遙控小車運動系統(tǒng)設(shè)計(硬件部分).doc

本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）論文題目：遙控小車運動系統(tǒng)設(shè)計（硬件部分）姓名：XXXXX學(xué)號：09043108班級：090431班年級：2009級專業(yè)：自動化學(xué)院：機械與電子工程學(xué)院指導(dǎo)教師：XXXXX完成時間：2013年 5 月30日作 者 聲 明本人以信譽鄭重聲明：所呈交的學(xué)位畢業(yè)設(shè)計（論文），是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下由本人獨立撰寫完成的，沒有剽竊、抄襲、造假等違反道德、學(xué)術(shù)規(guī)范和其他侵權(quán)行為。文中引用他人的文獻、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標注出，不包含他人成果及為獲得東華理工大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。對本設(shè)計（論文）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本畢業(yè)設(shè)計（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。本畢業(yè)設(shè)計（論文）成果歸東華理工大學(xué)所有。特此聲明。畢業(yè)設(shè)計（論文）作者（簽字）： 簽字日期： 年 月 日 本人聲明：該學(xué)位論文是本人指導(dǎo)學(xué)生完成的研究成果，已經(jīng)審閱過論文的全部內(nèi)容，并能夠保證題目、關(guān)鍵詞、摘要部分中英文內(nèi)容的一致性和準確性。 學(xué)位論文指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日遙控小車運動系統(tǒng)設(shè)計（硬件部分）Design of remote control vehicle movement system (hardware)2013年 5 月30日東華理工大學(xué)（論文） 摘要摘 要根據(jù)要求，采用STC89C52單片機作為本設(shè)計主控芯片。按動操作器上的不同按鍵可以控制小車的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進、后退、尋光和避障等動作。遙控部分采用315M無線發(fā)射接收模塊，通過PT2262/PT2272編碼解碼，提高控制的可靠性。采用一休化對射紅外發(fā)射接收管WYC H206并結(jié)合測速編碼盤測量行程；超聲波US-020模塊進行障礙識別；通過光敏二極管輔以直流減速電機控制的轉(zhuǎn)動機構(gòu)進行光源方向的檢測，通過軟件控制小車行駛到光源附近。采用直流減速電機對小車的轉(zhuǎn)向進行精確的控制。此外，采用四位LED數(shù)碼管和若干LED發(fā)光二極管顯示小車的里程以及電機的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)。關(guān)鍵詞：智能小車； 無線遙控； 自動尋光； 超聲波避障； 測行程東華理工大學(xué)（論文） ABSTRACTABSTRACTAccording to the topic, this design uses the STC89C52 as main control chip.Different key pressing operation on the device can control the car turn left, turn right, forward and backward, search light and obstacle avoidance action.Remote control part adopts 315M wireless transmitting and receiving module,Through the PT2262/PT2272 coding and decoding,To improve the reliability of control.The integration of shoot infrared transmitting and receiving tubes WYC H206 combined with the coding disc measurement travel speed;Ultrasonic US-020 module for obstacle recognition;Detection by photodiode with DC motor control of the rotating mechanism is the direction of the light source,Through software control the car near the light source.Dc gear motor for precise control of the car steering.In addition, the light emitting diode four-LED digital tube and a plurality of LED mileage and vehicle motor reversible state.Key words:Intelligent car; Wireless remote control; Automatic search light; Ultrasonic obstacle avoidance; Measuring range目 錄緒論1第1章 方案設(shè)計與論證21.1 總體設(shè)計思路21.2 設(shè)計方案論證與比較21.2.1 車體設(shè)計31.2.2 遙控方案41.2.3 電機的論證與分析41.2.4 驅(qū)動芯片的選擇51.2.5 感光傳感器的選擇51.2.6 測行程模塊的選擇51.2.7 顯示方案51.2.8 避障模塊6第2章 硬件設(shè)計72.1 單片機模塊72.2 電源模塊72.2.1 無線發(fā)射端72.2.2 小車端72.3 無線遙控模塊82.3.1 編譯碼芯片的選擇82.3.2 無線發(fā)射接收模塊92.3.3 電路原理圖102.4 電機驅(qū)動電路的設(shè)計112.5 尋光模塊122.6 測行程模塊132.7 顯示模塊152.8 超聲波避障模塊的設(shè)計162.8.1 超聲波發(fā)射電路162.8.2 超聲接收電路172.8.3 報警電路18第3章 軟件設(shè)計193.1 編寫程序語言的選擇193.2 設(shè)計課題的流程圖193.3 單片機的資源分配223.3.1 I/O口的分配223.3.2 定時計數(shù)器的分配233.3.3 外部中斷的分配233.4 單片機初始化233.5 單片機主程序24第4章 調(diào)試部分254.1 調(diào)試方案254.2 測試方法和儀器25結(jié)論26致謝27參考文獻28附錄29東華理工大學(xué)（論文） 緒論緒論隨著汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，有關(guān)智能汽車的研究也越來越受人關(guān)注。全國電子大賽及省內(nèi)電子大賽曾多次出現(xiàn)智能小車這方面的題目，全國各高校也很重視該題目的研究。對智能汽車的研究，國內(nèi)外都有很大的成果，谷歌研發(fā)的無人駕駛汽車，已能夠在高速公路上安全的行駛數(shù)千公里。人類探索太空的步伐也一直沒有停止，火星、月球上也有著智能小車的身影，木星的探測器也在積極的研發(fā)中，預(yù)計2016年將會到達木星。日本的福島核危機，也使用了智能小車去檢測島內(nèi)的核輻射值。智能泊車系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)進入了民用領(lǐng)域，市場上已有很多車型也裝配了該系統(tǒng)。本設(shè)計的智能小車采用無線遙控技術(shù)，通過遙控命令對小汽車行駛狀態(tài)進行控制，如前進、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)等。控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。本設(shè)計以STC89C52單片機為控制核心，實現(xiàn)了自動尋光、測行程和顯示及自動避障。遙控部分采用315M無線發(fā)射接收模塊，通過PT2262/PT2272編碼解碼，提高控制的可靠性。采用一休化對射紅外發(fā)射接收管WYC H206并結(jié)合測速編碼盤測量行程并送至數(shù)碼管顯示；超聲波US-020模塊進行障礙識別；通過光敏二極管輔以直流減速電機控制的轉(zhuǎn)動機構(gòu)進行光源方向的檢測并最終行駛到光源處。通過對本小車研究，我們可以初步構(gòu)建智能汽車的模型與理論基礎(chǔ)。0東華理工大學(xué)（論文） 第1章 方案設(shè)計與論證第1章 方案設(shè)計與論證1.1 總體設(shè)計思路本設(shè)計主采用STC89C52單片機作為小車系統(tǒng)的主控芯片。采用無線遙控技術(shù)，通過遙控命令對小汽車行駛狀態(tài)進行控制，如前進、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，通過橋式開關(guān)電路驅(qū)動電機。并配合超聲波傳感器實現(xiàn)小汽車的自動避障，當小汽車檢測到前方有障礙物時，能夠?qū)崿F(xiàn)自動停車。同時采用光敏二極管實現(xiàn)小車的自動尋光，當小車檢測的周圍光線時，能夠自動向光源行駛最終停止。在小車運行過程中，小車通過對射紅外發(fā)射接收管和測速編碼盤進行行程測量。其中，主要研究內(nèi)容為：電機驅(qū)動、發(fā)射與接收電路、超聲波傳感器、紅外傳感器和感光傳感器的應(yīng)用等。設(shè)計結(jié)果應(yīng)符合以下指標：（1）通過無線遙控操作實現(xiàn)小汽車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)；（2）在行走過程中可以改變小車的運動狀態(tài)，實現(xiàn)小汽車的自動避障；（3）在尋光模式下，小車能夠自動尋光；（4）在小車運行時小車能夠自動測行程并顯示?？傮w方案設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖 1-1：圖 1-1 總體方案設(shè)計結(jié)構(gòu)圖1.2 設(shè)計方案論證與比較根據(jù)小車的設(shè)計要求，本系統(tǒng)主要有電機驅(qū)動與控制模塊、無線遙控模塊、尋光模塊、測行程模塊、避障模塊、LED顯示模塊等組成，為了的到最優(yōu)的設(shè)計方案，分別設(shè)計了幾種方案進行論證。1.2.1 車體設(shè)計常見的小車模型如圖 1-2所示： 圖 1-2分別分析上述四種模式，當小車發(fā)生偏向時小車的受力情況：1號車：此小車模型使用兩個驅(qū)動輪外加一個導(dǎo)向輪，若導(dǎo)向輪使用萬向輪或球形輪，當小車驅(qū)動輪產(chǎn)生運動偏差時，導(dǎo)向輪軸向?qū)⑹芰?，由于萬向輪或球形輪阻力很小，小車很容易偏向。故只能使用定向輪，其軸向移動阻力較大，偏向力被抵消或減弱，使小車更易于走直線，由此帶來的弊端是轉(zhuǎn)向不靈活，尤其是當?shù)孛孀枇艽髸r。2號車：道理與1號車類似，但還有幾點差別。一：由于這樣布置，導(dǎo)向輪作為支點一般不會同時受力，類似于蹺蹺板，任意時刻僅有一個受力，比1號車導(dǎo)向輪的垂直壓力要小，故其運動阻力就小，抑制偏向的能力也就弱。二：由于導(dǎo)向輪距驅(qū)動輪比1號車近，阻止偏向的力矩小于1號車，因此相對于1號車，2號車更容易偏向。3號車：與1號車相比，它存在2個導(dǎo)向輪，通常情況這類結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向輪不會使用萬向輪和球形為支點，多數(shù)情況下使用定向輪，2個定向輪的軸向阻力大于1個，因此這個結(jié)構(gòu)很容易走直線，但其轉(zhuǎn)向就非常困難了，轉(zhuǎn)彎半徑極大，轉(zhuǎn)彎十分麻煩。4號車：與三號的差別在于4個車輪都是主動輪，使轉(zhuǎn)向的中心從后輪移至小車中心，其偏向阻力大小和3號車一樣，只是因中心變化，導(dǎo)致偏向阻力的力矩減小，從這上看，4號車應(yīng)該比3號容易偏向，但是由于4號車采用四驅(qū)方式，其偏差更加離散，同側(cè)的偏差方向不一定一致，因此很難偏向，走直線較容易，同時可以實現(xiàn)原地打轉(zhuǎn)。因為本次畢業(yè)設(shè)計需要小車有較強的運動能力，且為方便控制，故選用4號車模型，用四個電機驅(qū)動。1.2.2 遙控方案方案一：紅外遙控紅外遙控技術(shù)采用紅外線來傳送控制信號，紅外遙控的特點是具有方向性、遙控距離近、容易被阻擋、電路調(diào)試簡單，編解碼容易，可進行多路遙控。方案二：無線電遙控?zé)o線電遙控技術(shù)采用無線電波來傳送控制信號，它具有無方向性、距離遠（可達數(shù)十米，甚至數(shù)公里）、可穿透障礙物、可以不“面對面”控制的特點，但是容易受電磁干擾。因紅外遙控遙控距離近且易被阻擋，故選擇無線電遙控，而非紅外遙控。1.2.3 電機的論證與分析工作電壓DC 3VDC 6VDC 6V工作電流100mA100mA120mA減速箱減速比48:1空載（加輪子）100轉(zhuǎn)/分190轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)/240分輪胎直徑6.5cm空載速度20米/分39米/分48米/分噪聲65db表1-1方案一：采用直流電機直流電機速度較快，價格便宜，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動電流來改變電機速度，驅(qū)動電路較簡單，調(diào)速范圍廣，調(diào)速特性平滑。但由于其轉(zhuǎn)距小，帶大負載時很容易堵轉(zhuǎn)。且由于其速度較快，不易控制，精確度低。方案二：采用步進電機步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的裝置，采用控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，控制脈沖頻率來控制電機的速度與加速度，其精確度高，但其驅(qū)動電路更復(fù)雜，控制相對較繁瑣。方案三：采用減速電機減速電機是通過控制電流來實現(xiàn)調(diào)速的，而且其內(nèi)部包含減速齒輪箱，轉(zhuǎn)距大，非常適合爬坡等，而且易控制，速度比步進電機快，價格適中，控制相對簡單。綜上所述，本設(shè)計決定采用減速電機，電機參數(shù)如表1-1：1.2.4 驅(qū)動芯片的選擇方案一：L298NL298N為雙H橋直流電機驅(qū)動芯片,輸出電流大，持續(xù)工作電流為2A，瞬間峰值電流可達3A。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以驅(qū)動兩臺直流電機。該芯片采用15腳封裝，使用時需要安裝散熱片。方案二：L293DL293D為雙H橋直流電機驅(qū)動芯片，持續(xù)工作電流為1A，峰值可達2A，內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可同時驅(qū)動兩臺直流電機。封裝為16腳雙列直插，使用方便。由于L293D的工作電流也能滿足設(shè)計需求，且L298N需要安裝散熱片，使用時比較麻煩，故選用L293D作為電機驅(qū)動芯片。1.2.5 感光傳感器的選擇光敏傳感器包含光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電管、光電倍增管等類型。由于光敏二極管結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，且價格便宜故選擇光敏二極管。1.2.6 測行程模塊的選擇方案一：采用霍爾開關(guān)元器件A44E檢測輪子上的小磁鐵從而給單片機中斷脈沖，達到測量行程的作用?；魻栐w積小，頻率響應(yīng)寬度大，動態(tài)特性較好，外圍電路簡單，但其安裝起來較為麻煩。測試示意圖如圖 1-3： 圖 1-3 圖 1-4方案二：采用一休化對射紅外發(fā)射接收管WYC H206并結(jié)合測速編碼盤產(chǎn)生脈沖，最后使用74HC14（帶施密特觸發(fā)器反向器）對脈沖整形，防止臨界輸出抖動造成測量誤差。此方案雖電路稍復(fù)雜，但其穩(wěn)定性高且安裝方便。測試示意圖如圖 1-4：方案二電路雖然稍微復(fù)雜但由于其安裝方便故選擇方案二。1.2.7 顯示方案方案一：LCD液晶顯示器LCD利用了液晶的電光效應(yīng)，通過電路控制液晶單元的透射率及反射率，從而產(chǎn)生不同灰度層次及圖像，LCD具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等特點。但其亮度較暗可視角度小。方案二：LED數(shù)碼管顯示LED數(shù)碼管是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。LED數(shù)碼管顯示具有亮度強，可視角度廣等特點。由于小車在運行過程中遠離人類視線，需要較強的亮度和較大的可視角度，故選擇LED數(shù)碼管顯示。1.2.8 避障模塊方案一：紅外傳感器紅外傳感器利用物體的反射性質(zhì)，如果沒有障礙物，發(fā)射出去的紅外線因為傳播距離越遠而逐漸減弱，最后消失。如果有障礙物，紅外線遇到障礙物，被反射到傳感器接收頭，通過判斷接收端的電平即可判定前方是否有障礙物。方案二：超聲波傳感器超聲波傳感器利用向目標發(fā)射超聲波脈沖，當遇到障礙物時，超聲波經(jīng)反射被超聲波接收頭接收，計算其往返時間來計算小車與障礙物距離的。其優(yōu)點是價格便宜，易于使用，且在10m以內(nèi)能給出精確的測量。由于方案二能很方便的計算出小車與障礙物的距離可以很方便的設(shè)定安全距離，故選擇方案二。5東華理工大學(xué)（論文） 第2章 硬件設(shè)計第2章 硬件設(shè)計2.1 單片機模塊本設(shè)計使用的是STC89C52單片機，它是STC公司的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器。STC89C52采用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，同時具有如下標準功能： 8KB程序存儲空間，512B數(shù)據(jù)存儲空間，內(nèi)4KB EEPROM,32位通用I/O口，看門狗定時器，MAX810復(fù)位電路,3個16位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。單片機模塊電路圖如圖 2-1所示，其中時鐘電路采用12MHZ晶振和30pF電容。P1.0P1.3用于控制電機的正反轉(zhuǎn)，P1.4P1.7用于輸入接收到的無線信號，P2.4P2.7用于輸入尋光檢測信號，P3.3P3.5、P2.3由于數(shù)碼管動態(tài)掃描，P0口用于點亮數(shù)碼管對應(yīng)段碼，P2.0用于超聲波發(fā)射控制端，P2.1用于超聲波接收端，P2.2為避障報警輸出端，P3.2外部中斷0用于小車測行程。圖 2-12.2 電源模塊2.2.1 無線發(fā)射端無線發(fā)射模塊工作電壓在59V之間時已能達到較理想的發(fā)射距離，考慮到使用和攜帶方便，采用4節(jié)干電池串聯(lián)給發(fā)射端供電。2.2.2 小車端小車電機需要較大的驅(qū)動電壓和電流，且小車在運行過程中耗電量較大，普通干電池電量較小且不能循環(huán)使用，不能滿足設(shè)計需求，故采用7.2V容量為1300mAh的鎳氫（NI-MH）可充電電池為系統(tǒng)供電。由于單片機和無線接收模塊的工作電壓為5V，因此需要從NI-MH電池穩(wěn)壓出5V電壓，穩(wěn)壓芯片用LM7805。LM7805為三端集成穩(wěn)壓器，僅需很少的外圍元件即可穩(wěn)壓出+5V電壓。電路圖如圖 2-2所示：圖 2-2NI-MH電池7.2V電壓先通過C3濾除紋波，然后送到7805進行穩(wěn)壓，輸出電壓再通過C4濾波最后輸出。D1為電壓指示燈，通過R1進行限流。2.3 無線遙控模塊2.3.1 編譯碼芯片的選擇PT2262/PT2272是采用CMOS工藝制造的低功耗、低價位的專用數(shù)字編碼譯碼器。工作電壓范圍寬，采用RC振蕩，可靠性高，外圍元件少，設(shè)計方便，和他數(shù)字編譯碼器相比，最突出特點是地址編碼容量特別大。故選擇PT2262/PT2272。 PT2262/PT2272最多有12位(A0-A11)三態(tài)地址端引腳（f、1、0三個狀態(tài)）,任意組合可提供地址碼,PT2262最多有6位(D0-D5)數(shù)據(jù)端引腳,設(shè)定的地址碼與數(shù)據(jù)碼從第17號引腳串行輸出，可以應(yīng)用于無線遙控發(fā)射電路。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號是由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼構(gòu)成一個完整的編碼，解碼芯片PT2272接收到遙控信號后，其地址碼需要經(jīng)過兩次比較核對無誤后，VT引腳才輸出高電平，同時對應(yīng)的數(shù)據(jù)引腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當沒有按鍵按下時，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，因此315MHz的高頻發(fā)射電路不工作，當有按鍵時，PT2262得電工作，第17號引腳將經(jīng)過調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號輸出，當?shù)?7號引腳為高電平時發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當?shù)?7號引腳為低平時發(fā)射電路停止振蕩，因此高頻發(fā)射電路完全受控于PT2262的第17號引腳輸出的編碼信號，從而對高頻電路完成ASK調(diào)制相當于調(diào)制度為100的調(diào)幅。T2262 引腳圖: PT2272 引腳圖: 圖 2-3 圖 2-4A0A7為地址管腳，只有當T2262和PT2272地址碼相同時才進行編碼；D0-D4為數(shù)據(jù)管腳；DOUT為編碼輸出端，正常時為低電平；DIN為數(shù)據(jù)信號輸入端，來自接收模塊輸出端；OSC1為振蕩電阻輸入端，OSC2為振蕩電阻振蕩器輸出端，振蕩頻率取決于OSC1與OSC2兩端所接電阻。PT2262 和 PT2272 除地址編碼必須完全一致外，振蕩電阻還必須匹配，否則接收距離會變近甚至無法接收在具體的應(yīng)用中，外接振蕩電阻可根據(jù)需要進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)，阻值越大振蕩頻率越低，編碼的寬度越大，發(fā)碼一幀的時間越長。本設(shè)計選擇2.2M390K振蕩電阻選擇表如表2-1所示：PT2262PT22721.2M200K1.5M270K2.2M390K3.3M680K4.7M820K 表2-12.3.2 無線發(fā)射接收模塊無線發(fā)射接收模塊選擇常見的315M無線模塊。發(fā)射頭通訊方式為調(diào)幅AM，工作電壓為DC312V，發(fā)射功率小于500MW。接收頭工作電壓為DC5V，接收靈敏度為-103dBm。數(shù)據(jù)發(fā)射模塊使用聲表諧振器SAW穩(wěn)頻，頻率具有極高穩(wěn)定度。發(fā)射模塊使用了數(shù)據(jù)調(diào)制三極管,此結(jié)構(gòu)使其可以很方便的與其他電路相連接，而無需考慮編碼電路工作電壓與輸出信號幅度值的大小。數(shù)據(jù)發(fā)射模塊工作電壓為DC312V，當工作電壓發(fā)生變化時其發(fā)射頻率基本不變,與發(fā)射模塊配套的接收模塊不需要任何調(diào)整即可能穩(wěn)定地接收。當工作電壓為3V時，傳輸距離約為2050米，此時發(fā)射功率較??；當工作電壓5V時，傳輸距離約為約100200米；當工作電壓9V時，傳輸距離300500米；當工作電壓為12V時，此時到達最佳工作電壓，可得到較好的發(fā)射效果，當工作電壓大于l2V時,功耗增大，有效發(fā)射功率卻無明顯提高。此模塊的特點是發(fā)射功率較大，傳輸距離較遠，適合在比較適合惡劣條件下進行通訊。無線電的遙控距離主要受發(fā)射功率、接收靈敏度、天線長度和阻擋物因素影響。發(fā)射功率越大則距離越遠，但耗電大且易對其他設(shè)備產(chǎn)生干擾；接收器的敏度越高，則遙控距離越大，但引干擾而導(dǎo)致誤動或失控；天線長度過短會影響遙控距離；由于無線電的播特性為直線傳播，對障礙物的穿透能力弱，如果發(fā)射器與接收器之間有障礙物阻擋，其傳播距離將受很大影響。2.3.3 電路原理圖發(fā)射模塊電路原理圖如圖 2-5：圖 2-5小車需要4個方向鍵（前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)）及1個模式鍵，至少需要5個按鍵，而PT2262編碼芯片只有4個數(shù)據(jù)碼端口，不能滿足設(shè)計需求，同時為方便以后對小車進行功能升級，因此采用8線3線優(yōu)先編碼器74LS148進行擴展。8線3線優(yōu)先編碼器74LS148允許同時輸入兩個以上的編碼信號，當有多個信號輸入時，編碼器僅對其中優(yōu)先權(quán)最高的進行編碼。為編碼信號輸入端，對高電平進行編碼；為編碼信號輸出端，數(shù)值對應(yīng)于編碼信號。當沒有按鍵按下時二極管不導(dǎo)通，則PT2262未上電，PT2262和無線發(fā)射模塊不工作，此時功耗極小，只有當有按鍵按下時PT2262和無線發(fā)射模塊才工作，此時進行遙控信號的調(diào)制和發(fā)射。接收模塊電路原理圖如圖 2-6:圖 2-6無線接收模塊接收發(fā)射模塊的信號，并送至PT2272第14腳，PT2272對接收的信號的地址碼進行兩次校驗，確認無誤后進行解碼，數(shù)據(jù)碼對應(yīng)管腳輸出高電平點亮對應(yīng)指示燈，同時第17較輸出高電平點亮解碼指示燈，表示解碼成功。解碼后的數(shù)據(jù)被送至單片機進行處理。2.4 電機驅(qū)動電路的設(shè)計L293D為雙H橋直流電機驅(qū)動芯片，持續(xù)工作電流為1A，峰值可達2A，內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可同時驅(qū)動兩個電機。其控制信號輸入端可直接與單片機相連，外圍元件少，使用非常方便。因為本小車采用四電機驅(qū)動，故使用兩片L293D驅(qū)動電機。L293D引腳圖如圖 2-7所示：EN1A2A電機狀態(tài)HHL正轉(zhuǎn)HLH反轉(zhuǎn)HLL停止HHH停止LXX停止 圖2-7 表2-2P1、P9為使能引腳，P2、P7、P10、P15為電機控制信號輸入引腳，P3、P6、P11、P14為電機驅(qū)動信號輸出引腳，P4、P5、P12、P13為接地腳，P16為芯片供電腳，P8為電機供電輸入腳。L293D功能表如表2-2所示：小車前進時四個電機同時正轉(zhuǎn)，小車后退時四個電機同時反轉(zhuǎn)，小車左轉(zhuǎn)時小車左側(cè)電機反轉(zhuǎn)右側(cè)電機正轉(zhuǎn)，小車右轉(zhuǎn)時小車左側(cè)電機正轉(zhuǎn)右側(cè)電機反轉(zhuǎn)。電路原理圖如圖 2-8所示：圖 2-8為節(jié)省I/O口，同側(cè)電機共用一對I/O口。單片機通過P1.0P1.3口產(chǎn)生電機控制信號并輸至L293D，L293D產(chǎn)生對應(yīng)的驅(qū)動電壓，使電機正反轉(zhuǎn)，同時點亮指示燈，顯示電機的運行狀態(tài)。2.5 尋光模塊本系統(tǒng)共使用四路光敏傳感器來檢測光強，需使用四個比較器，LM339集成塊內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器，滿足系統(tǒng)需求，故選擇LM339。LM339管腳圖如圖 2-9所示：圖 2-91IN-、2IN-、3IN-、4IN-分別為四個比較器的反相輸入端，1IN+、2IN+、3IN+、4IN+分別為四個比較器的正相輸入端，1OUT、2OUT、3OUT、4OUT分別為四個比較器的輸出端。電路原理圖如圖 2-10所示：圖 2-10當未檢測到光源時，光敏二極管截止，IN+處電壓為高電平，大于IN-處電壓，比較器輸出電壓為正，尋光指示燈滅；當檢測到光源時，光敏二極管導(dǎo)通，IN+處電壓為低電平，小于IN-處電壓，比較器輸出電壓為負，尋光指示燈被點亮。同時檢測結(jié)果被送至單片機，單片機根據(jù)檢測結(jié)果做出相應(yīng)結(jié)果，IN-接在電位器上，通過調(diào)節(jié)電位器可以調(diào)節(jié)尋光靈敏度。2.6 測行程模塊本模塊使用對射紅外發(fā)射接收管WYC H206結(jié)合測速碼盤將小車行程量化為脈沖數(shù)，并通過反相施密特觸發(fā)器74HC14D最終輸入至外部中斷0處，單片機對脈沖進行計算，最終計出行程。74HC14D引腳圖如圖 2-11所示：圖 2-111A、2A、3A、4A、5A、6A分別為六個反相施密特觸發(fā)器的輸入端，1Y、2Y、3Y、4Y、5Y、6Y分別為六個反相施密特觸發(fā)器的輸出端，VCC、GND分別為芯片的電源和地腳。經(jīng)過測量可知小車直徑D=6.5cm，已知測速碼盤共20格，一個脈沖對應(yīng)的行程為，取3.14，則計算公式如下：=cm=1.02cm1cm (2-1)單片機通過外部中斷0對脈沖計算，計數(shù)結(jié)果存儲在變量count1中，小車行程S計算公式如下： (2-2)電路圖如圖 2-12：圖 2-12當測速碼盤未擋住紅外發(fā)射管時，接收管導(dǎo)通，輸出低電平；當測速碼盤擋住紅外發(fā)射管時，接收管截止，輸出高電平。若不加施密特觸發(fā)器，可能會出現(xiàn)臨界輸出抖動，導(dǎo)致誤計數(shù)，從而使測行程出現(xiàn)誤差。為保證輸出電平不反相，串聯(lián)兩個反相施密特觸發(fā)器。最終輸至單片機，每一個上升沿計數(shù)一次，同時，輸出為低電平時點亮指示燈。2.7 顯示模塊LED數(shù)碼管是常用的顯示器件，每一段相當于一個發(fā)光二極管，各個發(fā)光二極管的陽極或陰極接在一起，分別稱作共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。本設(shè)計中采用的是共陽極數(shù)碼管。對于多個數(shù)碼管的顯示，有靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示無需定時掃描，節(jié)省了CPU時間，顯示穩(wěn)定，但是靜態(tài)顯示需要消耗大量的I/O口資源，而采用動態(tài)顯示可以大大節(jié)省單片機硬件資源。為節(jié)省I/O口，本設(shè)計采用動態(tài)顯示，選擇4位一體數(shù)碼管，管腳圖及對應(yīng)段碼如圖 2-13所示： 圖2-13單片機將測行程模塊所檢測的數(shù)據(jù)經(jīng)運算輸出至顯示模塊，將所測數(shù)據(jù)輸出到數(shù)碼管計數(shù)公式如下所示：千位 disbuff0=S/1000 (2-3)百位 disbuff1=S%1000/100 (2-4)十位 disbuff2=V%1000%100/10 (2-5)個位 disbuff3=V %1000%100%10 (2-6)由于單片機I/O口驅(qū)動電流太小，不能直接驅(qū)動數(shù)碼管，故需加上三極管進行驅(qū)動，顯示原理圖如圖 2-14所示：圖 2-14當數(shù)碼管公共端為高電平時，對應(yīng)數(shù)碼管工作，此時若段碼端為低電平，則對應(yīng)段被點亮。2.8 超聲波避障模塊的設(shè)計超聲波避障是通過超聲波進行測距，然后所測距離與設(shè)定值進行比較，當測量值小于設(shè)定值時表示小車遇到障礙物，此時單片機做出避障動作即停車。超聲波測距示意圖如圖2-15所示，其原理是超聲波發(fā)射傳感器發(fā)射超聲波，超聲波以一定的速度V在空氣中傳播，遇到障礙后被反射回來，被超聲波接收傳感器檢測到，單片機對此過程進行計時t，根據(jù)發(fā)射和接收到超聲波之間的時間差t即可以計算出與障礙的距離。圖 2-152.8.1 超聲波發(fā)射電路發(fā)射電路要求能產(chǎn)生40KHz的方波，可以由硬件電路振蕩生成，也可以用軟件生成，本設(shè)計中采用硬件方式，即使用NE555定時器接成多諧振蕩器，產(chǎn)生頻率為40KHZ占空比為50%的方波，最后輸出到發(fā)射端。電路圖如圖2-16所示，單片機只需控制P2.0的高低電平即可控制555定時器的清零引腳從而控制發(fā)射超聲波。當需要發(fā)射超聲波時，P2.0輸出高電平，555定時器有輸出，發(fā)射超聲波；當不需要發(fā)射超聲波時，P2.0輸出低電平，555定時器被清零。555定時器1腳GND為接地端；2腳TR為低觸發(fā)端；3腳Vo為輸出端；4腳R為清零端，當此端接低電平時，不論TR、TH處于何電平，3腳輸出為低電平，此引腳接單片機P2.0，用于控制超聲波的發(fā)射；5腳CT為控制電壓端。若此端外接電壓，可改變其內(nèi)部的兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地或懸空；6腳TH為高觸發(fā)端；7腳D為放電端，該端與放電管集電極相連，用于定時器時電容的放電；8腳VCC為外接電源，一般接5V電壓。圖 2-16經(jīng)分析可知，電容C13充電時，三腳輸出高電平，充電回路為VCC-R40-D33-C13-GND；電容C13放電時，三腳輸出低電平，放電回路為C13-D32-R57-第7號引腳。555定時器接成多諧振蕩器產(chǎn)生40KHZ超聲波電阻、電容計算方法如下，設(shè)C13取1000pf，已知=40KHZ,則： (2-7) (2-8)因為占空比為50%，故 (2-9)由公式(2-7)、(2-8)、(2-9)可得 (2-10)2.8.2 超聲接收電路圖 2-17由于超聲波接收傳感器接收到的信號比較微弱，需要進行放大，運算放大器采用LM324，進行多級放大，LM324引腳圖如圖 2-17所示：超聲接收電路如圖 2-18所示：圖 2-18第一級運算放大器放大倍數(shù)計算方法如下所示： （2-11） (2-12) (2-13) 由公式（2-11）、（2-12）、（2-13）可計算出第一級運算放大器放大倍數(shù)。2.8.3 報警電路報警電路可以采用蜂鳴器進行聲音報警或使用發(fā)光二極管進行指示報警，蜂鳴器報警特點是音量大較容易引起注意，同時帶來的缺點是產(chǎn)生了噪音，容易影響到其他人的正常生活，用指示燈進行報警雖然報警效果不如蜂鳴器，但是由于其報警方式并不會給他人帶來任何不便，故選用發(fā)光二極管進行指示報警，報警電路如圖 2-19所示，單片機通過P2.2口控制三極管的導(dǎo)通與截止來點亮報警指示燈。非報警狀態(tài)指示燈滅，報警狀態(tài)指示燈閃爍。圖 2-1918東華理工大學(xué)（論文） 第3章 軟件設(shè)計第3章 軟件設(shè)計3.1 編寫程序語言的選擇匯編語言是一種面向機器的語言，能夠直接管理和控制硬件設(shè)備，占用的存儲空間小，運行效率高，屬于低級語言，脫離不開具體的的機器硬件，因此缺乏通用性，可移植性差。即使完成較簡單的工作也需要大量匯編語言代碼，易產(chǎn)生bug，難于調(diào)試，同時編程人員必需對對單片機的硬件和指令有深入的了解。C語言是一種高級語言，具有可移植性好和硬件控制能力高等特點，表達和運算能力強，更符合人們思考習(xí)慣。由于C語言程序比用匯編程序更符合人們的思考習(xí)慣，且較易調(diào)試，故本系統(tǒng)采用C語言編寫方法。3.2 設(shè)計課題的流程圖本系統(tǒng)主要分為無線信號接收模塊，電機驅(qū)動模塊，尋光模塊，避障模塊，測行程模塊及顯示模塊。程序流程圖如下所示。主流程圖如圖 3-1所示：圖 3-1主程序完成的工作主要是對單片機初始化，定義定時/計數(shù)器的工作方式，開啟各個中斷以及對遙控信號進行掃描并做相應(yīng)動作。主程序流程圖如上圖。無線遙控模塊程序流程圖如圖 3-2所示：圖 3-2尋光模塊程序流程圖如圖 3-3所示：圖 3-3測行程模塊流程圖如圖 3-4所示：圖 3-4避障模塊流程圖如圖 3-5所示：圖 3-53.3 單片機的資源分配3.3.1 I/O口的分配P1.0P1.3用于控制電機的正反轉(zhuǎn)，P1.4P1.7用于輸入接收到的無線信號，P2.4P2.7用于輸入尋光檢測信號，P3.3P3.5、P2.3由于數(shù)碼管動態(tài)掃描，P0口用于點亮數(shù)碼管對應(yīng)段碼，P2.0用于超聲波發(fā)射控制端，P2.1用于超聲波接收端，P2.2用于避障報警輸出端，P3.2外部中斷0用于小車測行程。3.3.2 定時計數(shù)器的分配定時/計數(shù)器0：工作方式為16位定時器（定時器方式，方式1）。用于顯示模塊，定時2MS，每隔2MS掃描數(shù)一次碼管。定時/計數(shù)器1：工作方式為16位定時器（定時器方式，方式1）。用于避障模塊，定時2MS，定時/計算器每溢出400次啟動一次超聲波模塊，超聲波模塊發(fā)出超聲波，進行障礙檢測。定時/計數(shù)器2：工作在定時模式，用于避障模塊，發(fā)射超聲波時開啟定時/計數(shù)器2，接收到超聲波時關(guān)閉定時/計數(shù)器2,從而對超聲波發(fā)射與接收時間差進行定時。最后通過算法算出小車與障礙物的距離。定時/計數(shù)器初值計算公式如下所示：機器周期：已知,則初值：定時/計算器初值為：TH0=TH1=(65536-2000)/256； TL0=TL1=(65536-2000)%256。工作方式控制寄存器初值為：TMOD=0x113.3.3 外部中斷的分配外部中斷0（）：定義為跳變觸發(fā)方式，下降沿有效。用于測行程模塊，每中斷一次記數(shù)一次，通過對應(yīng)算法計算出小車行程。3.4 單片機初始化TMOD=0x11; /設(shè)T0，T1為定時方式，方式1T2CON.1=0; /設(shè)T2為定時方式TH0=(65536-2000)/256;/2MS定時TL0=(65536-2000)%256;TH1=(65536-2000)/256;/2MS定時TL1=(65536-2000)%256;TL2=0;TH2=0;EA=1; /開啟總中斷ET0=1; /允許T0中斷ET1=1; /允許T1中斷ET2=1; /允許T2中斷TR0=1; /開啟定時器0TR1=1; /開啟定時器1EX0=1; /開啟外部中斷0IT0=1; /下降沿有效IE0=0; /外部中斷0請求標志位3.5 單片機主程序while(1) /*如果P1_7口為低電平，小車由按鍵控制*/*如果P1_7口為高電平，小車自動尋光*/if(P1_7=0)/如果P1_7為低電平，則小車由鍵盤控制 GO(); else /否則小車自動尋光 XG(); 24東華理工大學(xué)（論文） 第4章 調(diào)試部分第4章 調(diào)試部分4.1 調(diào)試方案系統(tǒng)的調(diào)試包括模塊調(diào)試和系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)。其中模塊調(diào)試是將各個模塊單獨調(diào)試，主要在各模塊的設(shè)計過程中完成。調(diào)試步驟為先設(shè)計，設(shè)計確認無誤后進行調(diào)試，然后將調(diào)試中出現(xiàn)的問題進行修改，修改后再重新調(diào)試，如此反復(fù)直到滿足要求。模塊調(diào)試階段需要達到各個模塊都單獨實現(xiàn)功能，只有模塊調(diào)試階段通過了才能進入統(tǒng)調(diào)階段。系統(tǒng)的統(tǒng)調(diào)主要是系統(tǒng)軟件的調(diào)試。由于模塊調(diào)試階段是將各個模塊隔離出來單獨調(diào)試，并不涉及其他模塊，而設(shè)計需要將各個功能模塊整合起來，在整合的過程中還需要考慮單片機的資源沖突及中斷優(yōu)先級排序等問題。4.2 測試方法和儀器測試儀器包括數(shù)字萬用表、示波器、單片機開發(fā)板、直流穩(wěn)壓電源、卷尺和手電筒等。 數(shù)字萬用表主要用于檢測電路板通電前各線路的連通性和焊接時可能造成的短路，同時萬用表用于檢測電路通電后各元件的壓降和三極管的導(dǎo)通截止；示波器用于測試測行程