阻R7，放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)是由前置放大器中的隔直電容和偏置電阻共同組成的。二階RC有源濾波器作為帶通濾波器，是消除干擾信號的影響超聲波在

49、傳輸過程之中的干擾信號。圖5.11中的帶通濾波電路是由低通濾波網(wǎng)絡(luò)和高通濾波網(wǎng)絡(luò)共同串聯(lián)組成的。要保證使電路能穩(wěn)定的進(jìn)行工作，必須確定同相比例放大器的增益AV是大于3的。二極管D3，電阻R19，和電容C13三個(gè)元件共同組成了檢波電路主要局部。電壓比較器是由集成運(yùn)放與電容電阻一起組成的，在發(fā)送探頭中的干擾信號為了將其刪除，把單片微型計(jì)算機(jī)中的P12輸出信號加到電壓比較器的同相端。檢波電路的波形是由高電平方波與低電平方波共同組成的，正向端被二極管D3與比較器隔離之后，二極管的正向?qū)ú⑶移涑潆姷乃俣群芸?。?dāng)P12輸出為高電平時(shí)二極管對電容C14進(jìn)行充電作用。因?yàn)榭傠娮栎^大所以電容的放電速度較為緩慢

50、，當(dāng)P12輸出為低電平時(shí)二極管反向截止，電容放電作用，其波形如圖5.11中的V3所示。從圖5.11中能夠看出，檢波電路在其無返回信號的時(shí)候比較器的輸出的電平是高電平，如果檢波電路收到了返回的信號，那么比較器輸出的電平便是低電平。其輸出的波形圖如圖5.12中的Vo所示。上述講述的方法能夠很好的消除發(fā)射探頭對反射回來的信號的干擾。圖5.11 信號變換電路設(shè)計(jì)5.3.1 無線模塊的選擇隨著現(xiàn)代社會通信通信技術(shù)與信息技術(shù)兩種技術(shù)的開展，其中短距離無線通信技術(shù)得到了十足的開展并且其應(yīng)用的范圍變得越來越廣泛。短距離無線通訊其特點(diǎn)是聽信的雙方在實(shí)現(xiàn)信息的傳遞時(shí)其傳遞的距離很近?，F(xiàn)在的短距離無線通信技術(shù)的特點(diǎn)

51、各有千秋，有的短距離無線通信是著眼于其傳輸?shù)乃俣取⒕嚯x與耗電量有著特殊的要求;而有的通信那么是著眼于其功能的擴(kuò)展;根據(jù)本設(shè)計(jì)對遙控功能的要求，我設(shè)計(jì)了如下兩中短距離無線通信的遙控方案，如下所示：方案一：使用無線遙控方式，通過遙控器與智能小車上安裝有的的無線收發(fā)裝置實(shí)現(xiàn)對小車的無線遙控控制。其遙控器上擁有了四個(gè)按鍵，其上的按鍵分別對應(yīng)了小車上面接收板上的數(shù)據(jù)位輸出腳。按住按鍵的時(shí)候遙控器將發(fā)出發(fā)射信號，與其相對應(yīng)的數(shù)據(jù)位就會輸出高電平。優(yōu)點(diǎn)：方便的實(shí)現(xiàn)對小車的遙控控制，較為方便。方案二:采用藍(lán)牙遙控實(shí)現(xiàn)對小車的遙控控制，基于安卓 上面的藍(lán)牙功能實(shí)現(xiàn)對小車的遙控控制。優(yōu)點(diǎn)：使用方便遙控器虛擬在 的

52、APP上，連接方便，容易控制。根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，考慮要實(shí)現(xiàn)的是對以單片機(jī)為控制核心的小車以及這幾種通訊技術(shù)本錢和實(shí)現(xiàn)的難易程度上考慮，我選擇藍(lán)牙通訊技術(shù)。藍(lán)牙模塊的芯片使用簡單，具有通用的串行通信端口，藍(lán)牙模塊性能穩(wěn)定，傳輸速率快，穩(wěn)定可靠，傳輸距離可觀，無需制作專門的遙控器，可直接通過 上的藍(lán)牙設(shè)備發(fā)送相關(guān)的指令，操作方便快捷，根據(jù)自己的要求可以實(shí)現(xiàn)界面人性化設(shè)計(jì)，更好的控制小車。本設(shè)計(jì)的藍(lán)牙遙控模塊分為了兩個(gè)局部主機(jī)和從機(jī)局部，主機(jī)和從機(jī)兩者之間可以進(jìn)行配對通信，但是從機(jī)與從機(jī)之間主機(jī)與主機(jī)之間是不能夠進(jìn)行配對通信的。從機(jī)局部能夠與 等終端進(jìn)行配對連接。本設(shè)計(jì)的藍(lán)牙模塊初始狀態(tài)是從機(jī)。

53、本設(shè)計(jì)做的遙控局部的指令使從 上面發(fā)出的，所以 是作為從機(jī)局部。藍(lán)牙串口在功能模塊上，偶數(shù)命名與偶數(shù)命名之間是能夠相互兼容的，從機(jī)命名與從機(jī)命名之間也是能夠相互兼容的。但是04和06兩個(gè)版本其出現(xiàn)的時(shí)間較早從機(jī)與主機(jī)的切換用戶是不能自主的進(jìn)行而且04和06兩個(gè)版本AT的指令集少，其功能包括了對藍(lán)牙名的修改、密碼的修改、波特率的修改等功能。而在本設(shè)計(jì)中對遙控局部我們只需要其能夠進(jìn)行簡單的通信即可，故而我選用了HC-06型號的藍(lán)牙模塊。HC-06原理圖如圖5.12所示，HC-06的整體電路圖如圖5.12所示：圖5.14 HC-06原理圖5.3.2 藍(lán)牙模塊進(jìn)行通信串口線由藍(lán)牙串口模塊進(jìn)行了取代，在

54、單片微信計(jì)算機(jī)上接入藍(lán)牙模塊，藍(lán)牙模塊可以和智能 的藍(lán)牙適配器進(jìn)行配對通信。因此單片微信計(jì)算機(jī)和智能 之間形成了一根虛擬的串口線，從而可以兩者之間可以進(jìn)行串口通信。串口模塊的使用，是不需要驅(qū)動的，只要串口的接入即可實(shí)現(xiàn)。主機(jī)與從機(jī)之間配對完畢即可實(shí)現(xiàn)通信。主機(jī)與從機(jī)之間的串口通信需要兩個(gè)充分必要條件就是：1串口通信之間必須是在主機(jī)與從機(jī)之間進(jìn)行，2是兩者配對時(shí)的密碼必須一致。本次設(shè)計(jì)的藍(lán)牙模塊選用的是HC-06型號，主機(jī)與從機(jī)之間不可以切換，藍(lán)牙名為：linvor，密碼：1234。主要特性如下所示：1、 主機(jī)：主機(jī)的記憶只能記住與它進(jìn)行最近一次進(jìn)行過通信的從機(jī)而且只會與它進(jìn)行配對，主機(jī)的記憶結(jié)

55、束是直到KEY26腳高電平被觸發(fā)時(shí)自動的放棄與從機(jī)之間配對的記憶，其KEY(26腳)初始設(shè)置是低電平。2、配對方式：主機(jī)在藍(lán)牙搜索狀態(tài)下搜索與從機(jī)進(jìn)行配對。3、AT模式：配對前就是AT模式，配對完畢后透明通信。4、默認(rèn)通信波特率：9600,12001.3M可設(shè)。5、KEY：26腳，用于主機(jī)放棄記憶。6、LED：從機(jī)LED的閃爍頻率是102ms，如果主機(jī)對從機(jī)的配對有了的記憶時(shí)，那么LED的閃爍頻率為110ms/s，如果主機(jī)沒有與從機(jī)之間配對的記憶時(shí)或是主機(jī)放棄了記憶，那么LED的閃爍頻率是750ms/s。假設(shè)兩者完成了相互之間的配對，那么從機(jī)和主機(jī)的LED引腳的電平都為高。7、復(fù)位：11腳，低電平復(fù)位，使用時(shí)可以懸空。HC-06圖片及引腳如圖5.16所示： 圖5.16 HC-6實(shí)物圖 HC-06藍(lán)牙模塊電路圖如圖5.17所示： 圖5.17 HC-06藍(lán)牙模塊電路圖AT命令集如下所示：1 測試通訊發(fā)送：AT返回OK，一秒鐘左右發(fā)送一次返回：OK2 改寫藍(lán)牙串口通訊波特率發(fā)送：AT+BAUD1 返回：OK1200 發(fā)送：AT+BAUD