項(xiàng)目五智能小車的設(shè)計(jì)課件

單片機(jī)小系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用項(xiàng)目五：智能小車的設(shè)計(jì)柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院LiuzhouVocational&TechnicalCollage1-單片機(jī)小系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用項(xiàng)目五：智能小車的設(shè)計(jì)柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目內(nèi)容一、智能小車的設(shè)計(jì)任務(wù)書二、智能小車硬件系統(tǒng)方框圖三、智能小車硬件電路方案認(rèn)證與選擇五、調(diào)試過程分析四、智能小車軟件系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)2-項(xiàng)目內(nèi)容一、智能小車的設(shè)計(jì)任務(wù)書二、智能小車硬件系統(tǒng)方框圖三一、智能小車的設(shè)計(jì)任務(wù)書（一）項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)（二）項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求（三）項(xiàng)目完成要求（四）項(xiàng)目評分標(biāo)準(zhǔn)3-一、智能小車的設(shè)計(jì)任務(wù)書（一）項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)（二）項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求1.使小車能沿著黑線行走。2.能用聲音控制小車啟動(dòng)。3.遇到障礙物時(shí)能左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)。4.能夠顯示小車行走的時(shí)間5.能夠顯示小車走過的路程。（一）項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)：以單片機(jī)為核心器件，設(shè)計(jì)一臺智能小車。（二）項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求：（三）項(xiàng)目完成要求：1.畫出硬件電路圖并說明電路的工作原理。2.畫出程序設(shè)計(jì)流程圖。3.編寫和調(diào)試各模塊源程序。4.完成整個(gè)項(xiàng)目源程序的綜合調(diào)試。一、智能小車的設(shè)計(jì)任務(wù)書-1.使小車能沿著黑線行走。（一）項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)：以單片機(jī)為核心（四）項(xiàng)目評分標(biāo)準(zhǔn)：評分項(xiàng)目評分指標(biāo)配分評分項(xiàng)目設(shè)計(jì)態(tài)度積極查找資料，上課專心聽講，不抄襲、復(fù)制他人的程序及報(bào)告，按時(shí)完成老師布置的任務(wù)10設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告正確畫出項(xiàng)目設(shè)計(jì)硬件電路圖10正確畫出軟件系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程圖10調(diào)試結(jié)果分析及使用操作說明5具體功能實(shí)現(xiàn)能使小車能沿著黑線行走10能用聲音控制小車啟動(dòng)10能使小車檢測到障礙物時(shí)左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)5能夠顯示小車行走的時(shí)間10能夠顯示小車走過的路程5完成整個(gè)項(xiàng)目程序聯(lián)調(diào)5答辯評分自述部分10回答部分105-（四）項(xiàng)目評分標(biāo)準(zhǔn)：評分項(xiàng)目評分指標(biāo)配分評分項(xiàng)目設(shè)計(jì)態(tài)度積極一、硬件系統(tǒng)方框圖二、硬件方案論證與選擇三、軟件系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)四、調(diào)試過程分析五、項(xiàng)目設(shè)計(jì)總結(jié)智能小車的設(shè)計(jì)過程分析6-一、硬件系統(tǒng)方框圖二、硬件方案論證與選擇三、軟件系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)二、智能小車硬件系統(tǒng)方框圖顯示電路微控制器聲音檢測電路路程檢測電路巡跡電路直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路障礙物檢測電路7-二、智能小車硬件系統(tǒng)方框圖顯示電路微控制器聲音檢路程檢巡跡電1.微控制器的選擇智能小車硬件電路方案論證與選擇內(nèi)容2.直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路元件選擇方案3.巡跡電路元件選擇方案4.聲音檢測電路方案5.顯示電路的選擇6.路程檢測電路的選擇7.避障電路方案8-1.微控制器的選擇智能小車硬件電路方案論證與選擇內(nèi)容2.直流三、智能小車硬件電路方案論證與選擇1.微控制器的選擇

微控制器是系統(tǒng)控制的中心部件，負(fù)責(zé)控制與協(xié)調(diào)各種傳感器的監(jiān)測工作?？刂破鞯念愋秃芏啵饕校?/p>

c.單片機(jī)微控制器a.FPGA微控制器b.ARM微處理器由于單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低，體積小，技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本系統(tǒng)中，采用STC89C52RC單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制器。9-三、智能小車硬件電路方案論證與選擇1.微控制器的選擇AVR單片機(jī)三星單片機(jī)凌陽單片機(jī)51系列單片機(jī)單片機(jī)微控制器單片機(jī)微控制器的選型10-AVR單片機(jī)三星單片機(jī)凌陽單片機(jī)51系列單片機(jī)單片機(jī)微控制器2.直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路元件選擇方案直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路分立元件L298NLG9110IR2110TA7257P11-2.直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路元件選擇方案直流電機(jī)分立L298NLG9（1）用分立元件構(gòu)成的智能小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路PWM輸入信號12-（1）用分立元件構(gòu)成的智能小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路PWM輸入信號1分立元件電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路工作原理分析：當(dāng)左側(cè)電機(jī)需要前進(jìn)時(shí)，L-端保持為“1”，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度由L+端的占空比決定;當(dāng)左側(cè)電機(jī)需要后退時(shí)，L+端保持為“1”，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度由L-端的占空比決定；當(dāng)右側(cè)電機(jī)需要前進(jìn)時(shí)，R-端保持為“1”，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度由R+端的占空比決定;當(dāng)右側(cè)電機(jī)需要后退時(shí)，R+端保持為“1”，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度由R-端的占空比決定。13-分立元件電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路工作原理分析：當(dāng)左側(cè)電機(jī)需要前進(jìn)時(shí)，L-LG9110是為控制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC之中，使外圍器件成本降低，整機(jī)可靠性提高。該芯片有兩個(gè)TTL／CMOS兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個(gè)輸出端能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反向運(yùn)動(dòng)，它具有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力，每通道能通過750～800mA的持續(xù)電流，峰值電流能力可達(dá)1.5～2.0A；同時(shí)它具有較低的輸出飽和壓降與靜態(tài)電流；內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負(fù)載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動(dòng)繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開關(guān)功率管的使用上安全可靠。LG9110被廣泛應(yīng)用于玩具汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)閥門電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電磁門鎖驅(qū)動(dòng)等電路上（2）用集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片LG9110構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路14-LG9110是為控制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率LG9110外形及引腳分布15-LG9110外形及引腳分布15-LG9110的電氣特性和邏輯關(guān)系LG9110的輸入輸出波形16-LG9110的電氣特性和邏輯關(guān)系LG9110的輸16-LG9110的控制電路17-LG9110的控制電路17-L298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。可以方便的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)

芯片外形及封裝（3）用L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路18-L298是SGS公司的產(chǎn)品，比較L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)19-L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)19-L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號，VSS可接4．5～7V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2．5～46V。輸出電流可達(dá)2．5A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)，5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片引腳說明20-L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號，VSIn3，In4的邏輯控制表與上表相同。由上表可知EnA為低電平時(shí)，輸入電平對電機(jī)控制不起作用，當(dāng)EnA為高電平，輸入電平為一高一低，電機(jī)正或反轉(zhuǎn)。同為低電平電機(jī)停止，同為高電平電機(jī)剎停。L298N邏輯功能控制表21-In3，In4的邏輯控制表與上表相同。由上表可知EL298N構(gòu)成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖22-L298N構(gòu)成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖22-a.VDD越大電機(jī)A,B速度越快，VDD所接電池盒或者直流電源最好不要超過12V，否則比較容易燒毀。b.控制時(shí)請盡量避免電機(jī)在短時(shí)間頻繁正反轉(zhuǎn)，這樣也容易燒毀接電機(jī)A接電機(jī)B接電池盒正極7.2-12V接電池盒負(fù)極L298N構(gòu)成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊接法23-a.VDD越大電機(jī)A,B速度越快，VDD所接電池盒或者接單片機(jī)2個(gè)IO口(用于控制電機(jī)A)接單片機(jī)2個(gè)IO口(用于控制電機(jī)B)本板自帶的5V直流電壓輸出,可以給單片機(jī)和傳感器板供電，注意正負(fù)級都要接ENAENB一般不去接任何輸入信號。除非您對L298N芯片非常熟悉EA1的2個(gè)短路帽不要去拔掉它7805穩(wěn)壓管控制，不要拔它。拔除則沒有+5V輸出，不工作。24-接單片機(jī)2個(gè)IO口(用于控制電機(jī)A)接單片機(jī)2個(gè)IO口(用于IR2110采用HVIC和閂鎖抗干擾CMOS制造工藝，DIP14腳封裝。具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道；懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá)500V，dv/dt=±50V/ns，15V下靜態(tài)功耗僅116mW；輸出的電源端（腳3,即功率器件的柵極驅(qū)動(dòng)電壓）電壓范圍10～20V；邏輯電源電壓范圍（腳9）5～15V，可方便地與TTL，CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有±5V的偏移量；工作頻率高，可達(dá)500kHz；開通、關(guān)斷延遲小，分別為120ns和94ns；輸出峰值電流為2A。IR2110的內(nèi)部功能框圖如圖1所示。由三個(gè)部分組成：邏輯輸入，電平平移及輸出保護(hù)。如上所述IR2110的特點(diǎn)，可以為裝置的設(shè)計(jì)帶來許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的成功設(shè)計(jì)，可以大大減少驅(qū)動(dòng)電源的數(shù)目，三相橋式變換器，僅用一組電源即可。（4）用IR2110電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路25-IR2110采用HVIC和閂鎖抗干PDIP封裝的IR2110引腳IR2110電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的外形及引腳26-PDIP封裝的IR2110引腳IR2110電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的外引腳序號符號功能1LO下橋臂驅(qū)動(dòng)輸出2COM下橋臂電源地3VCC下橋臂電源6VS上橋臂浮動(dòng)電源參考地7VB上橋臂浮動(dòng)電源8HO上橋臂驅(qū)動(dòng)輸出11VDD邏輯電源12BIN相位上橋臂驅(qū)動(dòng)器的邏輯輸入13SDIR2110片選控制端，低電平有效14LIN相位下橋臂驅(qū)動(dòng)器的邏輯輸入15VSS邏輯地4、5、9、10、16NC空腳IR2110電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片引腳說.明27-引腳序號符號功能1LO下橋臂驅(qū)動(dòng)輸出2COM下橋臂電源地3V集成芯片IR2110電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路IR2110輸入輸出波形28-集成芯片IR2110電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路IR211028-操作電壓范圍6V～18V。輸出平均電流可達(dá)1.5A，峰值電流可達(dá)4.5A。內(nèi)部設(shè)計(jì)有電流過載保護(hù)裝置和過熱保護(hù)電路。工作電路電壓引腳與電動(dòng)機(jī)電源電壓引腳相對獨(dú)立，故可用于伺服控制。

（5）用直流電動(dòng)機(jī)控制芯片TA7257P構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路TA7257P的功能特性：TA7257P為全橋式結(jié)構(gòu)的直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)控制器，具有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止及剎車功能。TA7257P適合工業(yè)上的應(yīng)用，如磁帶盤、影片盤等機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)裝置的控制。29-操作電壓范圍6V～18V。（5）用直流電動(dòng)機(jī)控制芯片TA72TA7257P的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳說明30-TA7257P30-TA7257P的4種工作模式由兩個(gè)輸入信號的狀態(tài)組合決定，見下表。

工作模式IN1IN2OUT1OUT2剎車11LL正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)01LH反轉(zhuǎn)/正轉(zhuǎn)10HL停止00高阻抗TA7257P的工作模式確定TA7257P的4種工作模式-TA7257P的4種工作模式由兩個(gè)輸入信號的狀態(tài)組合決定，見下圖為實(shí)際應(yīng)用電路，說明如下：

R、C的數(shù)值由電動(dòng)機(jī)固有的常數(shù)及電路寄生值決定，正常使用時(shí)R=33Ω，C=0.1μF。如剎車太松，可在輸出端與GND之間連接二極管，如D1、D2。若輸出端反電動(dòng)勢太強(qiáng)，可能導(dǎo)致芯片內(nèi)部的二極管燒毀，可在輸出端與VCC之間外加二極管，如D3、D4。TA7257P構(gòu)成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路-下圖為實(shí)際應(yīng)用電路，說明如下：TA73.巡跡電路元件選擇方案巡跡是指小車在白色地板上循黑線行走，通常采用的方案有：光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。方案1：利用光敏電阻組成光敏探測器。33-3.巡跡電路元件選擇方案巡跡是指小車在白色地顏色傳感器對顏色具有較高分辨率，能較準(zhǔn)確區(qū)分各種顏色，但它易受外界光的干擾并且價(jià)格昂貴，在此處只為區(qū)分黑白色，沒有必要使用。方案2：采用顏色傳感器。方案3：采用紅外探測法實(shí)現(xiàn)。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在電動(dòng)小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，電動(dòng)小車上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)根據(jù)是否收到反射回來的紅外光來確定黑線的位置，從而控制小車的行走路線。采用紅外線發(fā)射，外面可見光對接收信號的影響較小，再用射極輸出器對信號進(jìn)行隔離。34-顏色傳感器對顏色具有較高分辨率，能較紅外探測法常采用的元件是反射式紅外線光電傳感器。它的特點(diǎn)是尺寸小、使用方便、工作狀態(tài)受溫度影響小。它的外圍電路簡單且工作可靠。

經(jīng)過比較分析，從經(jīng)濟(jì)性和可靠性選擇方案3作為巡跡檢測電路的方案。反射式紅外光電傳感器ST188CNY70RPR220ST188TCR5000反射式紅外線光電傳感器主要類型有：35-紅外探測法常采用的元件是反射式紅外線光電傳光敏電阻ST188TCR5000CNY70RPR220常用反射式紅外線光電傳感器的外形36-光敏電阻ST188TCR5000CNY70RPR220常用反37-37-c.光濾波器：唯一僅讓波長為紅外線附近光譜通過的濾光透鏡，可用來加強(qiáng)光敏晶體管的抗噪聲能力﹝紅外線以外不可見與可見光的干擾﹞。紅外線光反射器型CNY70是小車在導(dǎo)引線﹝電工膠帶﹞上的感測組件，CNY70的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示，其中包含紅外線發(fā)光二極管、光敏晶體管，以及光濾波器，其功能分別如下：a.紅外線發(fā)光二極管：類似發(fā)光二極管﹝LED﹞的功能，當(dāng)PN兩端加上順向偏壓時(shí)可發(fā)出波長為800nm的紅外線可見光。b.光敏晶體管：為一個(gè)對紅外線波長具敏感反應(yīng)的光偵測組件，當(dāng)光敏晶體管受紅外線照射時(shí)為低阻抗，而未受光照射時(shí)則呈高阻抗。38-c.光濾波器：唯一僅讓波長為紅外線附近光譜通過的濾光透鏡，可CNY70的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳圖39-CNY70的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳圖39-下圖為用CNY70設(shè)計(jì)的巡跡電路檢測電路40-下圖為用CNY70設(shè)計(jì)的巡跡電路檢測電路40-CNY70紅外線光反射器電路的感測工作原理分析：+5V經(jīng)330Ω限制電流后，供應(yīng)光LED穩(wěn)定電流，可穩(wěn)定且持續(xù)發(fā)出紅外線不可見光。當(dāng)CNY70前放置一反射物，如用手去遮蓋等，光LED所發(fā)射的不可見光經(jīng)反射物反射至光敏晶體管接收，此時(shí)光敏晶體管飽和，rCE阻抗小，VE接近+5V，接下來經(jīng)史密特反相觸發(fā)器4584處理后，輸出V0等于0V，LED不亮。當(dāng)CNY70前未放置反射物，則紅外線LED所發(fā)射的不可見光無法有效反射至光敏晶體管，因此光敏晶體管截止呈現(xiàn)高阻抗，使VE接近0V，經(jīng)史密特反相觸發(fā)器4584處理后，輸出V0等于5V，LED亮。注︰4584是一個(gè)史密特反相觸發(fā)器，它在此電路中兼具有兩個(gè)功能，一是對光敏晶體管之接收信號VE予以整形，二是將整形后的數(shù)字信號取反相且作緩沖輸出。41-CNY70紅外線光反射器電路的感測工作原理分析：4.聲音檢測電路方案聲音檢測電路方案1：42-4.聲音檢測電路方案聲音檢測電路方案1：42-

上圖為小車能聽聲音動(dòng)作的啟動(dòng)電路，其中MIC為麥克風(fēng)，VA為R8、R11分壓的直流電壓，因此，當(dāng)沒有聲音發(fā)出時(shí)，直流電壓VA=4.24V經(jīng)耦合電容C1、C2的VBC充電，很快耦合電容C1充飽形同斷路，此時(shí)基極電阻R5很大，無足夠的IB電流使晶體管Q2導(dǎo)通，因此Q2截止，V0=5V。而當(dāng)操作者拍手時(shí)，MIC內(nèi)部的薄膜因跟著聲波震動(dòng)，使得MIC兩端出現(xiàn)聲波，如下圖所示，此交流信號的直流準(zhǔn)位經(jīng)R4、R9提升至VA，經(jīng)電容耦合后，聲波之大小足以推動(dòng)電晶體Q2，使Q2導(dǎo)通，因此輸出電壓V0=0V。詳細(xì)的電路波形如下圖所示。43-上圖為小車能聽聲音動(dòng)作的啟動(dòng)電路，其中MI方案1電路各點(diǎn)波形：44-方案1電路各點(diǎn)波形：44-聲音檢測電路方案2：沒有檢測到聲音時(shí)其輸出端為高電平，當(dāng)麥克風(fēng)接收到一定強(qiáng)度的聲音時(shí)其輸出端變?yōu)榈碗娖?。調(diào)節(jié)RP1電位器可以調(diào)節(jié)聲音檢測電路的靈敏度，環(huán)境噪聲比較大時(shí)，應(yīng)降低靈敏度，在環(huán)境噪聲較小時(shí)可以提高靈敏度。-聲音檢測電路方案2：沒有檢測到聲音時(shí)其輸出端方案1：LED數(shù)碼管顯示。優(yōu)點(diǎn)：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定。缺點(diǎn)：數(shù)碼管的只能顯示簡單的數(shù)字，其電路復(fù)雜，占用資源較多,顯示信息少，不宜顯示信息量大的特點(diǎn)。方案2：采用LCD1602液晶顯示器?？梢燥@示各種英文及數(shù)字，微功耗，尺寸小，超薄輕巧，顯示信息量大，字跡美觀，視覺舒適，而且容易用單片機(jī)進(jìn)行控制。經(jīng)比較選擇LCD1602液晶顯示器作為顯示器件。5.顯示電路的選擇46-方案1：LED數(shù)碼管顯示。方案2：采用LCD1602液晶顯示6.路程檢測電路的選擇方案1：方案2：方案3：增量式光電編碼盤：47-6.路程檢測電路的選擇方案1：方案2：方案3：增量式光電編碼紅外線光電遮斷式測距方案工作原理分析：48-紅外線光電遮斷式測距方案工作原理分析：48-開關(guān)式霍爾元件測距方案工作原理分析：

將磁鋼固定在小車的車輪上,將霍爾傳感器安裝在靠近小車輪子的固定位置，當(dāng)小車輪子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),磁鋼也跟著轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)磁鋼轉(zhuǎn)到霍爾傳感器附近時(shí)，霍爾傳感器的輸出端輸出由高變低的脈沖，將脈沖接到單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器輸入端，對脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，就可以計(jì)算出小車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù),假設(shè)為N,并設(shè)車輪的周長為L,則路程S=N*L,就可以計(jì)算出小車在一段時(shí)間內(nèi)的行程。49-開關(guān)式霍爾元件測距方案工作原理分析：將磁鋼固定在小車的車增量式光電編碼盤工作原理分析：50-增量式光電編碼盤工作原理分析：50-增量式編碼器的工作原理：增量式光電編碼盤上只有A、B、C三條碼道，只需要三對紅外發(fā)射接受管。在A、B碼道上分別刻有等距離的黑白相間標(biāo)識（或透光縫隙）并相互錯(cuò)開半個(gè)縫寬（90度），C道只有一個(gè)黑點(diǎn)，每轉(zhuǎn)一圈出一個(gè)脈沖。應(yīng)用增量式編碼器可以得到運(yùn)動(dòng)的方向（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)）；運(yùn)動(dòng)的速度；位移等信息。51-增量式編碼器的工作原理：增量式光電編碼盤上只7.避障電路方案方案1：采用激光傳感器測距。能非常準(zhǔn)確地測出小車與障礙物的距離，但價(jià)格高。方案2：采用超聲傳感器測距。由發(fā)射和接受兩大部分組成，除了電路，主要器件是超聲換能器，其基本原理是基于壓電效應(yīng)。發(fā)射與接受往往使用同一個(gè)探頭。超聲波測距是通過發(fā)射聲波，接受反射回波并計(jì)算回波時(shí)間從而得出與反射物體的距離。R=V×T/2簡易機(jī)器人往往應(yīng)用超聲波探測前方障礙物的距離，從而實(shí)現(xiàn)避障功能。超聲波不受被測物體的透明度、顏色、電導(dǎo)率的影響，但不適合測量海棉或棉織物等吸音材料。52-7.避障電路方案方案1：采用激光傳感器測距。能非常準(zhǔn)確地測出超聲波脈沖回波式檢測示意圖53-超聲波脈沖回波式檢測示意圖53-超聲波發(fā)射硬件電路超聲波接收模塊電路54-超聲波發(fā)射硬件電路超聲波接收模塊電路54-方案3：紅外線避障

紅外避障原理：用紅外發(fā)發(fā)射管發(fā)出振蕩頻率約38KHz的紅外光線。當(dāng)前方有障礙物時(shí)，紅外接收頭能接收到38KHz的紅外反射信號后，接收頭輸出腳輸出低電平；當(dāng)前方?jīng)]有障礙物時(shí)，紅外接收頭不能接收到反射的紅外信號，接收頭輸出腳輸出高電平。紅外線避障電路可以自行設(shè)計(jì)制作，也可購買現(xiàn)成的模塊。55-方案3：紅外線避障紅外避障原理：用紅外發(fā)發(fā)射管紅外避障模塊：障礙物為白色時(shí)，最遠(yuǎn)反射距離45cm，距離可調(diào)，通過38k紅外反射檢測，不受陽光干擾。紅外線避障電路1：56-紅外避障模塊：障礙物為白色時(shí)，最遠(yuǎn)反射距離45cm，距離可調(diào)紅外線避障電路2：57-紅外線避57-38KHz載波信號紅外發(fā)射模塊硬件電路紅外接收模塊電路紅外線避障電路3：58-38KHz載波信號紅外發(fā)射模塊硬件電路紅外接收模塊電路紅外線電路中U1A和C2、R2組成振蕩器，振蕩頻率約38KHz。U1D用于對D1是否發(fā)光進(jìn)行控制，當(dāng)U1D的輸入端位高電平時(shí)，其輸出端為低電平，D1可以導(dǎo)通，相反則D1不能導(dǎo)通，因此只要控制U1D輸入端的狀態(tài)就可以控制D1是否發(fā)射紅外線。R1的大小就可以調(diào)整D1發(fā)射的紅外線的強(qiáng)度，可以改變紅外傳感器的作用距離。紅外發(fā)射模塊硬件電路分析紅外接收模塊電路分析U1是專用紅外接收芯片，其3腳是輸出端。當(dāng)接收芯片收到38KHz的紅外信號后（接收模塊的響應(yīng)時(shí)間為160uS），其3腳輸出低電平；沒接收到反射的紅外信號時(shí)輸出高電平。59-電路中U1A和C2、R2組成振蕩器，振蕩頻率約38KHz。紅紅外傳感器接近開關(guān)

紅外線避障電路4——專用紅外避障傳感器60-紅外傳感器接近開關(guān)紅外線避障電路4——專用紅外避障傳感器四、智能小車軟件系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)1.PWM調(diào)速基本原理2.聲控小車程序設(shè)計(jì)3.智能小車障礙檢測原理分析4.智能小車巡跡檢測原理分析61-四、智能小車軟件系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)1.PWM調(diào)速基本原理2.聲控小1.PWM調(diào)速基本原理t/T:為PWM脈沖的占空比，決定平均電壓的大小！T內(nèi)平均電壓脈沖電壓幅度UP高電平“1低電平“0”Tt62-1.PWM調(diào)速基本原理t/T:為PWM脈沖的占空比，決定平均PWM信號輸入功率驅(qū)動(dòng)輸出負(fù)載電源智能小車上安裝的PWM脈沖驅(qū)動(dòng)電路PWM脈沖的占空比，決定直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。智能小車電機(jī)調(diào)速案例分析63-PWM信號輸入功率驅(qū)動(dòng)輸出負(fù)載電源智能小車上安裝的PWM脈沖單片機(jī)I/O口分配

左側(cè)電機(jī)方向控制信號: P0.0

左側(cè)電機(jī)速度（PWM）控制信號: P0.1

左側(cè)電機(jī)ENB控制信號: P0.4右側(cè)電機(jī)方向控制信號: P0.2

右側(cè)電機(jī)速度（PWM）控制信號:P0.3

右側(cè)電機(jī)ENA控制信號: P0.5

在智能小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路基礎(chǔ)上，利用STC89C52RC單片機(jī)產(chǎn)生PWM實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎功能（左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)）64-單片機(jī)I/O口分配在智能小車的電機(jī)驅(qū)硬件電路分析當(dāng)右側(cè)電機(jī)需要前進(jìn)時(shí)，IN2端保持為“0”，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度由IN1端的占空比決定;當(dāng)右側(cè)電機(jī)需要后退時(shí)，IN2端保持為“1”，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度由IN1端的占空比決定；當(dāng)左側(cè)電機(jī)需要前進(jìn)時(shí)，IN4端保持為“0”，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度由IN3端的占空比決定;當(dāng)左側(cè)電機(jī)需要后退時(shí)，IN4端保持為“1”，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度由IN3端的占空比決定。65-硬件電路分析65-軟件思路智能小車前進(jìn)的條件：左側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)，同時(shí)右側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)。智能小車左轉(zhuǎn)的條件：左側(cè)電機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)右側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)。智能小車右轉(zhuǎn)的條件：右側(cè)電機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)左側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)。智能小車加速的條件：增加PWM脈沖的占空比。智能小車減速的條件：減少PWM脈沖的占空比。66-軟件思路66-UP高電平“1”低電平“0”Tt此處，我們假定T為100us，t為30us，即占空比為30%。由于.STC89C52單片機(jī)沒有PWM輸出功能。因此我們可以用定時(shí)器T0來實(shí)現(xiàn)。假設(shè)定時(shí)器T0工作于定時(shí)方式2，定時(shí)時(shí)間10us，則在12MHZ晶振時(shí)定時(shí)初始值為0xf6，進(jìn)入T0中斷服務(wù)程序10次即為100us。67-UP高電平“1”低電平“0”Tt此處，我們假定智能小車PWM驅(qū)動(dòng)參考程序

#include<AT89X52.H>#definePWM_MAX50//定義PWM最大值unsignedcharcount;//定時(shí)器T0中斷次數(shù)記錄變量sbitENA=P0^5;//右邊電機(jī)使能控制端 sbitPWM_A=P0^3;//右邊電機(jī)PWM輸出端sbitDIR_A=P0^2;//右邊電機(jī)方向控制端，0正轉(zhuǎn)前進(jìn)，1反轉(zhuǎn)后退sbitENB=P0^4;//左邊電機(jī)使能輸出端sbitPWM_B=P0^1;//左邊電機(jī)PWM輸出端sbitDIR_B=P0^0;//左邊電機(jī)方向控制端，0正轉(zhuǎn)前進(jìn)，1反轉(zhuǎn)后退unsignedcharPWM_A_Value;//定義A路PWM級數(shù)，分為0～PWM_MAX-1級unsignedcharPWM_B_Value;//定義B路PWM級數(shù)，分為0～PWM_MAX-1級68-智能小車PWM驅(qū)動(dòng)參考程序#include<AT89X52./*********定時(shí)器初始化函數(shù)************/voidTimer_init(){TMOD=0x02;//定時(shí)器T0工作于定時(shí)方式2，自動(dòng)重裝初始值TH0=0xF6;//10uS定時(shí)初始植TL0=0xF6;EA=1;ET0=1;TR0=1;}69-/*********定時(shí)器初始化函數(shù)************/********定時(shí)器T0中斷函數(shù)*********/voidTimer_int0()interrupt1{count++;if(count>=PWM_MAX) count=0;if(count<=PWM_A_Value) {PWM_A=1;} //輸出高電平

else {PWM_A=0;} //輸出低電平

if(count<=PWM_B_Value) {PWM_B=1;} //輸出高電平

else {PWM_B=0;} //輸出低電平}70-/********定時(shí)器T0中斷函數(shù)*********/70/****************主函數(shù)***********/main(){P0=0xff;Timer_init();PWM_A_Value=25;//右邊電機(jī)PWMPWM_B_Value=25;//左邊電機(jī)PWMENA=1;//右邊電機(jī)使能控制端

ENB=1;//左邊電機(jī)使能控制端

DIR_A=0;//為0正轉(zhuǎn)，小車前進(jìn)

DIR_B=0;//為0正轉(zhuǎn)，小車前進(jìn)while(1){;}}71-/****************主函數(shù)**********2.聲控小車程序設(shè)計(jì)利用聲音控制小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)要求：假設(shè)小車原來正在停止當(dāng)中，通過聲音檢測電路產(chǎn)生中斷使小車啟動(dòng)，然后又通過聲控使小車停止。程序設(shè)計(jì)思路：程序的關(guān)鍵是對外部中斷進(jìn)行初始化，本設(shè)計(jì)中用到的是外部中斷/INT0，其中斷初始化工作包含以下內(nèi)容：外部中斷觸發(fā)方式設(shè)置；設(shè)置中斷優(yōu)先級（此設(shè)計(jì)可略）；允許/INT0中斷（開中斷）。-2.聲控小車程序設(shè)計(jì)利用聲音控制小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)程序設(shè)計(jì)思路：程設(shè)置外部中斷的觸發(fā)方式：外部中斷源/INT0和/INT1

各自都有兩種觸發(fā)方式：

①下降沿觸發(fā)（建議最好采用該方式）②低電平觸發(fā)設(shè)置方法：定時(shí)器控制寄存器TCONIT0（TCON.0），外部中斷0觸發(fā)方式控制位。

當(dāng)IT0=0時(shí)，為電平觸發(fā)方式。當(dāng)IT0=1時(shí)，為下降沿觸發(fā)方式。IE0（TCON.1），外部中斷0中斷請求標(biāo)志位。IT1（TCON.2），外部中斷1觸發(fā)方式控制位。IE1（TCON.3），外部中斷1中斷請求標(biāo)志位。TCOND7D6D5D4D3D2D1D088HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0本設(shè)計(jì)中設(shè)置外部中斷0為脈沖方式觸發(fā)：方法一：TCON=0x01方法二：IT0=1-設(shè)置外部中斷的觸發(fā)方式：TCOND7D6D5D4D3D2D1中斷服務(wù)程序清單voidINT0_ISR()interrupt0{staticunsignedcharstop_flag;stop_flag++;if(stop_flag==1){stop_flag=0;PWM_A_Value=25;//右邊電機(jī)PWMPWM_B_Value=25;//左邊電機(jī)PWMENA=1;//右邊電機(jī)使能控制端

ENB=1;//左邊電機(jī)使能控制端

DIR_A=0;//為0正轉(zhuǎn)，小車前進(jìn)

DIR_B=0;//為0正轉(zhuǎn)，小車前進(jìn)};if(stop_flag==2){P0=0x0f;}//小車停止運(yùn)動(dòng)stop_flag=0;}-中斷服務(wù)程序清單voidINT0_ISR()inte3.智能小車障礙檢測原理分析智能小車障礙檢測原理示意圖障礙物紅外發(fā)射模塊紅外接收模塊小車紅外線信號75-3.智能小車障礙檢測原理分析智能小車障礙檢測原理示意圖障礙物軟件思路在實(shí)際運(yùn)用中，由于紅外傳感器容易受到外界的干擾，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮相應(yīng)的抗干擾措施。在該應(yīng)用中采用以下的抗干擾方法：發(fā)射模塊發(fā)射一定數(shù)量的脈沖，接收端記錄接收到的脈沖個(gè)數(shù)，根據(jù)所記錄的脈沖個(gè)數(shù)判斷是否有障礙物。實(shí)現(xiàn)方法：發(fā)射模塊連續(xù)發(fā)射10個(gè)脈沖，如果接收模塊接收到的脈沖數(shù)目大于6，則判定前方有障礙物。智能小車障礙檢測軟件實(shí)現(xiàn)76-軟件思路智能小車障礙檢測軟件實(shí)現(xiàn)76-智能小車障礙檢測軟件實(shí)現(xiàn)流程圖是否接收到反射信號起動(dòng)發(fā)射模塊Y開始設(shè)定發(fā)送脈沖數(shù)接收寄存器清0延時(shí)160uS脈沖數(shù)目加1停止發(fā)射延時(shí)160uSN是否發(fā)射10次脈沖數(shù)是否>=6?有障礙物無障礙物YNYN77-智能小車障礙檢測軟件實(shí)現(xiàn)流程圖是否接收到反射信號起動(dòng)發(fā)射模塊智能小車障礙物方位檢測原理智能小車障礙檢測原理示意圖一障礙物紅外線信號紅外發(fā)射模塊紅外發(fā)射模塊接收模塊小車78-智能小車障礙物方位檢測原理智能小車障礙檢測原理示意圖一障礙物智能小車障礙檢測原理示意圖二障礙物紅外發(fā)射模塊紅外發(fā)射模塊接收模塊小車紅外線信號紅外線信號-智能小車障礙檢測原理示意圖二障礙物紅外發(fā)射模塊紅外發(fā)射模塊接智能小車障礙檢測原理示意圖三障礙物紅外發(fā)射模塊紅外發(fā)射模塊接收模塊小車紅外線信號紅外線信號80-智能小車障礙檢測原理示意圖三障礙物紅外發(fā)射模塊紅外發(fā)射模塊接在小車的車頭安裝三個(gè)紅外傳感器，采用“兩邊分時(shí)發(fā)射，中間接收”的檢測方案（時(shí)分復(fù)用）。確定障礙物方位過程中，采用以下的原則：假如左邊紅外發(fā)射二極管工作時(shí)，檢測到障礙物，而右邊紅外發(fā)射二極管工作時(shí)，沒有檢測到障礙物，則確定障礙物存在于小車的左側(cè)。假如右邊紅外發(fā)射二極管工作時(shí)，檢測到障礙物，而左邊紅外發(fā)射二極管工作時(shí)，沒有檢測到障礙物，則確定障礙物存在于小車的右側(cè)。假如兩邊邊紅外發(fā)射二極管工作時(shí)，都檢測到障礙物，則確定障礙物存在于小車中間。假如兩邊邊紅外發(fā)射二極管工作時(shí)，都沒有檢測到障礙物，則確定沒有存在障礙物.智能小車障礙物方位檢測原理分析81-在小車的車頭安裝三個(gè)紅外傳感器，采用“兩邊分時(shí)發(fā)射，中間接收智能小車障礙物方位檢測軟件實(shí)現(xiàn)軟件思路 由于在檢測方案的設(shè)計(jì)中采用“兩邊分時(shí)發(fā)射，中間接收”的方式，所以在確定障礙物的過程中，必須包含以下3個(gè)步驟：首先，開啟左邊的紅外發(fā)射二極管，進(jìn)行左邊的障礙物檢測，記錄狀態(tài)；其次，開啟右邊的紅外發(fā)射二極管，進(jìn)行右邊的障礙物檢測，記錄狀態(tài)；最后，根據(jù)兩次的狀態(tài)來判斷障礙物的方位。

82-智能小車障礙物方位檢測軟件實(shí)現(xiàn)軟件思路82-智能小車障礙物方位程序流程啟動(dòng)左發(fā)射模塊判斷接收模塊是否接收到信號；如果有反射,位變量L_FLAG為1，否則為0關(guān)閉左發(fā)射模塊，啟動(dòng)右發(fā)射模塊判斷障礙物的狀態(tài)（STATE）障礙物在中間障礙物在左邊障礙物在右邊沒有障礙物判斷接收模塊是否接收到信號；如果有反射,位位變量R_FLAG為1，否則為00x010x030x000x0283-智能小車障礙物方位程序流程啟動(dòng)左發(fā)射模塊判斷接收模塊是否接收單片機(jī)I/O口分配

左邊紅外發(fā)射傳感器發(fā)射控制信號: P2.7

右邊紅外發(fā)射傳感器發(fā)射控制信號: P2.6

紅外接收傳感器返回信號端: P2.5單片機(jī)寄存器分配 發(fā)送脈沖數(shù)目控制單元: x

接收脈沖數(shù)目存放單元: y 160uS延時(shí)程序寄存器: z

方位狀態(tài)存儲(chǔ)單元: STATE（位0x01代表左邊，位0x02代表右邊）單片機(jī)硬件資源分配84-單片機(jī)I/O口分配單片機(jī)硬件資源分配84-4.智能小車巡跡檢測原理分析小車右偏85-4.智能小車巡跡檢測原理分析小車右偏85-小車左偏86-小車左偏86-小車居中87-小車居中87-小車沖出軌道88-小車沖出軌道88-小車角度轉(zhuǎn)彎89-小車角度轉(zhuǎn)彎89-小車大角度轉(zhuǎn)彎90-小車大角度轉(zhuǎn)彎90-小車巡跡電路板中共設(shè)計(jì)有三個(gè)紅外線反射器型的光傳感器，其編號分別為R、C、L。而對應(yīng)讀入引腳分別為P2.0~P2.2。根據(jù)三個(gè)光傳感器L、C、R在導(dǎo)引線所檢測到的不同狀況，以及相對應(yīng)之左右輪應(yīng)有的反應(yīng)，列出表2的導(dǎo)引模式對策。由表2自走車的導(dǎo)引控制模式對策，只要在程序中先行讀入P2.0～P2.2的L、C、R檢測信號，然后利用判斷指令一個(gè)個(gè)比較狀態(tài)處理，即可完成巡變小車的控制。91-小車巡跡電路板中共設(shè)計(jì)有三個(gè)紅外線反射器型的傳感器狀況小車狀況對策處理情況LCR左輪右輪010只有C感測到線，代表車子剛好在適當(dāng)位置上前進(jìn)前進(jìn)前進(jìn)011C、R感測到線，代表車子稍偏導(dǎo)引線的左邊繼續(xù)前進(jìn)前進(jìn)前進(jìn)001只有R感測到線，代表車子太偏導(dǎo)引線的左邊向右修正前進(jìn)停止110L、C感測到線，代表車子稍