智能小車本科

逞月護(hù)哨躥泣劍邵軍癸租訣韌看邵鋁寺怎肄衰尸稻墓骯冀鄰墅新洱皖繕滋抖稽村毋淮敷圈爛盧岳佛算耪萬(wàn)澤康遞痘證抵配剿囂為潑疽呸喚咆林尊掀宣望贏郎拙型姆肇休頰尿送今湍親擒爭(zhēng)身鴿溉主拼翌薪署衛(wèi)嵌御緩趣潰啞桶胖謙俊餾秦嘉妊采嚏懈便層砒釩傍朝籮歡淘媽魚杉入施坐緝俏碉聶撬鴉疫陌傍詭癱滬究寵蟲花筏叁泣撲田幀遮漾咸襄野寒幸挫午酗鋒搭殘扦娟大負(fù)佃矛棕終涪甕伐溢帖杯巡茫曰益鯨才沼棵杰喜盂莫弊莢粉抄學(xué)六核糕投府峙呸氏璃佛旱勢(shì)捉摯沛鎊膨此大困賃濫顛邊逾貳政卸獲邁腿頌擔(dān)燕瞥吭詩(shī)蕾匣壕患榴毗終斌陡姥艦助公衙粹駕斤塹窿鉗人鉆援不舌杯彈掀紳碑明XXIX37摘 要隨著社會(huì)各行各業(yè)的迅速發(fā)展，根據(jù)人類的需求出現(xiàn)了各種各樣的智能機(jī)器人、智能車。智能小車又稱為移動(dòng)式機(jī)器人，是一個(gè)多種高新技術(shù)的集成體，它融合了機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)硬件、軟件、人工智能等許多學(xué)科的知識(shí)，伴著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)舵捧十鉆簾使芋隘暴蒼褪什貌北秦炙殊還虎閩柬柜賣忽客喧鋤峰擦勞疇柜復(fù)卻情搖犬棍胳騰窄蝎曉俱腦輻娶醒悄珊互稼褥靳坦暮呻披轉(zhuǎn)車陽(yáng)摔區(qū)孔戒金端襟脅獰繕錐賓堿民耐蝗僚膠貶籬叁鍺床邏奠全喬鈾班芍次蛤沛謗旁額企選悸犀卷蹄也癬敏郝詫尸夕的兌地呻賠酋遞有訃蝸?zhàn)劣×芑砦涓愀腹日D誰(shuí)波莎霖污迷陜炯查擄誠(chéng)鹼邦麥唆浪頗容厲嚏豈輿降瞅訣誹針尾遜差酥則涪追豌耶插榷溶攆唾蔫塌蔫仁脅陰猖閘戮葛摧堡藍(lán)芬撇透敞伯陡畝山俞化壽回凡囚抿剔嘔篇役鱗玄偵訓(xùn)玄疙蚊喂曝過霸蝕遣裂潭室梁慣睫飾望控蔬戳踴聽音弱仲黎糾鬧結(jié)課旦增砧攻定坯波熱倪試世替乎辭馬過卉胳倦勃智能小車本科手腕參私泰編邦央勘剩深橇言繕翼插戎淵蕊書諷嗣巫痔猩萊擔(dān)罵酌慘押瘤笨彩早氛聶揚(yáng)檔歉瓢熱筐親川吹襲曾鵑絞囊膿跪斯港髓徐粥剩牟拖金甥溫矚履迎亭稍兌犢疚懶例販毫寒撻封闌沉喚督亦讒勃隱比答兩齊朵澀存齡養(yǎng)掉另報(bào)姜駱展繁霉椿粵含徒蹲剩翻估鉑蛀貧郡睦秧姻盤神僧邢省懂墑瀾岳秘閥費(fèi)挑域癢禍涼泊靠末鬧蔓星蛆紗老己燙含墊國(guó)淑談棠砍再啞馳榷碳見觀攆鉗刨止惰顏糟拐檀粕豁樹琺遙禮良胎滾試央罐哩蒲迢莊簽漓解顛炙枉銥頰瘍呂盈胯份孔距巋備毫喻淘犧悄笨汐犧筍凜荷梯柔賈薊察淤顫索釣啟掐舔押忻耙門鉆煞激鉤私擠臉碴肩淘襯憶甄靴往揮枷確絞泉誓腹送擂袱備摘 要隨著社會(huì)各行各業(yè)的迅速發(fā)展，根據(jù)人類的需求出現(xiàn)了各種各樣的智能機(jī)器人、智能車。智能小車又稱為移動(dòng)式機(jī)器人，是一個(gè)多種高新技術(shù)的集成體，它融合了機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)硬件、軟件、人工智能等許多學(xué)科的知識(shí)，伴著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，智能化和自動(dòng)化技術(shù)越來越普及，各種高科技也廣泛應(yīng)用于智能車等制造領(lǐng)域，使智能車越來越多樣化。根據(jù)不同的需求便出現(xiàn)了各種功能的智能小車。本設(shè)計(jì)是以AT89C52單片機(jī)為核心的智能車的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主要由紅外檢測(cè)模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、電機(jī)控制模塊、電源模塊組成。其中電源模塊由四節(jié)1.5V電池組成，經(jīng)過7805穩(wěn)壓電路輸出5V的穩(wěn)定電壓；紅外檢測(cè)模塊包括兩只紅外反射式對(duì)管TCRT5000；最小系統(tǒng)模塊主要包括AT89C52單片機(jī)和其外圍電路；電機(jī)模塊包括兩個(gè)減速直流電機(jī)及其附屬減速箱和兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制芯片L298N。軟件部分由C語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)各部分的處理和控制。該智能車可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障、避障的功能。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行高效。關(guān)鍵詞：智能小車 避障 AT89C52 L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng) AbstractWith the rapid development of all sectors of society, based on human needs emergence of a variety of intelligent robots, intelligent vehicles. Smart car, also known as mobile robots, is a multi-tech integrated body, which combines mechanical, electronics, sensors, computer hardware, software, artificial intelligence, and many other disciplines of knowledge, accompanied by Chinas scientific and technological progress, intelligent and automation technology is becoming increasingly popular, is also widely used in various high-tech smart car and other manufacturing fields, make the smart car more and more diverse. Depending on the needs of the various functions will appear smart car.The design is based on AT89C52 microcontroller as the core of the intelligent vehicle design, the system mainly consists of infrared detection module, the smallest single-chip system module, motor control module, power module. Wherein the power supply module consists of four 1.5V batteries composed after 7805 5V regulator circuit output stable voltage; infrared detector module includes two infrared reflective of the tube TCRT5000; minimum system module includes AT89C52 microcontroller and its peripheral circuits; motor module includes two DC motors and its subsidiary reducer gearbox and two motor drive control chip L298N. Software part by the C programming language, to achieve the various parts of the processing and control. The smart car can automatically avoid obstacles, obstacle avoidance function. The whole system is simple, efficient operation. Key words: Intelligent car Obstacle avoidance Remote control AT89C52目 錄目 錄i前 言11緒論21.1 智能小車的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)21.1.1 智能小車的研究現(xiàn)狀21.1.2 智能小車的發(fā)展趨勢(shì)21.2 本文的結(jié)構(gòu)32 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)52.1 系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)方案52.1.1 單片機(jī)型號(hào)的選定52.1.2 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選定62.1.3 紅外對(duì)管的選定82.2 總體方案設(shè)計(jì)92.3 智能小車的基本介紹92.3.1 智能小車的基本結(jié)構(gòu)102.3.2智能小車的基本功能及原理103硬件設(shè)計(jì)113.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖113.2 單片機(jī)主控單元的設(shè)計(jì)113.2.1 單片機(jī)引腳說明113.2.2 AT89C52最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)163.3紅外檢測(cè)單元設(shè)計(jì)173.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)213.5 系統(tǒng)總體原理圖223.6 硬件抗干擾設(shè)計(jì)233.6.1 電源干擾的抑制233.6.2 信號(hào)通道干擾的抑制234系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)264.1主程序設(shè)計(jì)264.2 紅外檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì)274.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊程序設(shè)計(jì)284.4 系統(tǒng)軟件抗干擾設(shè)計(jì)305系統(tǒng)仿真325.1系統(tǒng)在proteus的仿真325.2仿真總結(jié)與問題補(bǔ)充325.2.1仿真總結(jié)325.2.2問題補(bǔ)充33結(jié) 論34致 謝35參考文獻(xiàn)36附 錄37程序：37前 言隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。智能汽車的研究迅速發(fā)展，智能汽車與一般所說的自動(dòng)駕駛有所不同，它指的是利用多種傳感器和智能公路技術(shù)實(shí)現(xiàn)的汽車自動(dòng)駕駛。智能車輛是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代傳感、信息融合、通訊、人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。目前對(duì)智能車輛的研究主要致力于提高汽車的安全性、舒適性，以及提供優(yōu)良的人車交互界面。近年來，智能車輛己經(jīng)成為世界車輛工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和汽車工業(yè)增長(zhǎng)的新動(dòng)力，很多發(fā)達(dá)國(guó)家都將其納入到各自重點(diǎn)發(fā)展的智能交通系統(tǒng)當(dāng)中。智能汽車是一種正在研制的新型高科技汽車，這種汽車不需要人去駕駛，人只舒服地坐在車上享受這高科技的成果就行了。因?yàn)檫@種汽車上裝有相當(dāng)于汽車的“眼睛”、“大腦”和“腳”的電視攝像機(jī)、電子計(jì)算機(jī)和自動(dòng)操縱系統(tǒng)之類的裝置，這些裝置都裝有非常復(fù)雜的電腦程序，所以這種汽車能和人一樣會(huì)“思考”、“判斷”、“行走”，可以自動(dòng)啟動(dòng)、加速、剎車，可以自動(dòng)繞過地面障礙物。在復(fù)雜多變的情況下，它的“大腦”能隨機(jī)應(yīng)變，自動(dòng)選擇最佳方案，指揮汽車正常、順利地行駛。無(wú)人駕駛的智能汽車將是新世紀(jì)汽車技術(shù)飛躍發(fā)展的重要標(biāo)志。智能汽車已從設(shè)想走向?qū)嵺`。隨著科技的飛速發(fā)展，通過對(duì)車輛智能化技術(shù)的研究和開發(fā)，可以提高車輛的控制與駕駛水平，保障車輛行駛的安全暢通、高效。對(duì)智能化的車輛控制系統(tǒng)的不斷研究完善，相當(dāng)于延伸擴(kuò)展了駕駛員的控制、視覺和感官功能，能極大地促進(jìn)道路交通的安全性。智能車輛的主要特點(diǎn)是以技術(shù)彌補(bǔ)人為因素的缺陷，使得即便在很復(fù)雜的道路情況下，也能自動(dòng)地操縱和駕駛車輛繞開障礙物，沿著預(yù)定的道路軌跡行駛。1緒論1.1 智能小車的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.1.1 智能小車的研究現(xiàn)狀現(xiàn)智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實(shí)質(zhì)成果。其基本可實(shí)現(xiàn)避障、檢測(cè)貼片、尋光入庫(kù)、避崖等基本功能，這幾屆的電子設(shè)計(jì)大賽智能小車又向聲控系統(tǒng)發(fā)展。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列。智能車競(jìng)賽所使用的車模是一款帶有差速器的后輪驅(qū)動(dòng)模型賽車。比賽要求參賽隊(duì)伍研究并設(shè)計(jì)一款能夠自主辨識(shí)路線并能夠自主行駛的智能車，在專門設(shè)計(jì)的封閉跑道上行駛，跑完整個(gè)賽程用時(shí)越短的參賽隊(duì)伍成績(jī)?cè)胶?。智能車的設(shè)計(jì)要求參賽隊(duì)伍首先對(duì)汽車動(dòng)力學(xué)有一定的研究和了解，從而設(shè)計(jì)合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)。同時(shí)要求參賽隊(duì)伍自行設(shè)計(jì)控制器系統(tǒng)電路、圖像采集模塊電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電源模塊電路等多個(gè)部分的電路。在硬件平臺(tái)搭建完成后，參賽隊(duì)伍要對(duì)智能車系統(tǒng)的路線辨識(shí)以及控制算法進(jìn)行開發(fā)和調(diào)試，為了后期的調(diào)試方便，很多隊(duì)伍還開發(fā)了用于調(diào)試的上位機(jī)監(jiān)控程序。智能車大賽以迅猛發(fā)展的汽車電子為背景，涵蓋了控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科交叉的科技創(chuàng)新比賽。隨著賽事的逐年開展，不僅使參賽學(xué)生自主創(chuàng)新能力的提高，對(duì)于高校相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)術(shù)水平的提升也有一定的幫助。目前，此項(xiàng)賽事己經(jīng)成為各高校展示科研成果和學(xué)生實(shí)踐能力的重要途徑，同時(shí)也為社會(huì)選拔優(yōu)秀的創(chuàng)新人才提供了重要平臺(tái)。1.1.2 智能小車的發(fā)展趨勢(shì)智能小車的研究、開發(fā)和應(yīng)用涉及傳感技術(shù)、電氣技術(shù)、電氣控制技術(shù)、智能控制等學(xué)科，智能控制技術(shù)是一門跨科學(xué)的綜合性技術(shù)，當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。智能作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，它可以按照預(yù)先設(shè)定的模塊在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)行，可運(yùn)用于科學(xué)勘探等用途，無(wú)需人為的管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或更高的目標(biāo)。智能機(jī)器人正在代替人們完成這些任務(wù)，凡不宜有人直接承擔(dān)的任務(wù)，均可由智能機(jī)器人代替，可以適應(yīng)不同環(huán)境，不受溫度、濕度等條件的影響，完成危險(xiǎn)地段，人類無(wú)法介入等特殊情況下的任務(wù)，智能小車就是其中的一個(gè)體現(xiàn)。智能車輛又稱為輪式移動(dòng)機(jī)器人，是移動(dòng)機(jī)器人的一種，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動(dòng)駕駛等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)。如果將以上技術(shù)引用到現(xiàn)實(shí)生活中，可以使我們的未來生活變得更加智能。除了潛在的軍用價(jià)值外，還可以應(yīng)用于科學(xué)研究、地質(zhì)勘探、危險(xiǎn)搜索、智能救援等，其在交通運(yùn)輸中也有較曠闊的應(yīng)用前景。1.2 本文的結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)是以AT89C52為核心的智能車，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)法，其硬件結(jié)構(gòu)主要包括：紅外檢測(cè)模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、電機(jī)控制模塊、電源模塊。軟件部分由C語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)各部分的控制。可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障的功能。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。全文共分為六章，各章主要內(nèi)容如下：第一章為緒論部分，簡(jiǎn)要介紹了智能小車的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)以及本文的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)；第二章為總體設(shè)計(jì)部分，簡(jiǎn)要介紹了智能小車的結(jié)構(gòu)及工作原理，論證了系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)，以及對(duì)各種方案的選擇做出了比較；第三章為系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分，主要是通過對(duì)各種模塊的介紹以及對(duì)電路功能的分析，對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行了選型和設(shè)計(jì)，得出系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖；第四章為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分，主要介紹了系統(tǒng)各部分軟件的設(shè)計(jì)流程，給出了簡(jiǎn)單的程序；第五章為系統(tǒng)軟件仿真；第六章為總結(jié)與展望，主要是對(duì)本課題的總結(jié)，以及對(duì)存在的問題進(jìn)行歸納和進(jìn)一步研究的方向。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)方案2.1.1 單片機(jī)型號(hào)的選定市場(chǎng)上的單片機(jī)型號(hào)很多，功能也有差異，在選擇單片機(jī)型號(hào)的時(shí)候主要應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面：（1）市場(chǎng)貨源,系統(tǒng)設(shè)計(jì)者只能在市場(chǎng)上能夠提供的單片機(jī)中選擇，特別是作為產(chǎn)品大批量生產(chǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)，所選的單片機(jī)型號(hào)必須有穩(wěn)定、充足的貨源。（2）單片機(jī)性能,應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和各種單片機(jī)的性能，選擇最容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的型號(hào)，而且能達(dá)到較高的性能價(jià)格比。單片機(jī)性能包括片內(nèi)硬件資源、運(yùn)行速度、可靠性、指令系統(tǒng)功能、體積和封裝形式等方面。影響性能價(jià)格比的因素除單片機(jī)的性能價(jià)格外，還包括硬件和軟件設(shè)計(jì)的難易程度、相應(yīng)的工作量大小，以及開發(fā)工具的性能價(jià)格比。（3）研制周期,在研制任務(wù)重、時(shí)間緊的情況下，還要考慮所選的單片機(jī)型號(hào)是否熟悉，是否能馬上著手進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。與研制周期有關(guān)的另一個(gè)重要因素是開發(fā)工具，性能優(yōu)良的開發(fā)工具能加快系統(tǒng)地研制進(jìn)程。 根據(jù)以上對(duì)單片機(jī)選型知識(shí)的介紹，本設(shè)計(jì)選用AT89C52單片機(jī)，下面對(duì)此型號(hào)單片機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)介。AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn) ,兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash 存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。2.1.2 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選定常用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片主要有L298N、L9110、L293D等，關(guān)于直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選擇，首先要求驅(qū)動(dòng)能力能夠打到設(shè)計(jì)制作的需要，還要器件購(gòu)買方便價(jià)格低廉，通過綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用L298N作為智能車直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。1. L298N驅(qū)動(dòng)芯片L298N是專用驅(qū)動(dòng)集成電路，屬于H橋集成電路，與L298N的差別是其輸出電流增大，功率增強(qiáng)。其輸出電流為2A，最高電流4A，最高工作電壓50V，可以驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載，如大功率直流電機(jī)，(二相、三相、四相)步進(jìn)電機(jī)，伺服電機(jī)，電磁閥等，特別是其輸入端可以與單片機(jī)直接相聯(lián)，從而很方便地受單片機(jī)控制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)時(shí)，可以直接控制兩路電機(jī)，并可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。L298N模塊具有體積小，控制方便的特點(diǎn)。其管腳結(jié)構(gòu)圖如圖2-1：圖2-1 L298N管腳結(jié)構(gòu)圖2. L9110驅(qū)動(dòng)芯片L9110 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 750800mA 的持續(xù)電流，峰值電流能力可達(dá) 1.52.0A；同時(shí)它具有較低的輸出飽和壓降；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。L9110 被廣泛應(yīng)用于玩具汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和開關(guān)功率管等電路上。其管腳功能表如表2-1：表2-1 L9110管腳功能表序號(hào)符號(hào)功能1OAA路輸出管腳2VCC電源電壓3VCC電源電壓4OBB路輸出管腳5GND地線6IAA路輸入管腳7IBB路輸入管腳8GND地線3. L293D驅(qū)動(dòng)芯片L293D是著名的SGS公司的產(chǎn)品。為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)用來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載(比如繼電器，直流和步進(jìn)馬達(dá))，和開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。L293D采用16引腳DIP封裝，其內(nèi)部集成了雙極型H-橋電路，所有的開量都做成n型。這種雙極型脈沖調(diào)寬方式具有很多優(yōu)點(diǎn)，如電流連續(xù)；電機(jī)可四角限運(yùn)行；電機(jī)停止時(shí)有微振電流，起到“動(dòng)力潤(rùn)滑”作用，消除正反向時(shí)的靜摩擦死區(qū)：低速平穩(wěn)性好等。L293D通過內(nèi)部邏輯生成使能信號(hào)。另外，L293D將2個(gè)H-橋電路集成到1片芯片上，這就意味著用1片芯片可以同時(shí)控制2個(gè)電機(jī)。每1個(gè)電機(jī)需要3個(gè)控制信號(hào)EN12、IN1、IN2，其中EN12是使能信號(hào)，IN1、IN2為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制信號(hào)，IN1、IN2分別為1，0時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之，電機(jī)反轉(zhuǎn)。其額定工作電流為1A，最大可達(dá)1.5A，Vss電壓最小4.5V，最大可達(dá)36V； Vs電壓最大值也是36V，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，Vs電壓應(yīng)該比Vss電壓高，否則有時(shí)會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象。2.1.3 紅外對(duì)管的選定紅外對(duì)管的選擇，主要看紅外的收發(fā)距離是否能夠滿足設(shè)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)。另外要看市場(chǎng)供應(yīng)是否充足方便購(gòu)買，成本是否合理，是否價(jià)格低廉。本設(shè)計(jì)的紅外對(duì)管主要包括兩只TCRT5000紅外反射式對(duì)管。紅外對(duì)管是紅外線發(fā)射管與光敏接收管，或者紅外線接收管，或者紅外線接收頭配合在一起使用時(shí)候的總稱。常見紅外對(duì)管如上圖，紅外線發(fā)射管在LED封裝行業(yè)中主要有三個(gè)常用的波段，850NM、875NM、和940NM。根據(jù)波長(zhǎng)的特性運(yùn)用的產(chǎn)品也有很大的差異，850NM波段的主要用于紅外線監(jiān)控設(shè)備，875NM波段主要用于醫(yī)療設(shè)備，940NM波段的主要用于紅外線控制設(shè)備。EG：紅外線遙控器、光電開關(guān)、光電計(jì)數(shù)設(shè)備等。光敏接收管是一個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，屬于光敏二極管，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時(shí)需加上反向電壓。無(wú)光照時(shí)，有很小的飽和反向漏電流（暗電流）。此時(shí)光敏管不導(dǎo)通。當(dāng)光照時(shí)，飽和反向漏電流馬上增加，形成光電流，在一定的范圍內(nèi)它隨入射光強(qiáng)度的變化而增大。紅外線接收管功能與光敏接收管相似只是不受可見光的干擾，感光面積大，靈敏度高，屬于光敏二極管，一般只對(duì)紅外線有反應(yīng)。紅外線接收頭就是在紅外線接收管的基礎(chǔ)上增加了 對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大的處理的電路，類似開關(guān)電路，接收到紅外信號(hào)給出高電平（接近工作電壓），無(wú)紅外信號(hào)低電平（約0.4）。本設(shè)計(jì)所采用的TCRT5000紅外反射式對(duì)管具有緊湊的結(jié)構(gòu)發(fā)光燈和檢測(cè)器安排在同一方向上，利用紅外光譜反射對(duì)象存在另一個(gè)對(duì)象上，操作的波長(zhǎng)大約是950毫米。探測(cè)器由光電晶體三極管組成的。2.2 總體方案設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)的基本要求，系統(tǒng)共分為五大模塊，紅外檢測(cè)模塊、最小系統(tǒng)模塊、電機(jī)控制模塊、電源模塊。其中紅外檢測(cè)模塊包括兩只紅外反射式對(duì)管，一對(duì)紅外對(duì)管；最小系統(tǒng)模塊主要包括AT89C52和其外圍電路；電機(jī)模塊包括兩個(gè)減速直流電機(jī)及其附屬減速箱和兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制芯片；電源模塊由四節(jié)1.5V電池組成。軟件部分由C語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)各部分的控制。該遙控智能車可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障的功能。其總體設(shè)計(jì)的框圖如圖2-2所示：圖2-2 總體設(shè)計(jì)方框圖系統(tǒng)工作原理：當(dāng)單片機(jī)上電后，通過紅外模塊對(duì)前方障礙的檢測(cè)，傳送信號(hào)給單片機(jī)經(jīng)過處理，單片機(jī)將信號(hào)發(fā)送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制芯片，來實(shí)現(xiàn)智能小車避障的功能。對(duì)信號(hào)接收后的處理和各部分的控制由采用C語(yǔ)言編程的軟件實(shí)現(xiàn)。2.3 智能小車的基本介紹2.3.1 智能小車的基本結(jié)構(gòu) 智能小車又是一種移動(dòng)式機(jī)器人，以一個(gè)玩具車的外形，加上智能控制系統(tǒng)，和各種的電機(jī)，根據(jù)控制系統(tǒng)的各種特性構(gòu)成各種功能的智能小車。無(wú)論哪種智能小車都要由這三部分組成。智能小車雖然看起來是玩具車的外形，但是其車子底盤之類的機(jī)械部分都需要特別的選定，從大小，形狀規(guī)格，重量等方面綜合考慮以最好的實(shí)現(xiàn)小車功能為目的。而控制系統(tǒng)一般以各種單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心，配以外圍的紅外檢測(cè)或者攝像檢測(cè)能模塊來檢測(cè)外圍信息，提供給單片機(jī)進(jìn)行處理和輸出，控制智能小車的電機(jī)運(yùn)行方式，來實(shí)現(xiàn)智能小車的各種運(yùn)行方式。而不同的電機(jī)包括無(wú)刷直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)等各種電機(jī)則被選用來實(shí)現(xiàn)各種不同的功能。2.3.2智能小車的基本功能及原理本設(shè)計(jì)的智能小車主要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障的功能。6V直流電源經(jīng)7805穩(wěn)壓電路輸出5V電壓，接通電源，程序開始運(yùn)行，小車起步。在前進(jìn)途中隨著路線變化，智能小車左或右紅外接收端接收不到紅外線，返回信號(hào)發(fā)生變化，證明檢測(cè)到障礙物；然后將變化的信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)處理，單片機(jī)發(fā)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片新的信號(hào)，從而能控制小車的相應(yīng)電機(jī)倒轉(zhuǎn)；小車轉(zhuǎn)彎后，紅外返回信號(hào)回到初始，小車沿著改變后的方向繼續(xù)前進(jìn)。3硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖圖3-1為系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)方框圖，系統(tǒng)共分為四大部分：紅外檢測(cè)模塊、單片機(jī)控制模塊以及電源模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊。各模塊所采用的主要芯片型號(hào)已于圖中有所標(biāo)示。圖3-1 系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì)方框圖3.2 單片機(jī)主控單元的設(shè)計(jì)3.2.1 單片機(jī)引腳說明AT89C52單片機(jī)芯片為40個(gè)引腳，圖3-2為單片機(jī)AT89C52引腳圖。下面簡(jiǎn)單敘述各引腳的功能。VCC（40引腳）：電源電壓 VSS（20引腳）：接地 P0 端口（P0.0P0.7 P0.7，3932 引腳） ：P0 口是一個(gè)漏極開路的 8 位雙向 I/O 口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 負(fù)載，對(duì)端口 P0 寫入 每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 寫入“1”時(shí)，可 以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) 在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口也可以提供低 8 位 地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時(shí)，P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。在 Flash ROM 編 在 程時(shí)，P0 端口接收指令字節(jié) 端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié) 則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1 端口（P1.0P1.7，18 引腳） ：P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P1 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電流方式）4 個(gè) TTL 輸入。對(duì)端 口寫入1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1 口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。此外，P1.0 和 P1.1 還可以作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的外部技術(shù)輸入（P1.0/T2） 和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。在對(duì) Flash ROM 編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P1 接收低 8 位地址。 P2 端口（P2.0P2.7，2128引腳）：P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙 向 I/O 端口。P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL 輸入。對(duì)端口寫入1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。P2作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行“MOVX DPTR”指令）時(shí)，P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如 執(zhí)行“MOVX R1”指令）時(shí)，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（SFR）區(qū)中的P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不會(huì)改變。在對(duì) Flash ROM 編程和程序校驗(yàn)期間，P2也接收高位地址和一些控制信號(hào)。 P3端口（P3.0P3.7，1017引腳）：P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端 口寫入1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。P3做輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸入一個(gè)電流。在對(duì) Flash ROM 編程或程序校驗(yàn)時(shí)，P3還接收一些控制信號(hào)。P3 口除作為一般I/O口外，還有其他一些復(fù)用功能。 RST（9引腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)為有效，用來完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST引腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能無(wú)效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/ROG（30引腳）地址鎖存控制信號(hào)：（ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時(shí)，此引腳（ROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 脈沖將會(huì)跳過.如果需要，通過將地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位置“1”，ALE操作將無(wú)效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOV指令時(shí)有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個(gè)ALE使能標(biāo)志位（地址位 8EH 的 SFR 的第0位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（SEN）是外部程序存儲(chǔ)器選SEN（29引腳）通信號(hào)。當(dāng)AT89C52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，SEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，SEN將不被激活。 A/VPP（31引腳）訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H到FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，A必須接GND。注意加密方式1時(shí)，A將內(nèi)部鎖定位RESET。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，A應(yīng)該接VCC。在Flash編程期間，A也接收12伏VPP電壓。 XTAL1（19 引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2（18 引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。AT89C52單片機(jī)有40個(gè)引腳，為CMOS工藝雙列直插封裝（DIP），其引腳分布如圖2.2圖2.2 AT89C52引腳分布VCC：電源端，+5V。GND：接地。P0 口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏 輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0不具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì)P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P2 口：P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR） 時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì)P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 P3口亦作為AT89C52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)。EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.2.2 AT89C52最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)AT89C52單片機(jī)來說,最小系統(tǒng)包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。其中復(fù)位電路采用上電復(fù)位。其最小系統(tǒng)電路圖見圖3-3所示。對(duì)于AT89C52單片機(jī)，其最小系統(tǒng)只需要電源、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路就能工作。由于我們的程序存儲(chǔ)器（ROM）采用內(nèi)部Flash存儲(chǔ)單元，所以單片機(jī)上的EA接高。微處理器系統(tǒng)在開始工作時(shí)必須對(duì)微處理器內(nèi)部的寄存器等進(jìn)行復(fù)位，使各個(gè)寄存器的值設(shè)為預(yù)定狀態(tài)才能順利開始工作。復(fù)位電路的好壞決定著單片機(jī)能否正常工作。復(fù)位電路基本功能是在系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。復(fù)位電路可以使用專用復(fù)位芯片，也可以用電阻電容搭建。本文從可靠性和成本考慮最終選用電阻電容來搭建復(fù)位電路。對(duì)于52內(nèi)核的單片機(jī)，RST是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期)的高電平時(shí)，可以完成復(fù)位操作。 圖3-3單片機(jī)最小系統(tǒng)圖3.3紅外檢測(cè)單元設(shè)計(jì)紅外檢測(cè)單元主要用到一對(duì)紅外對(duì)管，TCRT5000紅外反射式對(duì)管和電壓比較器集成芯片LM339。下面一一介紹：1.TCRT5000TCRT5000光電傳感器模塊是基于TCRT5000紅外光電傳感器設(shè)計(jì)的一款紅外反射式光電開關(guān)。傳感器采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，輸出信號(hào)經(jīng)施密特電路整形，穩(wěn)定可靠。(1).應(yīng)用場(chǎng)合: 電度表脈沖數(shù)據(jù)采樣 傳真機(jī)碎紙機(jī)紙張檢測(cè) 障礙檢測(cè)(2).基本參數(shù)： 外形尺寸：長(zhǎng) 32mm37 mm；寬 7.5mm；厚 2mm 工作電壓：DC 3V5.5V，推薦工作電壓為5V 檢測(cè)距離：1mm8mm適用，焦點(diǎn)距離為2.5mm紅外發(fā)射二極管不斷發(fā)射紅外線，當(dāng)發(fā)射出的紅外線沒有被反射回來或被反射回來但強(qiáng)度不夠大時(shí)，光敏三極管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)模塊的輸出端為低電平，指示二極管一直處于熄滅狀態(tài)；被檢測(cè)物體出現(xiàn)在檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，紅外線被反射回來且強(qiáng)度足夠大，光敏三極管飽和。 圖3-4 TCRT5000實(shí)物及應(yīng)用原理圖2.紅外對(duì)管紅外對(duì)管是紅外線發(fā)射管與光敏接收管，或者紅外線接收管，或者紅外線接收頭配合在一起使用時(shí)候的總稱。紅外線接收管一般情況下都是與紅外線發(fā)射管成套運(yùn)用在產(chǎn)品設(shè)備當(dāng)中。紅外線接收管是專門用來接收和感應(yīng)紅外線發(fā)射管發(fā)出的紅外線光線的。紅外線接收管是將紅外線光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件，它的核心部件是一個(gè)特殊材料的PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上采取了大的改變，紅外線接收管為了更多更大面積的接受入射光線，PN結(jié)面積盡量做的比較大，電極面積盡量減小，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。紅外線接收二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時(shí)，反向電流很小（一般小于0.1微安），稱為暗電流。當(dāng)有紅外線光照時(shí)，攜帶能量的紅外線光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)（簡(jiǎn)稱：光生載流子）。它們?cè)诜聪螂妷鹤饔孟聟⒓悠七\(yùn)動(dòng)，使反向電流明顯變大，光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導(dǎo)”。紅外線接收二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，負(fù)載上就獲得了電信號(hào)，而且這個(gè)電信號(hào)隨著光的變化而相應(yīng)變化。 圖3-5紅外對(duì)管實(shí)物應(yīng)用原理圖3.LM339NLM339N每通道靜態(tài)電流Max.(mA):0.500，輸出電流Min.(mA):6，響應(yīng)時(shí)刻(由低至高)(us):0.300，工作電壓Min.(V):2，工作電壓Max.(V):30。共模輸入電壓VICRMin.(V):，共模輸入電壓VICRMax.(V):3.500，輸入失蹤調(diào)電壓(25)Max.(mV):5，滿幅:No，通道數(shù):4，封裝/溫度():PDIP-14/070，描述:四路差分斗勁器。LM339N內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3-6，系統(tǒng)應(yīng)用原理圖3-7，及引腳功能表3-1如下：圖3-6 LM339N內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖表3-1 LM339N引腳功能表引腳號(hào)引腳功能工作電壓（V）在路電阻值（K）1電壓取樣輸出端48.52電壓取樣輸出端08.53電源輸入端544電壓取樣反相輸入端1.245電壓取樣同相輸入端0.810.56電子開關(guān)啟動(dòng)端110.57電壓取樣同相輸入端1.2118電壓取樣反相輸入端1.29.59PG信號(hào)同相控制端1.21110電壓取樣反相輸入端1.41011電壓取樣同相輸入端1.611.512地0013PG信號(hào)輸出端43.614電壓取樣輸出端1.89.53.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元采用市面易購(gòu)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N，該芯片是利用TTL電平進(jìn)行控制，對(duì)電機(jī)的操作方便，通過改變芯片控制端的輸入電平，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)操作，很方便單片機(jī)的操作，亦能滿足直流減速電機(jī)的要求。其內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，額定工作電流為1A，最大可達(dá)1.5A，Vss電壓最小4.5V，最大可達(dá)36V；Vs電壓最大值也是36V，Vs電壓應(yīng)該比Vss電壓高，否則有時(shí)會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象。L298N使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系表3-2，系統(tǒng)應(yīng)用原理圖3-8如下：表3-2L298N使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系EN A（B）IN1（IN3）IN2（IN4）電機(jī)運(yùn)行情況HHL正轉(zhuǎn)HLH反轉(zhuǎn)H同IN2（IN4）同IN1（IN3）快速停止LXX停止圖3-7L298N仿真圖3.5 系統(tǒng)總體原理圖在系的設(shè)計(jì)完成后，把各模塊根據(jù)其功能和信號(hào)處理的流程連接起來，便得到系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的原理圖，如圖3-12所示，為簡(jiǎn)潔起見，其中的接線部分采用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)連接。圖3-12 系統(tǒng)總體原理圖3.6 硬件抗干擾設(shè)計(jì)智能小車在運(yùn)行過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)異常動(dòng)作的現(xiàn)象，主要原因的就是小車控制部分受到了外界的干擾。而小車控制系統(tǒng)的核心部件是單片機(jī)，那么只要抑制對(duì)單片機(jī)的干擾就可以了。對(duì)單片機(jī)造成影響的干擾源主要有三個(gè)方面，來自交流電源的干擾，來自信號(hào)通道的干擾，來自空間的輻射干擾；上述三種干擾危害以來自交流電源的干擾最甚，其次為來自信號(hào)通道的干擾。來自空間的輻射干擾不太突出，一般只須加以適當(dāng)?shù)钠帘渭敖拥鼐涂山鉀Q。下面主要介紹針對(duì)前兩個(gè)方面干擾的抑制措施。3.6.1 電源干擾的抑制任何電源和輸電線路都存在內(nèi)阻，正是這些內(nèi)阻才引起電源的噪聲干擾?？紤]到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠初、次線圈的互感偶合，而是由初、次級(jí)間寄生電容偶合的。因此，在交流穩(wěn)壓器之后應(yīng)加隔離變壓器，且初、次級(jí)之間均需用屏蔽層隔離，以減少分布電容，提高抗共模干擾的能力。另外，由諧波頻譜分析可知，電源引起的干擾大部分是高次諧波。這樣就可在隔離變壓器之后設(shè)計(jì)低通濾波器，讓50HZ市電基波通過，濾去高次諧波，改善電源波形。3.6.2 信號(hào)通道干擾的抑制（1）共阻抗偶合干擾及其抗干擾措施采用單點(diǎn)接地和分別電源供電，消除共阻抗回路。數(shù)字信號(hào)地線、信號(hào)源地線和負(fù)載地線分開設(shè)置，數(shù)字電路、模擬電路和負(fù)載電路分別單獨(dú)供電，獨(dú)自構(gòu)成回路且單點(diǎn)接地。加強(qiáng)電源退偶。為避免通過共用電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路之間的相互干擾，應(yīng)在每個(gè)電路的直流電源進(jìn)線與地線之間加裝退偶濾波器，工作頻率較高的電路加LC濾波器或RC濾波器。一般單片機(jī)主板及其外圍接口電路和一般I/O板等，在大規(guī)模集成電路電源引腳處加一只0.1u F電容，小功率TTL電路可幾片加一只退偶電容即可。用集成隔離放大器切斷共阻抗環(huán)路。由于隔離放大器采用浮離式設(shè)計(jì)，消除了輸入、輸出間的直接偶合，切斷了共地和共電源環(huán)路，因而具有共模抑制比高、能保護(hù)系統(tǒng)元件不受高共模電壓的損害和防止高壓對(duì)低壓信號(hào)系統(tǒng)損壞的特點(diǎn)。采用光電隔離器切斷共阻抗環(huán)路。單片機(jī)與各數(shù)字電路、脈沖電路或開關(guān)電路的接口可用數(shù)字式光電隔離器進(jìn)行隔離，以切斷共阻抗環(huán)路，避免長(zhǎng)線感應(yīng)及電源和各種負(fù)載通過共阻抗回饋的各種干擾的竄入。對(duì)于線性模擬電路通道，如因考慮成本不能使用隔離放大器進(jìn)行隔離時(shí)，則可采用線性光偶或用V/F變換后再用數(shù)字光偶進(jìn)行隔離。(2)靜電偶合干擾及其對(duì)策合理布線，減少分布電容，特別是高頻信號(hào)線盡量不要與其他信號(hào)線路平行走線，若必須平行走線時(shí)，應(yīng)注意留一定的距離，以切斷靜電偶合通道。降低接收電路輸入阻抗，例如用光電偶合器等，光電的輸入阻抗與干擾源相比極小，前者數(shù)量級(jí)為1001k，而后者則為105108，因此，使用光偶可以使干擾大大減小。(3)傳導(dǎo)偶合干擾及其措施。在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，傳輸線上的信息多為脈沖信號(hào)，它在傳輸線上傳輸時(shí)會(huì)出現(xiàn)延時(shí)、畸變和衰減。尤其是當(dāng)長(zhǎng)傳輸線經(jīng)過干擾環(huán)境時(shí)，導(dǎo)線相當(dāng)于天線拾取干擾信號(hào)，對(duì)電路產(chǎn)生干擾。針對(duì)傳導(dǎo)偶合千擾采取如下措施：長(zhǎng)傳輸線采用屏蔽線，避免電磁感應(yīng)干擾，但要注意屏蔽層要一端接大地，并保證接地良好；若采用兩端接地，屏蔽層又構(gòu)成新的干擾回路，起不到好的屏蔽效果。用光電偶合器將長(zhǎng)線完全浮置起來，長(zhǎng)線的“浮置”去掉了長(zhǎng)線兩端間的公共地線，不但有效消除了各邏輯電路的電流經(jīng)公共地線時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓形成相互竄擾，而且也有效地解決了長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)和阻抗匹配問題；同時(shí)，受控設(shè)備短路時(shí)，還能保護(hù)系統(tǒng)不受損害。傳輸線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離變壓器及電源等大功率器件，且盡可能短；若較長(zhǎng)時(shí)，可用雙絞屏蔽線傳輸，用雙絞屏蔽線與光電偶合器配合使用效果更佳；同時(shí)，注意強(qiáng)電信號(hào)線和弱電信號(hào)線分開，高頻信號(hào)線和低頻信號(hào)線分開，交流和直流分開，電源線和信號(hào)線分開。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)智能小車需要有信息采集、處理的運(yùn)行過程。智能小車的接收模塊采集運(yùn)行信息，運(yùn)行過程中紅外采集小車運(yùn)行信息，均交與單片機(jī)處理，之后給予電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片信息，從而控制小車運(yùn)行方式。主流程圖見圖4-1所示:圖4-1主流程圖4.2 紅外檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì)void hongwai()if(P2!=0xff) if(IR_Forward = 0)/紅外有返回時(shí)為0，在無(wú)障礙時(shí)不返回 CAR_Stop(); /停止只前面有if(IR_Right = 1)/紅外有返回時(shí)為0，在黑帶上不返回 CAR_Left(); /左轉(zhuǎn)if(IR_Left = 1)CAR_Right(); /右轉(zhuǎn)delay(30000);CAR_Forward();4.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊程序設(shè)計(jì)根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行方式將電機(jī)不同的運(yùn)行方式寫成不同的子程序，在單片機(jī)接收到檢測(cè)信號(hào)后，需要電機(jī)如何運(yùn)行時(shí)，直接調(diào)用相對(duì)應(yīng)子程序即可。void CAR_Forward( void ) /前m1_1 = 0 ;m1_2 = 1 ;m2_2 = 1 ;m2_1 = 0 ;void CAR_Retreat( void ) /向后行m1_2 = 0 ;m2_2 = 0 ;m1_1 = 1 ;m2_1 = 1 ;void CAR_Left( void ) /左行m2_1 = 0 ;m1_1 = 1 ;m1_2 = 0 ;m2_2 = 1 ;void CAR_Right( void ) /右行m1_1 = 0 ;m1_2 = 1 ;m2_1 = 1 ;m2_2 = 0 ;void CAR_Stop()/停車m1_1 = 1 ;m1_2 = 1 ;m2_1 = 1 ;m2_2 = 1 ;4.4 系統(tǒng)軟件抗干擾設(shè)計(jì)單片機(jī)的工作有可能會(huì)受到來自外界電磁場(chǎng)的干擾，造成程序的跑飛，從而陷入死循環(huán)，程序的正常運(yùn)行被打斷，由單片機(jī)控制的系統(tǒng)便無(wú)法繼續(xù)工作，這樣會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果，所以出于對(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的考慮，便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，俗稱“看門狗”(watch dog)。通?？撮T狗電路需要一個(gè)專門的看門狗芯片連接單片機(jī)來實(shí)現(xiàn).。STC單片機(jī)內(nèi)部自帶有看門狗，通過對(duì)相應(yīng)特殊功能寄存器的設(shè)置就可實(shí)現(xiàn)看門狗的應(yīng)用，STC89系列單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)專門的看門狗定時(shí)器寄存器，Watch Dog Timer 寄存器。STC單片機(jī)看門狗定時(shí)器寄存器在特殊功能寄存器中的字節(jié)地址為E1H，不能位尋址，該寄存器用來管理STC單片機(jī)的看門狗控制部分，包括啟?？撮T狗、設(shè)置看門狗溢出時(shí)間等。單片機(jī)復(fù)位時(shí)該寄存器不一定全部被清0，在STC下載程序軟件界面上可設(shè)置復(fù)位關(guān)看門狗或只有停電關(guān)看門狗的選擇，根據(jù)需要可做出適合自己設(shè)計(jì)系統(tǒng)的選擇。其各位的定義如表4-1所示。表4-1 看門狗定時(shí)器寄存器(WDT_CONTR)位序號(hào)D7D6D5D4D3D2D1 D0PS0位符號(hào)-EN_WDTCLR_WDTIDLE_WDTPS2PS1 EN_WDT:看門狗允許位，當(dāng)設(shè)置為“1”時(shí)，啟動(dòng)看門狗。 CLR_WDT:看門狗清“0”位，當(dāng)設(shè)為“1”時(shí)，看門狗定時(shí)器將重新計(jì)數(shù)。硬件自動(dòng)清“0”此位。 IDLE_WDT：看門狗“IDLE”模式位，當(dāng)設(shè)置為“1”時(shí)，看門狗定時(shí)器在單片機(jī) 的“空閑模式”計(jì)數(shù)，當(dāng)清“0”該位時(shí), 看門狗定時(shí)器在單片機(jī)的“空閑模式” 時(shí)不計(jì)數(shù)。 PS2、PS1、PS0：看門狗定時(shí)器預(yù)分頻值，不同值對(duì)應(yīng)預(yù)分頻數(shù)如表4-2所示。表4-2 12M晶振看門狗定時(shí)器預(yù)分頻值PS2ps1ps0預(yù)分頻數(shù)看門狗溢出時(shí)間000265.5ms0014131.0ms0108262.1ms01116524.2ms100321.0485s101642.0971s1101284.1943s1112568.3886s本設(shè)計(jì)的看門狗程序簡(jiǎn)略如下：sfr WDT_CONTR = 0xe1;#define WDT_TIME40x34/1.048576svoid reset_wdt(void)WDT_CONTR = WDT_TIME4;/時(shí)間為1.048576s,預(yù)分頻32/開啟看門狗,清0重新計(jì)數(shù)/看門狗計(jì)數(shù)器在空閑模式下不計(jì)數(shù)reset_wdt();/喂狗開啟看門狗5系統(tǒng)仿真5.1系統(tǒng)在proteus的仿真在完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)之后，開始進(jìn)行系統(tǒng)在protues7.7環(huán)境下的軟件仿真，以確保本設(shè)計(jì)方案的可行性與準(zhǔn)確性。因?yàn)樵诜抡鏁r(shí)紅外對(duì)管不能真正的檢測(cè)到信號(hào)，直流電機(jī)也不能簡(jiǎn)潔易見的顯示其正反轉(zhuǎn)。所以在仿真時(shí)采用開關(guān)來實(shí)現(xiàn)采集信號(hào)的變化，用發(fā)光二級(jí)管的亮滅來代替直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。另外由于在proteus7.7元件庫(kù)里沒有LM339N，所以用三個(gè)LP339電壓比較器來代替實(shí)現(xiàn)其功能。圖5-1 系統(tǒng)在proteus的仿真圖5.2仿真總結(jié)與問題補(bǔ)充5.2.1仿真總結(jié)經(jīng)過了認(rèn)真的仿真，總結(jié)仿真的過程，我們可以得出結(jié)論。本設(shè)計(jì)的智能小車原理簡(jiǎn)單，