紅外遙控玩具車論文

1、目錄畢業(yè)論文紅外遙控玩具車的設(shè)計(jì)徐明亮吉 林 建 筑 工 程 學(xué) 院 2012 年 6月畢業(yè)論文紅外遙控玩具車的設(shè)計(jì)學(xué) 生： 徐明亮指 導(dǎo) 教 師： 遲耀丹 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù)所 在 單 位： 電氣與電子信息工程學(xué)院答 辯 日 期： 2012 年 6月 目 錄摘 要IABSTRACTII第1章 緒論11.1 設(shè)計(jì)背景及目的11.1.1 設(shè)計(jì)背景11.1.2 設(shè)計(jì)目的11.2 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求21.2.1 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容21.2.2 設(shè)計(jì)要求21.3 設(shè)計(jì)意義21.4 本章小結(jié)2第2章 總體方案設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)原理框圖32.2 主要功能模塊方案設(shè)計(jì)與論證32.2.1 主控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2、與論證42.2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊方案設(shè)計(jì)與論證42.2.3 顯示模塊方案設(shè)計(jì)與論證52.2.4 循跡模塊方案設(shè)計(jì)與論證62.2.5 避障模塊方案設(shè)計(jì)與論證72.2.6 電源模塊方案設(shè)計(jì)與論證82.2.7 紅外線模塊方案設(shè)計(jì)與論證82.3 本章小結(jié)9第3章 硬件設(shè)計(jì)103.1主控系統(tǒng)103.1.1 AT89C51簡介103.1.2 AT89C51功能部件和特性113.1.3 AT89C51引腳說明113.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)133.2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路133.2.2 L298N簡介133.2.3 小車方向與速度控制153.3 循跡系統(tǒng)163.3.1 循跡原理163.3.2 TCRT5000光電對(duì)管簡

3、介163.3.3 LM324比較器173.4 避障系統(tǒng)183.4.1 避障原理183.4.2 避障報(bào)警183.5 無線遙控系統(tǒng)193.5.1 紅外發(fā)射電路193.5.2 HT6221簡介203.5.3 紅外接收電路203.6 顯示系統(tǒng)213.6.1 LCD1602簡介213.6.2 LCD1602功能特性213.6.3 LCD1602引腳說明213.7 最小單元電路系統(tǒng)223.7.1 復(fù)位電路模塊223.7.2 時(shí)鐘電路233.8 本章小結(jié)24第4章 軟件設(shè)計(jì)254.1 發(fā)送端程序流程圖254.1.1 發(fā)送端主程序流程圖254.1.2 發(fā)送端中斷子程序流程圖254.2 接收端程序流程圖264.

4、2.1 接收端主程序流程圖264.2.2 接收端中斷子程序流程圖274.2.3 數(shù)據(jù)處理子程序流程圖284.3 自動(dòng)循跡避障流程圖294.4 本章小結(jié)30結(jié) 論31致 謝32參考文獻(xiàn)33附錄134附錄235附錄354摘要摘 要 紅外線遙控小車具有體積小、成本低、生存能力強(qiáng)等特點(diǎn)，是上世紀(jì)提出的一種新型小車，在軍事偵察、反恐、防爆、防核化及污染等危險(xiǎn)與惡略環(huán)境作業(yè)中有廣闊的應(yīng)用前景。本設(shè)計(jì)對(duì)紅外遙控智能玩具小車的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了全面描述,包括主體設(shè)計(jì)方案、各模塊的硬件電路設(shè)計(jì)描述以及單片機(jī)控制程序的編寫。小車設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、循跡模塊、避障模塊、顯示模塊以及無線接收發(fā)射模

5、塊組成，集成驅(qū)動(dòng)、控制、傳感和能源等于一體。系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為主控核心，對(duì)外設(shè)進(jìn)行控制，利用線性穩(wěn)壓芯片對(duì)電壓進(jìn)行穩(wěn)定控制，為單片機(jī)及其他外設(shè)進(jìn)行穩(wěn)定供電，利用紅外對(duì)管進(jìn)行黑白信號(hào)檢測，利用L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定控制，利用無線遙控芯片HT6221進(jìn)行遙控，發(fā)射指令編碼信號(hào)，再通過一體化紅外接收頭HS0038接收，經(jīng)過單片機(jī)解碼發(fā)出命令指令，再通過兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)小車停車、倒車、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等狀態(tài)功能。本次設(shè)計(jì)還利用紅外對(duì)管發(fā)出的紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，為小車添置了循跡避障功能，實(shí)現(xiàn)小車智能行駛，并且用LCD1602顯示小車即時(shí)運(yùn)動(dòng)

6、狀態(tài)。這次設(shè)計(jì)通過基于完備的軟硬件系統(tǒng)，很好的實(shí)現(xiàn)了小車循跡避障、顯示運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等功能。關(guān)鍵詞 單片機(jī)；紅外對(duì)管；比較器；一體化紅外接收頭ABSTRACTThe infrared remote controlled car has a small size, low cost, survival ability, and other features. It is a new type of car proposed in the last century. And it have broad application prospects in the dangerous and evil wor

7、k environment of the military reconnaissance, terrorism, explosion-proof, preventing the nucleation and pollution in slightly. This design of infrared remote controlled car design processing of the intelligent a comprehensive description, including main body design, hardware circuit design of each m

8、odule is described and the writing of the single chip microcomputer control procedures. The small car design mainly by the single chip microcomputer control system module, motor driver module, methodist tracing module, obstacle avoidance module, display module and wireless access launch module, inte

9、grated drive, control, sensors and energy equal to one. With AT89C51 single-chip microcomputer control system for core, foreign set control, using linear regulator chip to voltage stability of control for single chip microcomputer and other peripherals for the reliable power supply, the use of infra

10、red pipe is black and white signal detection, use L298N motor driver module to the dc motor stability control, use wireless remote control chip HT6221 remote controlled, launch instruction encoding signals, then through the integrated infrared sensor HS0038 receiving, single chip commands decoding i

11、nstruction, again through the two dc motivation of the control, realize the small car parking, backing up, turn right, turn left, the state function. The design also use of a tube of infrared infrared in different colors of physical surface has a different reflection properties characteristics for t

12、he car to acquire the follow mark obstacle avoidance function, achieve intelligent driving car, and use LCD1602 show car instant motionsBased on the perfect design of the hardware and software system, it is well realized on car tracing obstacle avoidance, displaying motion state and other functions.

13、Keywords SCM; Infrared to tube; comparator;Integration infrared sensorI<><>第1章 緒論第1章 緒論1.1 設(shè)計(jì)背景及目的1.1.1 設(shè)計(jì)背景隨著消費(fèi)電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等的快速發(fā)展,以及人們生活水平的提高，各種方便于生活的消費(fèi)電子產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展如雨后春筍般，層出不窮。當(dāng)今市場傳統(tǒng)低科技含量產(chǎn)品比重逐步縮水，而高科技含量的電子產(chǎn)品則蒸蒸日上。現(xiàn)今智能小車發(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)循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫、聲控系統(tǒng)等功能，飛思卡爾智能小車更是走在前列。我國作為世

14、界電子產(chǎn)品生產(chǎn)大國，可在高科技產(chǎn)品的發(fā)展方面和外國的差距還是有的。比如說蘋果公司把產(chǎn)品90%的利潤帶走，而只給制造商留下10%，少部分人拿走了巨額財(cái)富，卻要讓數(shù)十萬人再去瓜分那可憐的10%利潤。所以，及時(shí)投入精力廣泛開展這方面的研究，無論對(duì)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，還是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都有重大的現(xiàn)實(shí)意義。鑒于國內(nèi)和國外科技方面發(fā)展較落后的原因，我選擇了紅外遙玩具車為我的畢業(yè)論文題目。在設(shè)計(jì)中，對(duì)紅外遙控、電機(jī)控制等技術(shù)做些深入了解，真身體驗(yàn)為什么科學(xué)技術(shù)才是第一生產(chǎn)力。也同時(shí)希望在設(shè)計(jì)中使用更多的先進(jìn)技術(shù)且能有效的控制設(shè)計(jì)成本，使其表現(xiàn)出極高的性價(jià)比和極強(qiáng)的市場競爭力。希望在以后能在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域扎根創(chuàng)新，與

15、時(shí)俱進(jìn)，有所成就，撐起IT行業(yè)一片天地，并應(yīng)用于民生，造福于大眾。1.1.2 設(shè)計(jì)目的直流電機(jī)的控制技術(shù)是電機(jī)控制的最基本技術(shù)，本設(shè)計(jì)目的是通過設(shè)計(jì)直流電動(dòng)玩具車，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)直流電機(jī)的控制，使小車可按規(guī)定線路和要求行駛。通過設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用四年大學(xué)所學(xué)知識(shí)去分析問題和解決實(shí)際問題的能力。在實(shí)踐中檢驗(yàn)所學(xué)知識(shí),從而加強(qiáng)理論與實(shí)踐的相結(jié)合。 體驗(yàn)一個(gè)科研項(xiàng)目開發(fā)的全過程，學(xué)會(huì)單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用方法,鍛煉應(yīng)用能力,動(dòng)手能力。本課題設(shè)計(jì)是具有一定難度的基于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。通過這次畢業(yè)論文及設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)自己綜合素質(zhì)和專業(yè)教育的培養(yǎng)效果，并且學(xué)會(huì)閱讀、利用英文文獻(xiàn)資料，閱

16、讀并翻譯外文資料的能力，進(jìn)一步提高對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和撰寫論文的能力。1.2 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求1.2.1 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)紅外遙控的電動(dòng)車，使之可按遙控器的控制行走。該電動(dòng)車要具備下述功能：（1）能夠接受并識(shí)別紅外遙控信號(hào)，并根據(jù)此命令動(dòng)作；（2）具有避障功能，當(dāng)探測到有障礙物時(shí)能夠及時(shí)避開；（3）能夠顯示停車、倒車、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等狀態(tài)；（4）能夠按事先設(shè)定好的軌跡行走。1.2.2 設(shè)計(jì)要求（1）提出合理的方案；（2）繪制小車控制系統(tǒng)原理圖； （3）編寫解碼軟件，調(diào)整對(duì)紅外信號(hào)的解碼，編寫控制軟件實(shí)現(xiàn)功能。1.3 設(shè)計(jì)意義隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動(dòng)控

17、制系統(tǒng)開始進(jìn)入了人們的生活，以單片機(jī)為核心的智能控制系統(tǒng)就是其中之一。同時(shí)也標(biāo)志了自動(dòng)控制領(lǐng)域成為了數(shù)字化時(shí)代的一員。它實(shí)用性強(qiáng)，功能齊全，技術(shù)先進(jìn)，使人們相信這是科技進(jìn)步的成果。它更讓人類懂得，數(shù)字時(shí)代的發(fā)展將改變?nèi)祟惖纳睿瑢⒓涌炜茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展。本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用AT89C51芯片作為控制核心，紅外發(fā)送和接收電路、LCD液晶屏顯示、直流電機(jī)、光電傳感器、行列式鍵盤相結(jié)合的系統(tǒng)。充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。其優(yōu)點(diǎn)硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)，具有一定的使用和參考價(jià)值。1.4 本章小結(jié) 本章主要講述紅外遙控小車所應(yīng)用的技術(shù)目前的發(fā)展背景，闡明這次設(shè)計(jì)的目的，概括這次設(shè)計(jì)的

18、主要任務(wù)及要求，并表述了紅外遙控小車所代表的時(shí)代意義。1<><>第2章 總體方案設(shè)計(jì)第2章 總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)原理框圖按照設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)基本功能模塊：無線遙控模塊、顯示模塊、避障模塊、循跡模塊、顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及報(bào)警模塊等。將系統(tǒng)拆分成以上的這些基本功能模塊后，再根據(jù)各個(gè)模塊所要完成的功能分別去設(shè)計(jì)，也就是按照“逐步求精”的思想去設(shè)計(jì)本系統(tǒng)，這將使設(shè)計(jì)工作細(xì)化，也有助于制定進(jìn)度安排。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求將各個(gè)模塊系統(tǒng)組架起來，畫出系統(tǒng)原理框圖，見圖2-1。報(bào)警模塊主控系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊遙控接收模塊循跡模塊避障模塊顯示模塊遙控發(fā)射模塊遙控器芯片復(fù)

19、位模塊時(shí)鐘振蕩模塊電源模塊圖2-1 系統(tǒng)原理框圖2.2 主要功能模塊方案設(shè)計(jì)與論證本章節(jié)主要介紹的是主控模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、循跡模塊、避障模塊、遙控發(fā)射模塊和電源模塊的方案設(shè)計(jì)與論證，選出最適宜的方案。2.2.1 主控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我認(rèn)為此設(shè)計(jì)屬于多輸入量的復(fù)雜程序控制問題。據(jù)此，擬定了以下兩種方案并進(jìn)行了綜合的比較論證，具體如下：方案一：選用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。CPLD具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用VHDL語言進(jìn)行編寫開發(fā)。但CPLD在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢。同時(shí)，CPLD的處

20、理速度非?？?，而小車的行進(jìn)速度不可能太高，那么對(duì)系統(tǒng)處理信息的要求也就不會(huì)太高，在這一點(diǎn)上，MCU就已經(jīng)可以勝任了。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。為此，我們不采用該種方案，進(jìn)而提出了第二種設(shè)想。方案二：采用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，用其控制行進(jìn)中的小車，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)控制，而在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢-控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，這種方案是一種較為理想的方案。針對(duì)本設(shè)計(jì)特點(diǎn)-多開關(guān)量輸入的復(fù)雜程序控制系統(tǒng)，需

21、要擅長處理多開關(guān)量的標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)，而不能用精簡I/O口和程序存儲(chǔ)器的小體積單片機(jī)，D/A、A/D功能也不必選用。根據(jù)這些分析,我選定了AT89C51單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控裝置，51單片機(jī)具有功能強(qiáng)大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，程序空間多達(dá)8K，對(duì)于本設(shè)計(jì)也綽綽有余，更可貴的是51單片機(jī)價(jià)格非常低廉。2.2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊方案設(shè)計(jì)與論證方案一：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制,通過開關(guān)的切換對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)整.此方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡單,缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。方案二：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到分壓的目的。但電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)

22、調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要的問題在于一般的電動(dòng)機(jī)電阻很小，但電流很大，分壓不僅回降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。方案三：采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的 H型橋式電路(如圖2-2)。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的 PWM調(diào)速技術(shù)?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，我選用了L298N。這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)

23、速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。圖2-2 H橋式電路2.2.3 顯示模塊方案設(shè)計(jì)與論證方案一：采用數(shù)碼管靜態(tài)顯示，一個(gè)鎖存器對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)碼管。此方案雖然軟件設(shè)計(jì)比較簡單，但是硬件設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，并且用數(shù)碼管進(jìn)行狀態(tài)顯示很不直觀。方案二：采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，利用視覺暫留效應(yīng)，通過對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行不停的掃描來產(chǎn)生視覺效果。這樣硬件設(shè)計(jì)簡單，但軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜，并且要占用太多CPU時(shí)間。對(duì)于本系統(tǒng)來說，由于CPU任務(wù)多，時(shí)間資源有限，此方案反而會(huì)使系統(tǒng)變得復(fù)雜而且難以調(diào)試。并且用數(shù)碼管顯示不直

24、觀。方案三：為了能直觀的顯示出小車的各種狀態(tài)，這里使用LCD液晶屏顯示這樣不僅能直觀的顯示出小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而且能顯示小車的運(yùn)動(dòng)模式。軟件部分可以直接調(diào)用液晶屏對(duì)應(yīng)的顯示子程序，漢字代碼可以在漢字顯示字庫里查詢，直觀方便。綜上方案，方案三直觀方便， 是我設(shè)計(jì)最佳的狀態(tài)顯示方案。2.2.4 循跡模塊方案設(shè)計(jì)與論證方案一：采用簡易光電傳感器結(jié)合外圍電路探測，但實(shí)際效果并不理想，對(duì)行駛過程中的穩(wěn)定性要求很高，且誤測幾率較大、易受光線環(huán)境和路面介質(zhì)影響。在使用過程極易出現(xiàn)問題，而且容易因?yàn)?該部件造成整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。故最終未采用該方案。方案二：采用2只紅外對(duì)管，分別置于小車車身前軌道的兩側(cè)，根據(jù)兩只

25、光電開關(guān)接受到白線與黑線的情況來控制小車轉(zhuǎn)向來調(diào)整車向，測試表明，只要合理安裝好兩只光電開關(guān)的位置就可以很好的實(shí)現(xiàn)循跡的功能。只不過如果小車運(yùn)動(dòng)速度過快，由于慣性的緣故，左右只有一級(jí)方向控制傳感器的情況下，不能很好地實(shí)現(xiàn)循跡功能，有可能跨國黑線，導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)所要求的功能不能很好地實(shí)現(xiàn)，故未采納此方案。方案三：采用同時(shí)在底盤裝設(shè)4只紅外對(duì)管，進(jìn)行兩級(jí)方向糾正控制，提高其循跡的可靠性。這4個(gè)紅外探測器的具體位置如圖2-3所示。圖中循跡傳感器共安裝4個(gè)，全部在一條直線上。其中R1與L1 為第一級(jí)方向控制傳感器， R2 與L2 為第二級(jí)方向控制傳感器。小車行走時(shí)，始終保持黑線在R1和L1這兩個(gè)第一級(jí)傳

26、感器之間，當(dāng)小車偏離黑線時(shí)，第一級(jí)傳感器一旦探測到有黑線，單片機(jī)就會(huì)按照預(yù)先編定的程序發(fā)送指令給小車的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)再對(duì)小車路徑予以糾正。若小車回到了軌道上，即4個(gè)探測器都只檢測到白紙，則小車會(huì)繼續(xù)行走；若小車由于慣性過大依舊偏離軌道，越出了第一級(jí)兩個(gè)傳感器的探測范圍，這時(shí)第二級(jí)動(dòng)作，再次對(duì)小車的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行糾正，使之回到正確軌道上去。可以看出，第二級(jí)方向傳感器實(shí)際是第一級(jí)的后備保護(hù)，從而提高了小車循跡的可靠性。通過比較，我選擇第三種方案來實(shí)現(xiàn)循跡功能。 R2L1R1L2圖2-3 小車底面仰視圖2.2.5 避障模塊方案設(shè)計(jì)與論證方案一：采用一只紅外對(duì)管置于小車中央。其安裝簡易，也可以檢測到障礙

27、物的存在，但難以確定小車在水平方向上是否會(huì)與障礙物相撞，也不易讓小車做出精確的轉(zhuǎn)向反應(yīng)。方案二：采用二只紅外對(duì)管分別置于小車的前端兩側(cè)，方向與小車前進(jìn)方向平行，對(duì)小車與障礙物相對(duì)距離和方位能作出較為準(zhǔn)確的判別和及時(shí)反應(yīng)。但此方案過于依賴硬件、成本較高、缺乏創(chuàng)造性，而且置于小車左方的紅外對(duì)管用到的幾率很小，所以最終未采用。方案三：采用超聲波傳感器置于小車右側(cè)，方向與小車前進(jìn)方向平行，當(dāng)前方出現(xiàn)障礙物時(shí)，超聲波傳感器會(huì)收到信號(hào)，并將傳給單片機(jī)，檢測距離調(diào)整在20cm內(nèi)，即只有在20cm之內(nèi)有障礙時(shí)小車才會(huì)做出避讓動(dòng)作，在這個(gè)范圍之外的障礙小車不予處理。方案四：采用一只紅外對(duì)管置于小車右側(cè)。通過測試

28、此種方案就能很好的實(shí)現(xiàn)小車避開障礙物，且充分的利用資源而不浪費(fèi)。通過比較，我采用方案三。2.2.6 電源模塊方案設(shè)計(jì)與論證方案一：采用實(shí)驗(yàn)室有線電源通過穩(wěn)壓芯片供電，其優(yōu)點(diǎn)是可穩(wěn)定的提供5V電壓，但占用資源過大。方案二：采用4支1.5V電池單電源供電，但6V的電壓太小不能同時(shí)給單片機(jī)與與電機(jī)供電。方案三：采用8支1.5V電池雙電源分別給單片機(jī)與電機(jī)供電可解決方案二的問題且能讓小車完成其功能。所以，我選擇了方案三來實(shí)現(xiàn)供電。2.2.7 紅外線模塊方案設(shè)計(jì)與論證由于在遙控端的按鍵數(shù)目有多個(gè)，而紅外通道傳輸?shù)闹荒苁怯?、1組成的串行代碼，所以需要在發(fā)射端對(duì)按鍵進(jìn)行“并-串”編碼，在接收端相應(yīng)的要進(jìn)行

29、“串-并”解碼。碼的波特率在收、發(fā)兩端應(yīng)該是一致的。方案一：將紅外碼調(diào)制成38KHZ的脈沖信號(hào)通過紅外發(fā)射二極管將紅外碼發(fā)出。不過這些工作都由一塊集成電路完成，自己需要做的是搭建外圍電路，當(dāng)選定一種型號(hào)的發(fā)射IC后只要按照它的說明書上的典型電路搭建就可以了。開始時(shí)參照了電子制作上的一篇論文，使用的是NEC的upd6121，但是后來發(fā)現(xiàn)這種芯片不是很好買到，即所謂的市場貨源不充足，這是電子制作必須考慮的問題，所以放棄了這款芯片，改選HOTEK的HT6221，他們的性能及其外圍電路幾乎相同。方案二：采用臺(tái)灣瑞昱公司生產(chǎn)的專用于遙控車模的CMOS大規(guī)模集成電路TX-2/RX-2，該編解碼芯片具有5種

30、控制功能，使用方便。TX-2的11腳和12腳之間接的電阻決定振蕩頻率；3腳接地；10腳接3-5V電源；14腳、1腳、4腳、5腳、6腳分別為5路發(fā)射控制端；9腳為發(fā)射指示端，當(dāng)有按鍵按下時(shí)LED1發(fā)光提示；7腳為帶載波的編碼信號(hào)輸出端，即編碼信號(hào)已經(jīng)內(nèi)調(diào)制到38KHZ的載波上，該腳的信號(hào)通過一個(gè)NPN型三極管放大后可直接驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射二極管發(fā)射信號(hào)；8腳為不帶載波的編碼信號(hào)輸出端。接收電路RX-2的4腳和5腳之間接的電阻阻值要和TX-2的11腳、12腳間的電阻阻值接近，相差在20%之內(nèi)方可正確的解碼，本設(shè)計(jì)中這兩個(gè)電阻都選用150K；2腳接地；13腳接3-5V電源；3腳接輸入信號(hào)，由一體化紅外接收

31、頭1838輸出的信號(hào)需要加一個(gè)反向器才是正確的編碼信號(hào)；6腳、7腳、10腳、11腳、12腳為5路遙控命令的輸出端，分別和TX-2的5路輸入端的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。另外，為了方便操作，可以將TX-2的5路功能擴(kuò)展成9功能，即在遙控發(fā)射端可以接9個(gè)按鍵。這是通過對(duì)原先的5路輸入進(jìn)行組合得到的。通過比較，兩種方案都可實(shí)現(xiàn)無線遙控功能，不過方案二成本較高，所以選取方案一作為本次設(shè)計(jì)最終方案。2.3 本章小結(jié)本章將系統(tǒng)拆分成了若干個(gè)功能模塊，并且對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵部分進(jìn)行了方案的分析與選擇。設(shè)計(jì)中采用一片AT89C51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)所有功能，在軟件方面通過對(duì)結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)，基本上實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)并發(fā)運(yùn)行，并且通過軟件的分層結(jié)

32、構(gòu)將功能實(shí)現(xiàn)和具體的硬件分離開，這將給后續(xù)的各模塊軟件的設(shè)計(jì)帶來方便。9<><>第3章 硬件設(shè)計(jì)第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1主控系統(tǒng)本設(shè)計(jì)采用芯片AT89C51為主控芯片，下面開始介紹其結(jié)構(gòu)特性和引腳功能。3.1.1 AT89C51簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM-Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用

33、ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。AT89C51單片機(jī)見圖3-1。圖3-1 AT89C51單片機(jī)3.1.2 AT89C51功能部件和特性At89c51單片機(jī)具有如下功能部件和特性如下：（1）8位微處理器(CPU)；（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（128B RAM)；（3）程序存儲(chǔ)器（4KB Flash ROM）；（4）4個(gè)8位可編程并行I/O口（P

34、0口、P1口、P2口、P3口）；（5）一個(gè)全雙工的異步串行口；（6）2個(gè)可編程的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（7）1個(gè)看門狗定時(shí)器；（8）中斷系統(tǒng)具有5個(gè)中斷源、5個(gè)中斷向量；（9）特殊功能寄存器（SFR）26個(gè)；（10）低功耗節(jié)電模式有空閑模式和掉電模式，且具有掉電模式下的中斷恢復(fù)模式；（11）3個(gè)程序加密鎖定位。3.1.3 AT89C51引腳說明AT89C51的引腳說明如下：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIA

35、SH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用

36、于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出

37、口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而

38、要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部

39、程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘放大器電路的輸出端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)采用外接時(shí)鐘源時(shí)，該引腳接外部時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)。XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器時(shí)，該引腳連接外部石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)采用外部時(shí)鐘源時(shí)，該引腳懸空。 3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3.2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路由L298N 構(gòu)成的PWM功率放大器的工作形式為單極可逆模式，PWM電路由四個(gè)大功率晶體管組成H橋電路構(gòu)成，四個(gè)晶體管分為兩組，交替導(dǎo)通和截止，兩個(gè)H橋的下側(cè)橋晶體管發(fā)射極連在一起，1 腳

40、和15腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器, 形成電流傳號(hào)。L298N 可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī), OUT l、OUT2 和OUT 3、OUT4 之間分別接兩個(gè)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，用來輸入PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)，輸出腳SENSEA和SENSEB用來連接電流檢測電阻，Vss接邏輯控制的電源。這些特性使得L298N很適合用作小型直流電機(jī)控制芯片。電機(jī)

41、驅(qū)動(dòng)電路原理圖見圖3-2。圖3-2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路3.2.2 L298N簡介L298N 是SGS 公司的產(chǎn)品。其內(nèi)部包含4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路, 即內(nèi)含二個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TT L 邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A 以下的電機(jī)。L298N見圖3-3圖3-3 L298N它的引腳2，3，13，14為L298N芯片輸入到電動(dòng)機(jī)的輸出端，其中引腳2和3能控制兩相電機(jī)，對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，即可控制一個(gè)電動(dòng)機(jī)。同理，引腳13和14也可控制一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)。引腳6和11腳為電動(dòng)機(jī)的使能接線腳。引腳5，7，10，12為單片機(jī)輸入到L298N芯片的輸入引腳。表3-1是其使能、輸入引腳和輸出引腳的

42、邏輯關(guān)系：表3-1 L298N芯片引腳的邏輯關(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停止控制使能引腳ENA或者ENB就可以實(shí)現(xiàn)PWM脈寬速度調(diào)整。1腳和15腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號(hào)，也可以直接接地。在可設(shè)計(jì)中就將它們直接接地。引腳8為芯片的接地引腳，它與L298N芯片的散熱片連接在一起。由于本芯片的工作電流比較大，發(fā)熱量也比較大，所以在本芯片的散熱片上又連接了一塊鋁合金，以增大它的散熱面積。該芯片的一些參數(shù)如下：(1) 邏輯部分輸入電壓：67V(2) 驅(qū)動(dòng)部分輸入電壓Vs：4.

43、846V(3) 邏輯部分工作電流Iss：36mA(4) 驅(qū)動(dòng)部分工作電流Io：2A(5) 最大耗散功率：25W（T=75）(6) 控制信號(hào)輸入電平：高電平：2.3VVinVss，低電平：-0.3VVin1.5V(7) 工作溫度：-25130(8) 驅(qū)動(dòng)形式：雙路大功率H橋驅(qū)動(dòng)3.2.3 小車方向與速度控制智能小車首先要能實(shí)現(xiàn)直走，在行進(jìn)中遇到障礙物時(shí)同時(shí)要能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎和倒退控制，才能避開障礙物。表3-2 控制電機(jī)轉(zhuǎn)向表P4_7-P4_4左電機(jī)右電機(jī)小車0000停轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)停止0001停轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)左前轉(zhuǎn)0010停轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)左后轉(zhuǎn)0100反轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)右后轉(zhuǎn)1000正轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)右前轉(zhuǎn)1001正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)前進(jìn)0110反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)后

44、退1010正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)0101反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（1）直走的實(shí)現(xiàn)原理由于小車每一側(cè)的輪子由同一側(cè)的電機(jī)控制，只要讓小車的左右兩側(cè)的輪子同時(shí)以相同速度正向旋轉(zhuǎn)，小車就會(huì)受到向前的作用力而向前運(yùn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了小車的直走功能。由上表可知兩個(gè)電機(jī)都正轉(zhuǎn)的控制組合為P4_7-P4_4為1001，也就是說只要把P4_7-P4_4設(shè)置為1001就實(shí)現(xiàn)了小車的前進(jìn)功能。同理，只要讓兩個(gè)電機(jī)同時(shí)反轉(zhuǎn)，就實(shí)現(xiàn)了小車的倒退功能。此時(shí)的P4_7-P4_4端口數(shù)據(jù)為0110。（2）轉(zhuǎn)彎的實(shí)現(xiàn)原理智能車行進(jìn)過程中要求能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避開障礙物，因而需實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)彎功能。方案一：在設(shè)計(jì)中只要讓一側(cè)的電機(jī)停轉(zhuǎn)，讓另一側(cè)的電

45、機(jī)正傳或反轉(zhuǎn)，這樣小車就會(huì)朝著一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)。比如讓右側(cè)的輪子停轉(zhuǎn)，左側(cè)的輪子前傳，對(duì)應(yīng)的端口P4_7-P4_4輸出狀態(tài)為0001，此時(shí)小車就會(huì)向右前方旋轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)右前轉(zhuǎn)。另外還有左前轉(zhuǎn)，右后轉(zhuǎn)，左后轉(zhuǎn)等動(dòng)作，控制方法類似。但是這種轉(zhuǎn)彎的實(shí)現(xiàn)方案在實(shí)際測試中并不十分理想，小車轉(zhuǎn)彎所走的弧線半徑比較大，有時(shí)近似在走直線。造成這種現(xiàn)象的原因是：小車轉(zhuǎn)彎是通過一側(cè)的輪子停轉(zhuǎn)，另一側(cè)的輪子正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的。但是由于慣性的作用，雖然一側(cè)的電機(jī)停轉(zhuǎn)了，另一側(cè)的輪子會(huì)帶著停轉(zhuǎn)的輪子一起運(yùn)動(dòng)，這樣小車偏轉(zhuǎn)的趨勢就不明顯，小車轉(zhuǎn)彎的半徑就會(huì)比較大，不能達(dá)到理想的目的。方案二：考慮到上述方案存在的缺陷，且小車本

46、身重量過大，電源又太重，實(shí)在找不到電量大且重量輕的電源，我們研究出只有一邊正轉(zhuǎn)一邊反轉(zhuǎn)才能轉(zhuǎn)彎。且只要搭配恰當(dāng)就能實(shí)現(xiàn)正常功能。（3）PWM調(diào)速原理AT89C51單片機(jī)有集成的定時(shí)器產(chǎn)生PWM波形，我們可通過用它的一個(gè)定時(shí)器來產(chǎn)生占空比和頻率可調(diào)方波來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。調(diào)速部分直接連接到了單片機(jī)接口，只要在程序中進(jìn)行合理的設(shè)置，在相應(yīng)的端口就有PWM信號(hào)產(chǎn)生，加在小車電機(jī)兩端的電機(jī)就是PWM電壓信號(hào)。此時(shí)可以通過調(diào)整PWM的占空比，來改變電機(jī)兩端的平均電壓大小。這樣就通過PWM資源調(diào)節(jié)加在電機(jī)兩端的平均電壓，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)小車速度的目的。3.3 循跡系統(tǒng)3.3.1 循跡原理小車

47、循跡原理是小車在畫有黑線的白紙 “路面”上行駛，由于黑線和白紙對(duì)光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷“道路”-黑線。筆者在該模塊中利用了簡單、應(yīng)用也比較普遍的檢測方法-紅外探測法。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物理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)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號(hào)，再通過LM324作比較器來采集高低電平，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢測。避障亦是此原理。3.3.2 TCRT5000光電對(duì)管簡介在小車具體的循跡行走過程中，我選用TCRT5000型光

48、電對(duì)管。TCRT5000傳感器的工作原理與一般的紅外傳感器一樣,一傳一感.TCRT5000具有一個(gè)紅外發(fā)射管和一個(gè)紅外接收管.當(dāng)發(fā)射管的紅外信號(hào)經(jīng)反射被接收管接收后,接收管的電阻會(huì)發(fā)生變化,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來,而經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換或LM324等電路整形后得到處理后的輸出結(jié)果.電阻的變化起取于接收管所接收的紅外信號(hào)強(qiáng)度,常表現(xiàn)在反射面的顏色和反射面接收管的距離兩二方面.硬件參考原理圖如圖3-4所示。圖3-4循跡原理圖3.3.3 LM324比較器LM324四比較器功能應(yīng)用。LM324集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是： (1)失調(diào)電壓小，典型值為 2mV； (2

49、)電源電壓范圍寬，單電源為 2-36V，雙電源電壓為±1V-±18V； (3)對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬； (4)共模范圍很大，為 0（Ucc-1.5V）Vo； (5)差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓； (6)輸出端電位可靈活方便地選用。LM324類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇 LM324輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”

50、端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于 10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把 LM324用在弱信號(hào)檢測等場合是比較理想的。LM324的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選 3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。3.4 避障系統(tǒng)3.4.1 避障原理采用一只紅外對(duì)管置于小車右側(cè)。通過測試此種

51、方案就能很好的實(shí)現(xiàn)小車避開障礙物，且充分的利用資源而不浪費(fèi)。其原理與循跡一樣，利用紅外線在不同顏色的物理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)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號(hào)，再通過LM324作比較器來采集高低電平，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢測。具體來說，當(dāng)小車行進(jìn)過程中，如果遇到障礙，紅外檢測頭亮燈時(shí)，收到一個(gè)低電平，左電機(jī)停止工作，右電機(jī)正常工作，小車左轉(zhuǎn)避開障礙。3.4.2 避障報(bào)警在小車行進(jìn)過程中，如果小車前方發(fā)現(xiàn)障礙物，必然會(huì)被紅外傳感器捕捉到，將信號(hào)回饋給單片機(jī)，再由單片

52、機(jī)控制報(bào)警電路，小車將會(huì)立即停止前進(jìn)，發(fā)出報(bào)警。原理圖見圖3-5。圖3-5 報(bào)警系統(tǒng)3.5 無線遙控系統(tǒng)無線模塊由發(fā)射電路和接收電路兩部分組成，發(fā)射電路主要是是通過遙控器芯片HT6221控制，接收電路是用一體化紅外接收頭HS0038。3.5.1 紅外發(fā)射電路 紅外發(fā)射電路是遙控器芯片HT6221將紅外碼調(diào)制成38KHZ的脈沖信號(hào)通過紅外發(fā)射二極管將紅外碼發(fā)出。電路原理圖見圖3-6。圖3-6 紅外發(fā)射電路圖中D6就是紅外發(fā)射二極管，R13是限流電阻47，由此可見，紅外發(fā)射管的電流是很大的，這是為了保證足夠的發(fā)射功率。D7是按鍵指示，在有按鍵按下時(shí)此二極管亮。HT6221的編碼規(guī)則是：當(dāng)一個(gè)鍵按下

53、超過36ms，振蕩器使芯片激活，如果這個(gè)按鍵按下且延遲大約108ms，這108ms發(fā)射代碼由一個(gè)起始碼(9ms)，一個(gè)結(jié)果碼(4.5ms)，低8位地址碼(9ms18ms)，高8位地址碼(918ms)，8位數(shù)據(jù)碼(918ms)和這8位數(shù)據(jù)碼的反碼 (918ms)組成，如果按鍵按下超過108ms仍未松開，接下來發(fā)射的代碼將僅由起始碼(9ms)和結(jié)束碼(2.5ms)組成。按照上圖的接法，K2K9的數(shù)據(jù)碼分別為：0x00，0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07。就是說如果接收電路里收到這些數(shù)據(jù)碼中的某一個(gè)就知道哪一個(gè)鍵按下了，從而執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作。3.5.2 HT6221簡

54、介HT6221是一款常用的遙控器芯片，其各引腳功能說明見表3-3：表3-3 HT6221引腳說明引腳號(hào)引腳名稱I/O描述1-4R1-R4輸入鍵盤行控制，高電平有效5DOUT輸出串行數(shù)據(jù)輸出引腳，38KHz發(fā)射頻率6VDD輸入1.8-3.5V7D7輸入最重要數(shù)據(jù)位代碼設(shè)置8X2輸出455KHz振蕩器輸出9X1輸入455KHz振蕩器輸入10Vss輸入地11LED輸出發(fā)射輸出12-19C8-C1輸入/輸出鍵盤列控制20AIN輸入低8位地址碼輸入3.5.3 紅外接收電路紅外接收電路最簡單，使用HS0038（如圖3-7）一體化紅外接收頭，只需要連接3只引腳就可以了，至于信號(hào)的解調(diào)是它內(nèi)部做的事，只需搞清

55、楚它的輸出信號(hào)就可以了。OUT即是解調(diào)信號(hào)的輸出端，直接接單片機(jī)I/O口就可以了。在沒有接收到紅外信號(hào)的時(shí)候輸出高電平，有信號(hào)時(shí)輸出HT6221的編碼，直接提供給單片機(jī)。圖3-7 一體化紅外接收探頭HS00383.6 顯示系統(tǒng)3.6.1 LCD1602簡介顯示模塊用液晶顯示器LCD1602來顯示小車各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊 。它有若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔 每行之間也有也有間隔 起到了字符間距和行間距的作用。3.6.2 LCD1602功能特性1602LCD有以下特性：（1）+5V電壓，對(duì)比度可調(diào)；（2）內(nèi)含復(fù)位電路；（3）提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能；（4）有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM；（5）內(nèi)建有160個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM；（6）8個(gè)可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。3.