論文自動(dòng)避障追光小車(chē)

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1、 《自動(dòng)追光避障電動(dòng)小車(chē)》論文 學(xué)校： 華僑大學(xué) 學(xué)院： 信息科學(xué)與工程學(xué)院 班級(jí)：10級(jí) 集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng) 組員： 熊梓淋、項(xiàng)傳煜、崔冰 目錄 摘要 3 一、 設(shè)計(jì)要求 4 1.1基本要求…………………………………………………………………..…4 1.2發(fā)揮部分…………………………………………………………………..…4 二、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 5 2.1系統(tǒng)功能概述………………………………………………………………..5 2.2系統(tǒng)方案概括………………………………………………………………..5 2.

2、3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖………………………….……………………………………….5 三、模塊設(shè)計(jì)方案選擇………………….……………………6 3.1、電源模塊的設(shè)計(jì)……………………………………………………….…6 3.2、自動(dòng)避障模塊的設(shè)計(jì)……………………………………….……………6 3.3、感光模塊的設(shè)計(jì)……………………………………………………...…..7 3.4、自動(dòng)停車(chē)模塊的設(shè)計(jì)……………………………………………….……7 3.5、穩(wěn)壓模塊的設(shè)計(jì)………………………………………………………….7 3.6、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)................................

3、...........................................7 3.7、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)………………………………………….……8 3.8、太陽(yáng)能電池板模塊的設(shè)計(jì)………………………………………….……8 四、系統(tǒng)各模塊電路圖附件………………………………….9 4.1、中央控制模塊……………………………………………………………9 4.2、太陽(yáng)能電池板模塊………………………………………………..…..…9 4.3、感光模塊……………………………………………………………..…..9 4.4、穩(wěn)壓電路…………………………………………………………….….10

4、 4.5、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路…………………..…………………………………11 4.6、直流驅(qū)動(dòng)電路…………………………………….…………………….11 4.7、超聲波模塊原理圖……………………………………………………..11 4.8、超聲波使能模塊原理圖………………………………………………..12 五、軟件設(shè)計(jì).....................................12 5.1 超聲波控制………………………………………………………………12 5.2感光模塊程序…………………………………………………………….14 5.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序……………………………………

5、…………………16 六、電路調(diào)試.....................................17 6.1追光系統(tǒng)調(diào)試…………………………………………………………….17 6.2避障系統(tǒng)調(diào)試………………………………………………………….....17 6.3太陽(yáng)能電池板充電系統(tǒng)調(diào)試…………………………………………….18 6.4整體電路調(diào)試…………………………………………………………….18 七、總結(jié) .......................................18 附錄2：程序 18 摘要 隨著汽車(chē)自動(dòng)化、智能化程序的提高，新一代

6、智能汽車(chē)的研發(fā)在國(guó)內(nèi)外受到越來(lái)越多的重視。目前，國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的智能車(chē)輛通過(guò)觀測(cè)前方的路況，將路況信息輸入到車(chē)內(nèi)的電腦中，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制方向盤(pán)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障的目的。然而隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)目前已經(jīng)進(jìn)入調(diào)整期，目前，全球石油資源緊缺，且油價(jià)不斷上漲，沖擊了各個(gè)行業(yè)，尤其是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，同時(shí)人類(lèi)面對(duì)著全球變暖、水平面上升等世界性問(wèn)題。因此未來(lái)的汽車(chē)必將趨于電氣化、智能化。眾所周知太陽(yáng)能是目前最為清潔的能源，對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一種新型的能源。此次設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易電動(dòng)小車(chē)的動(dòng)力來(lái)自于太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換的電能，是基于單片機(jī)控制及傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)的功能是小汽車(chē)可自動(dòng)尋光，并且能夠利用超聲波傳感器檢測(cè)道路上的障礙

7、，以及電動(dòng)小車(chē)的自動(dòng)停車(chē)。電動(dòng)小車(chē)由單片機(jī)STC89C52控制電動(dòng)小汽車(chē)的自動(dòng)尋光、自動(dòng)避障、及自動(dòng)停車(chē)。 關(guān)鍵字：太陽(yáng)能電池板；單片機(jī)；超聲波傳感器；光敏二極管 一、任務(wù)要求 設(shè)計(jì)制作一套自動(dòng)追光太陽(yáng)能充電系統(tǒng)放置在電動(dòng)小車(chē)上。小車(chē)以一定速度追著光源行進(jìn)，太陽(yáng)能板始終能面對(duì)光源給蓄電池充電。小車(chē)行進(jìn)過(guò)程中會(huì)遇到路障，小車(chē)必須能避開(kāi)路障繞道找到光源并繼續(xù)追光前進(jìn)。 1.1．基本要求 （1）光源用不大于100W的白熾燈，場(chǎng)地不小于1.5m1.5m，障礙物不小于15cm15cm15cm?？梢詫?duì)光源進(jìn)行聚光。 （2）光源在離小車(chē)大于1.5m的固定位置擺放，放置高度不高于25cm。小車(chē)發(fā)現(xiàn)

8、光源后沿光源方向前進(jìn)。 （3）小車(chē)前進(jìn)方向上至少隨機(jī)放置三個(gè)障礙物。遇到障礙物，小車(chē)應(yīng)繞道前進(jìn)。 （4）在小車(chē)?yán)@道過(guò)程中，太陽(yáng)能板應(yīng)始終對(duì)準(zhǔn)光源。 （5）到達(dá)離光源一定位置后，小車(chē)應(yīng)停止前進(jìn)。 （6）小車(chē)前進(jìn)直線距離應(yīng)大于1.2米，時(shí)間不大于2分鐘。 （7）能顯示太陽(yáng)能為蓄電池供電狀態(tài)。 1.2．發(fā)揮部分 （1）場(chǎng)地尺寸2m2m，光源離小車(chē)2米以上。 （2）障礙物5個(gè)以上。 （3）能逆著光源前進(jìn)，并繞過(guò)障礙物。但太陽(yáng)能板始終對(duì)準(zhǔn)光源。 （4）完成時(shí)間不大于1分鐘。 （5）在無(wú)白熾燈光源情況下，小車(chē)可以沿自然光源方向前進(jìn)。 （6）其它。 二、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 2.1 系統(tǒng)

9、功能概述 初始時(shí)刻小車(chē)置于起點(diǎn)，打開(kāi)電源，啟動(dòng)小車(chē)。小車(chē)會(huì)通過(guò)感光模塊進(jìn)行追光并檢測(cè)前方障礙情況，太陽(yáng)能板也能根據(jù)自己的感光模塊自動(dòng)正對(duì)光源。當(dāng)在前進(jìn)過(guò)程中遇到障礙物時(shí)，小車(chē)會(huì)根據(jù)避障系統(tǒng)來(lái)選擇左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，以便避開(kāi)障礙物。在避開(kāi)障礙物后，小車(chē)趨光前進(jìn)。同時(shí)太陽(yáng)能板也時(shí)刻都正對(duì)光源，并能時(shí)刻顯示充電狀態(tài)。到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，小車(chē)自動(dòng)停車(chē)。 2.2 系統(tǒng)方案概括 主控制系統(tǒng)： 在此次設(shè)計(jì)中，涉及到一個(gè)外部中斷，三個(gè)定時(shí)中斷，所以采用常用的單片機(jī)STC89C52作為小車(chē)的主控制器，通過(guò)單片機(jī)來(lái)接收指令并發(fā)出指令，使小車(chē)的各項(xiàng)功能得以順利完成。 （1）.感光系統(tǒng)：設(shè)計(jì)中不僅要求小車(chē)能夠朝著光源

10、前進(jìn)，而且還要求太陽(yáng)能板也要正對(duì)光源。通過(guò)各方面的了解，比較，最終我們決定采用了兩套獨(dú)立感光系統(tǒng)，來(lái)完成小車(chē)追光與太陽(yáng)能電池板對(duì)光。這兩個(gè)模塊分別放在小車(chē)車(chē)頭和太陽(yáng)能板的左右兩端，通過(guò)比較兩邊光敏電阻的電壓，以此來(lái)判斷是否正對(duì)這光源。 （2）.避障系統(tǒng)：設(shè)計(jì)中采用三個(gè)避障模塊。分別裝在左，中，右，這樣便可使小車(chē)順利避障。 （3）.能源系統(tǒng)：使用一片LM2596-5(穩(wěn)定5V輸出)和LM2596_ADJ（可調(diào)輸出）分別給芯片和電機(jī)供電。 （4）.動(dòng)力系統(tǒng)：這次采用的是直接驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)的方式來(lái)解決小車(chē)動(dòng)力問(wèn)題。通過(guò)分別控制兩個(gè)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速使小車(chē)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、停止等功能。 2.3系

11、統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 充電狀態(tài)顯示 太陽(yáng)能電池板 蓄電池 升壓模塊 主控制 CPU STC89C52 穩(wěn)壓模塊 避障模塊 尋光模塊 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)小車(chē) 系統(tǒng)總流程圖： N Y N Y N Y Y N Y 開(kāi)始 停車(chē) 是否靠近光源 對(duì)光 太能板是否正對(duì)光源 避障 前方是否有障礙 太能板是否正對(duì)光源 充電 小車(chē)是否正對(duì)光源 前進(jìn) 尋光 三、模塊設(shè)計(jì)方案選擇 3.1、電源模塊的設(shè)計(jì) 方案一：所有元器件采用單一電源。它供電簡(jiǎn)單，方便靈活

12、，減小了車(chē)載重量和摩擦阻力。但是電機(jī)啟動(dòng)瞬間電流很大，會(huì)造成電壓不穩(wěn)定、有毛刺干擾等，不適用于要求電源穩(wěn)壓的CPU，嚴(yán)重時(shí)可能造成系統(tǒng)掉電。 方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)必須與大電流器件分開(kāi)供電，避免大電流器件對(duì)單片機(jī)造成干擾，采用兩路供電，這樣可以使用其中一路單獨(dú)為單片、指示燈供電，另外一路提供L298N驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)使用。 介于設(shè)計(jì)穩(wěn)定性考慮，采用方案二。 3.2、自動(dòng)避障模塊的設(shè)計(jì) 方案一：采用超聲波。由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)且具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小等諸多優(yōu)點(diǎn)故而超聲波已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代社會(huì)之中。超聲波傳感器主要采用直接反射式的檢測(cè)模式。位于傳感器前面的被檢測(cè)

13、物通過(guò)將發(fā)射的聲波部分地發(fā)射回傳感器的接收器，從而使傳感器檢測(cè)到被測(cè)物。還有部分超聲波傳感器采用對(duì)射式的檢測(cè)模式。一套對(duì)射式超聲波傳感器包括一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器，兩者之間不斷進(jìn)行信息的傳遞。位于接收器和發(fā)射器之間的被檢測(cè)物將會(huì)阻斷接收器接收發(fā)射的聲波，從而傳感器將產(chǎn)生高低電平的跳變進(jìn)而由單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行相關(guān)處理。 方案二：使用紅外傳感器，它是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，檢測(cè)距離可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。該傳感器具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、受可見(jiàn)光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，發(fā)出的紅外線照射到黑色的平面后紅外線被吸收。若紅外接

14、收管能接收到反射回的紅外線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到紅外線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。 由于測(cè)試中使用的是白熾燈，產(chǎn)生的光中，紅外光占有比例較大，如使用紅外傳感器，會(huì)有較大的干擾。所以考慮到設(shè)計(jì)中對(duì)障礙物中尺寸和顏色上的要求以及使用的方便性、穩(wěn)定性和檢測(cè)具體的可調(diào)性，選擇方案一，即使用超聲波進(jìn)行避障，在使用時(shí)可以方便的對(duì)最小避障距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得更好地實(shí)現(xiàn)小車(chē)避障功能而順利趨光行駛。 3.3、感光模塊的設(shè)計(jì) 方案一：使用光敏二極管和A/D轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋光。光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類(lèi)似的,其內(nèi)部是一個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時(shí)需加上反向電壓

15、。無(wú)光照時(shí)，有很小的飽和反向漏電流，即暗電流，此時(shí)光敏二極管截止；當(dāng)受到光照時(shí)，飽和反向漏電流大大增加，形成光電流，它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化。輸出經(jīng)過(guò)ADC0832進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后得到的電壓變化量反饋給單片機(jī)進(jìn)行處理，進(jìn)而控制小車(chē)尋找光源。因此可以利用此特性進(jìn)行自動(dòng)尋找光源。 方案二：采用光敏電阻和A/D轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋光。由于光敏電阻的阻值會(huì)隨著光照強(qiáng)度的增加而迅速減小，我們可以應(yīng)用此原理，通過(guò)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換出來(lái)的電壓變化量經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋光功能。 測(cè)試發(fā)現(xiàn)光敏二極管在對(duì)著光源移動(dòng)時(shí)反應(yīng)過(guò)于靈敏，在距離光源較近的位置會(huì)出現(xiàn)一個(gè)跳變，且在離光源較近時(shí)（大約70cm至100

16、cm）對(duì)光源及其不敏感，而且A/D讀書(shū)不穩(wěn)定，波動(dòng)較大，從而影響小車(chē)的前進(jìn)。光敏電阻雖然不如光敏二極管靈敏，但經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)，其穩(wěn)定性比光敏二極管好很多，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)線性性好，而且價(jià)格相對(duì)較低基本可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。因而選擇方案二。 3.4、自動(dòng)停車(chē)模塊的設(shè)計(jì)： 方案一：采用熱敏電阻， 該設(shè)計(jì)采用的光源是白熾燈，白熾燈是在照明的時(shí)候能夠產(chǎn)生大量的熱量，我們可以利用該特性，采用熱敏電阻制作一個(gè)停車(chē)模塊。熱敏電阻的阻值能夠隨著周?chē)鸁岬牟煌淖?。然后通過(guò)比較器控制小車(chē)靠近光源時(shí)自動(dòng)停車(chē)。 方案二：利用感光模塊上光敏電阻的感光效應(yīng)，當(dāng)小車(chē)離光源越近時(shí)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的電壓值就會(huì)越小

17、。因此可以利用此原理，給A/D設(shè)置一個(gè)初值，當(dāng)達(dá)到這一初值時(shí)小車(chē)自動(dòng)停止。 經(jīng)過(guò)實(shí)踐，我們利用熱敏電阻制作的停車(chē)模塊對(duì)熱不是很敏感，而且我們已有四個(gè)感光模塊，效果也不亞于適應(yīng)熱敏電阻。因此我們選用了利用感光系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行停車(chē)。 3.5、穩(wěn)壓模塊的設(shè)計(jì) 方案一：采用LM2596穩(wěn)壓芯片對(duì)干電池輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓。LM2596具有很好的線性和負(fù)載可調(diào)性。有固定輸出和可調(diào)輸出，其固定輸出有3.3V、5V、12V，可調(diào)可以輸出1.2—37V的各種電壓。 方案二：采用LM7805三端穩(wěn)壓器件進(jìn)行穩(wěn)壓。其可固定輸出5V穩(wěn)定電壓而且內(nèi)部有過(guò)熱保護(hù)和安全工作保護(hù)電路。雖然LM7805器件是按照固定電壓值來(lái)設(shè)

18、計(jì)的，但當(dāng)加載一些外部器件后，同樣可以輸出可變電壓。 綜合考慮上述兩種方案，由于LM2596輸出電壓1.2—37V穩(wěn)定可調(diào)內(nèi)部有過(guò)熱保護(hù)和限流保護(hù)電路，外圍電路簡(jiǎn)單，僅需4位外接元件，且使用的電感是比較容易購(gòu)買(mǎi)的標(biāo)準(zhǔn)電感，輸出電壓可調(diào)性好。而LM7805是按固定輸出5V電壓值來(lái)設(shè)計(jì)的，常用于單片機(jī)的供電電路的設(shè)計(jì)。雖可輸出可變電壓值，但是其輸出電壓可調(diào)性差，更主要的是其效率低，只能達(dá)到60%—75%，而LM2596最高效率可達(dá)90%。相比之下我們選擇了方案一。 3.6、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì) 方案一：采用ULN2003步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)芯片。ULN2003多用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)

19、字量輸出卡等控制電路中。通常芯片采用DIP封裝。 方案二：采用L298驅(qū)動(dòng)芯片。L298既可以驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)又可以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，常用于打字機(jī)、數(shù)字機(jī)床、復(fù)印機(jī)等控制電路中。 綜合考慮上述步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，ULN2003具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)、工作效率高、外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、價(jià)格較低、易于購(gòu)買(mǎi)等優(yōu)點(diǎn)。所以本次設(shè)計(jì)中我們采用ULN2003作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。 3.7、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì) 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用L298驅(qū)動(dòng)芯片。 L298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見(jiàn)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。L298N芯片可以

20、驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相步進(jìn)電機(jī)或一個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)46V。 L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS，VSS可接4．5～7 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2．5～46 V，輸出電流可達(dá)2．5 A，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(hào)。L298N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)，也可用于控制PWM調(diào)速。 3.8、太陽(yáng)能電池板模塊的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)

21、采用兩塊太陽(yáng)能電池板并聯(lián)的方式，通過(guò)吸收白熾燈散發(fā)的光能并隨之轉(zhuǎn)換成電能來(lái)供給蓄電池充。經(jīng)測(cè)試一塊太陽(yáng)能電池板距離100W白熾燈約1.5-2米的時(shí)候電壓約為3V，且而兩塊串聯(lián)時(shí)約有6V。但是本次設(shè)計(jì)需要對(duì)太陽(yáng)能電池板的輸出電壓進(jìn)行升壓處理，以供蓄電池充電。而串聯(lián)時(shí)電流很小，即使離光源很近也無(wú)法進(jìn)行升壓。故采用兩塊太陽(yáng)能電池板新并聯(lián)的方式進(jìn)行升壓。進(jìn)而給蓄電池充電。升壓電路有如下兩種設(shè)計(jì)： 方案一：使用LM2577升壓電路，輸入電壓，輸出電壓以通過(guò)電阻R1和電阻R2的比值進(jìn)行調(diào)節(jié)（Vout=1.23(1+R1/R2)）。輸入電壓約5V，輸出電壓可達(dá)10V以上。 方案二：使用TPS61200

22、DC/DC升壓電路，輸入電壓的范圍為0.3-5.5V，輸出的電壓穩(wěn)定在6V左右， 測(cè)試發(fā)現(xiàn)，兩塊太陽(yáng)能電板并聯(lián)在距離光源2米處可以達(dá)到5V，均滿(mǎn)足兩種芯片輸入電壓的要求，但由于方案二中的TPS61200的價(jià)格較高、不易購(gòu)買(mǎi)，封裝為貼片式，不易使用，且輸出電壓較低。LM2577所需的最低電壓為3V，但電流要求較高，在光強(qiáng)不夠時(shí)，不能進(jìn)行升壓，但在離光源較近時(shí)可以將電壓升至11V左右，以完成對(duì)8節(jié)電池充電，并能顯示充電狀態(tài)。綜合考慮上述兩種方案選用LM2577升壓模塊較為合理。 四、系統(tǒng)各模塊電路圖附件 4.1、中央控制模塊： 該模塊由單片機(jī)最小系統(tǒng)、外加5組電源構(gòu)成。 4

23、.2 太陽(yáng)能電池板模塊 太陽(yáng)能電池板收集的光能轉(zhuǎn)換成電能，由于電壓較低，因此需要升壓電路，給蓄電池充電。升壓電路原理圖： 4.3、感光模塊 感光電路采用光敏電阻和ADC0832組合電路。通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的電壓變換量反饋到單片機(jī)里進(jìn)行尋光處理。原理圖： 4.4、穩(wěn)壓電路 本實(shí)驗(yàn)中的穩(wěn)壓電路采用兩組LM2596芯片組合而成的穩(wěn)壓電路。一組固定輸出5V電壓（上圖），供芯片使用。另外一組輸出電壓可調(diào)（下圖），供電機(jī)使用。原理圖： 4.5 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 本次設(shè)計(jì)中的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用ULN2003芯片組合而成的驅(qū)動(dòng)電路，原理圖： 4.6、直

24、流驅(qū)動(dòng)電路 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，采用L298直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，具體電路如圖： 4.7 超聲波模塊原理圖 5.8超聲波使能模塊 五、軟件設(shè)計(jì) 5.1 超聲波控制 本系統(tǒng)利用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射和對(duì)超聲波自發(fā)射至接受往返時(shí)間的計(jì)時(shí)，接受電路的輸出端接單片機(jī)的外部中斷源輸入口。系統(tǒng)定時(shí)發(fā)射超聲波，在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和接受到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波的反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在單片機(jī)的外部中斷源輸入口產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。結(jié)構(gòu)圖如

25、下 部分程序代碼： … void barrier_detection(void) { uchar i; barrier_flag=0; detector=4; time_0_count=0; //定時(shí)器0工作在15cm障礙物檢測(cè) while(detector) { EX0 = 0; //關(guān)外部中斷 IE0 = 0; //清除外部中斷0標(biāo)志位 TR0 = 0; //關(guān)閉定時(shí)器0 TH0=0xfc; TL0=0x18;

26、 leftTX=1; MiddleTX=1; rightTX=1; switch(detector) { case 4: leftControl=1;MiddleControl=0;rightControl=0; for(i=0;i<16;i++) { leftTX=!leftTX; } break; //左側(cè)超聲波發(fā)波 case 2: leftControl=0;M

27、iddleControl=1;rightControl=0; for(i=0;i<16;i++) { MiddleTX=!MiddleTX; } break; //中間超聲波發(fā)波 case 1: leftControl=0;MiddleControl=0;rightControl=1; for(i=0;i<16;i++) { r

28、ightTX=!rightTX; } break; // 右側(cè)超聲波發(fā)波 default: break; } TR0 = 1; //定時(shí)器0開(kāi)始計(jì)時(shí) detector_busy = 1;//超聲波正在檢測(cè)中.... _nop_(); _nop_(); _nop_(); IE0 = 0; //清除外部中斷0標(biāo)志位 EX0 = 1; //開(kāi)外部中斷； while(detecto

29、r_busy); //等待超聲波檢測(cè)障礙物完成 detector >>=1; delay1ms(10); } EX0 = 0; //關(guān)閉外部中斷 TR0 = 0; //關(guān)閉定時(shí)器1 TH0=0x3c; TL0=0xb0; time_0_count=1; //定時(shí)器0工作在定時(shí)50ms障礙物檢測(cè) TR0 = 1; //打開(kāi)計(jì)數(shù)器1,65MS檢測(cè)障礙 leftControl=0; MiddleControl=0; rightControl=0; }

30、 … 超聲波程序流程圖： 5.2感光模塊程序 感光模塊主要有ADC0832和光敏電阻組成。正常情況下ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK 輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選

31、擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第2、3個(gè)脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能 ，當(dāng)此2 位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對(duì)CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。到第3 個(gè)脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開(kāi)始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)脈沖下沉開(kāi)始由DO端輸出轉(zhuǎn)換

32、數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個(gè)脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開(kāi)始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)字節(jié)的下沉輸出DATA0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。時(shí)序圖如下： 部分程序代碼： … uchar AD0832_2(void ) //太陽(yáng)能充電板感光模塊 { uchar data_f,i,data_f1,i1,k1; D1=1; cs1=1;

33、cs2=1; cs3=1; cs4=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); cs4=0; D1=1; //芯片使能之前的初始化。第一個(gè)下降沿 clk=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); clk=0; // 確定通道模式、第2個(gè)下降沿 _nop_(); _nop_(); _nop_(); clk=1; D1=1; //設(shè)定通道初始化 _nop_(); _nop_(); _nop_

34、(); clk=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); clk=1; D1=1; //設(shè)定通道初始化 .第3個(gè)下降沿 _nop_(); _nop_(); _nop_(); clk=0; //AD轉(zhuǎn)化的初始化完成。 for(i1=0;i1<8;i1++) //得到一個(gè)正常排序的8位數(shù)據(jù) { clk=1; _nop_(); _nop_(); clk=0;

35、 _nop_(); _nop_(); data_f1<<=1; data_f1|=D0; } cs4=1; a4=data_f1; //將第二個(gè)AD值存儲(chǔ)在a2中 k1=abs(a4-a3); return k1; } … 5.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。您可以通過(guò)控制脈沖個(gè)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定

36、位的目的；同時(shí)您可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 步進(jìn)電機(jī)28BYJ48型四相八拍電機(jī)，電壓為DC5V—DC12V。當(dāng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時(shí)，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。每一個(gè)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度（一個(gè)步距角）。當(dāng)通電狀態(tài)的改變完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距。四相步進(jìn)電機(jī)可以在不同的通電方式下運(yùn)行，常見(jiàn)的通電方式有單（單相繞組通電）四拍（A-B-C-D-A。。。），雙（雙相繞組通電）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。。。），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。

37、。。） 部分程序代碼如下： … void left2(uchar Step3) { uchar i; while(Step3) { for(i=0;i<4;i++) { P0=taiyannengzheng[i]; delay1us(400); } Step3--; } } … 　　 六、電路調(diào)試 6.1追光系統(tǒng)調(diào)試 首先是把兩個(gè)感光模塊分別固定在小車(chē)頭的左右兩端，在距離小車(chē)1.5米外的地方放置100W的白熾燈做光源。通過(guò)顯示經(jīng)A/D

38、轉(zhuǎn)換后的光敏電阻的電壓來(lái)判斷對(duì)光的強(qiáng)弱變化。當(dāng)小車(chē)距離光源較遠(yuǎn)時(shí)，讀數(shù)較大；靠近時(shí)，讀數(shù)減小。小車(chē)是否是正對(duì)光源通過(guò)比較兩個(gè)感光模塊傳出來(lái)的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)差不多相等時(shí)，小車(chē)正對(duì)光源，當(dāng)小車(chē)偏離光源越大時(shí)時(shí)，差值會(huì)增大。 在剛開(kāi)始測(cè)試時(shí)，因?yàn)樽x數(shù)的錯(cuò)誤，出現(xiàn)了讀出來(lái)的數(shù)據(jù)會(huì)有一個(gè)跳變，即數(shù)據(jù)剛開(kāi)始時(shí)會(huì)隨著光強(qiáng)的變亮而減小，當(dāng)減小到最小時(shí)會(huì)突然變大，然后在依次減小。而我們對(duì)于該種錯(cuò)誤的讀法采用了給光敏電阻加上一個(gè)外罩，使得在一定距離內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)跳變，且會(huì)隨著光強(qiáng)的增強(qiáng)而線性減小。該種方法雖然能過(guò)尋到光源，但在某些環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。后來(lái)經(jīng)過(guò)仔細(xì)排查并請(qǐng)教他人。發(fā)現(xiàn)程序中A/D讀數(shù)的方式錯(cuò)誤，漏掉

39、了其中一位。經(jīng)改正和測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該種方法能夠順利完成尋光。 6.2避障系統(tǒng)調(diào)試 避障系統(tǒng)采用的超聲波避障。在剛開(kāi)始時(shí)，我們采用的一個(gè)超聲波模塊配合一個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行避障，即在小車(chē)前進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)擺動(dòng)超聲波模塊及時(shí)檢測(cè)小車(chē)的左右和前面是否有障礙物，如有障礙物時(shí)，小車(chē)進(jìn)行避障。在開(kāi)始測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)我們購(gòu)買(mǎi)的是減速電機(jī)，速度不能滿(mǎn)足在前進(jìn)過(guò)程中左右搖擺并進(jìn)行避障。經(jīng)改進(jìn)，我們采用三個(gè)超聲波模塊組成的一個(gè)避障系統(tǒng)進(jìn)行避障。分別裝在小車(chē)車(chē)頭的正前方和左右兩邊。當(dāng)超聲波只檢測(cè)到左邊或者右邊有障礙物時(shí)，小車(chē)轉(zhuǎn)向前進(jìn)一個(gè)角度進(jìn)行避障。當(dāng)檢測(cè)到左中后、右中、左中右都有障礙物時(shí)，小車(chē)先是進(jìn)行后退轉(zhuǎn)向，然后是

40、前進(jìn)一段距離進(jìn)行避障。該種方法需要在測(cè)試時(shí)，不斷的進(jìn)行調(diào)試轉(zhuǎn)向的角度，以達(dá)到順利避障的目的。 6.3太陽(yáng)能電池板充電系統(tǒng)調(diào)試 充電系統(tǒng)采用兩塊太陽(yáng)能電池板并聯(lián)（以提高輸出電流）的方式，再通過(guò)一個(gè)升壓模塊給8節(jié)電池進(jìn)行充電。采用一個(gè)發(fā)光二極管來(lái)顯示電池的充電狀態(tài)。即：當(dāng)電池滿(mǎn)電時(shí)，由于發(fā)光二極管兩端電勢(shì)差較小，因而不足以點(diǎn)亮發(fā)光二極管。隨著干電池電能的不斷耗散發(fā)光二極管兩端的電勢(shì)差加大，從而使其發(fā)光。因而我們可以通過(guò)觀測(cè)發(fā)光二極管的亮滅來(lái)顯示蓄電池的充電狀態(tài)。此外由于發(fā)光二極管的單項(xiàng)導(dǎo)通作用：一方面、其正向?qū)▔航岛苄?；另一方面、其反相擊穿電壓很大，且其反相?dǎo)通電阻非常大，因而又可以防止

41、，蓄電池滿(mǎn)電時(shí)給太陽(yáng)能電池板反相充電。 6.4整體電路調(diào)試 整體電路的調(diào)試是最繁瑣的，也是最重要的。它需要不斷的進(jìn)行測(cè)試，不斷的進(jìn)行電路和程序的改進(jìn)。在尋光和避障兩個(gè)功能整合在一起時(shí)，就需要對(duì)小車(chē)進(jìn)行合理的控制，經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)在小車(chē)進(jìn)行避障的同時(shí)，關(guān)閉尋光模塊，在結(jié)束避障的那一刻又要開(kāi)啟開(kāi)啟避障程序。一種能夠良好解決避障和尋光都能實(shí)現(xiàn)的一種方案。在小車(chē)進(jìn)行避障是，同時(shí)也要使太陽(yáng)能板正對(duì)光源，在進(jìn)行這一步調(diào)試時(shí)，可以使用進(jìn)行多次對(duì)光，但又不能把所有的時(shí)間都去對(duì)光，這里就可以采用中斷的方式，在小車(chē)進(jìn)行避障延時(shí)時(shí)，不斷的讓太陽(yáng)能板去對(duì)光。整體電路的調(diào)試是一個(gè)核心環(huán)節(jié)，需要我們細(xì)致耐心的不斷調(diào)試。這

42、樣才能的得到理想的效果 七、總結(jié) 經(jīng)過(guò)一個(gè)月的辛勤勞作，我們團(tuán)隊(duì)沒(méi)能完全完成設(shè)計(jì)要求。但也使我們受益頗多，不僅鞏固了我們的所學(xué)知識(shí)，讓我們對(duì)單片機(jī)有了深層次的了解，并且讓我們學(xué)到了跟多新的知識(shí)。例如超聲波的使用、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。光敏器件的光敏特性等知識(shí)，這些無(wú)一不是寶貴的財(cái)富。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我們遇到了許許多多的挫折和困難，例如在剛開(kāi)始的選材上，我們就走了不少的彎路。由于初次接觸步進(jìn)電機(jī)，了解甚少，購(gòu)買(mǎi)到減速步進(jìn)電機(jī)，使得我們不得不放棄原有的設(shè)計(jì)方案，在重新選擇新的方案。在避障模塊中更是選擇了比較難控制的超聲波，這不僅使得設(shè)計(jì)的難度加大了，編程難度也加大了。當(dāng)我們好不容易把每個(gè)模塊都分別制

43、作出來(lái)并能控制時(shí)，難題又一次的出現(xiàn)了，要想把每個(gè)模塊整合起來(lái)并不一件容易的事情，在整合出來(lái)后要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制更是困難重重，光是在避障方面就花去了我們大部分時(shí)間，同時(shí)在尋光方面，由于光強(qiáng)的不確定性，必須經(jīng)過(guò)一次次的調(diào)試才能使小車(chē)和太陽(yáng)能板正對(duì)光源。這一個(gè)又一個(gè)的難題不斷的出現(xiàn)在我們面前，但我們并沒(méi)有選擇放棄，而是不斷的進(jìn)行著嘗試，不斷的改變，終于在我們團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持不懈的女里下完成了這次設(shè)計(jì)。因?yàn)檫@次設(shè)計(jì)出的作品并不是很完善，我們?nèi)詫⒗^續(xù)努力，爭(zhēng)取把小車(chē)的個(gè)方面內(nèi)容都加以完善并增加上新的內(nèi)容。通過(guò)這此設(shè)計(jì)讓我們知道了實(shí)踐同理論聯(lián)系的重要性，我們應(yīng)該抓住機(jī)會(huì)多參加此類(lèi)的競(jìng)賽，這不僅能過(guò)豐富你的動(dòng)手能力，還能學(xué)到很多書(shū)本上學(xué)不到的東西。