畢業(yè)論文-基于ZigBee技術(shù)的無線智能小車硬件設(shè)計

1、 太原理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)用紙 太原理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書第1頁畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：基于ZigBee技術(shù)的無線智能小車硬件設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）： 1.綜述無線智能小車的應(yīng)用前景；2深入了解無線智能小車的硬件設(shè)計的相關(guān)技術(shù)以及相關(guān)設(shè)備模塊的使用；3熟練掌握無線中小車中單片機燒寫和擦除程序的能力；4設(shè)計并實現(xiàn)對小車的移動功能以及紅外智能避障功能；5深入分析無線智能小車的關(guān)鍵技術(shù)與編寫語言；6訓(xùn)練檢索文獻資料和利用文獻資料的能力；7訓(xùn)練撰寫技術(shù)文檔與學(xué)位論文的能力。 第2頁畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容： 1綜述無線智能小車在各領(lǐng)域中的應(yīng)用； 2熟練掌握 AVR stu

2、dio 的使用； 3.熟悉無線智能小車的相關(guān)的設(shè)備模塊的使用； 4通過對ATmega16的燒寫，設(shè)計并實現(xiàn)小車的移動功能以及紅外智能避障功能； 5.組裝各功能模塊，實現(xiàn)上位機對智能小車無線操作以及紅外智能避障功能； 6.深入分析無線智能小車的關(guān)鍵技術(shù)與整個設(shè)計的流程； 學(xué)生應(yīng)交出的設(shè)計文件（論文）：1內(nèi)容完整、層次清晰、敘述流暢、排版規(guī)范的畢業(yè)設(shè)計論文；2包括畢業(yè)設(shè)計論文、源程序等內(nèi)容在內(nèi)的畢業(yè)設(shè)計電子文檔及其它相關(guān)材料。 第3頁 主要參考文獻（資料）： 1 仝迪,張禾. HYPERLINK /kns/detail/detail.aspx?QueryID=26&CurRec=11&recid=

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6、514085;11668079;11477998;湯陽,HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=戴光智&code=11514085;11668079;11477998;戴光智,HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=王銳鵬&code=11514085;11668079;11477998;王銳鵬. 家用自主吸塵機器人的研究和開發(fā)J. HYPERLINK /kns/Navi/ScdbBridge.aspx?DBCode=CJFD&B

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8、il/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=趙齊齊&code=27149538;09319655;27149539;20596706;趙齊齊,HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=郭志波&code=27149538;09319655;27149539;20596706;郭志波. 基于Atmega16的太陽能智能小車J. HYPERLINK /kns/Navi/ScdbBridge.aspx?DBCode=CJFD&BaseID=KJSJ&UnitCode=&NaviLi

9、nk=科技視界科技視界,2012,(04)7 HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=孫緒才&code=23308480;孫緒才. L298N在直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用J. HYPERLINK /kns/Navi/ScdbBridge.aspx?DBCode=CJFD&BaseID=WFXY&UnitCode=&NaviLink=濰坊學(xué)院學(xué)報濰坊學(xué)院學(xué)報,2009,9(04)8 HYPERLINK /result.aspx?q=作者:(Bonhyun+Koo)Bonhyun Koo,HYPERLINK /

10、result.aspx?q=作者:(Kyusuk+Han)Kyusuk Han,HYPERLINK /result.aspx?q=作者:(James+J.+(Jong+Hyuk)+Park)James J.(Jong Hyuk) Park, HYPERLINK /result.aspx?q=作者:(Taeshik+Shon)Taeshik Shon. Design and implementation of a wireless sensor network architecture using smart mobile devicesJ. Telecommunication Systems,

11、 2013, Vol.52 (4), pp.2311-23209 HYPERLINK /result.aspx?q=作者:(Bojan+Kulji?)Bojan Kulji ,HYPERLINK /result.aspx?q=作者:(Jnos+Simon)Jnos Simon ,HYPERLINK /result.aspx?q=作者:(Tibor+Szakll)Tibor Szakll. Pathfinding Based on Edge Detection and Infrared Distance Measuring SensorJ. Acta Polytechnica Hungarica

12、, 2009, Vol.6 (1), pp.103專業(yè)班級軟件1022班學(xué)生 要求設(shè)計（論文）工作起止日期2014年3月17日2014年6月27日指導(dǎo)教師簽字日期2014年3月17日教研室主任審查簽字日期系主任批準(zhǔn)簽字日期10 HYPERLINK /result.aspx?q=作者:(Kaewnopparat)Kaewnopparat,HYPERLINK /result.aspx?q=作者:(A.)A.,HYPERLINK /result.aspx?q=作者:(Sooraksa)Sooraksa,HYPERLINK /result.aspx?q=作者:(P.)P. Tracking probl

13、em and obstacle avoidance of mobile robots using simple fuzzy controlJ. Songklanakarin Journal of Science and Technology, 2004, Vol.26 (5), pp.671 緒論1.1 課題研究背景及意義當(dāng)今社會，科學(xué)技術(shù)日新月異，時代前進的步伐越邁越寬，自第一臺工業(yè)機器人誕生以來，機器人的發(fā)展已經(jīng)遍及國防、機械、電子、宇航等各個領(lǐng)域，智能機器人也在改變著人們的生活方式。智能車輛，作為智能機器人家族中的一員，也已經(jīng)成為自動化物流、柔性生產(chǎn)等系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。在建設(shè)以人為本的和

14、諧社會的過程中，智能服務(wù)機器人同樣能夠完成許多危險作業(yè)，如宇宙探索、考古發(fā)掘，海底揭密等。國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要一文指出：智能服務(wù)機器人是在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下為人類提供必要服務(wù)的多種高技術(shù)集成的智能化裝備。以服務(wù)機器人和危險作業(yè)機器人應(yīng)用需求為重點，研究設(shè)計方法、制造工藝、智能控制和應(yīng)用系統(tǒng)集成等共性基礎(chǔ)技術(shù)。如今許多領(lǐng)域諸如計算機科學(xué)、知識工程、工業(yè)一體化和機電一體化等都在討論機械智能化，人們對于智能系統(tǒng)的要求也變得越來越強烈。對于人們的需求，傳統(tǒng)的控制理念已經(jīng)無法滿足。而傳統(tǒng)的控制與智能控制的有機的結(jié)合，才能取到取長補短、相輔相成的作用，才能提高整體的優(yōu)勢以便更好的滿足人們的需求。隨著

15、自動控制技術(shù)、人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，智能控制必將開拓它的發(fā)展新道路。同時，計算機控制與電子技術(shù)融合也為電子設(shè)備智能化開辟了廣闊前景。因此，智能控制的技術(shù)研究與應(yīng)用有著非常重大的意義而且也有很高市場價值的。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢自20世紀(jì)50年代以來，許多國家都對智能車輛進行了研究，起初主要用于軍用目的。但是隨著城市化進程的加快和汽車的加速普及，以及衛(wèi)星導(dǎo)航、無線通信、電子、信息等技術(shù)的飛速發(fā)展，車輛導(dǎo)航和監(jiān)控系統(tǒng)和智能交通系統(tǒng)取得了巨大的發(fā)展。美國開始組織實施智能車輛先導(dǎo)（intelligentvehicle ini2tiative,IV I）計劃，歐洲提出公路安全行動

16、計劃（roadsafety action p rogram,RSAP），日本也提出超級車輛智能車輛系統(tǒng)等計劃。在我國，對智能車輛的研究起步較晚，知道20世紀(jì)90年代才被重視起來。到現(xiàn)在為止，有很多大學(xué)學(xué)校和一些研究機構(gòu)都在從事這方面的研究，為智能小車控制領(lǐng)域提供了環(huán)境。我國科技部于2002年正式啟動“十一五”科技攻關(guān)計劃重大項目，其中一個重要內(nèi)容就是進行車輛安全和輔助駕駛的研究。預(yù)計在2020年之前進入智能交通發(fā)展的成熟期，人、車、路之間形成穩(wěn)定、和諧的智能型整體?，F(xiàn)智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實質(zhì)成果。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列。隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展，宇宙勘探、

17、星球礦石的采集、氣候溫度的檢測等都將成為未來的課題。在未來，智能化的機器必將改變我們的生活。1.3 設(shè)計概要該智能小車的主體是一輛雙輪驅(qū)動的小車。部分機械結(jié)構(gòu)和零部件都安裝固定在電路板上。只需添加適當(dāng)?shù)哪K就可以實現(xiàn)相應(yīng)的功能，非常適合實驗階段小車的研制。本節(jié)簡述了無線智能小車自無線遙控和智能避障的設(shè)計時所選擇的個模塊設(shè)備。其中，小車的左右輪分別由2只減速電機提供動力,作為驅(qū)動輪。通過ATmega16主控芯片控制傳感器輸入輸出的信號，控制方式由軟件代碼來實現(xiàn)。使用L298N做為電機驅(qū)動。ZigBee作為無線通訊裝置。HJ-IR2紅外傳感器安裝于小車前方，用于發(fā)射和接收紅外線，以實現(xiàn)智能避障功能

18、。2 技術(shù)簡介2.1 Proteus 技術(shù)簡介2.1.1 Proteus 軟件介紹Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus軟件具有其它EDA工具軟件。這些功能是：原理布圖、PCB自動或人工布線、SPICE電路仿真。Proteus軟件已有20多年的歷史，在國外應(yīng)用較為普遍，尤其在教育界的口碑極佳。近年來Proteus軟

19、件被引入國內(nèi)，在多所高等工科院校中得到成功應(yīng)用。在單片機教學(xué)中采用Proteus軟件，使單片機的學(xué)習(xí)過程變得直觀形象，可以直接在基于原理圖的虛擬模型上進行編程，并實現(xiàn)源碼級的程序仿真調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到程序運行后的輸出效果，配合各種虛擬儀表來展現(xiàn)整個單片機系統(tǒng)的運行過程，很好地解決了長期以來困擾單片機教學(xué)過程中軟件和硬件無法很好結(jié)合的難題。采用PC進行虛擬仿真實驗要比采用單片機實驗箱更為有效，因為用戶可以根據(jù)需要隨時對原理電路圖進行修改，并立即獲得仿真結(jié)果。由于在PC上修改原理電路圖要比在實驗箱上修改硬件電路容易得多，而且還可以根據(jù)設(shè)計要求采用不同元器件，或者修改元器件參數(shù)以獲得不同

20、輸出結(jié)果，在成功進行虛擬仿真并獲得期望結(jié)果的條件下，再制作實際硬件進行在線調(diào)試，可以獲得事半功倍的效果。學(xué)生普遍反映，在Proteus軟件平臺上學(xué)習(xí)單片機知識，比以往單純學(xué)習(xí)書本知識更易于接受，以原理圖虛擬模型進行程序仿真調(diào)試，更易于提高單片機編程能力，還可以通過繪制和修改原理電路圖增加很多實踐經(jīng)驗。2.1.2 Proteus 特點1.互動的電路仿真。用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。2.仿真處理器及其外圍電路?？梢苑抡?1系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合

21、顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。2.1.3 功能模塊智能原理圖設(shè)計（ISIS）(1)豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件；(2)智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件；(3)智能化的連線功能：自動連線功能使連接導(dǎo)線簡單快捷，大大縮短繪圖時間；(4)支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線使電路設(shè)計簡明清晰；(5)可輸出高質(zhì)量圖紙：通過個性化設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用。2.完善的電路仿真功能（Prospice）

22、(1)ProSPICE混合仿真：基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE3F5，實現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真；(2)超過27000個仿真器件：可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計仿真器件，Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件；(3)多樣的激勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數(shù)信號、單頻FM、數(shù)字時鐘和碼流，還支持文件形式的信號輸入；(4)豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計/計數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試

23、器等；(5)生動的仿真顯示：用色點顯示引腳的數(shù)字電平，導(dǎo)線以不同顏色表示其對地電壓大小，結(jié)合動態(tài)器件（如電機、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動；(6)高級圖形仿真功能（ASF）：基于圖標(biāo)的分析可以精確分析電路的多項指標(biāo)，包括工作點、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進行一致性分析。3.獨特的單片機協(xié)同仿真功能（VSM）(1)支持主流的CPU類型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU類型隨著版本升級還在繼續(xù)增加，如即將

24、支持CORTEX、DSP處理器；(2)支持通用外設(shè)模型：如字符LCD模塊、圖形LCD模塊、LED點陣、LED七段顯示模塊、鍵盤/按鍵、直流/步進/伺服電機、RS232虛擬終端、電子溫度計等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）還可以使仿真電路通過PC機串口和外部電路實現(xiàn)雙向異步串行通信；(3)實時仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中斷仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真；(4)編譯及調(diào)試：支持單片機匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內(nèi)帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境（如IAR、K

25、eil和Hitech）結(jié)合，進行高級語言的源碼級仿真和調(diào)試。4.實用的PCB設(shè)計平臺(1)原理圖到PCB的快速通道：原理圖設(shè)計完成后，一鍵便可進入ARES的PCB設(shè)計環(huán)境，實現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計；(2)先進的自動布局/布線功能：支持器件的自動/人工布局；支持無網(wǎng)格自動布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使PCB設(shè)計更為合理；(3)完整的PCB設(shè)計功能：最多可設(shè)計16個銅箔層，2個絲印層，4個機械層（含板邊），靈活的布線策略供用戶設(shè)置，自動設(shè)計規(guī)則檢查，3D可視化預(yù)覽；(4)多種輸出格式的支持：可以輸出多種格式文件，包括Gerber文件的導(dǎo)入或?qū)С觯憷c其它PCB設(shè)計工具的互轉(zhuǎn)（如pr

26、otel）和PCB板的設(shè)計和加工。2.1.4 Proteus所提供的資源1.Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個元件庫。2.Proteus可提供的仿真儀表資源：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調(diào)用。3.除了現(xiàn)實存在的儀器外，Proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可

27、能減少了儀器對測量結(jié)果的影響。4.Proteus可提供的調(diào)試手段Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。2.1.5 仿真功能在Proteus繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在Proteus的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。Proteus不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達(dá)到的效果。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件高度對應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學(xué)的功能。課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生走向

28、就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。由于Proteus提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺。隨著科技的發(fā)展，“計算機仿真技術(shù)”已成為許多設(shè)計部門重要的前期設(shè)計手段。它具有設(shè)計靈活，結(jié)果、過程的統(tǒng)一的特點。可使設(shè)計時間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險。相信在單片機開發(fā)應(yīng)用中Proteus也能茯得愈來愈廣泛的應(yīng)用。使用Proteus軟件進行單片機系統(tǒng)仿真設(shè)計，是虛擬仿真技術(shù)和計算機多媒體技術(shù)相結(jié)合的綜合運用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計能力及仿真軟件的操作能力；在單片機課程設(shè)計和

29、全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中，我們使用Proteus開發(fā)環(huán)境對學(xué)生進行培訓(xùn)，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，對單片機的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識更容易接受，更容易提高。實踐證明，在使用Proteus進行系統(tǒng)仿真開發(fā)成功之后再進行實際制作，能極大提高單片機系統(tǒng)設(shè)計效率。因此，Proteus有較高的推廣利用價值。目前Proteus的最新版為7.7sp2，今年將推出8.0版本，增加DSP系列及ARM cortex處理器。2.2 Proteus 6 Professional界面簡介安裝完P(guān)roteus后，運行ISIS 6 Professional，會出現(xiàn)以下窗口界面。圖2-1 SIS 6 Profes

30、sional窗口界面為了方便介紹，我分別對窗口內(nèi)各部分進行中文說明，如圖2-1。下面簡單介紹各部分的功能：2.2.1 原理圖編輯窗口它是用來繪制原理圖的。藍(lán)色方框內(nèi)為可編輯區(qū)，元件要放到它里面。注意，這個窗口是沒有滾動條的，你可用預(yù)覽窗口來改變原理圖的可視范圍。2.2.2 預(yù)覽窗口它可顯示兩個內(nèi)容，一個是：當(dāng)你在元件列表中選擇一個元件時，它會顯示該元件的預(yù)覽圖；另一個是，當(dāng)你的鼠標(biāo)焦點落在原理圖編輯窗口時（即放置元件到原理圖編輯窗口后或在原理圖編輯窗口中點擊鼠標(biāo)后），它會顯示整張原理圖的縮略圖，并會顯示一個綠色的方框，綠色的方框里面的內(nèi)容就是當(dāng)前原理圖窗口中顯示的內(nèi)容，因此，你可用鼠標(biāo)在它上面

31、點擊來改變綠色的方框的位置，從而改變原理圖的可視范圍。2.2.3 模型選擇工具欄 主要模型（Main Modes）(1)選擇元件（components）（默認(rèn)選擇的）(2)放置連接點(3)放置標(biāo)簽（用總線時會用到）(4)放置文本(5)用于繪制總線(6)用于放置子電路(7)用于即時編輯元件參數(shù)（先單擊該圖標(biāo)再單擊要修改的元件）2. 配件（Gadgets）：(1)終端接口（terminals）：有VCC、地、輸出、輸入等接口(2)器件引腳：用于繪制各種引腳(3)仿真圖表（graph）：用于各種分析，如Noise Analysis(4)錄音機(5)信號發(fā)生器（generators）(6)電壓探針：使

32、用仿真圖表時要用到(7)電流探針：使用仿真圖表時要用到(8)虛擬儀表：有示波器等3. 2D圖形（2D Graphics）：(1)畫各種直線(2)畫各種方框(3)畫各種圓(4)畫各種圓弧(5)畫各種多邊形(6)畫各種文本(7)畫符號(8)畫原點2.2.4 元件列表用于挑選元件（components）、終端接口（terminals）、信號發(fā)生器（generators）、仿真圖表（graph）等。舉例，當(dāng)你選擇“元件（components）”，單擊“P”按鈕會打開挑選元件對話框，選擇了一個元件后（單擊了“OK”后），該元件會在元件列表中顯示，以后要用到該元件時，只需在元件列表中選擇即可。2.2.5

33、方向工具欄(1)旋轉(zhuǎn)：旋轉(zhuǎn)角度只能是90的整數(shù)倍。(2)翻轉(zhuǎn)：完成水平翻轉(zhuǎn)和垂直翻轉(zhuǎn)。(3)使用方法：先右鍵單擊元件，再點擊（左擊）相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)圖標(biāo)。2.2.6 仿真工具欄仿真控制按鈕(1)運行(2)單步運行(3)暫停(4)停止2.3 操作簡介1、繪制原理圖：繪制原理圖要在原理圖編輯窗口中的藍(lán)色方框內(nèi)完成。原理圖編輯窗口的操作是不同于常用的WINDOWS應(yīng)用程序的，正確的操作是：用左鍵放置元件；右鍵選擇元件；雙擊右鍵刪除元件；右鍵拖選多個元件；先右鍵后左鍵編輯元件屬性；先右鍵后左鍵拖動元件；連線用左鍵，刪除用右鍵；改連接線：先右擊連線，再左鍵拖動；中鍵放縮原理圖。具體操作見下面例子。2、定制自己

34、的元件：有三個個實現(xiàn)途徑，一是用PROTEUS VSM SDK開發(fā)仿真模型，并制作元件；另一個是在已有的元件基礎(chǔ)上進行改造，比如把元件改為bus接口的；還有一個是利用已制作好（別人的）的元件，我們可以到網(wǎng)上下載一些新元件并把它們添加到自己的元件庫里面。由于我沒有PROTEUS VSM SDK，所以我只介紹后兩個。3、Sub-Circuits應(yīng)用：用一個子電路可以把部分電路封裝起來，這樣可以節(jié)省原理圖窗口的空間。3 下位機中各個模塊的工作原理3.1 車體模型小車由車身、前輪、后輪、減速電機組成。本設(shè)計所有的小車和其他小車不同，其中，后輪為2個驅(qū)動輪，其是決定小車能否運動以及靈活拐彎的關(guān)鍵部分；前

35、輪為1個萬向輪，可以通過改變2個后輪的速度以及萬向輪能隨意改變方向的特性來控制方向。車體模型如圖3-1。圖3-1 車體模型使用這種模型的目的是因為小車結(jié)構(gòu)簡單，易于設(shè)計的實現(xiàn)。而且小車并不是靠2個減速電機“拉”萬向輪，而是用2個減速電機來“推”萬向輪。這樣走起直線來更加容易。3.2 電機本設(shè)計所使用的電機是直流減速電機。它是在普通直流電機的基礎(chǔ)上，加上配套齒輪減速箱。齒輪減速箱的作用是，提供較低的轉(zhuǎn)速，較大的力矩。同時，齒輪箱不同的減速比可以提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩。這大大提高了，直流電機在自動化行業(yè)中的使用率。減速電機的特點是效率及可靠性高，工作壽命長，維護簡便，應(yīng)用廣泛等。使用這種電機，控制比

36、較簡單，通過直流電源就可以連續(xù)不斷的進行轉(zhuǎn)動。電機的速度通過調(diào)節(jié)電壓的大小進行改變。常見的驅(qū)動方式是脈沖寬度調(diào)制方式，即PWM方式。利用微處理器的數(shù)字輸出對模塊進行控制，具有控制簡單、靈活和動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點。3.2.1 減速電機概述減速電機是指減速機和電機（馬達(dá)）的集成體。這種集成體通常也可稱為齒輪馬達(dá)或齒輪電機。通常由專業(yè)的減速機生產(chǎn)廠進行集成組裝好后成套供貨。減速電機廣泛應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)、機械行業(yè)等。使用減速電機的優(yōu)點是簡化設(shè)計、節(jié)省空間。第二次世界大戰(zhàn)后，軍事電子裝備的迅速發(fā)展促進了美國、蘇聯(lián)等國家微型減速電機，直流減速電機的開發(fā)和生產(chǎn)。當(dāng)前，在世界微型減速電機，直流減速電機市場上，德、法

37、、英、美、中、韓等國保持領(lǐng)先水平。中國微型減速電機，直流減速電機產(chǎn)業(yè)創(chuàng)建于20世紀(jì)50年代，從為滿足武器裝備配套需要開始，歷經(jīng)仿制、自行設(shè)計、研究開發(fā)、規(guī)模制造階段，已形成產(chǎn)品開發(fā)、規(guī)?；a(chǎn)、關(guān)鍵零部件、關(guān)鍵材料、專用制造設(shè)備、測試儀器等配套完整、國際化程度不斷提高的產(chǎn)業(yè)體系。1、減速電機結(jié)合國際技術(shù)要求制造，具有很高的科技含量。2、節(jié)省空間，可靠耐用，承受過載能力高，功率可達(dá)95KW以上。3、能耗低，性能優(yōu)越，減速機效率高達(dá)95%以上。4、振動小，噪音低，節(jié)能高，選用優(yōu)質(zhì)鍛鋼材料，鋼性鑄鐵箱體，齒輪表面經(jīng)過高頻熱處理。5、經(jīng)過精密加工，確保軸平行度和定位精度，這一切構(gòu)成了齒輪傳動總成的齒輪

38、減速電機配置了各類電機，形成了機電一體化，完全保證了產(chǎn)品使用質(zhì)量特征。6、采用了系列化、模塊化的設(shè)計思想，有廣泛的適應(yīng)性，有極其多的電機組合、安裝位置和結(jié)構(gòu)方案，可按實際需要選擇任意轉(zhuǎn)速和各種結(jié)構(gòu)形式。3.2.2 減速電機的特點減速電機的特點是效率及可靠性高，工作壽命長，維護簡便，應(yīng)用廣泛等。它的級數(shù)可分為單級、兩級和三級齒輪減速電機，安裝布置方式主要有展開式、同軸式和分流式。兩級圓柱減速電機展開式里面，齒輪相對于支承位置不對稱，當(dāng)軸產(chǎn)生彎扭變形時，載荷在齒寬分布不均勻，因此軸應(yīng)設(shè)計的具有較大剛度，并使得齒輪遠(yuǎn)離輸入端或輸出端。2、兩級圓柱減速電機的分流式的特點：分流式減速電機的外伸軸位置可由

39、任意一邊伸出，便于進行機器的總體配置，分流級得齒輪均作成斜齒，一邊右旋，一邊左旋，以抵消軸向力，應(yīng)使其中的一根軸能做稍許軸向游動，以免卡死齒輪。3、 同軸式減速電機的特點：徑向尺寸緊湊，但軸向尺寸較大。由于中間軸較大，軸在受載時的擾曲較大，因此沿齒寬上的載荷集中現(xiàn)象較嚴(yán)重。同時由于兩級齒輪的中心必須一致，所以告訴級齒輪的承載能力難以充分利用，而且位于減速中間部分的軸承潤滑也比較困難。減速電機的輸入端和輸出端位于同一軸線的兩端，給傳動裝置的總體配置帶來限制。3.2.3 減速電機的特色1、同軸式斜齒輪減速電機結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，造型美觀，承受過載能力強。2、傳動比分級精細(xì)，選擇范圍廣，轉(zhuǎn)速型譜寬，范

40、圍i=2-28800。3、能耗低，性能優(yōu)越，減速器效率高達(dá)百分之九十六，振動小，噪音低。4、通用性強，是用維護方便，維護成本低，特別是生產(chǎn)線，只需備用內(nèi)部幾個傳動件即可保證整線正常生產(chǎn)的維修保養(yǎng)。5、采用新型密封裝置，保護性能好，對環(huán)境適應(yīng)性強，可在有腐蝕、潮濕等惡劣環(huán)境中連續(xù)工作。6、可批配普通Y系列、Y2系列、起重電機、防暴電機、制動電機、變頻電機、直流電機、戶外型專用電機等各種電機，可通過裝置MB型無級變速器組成無級調(diào)速齒輪減速電機，滿足各種不同的用途。3.3 電機驅(qū)動本設(shè)計中使用L298N芯片作為電機的驅(qū)動芯片，其實物為圖3-2所示。該芯片采用15腳封裝，內(nèi)包含4通道邏輯電路。是一種二

41、相和四相電機的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路；可以驅(qū)動46V、2A以下的電機。該芯片可以驅(qū)動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅(qū)動兩臺直流電機。內(nèi)部功能模塊為圖3-3所示。圖3-2 L298N實物圖圖3-3 L298N功能模塊圖使用直流/步進兩用驅(qū)動器Z可以驅(qū)動兩臺直流電機。分別為M1和M2。引腳A，B可用于輸入PWM脈寬調(diào)制

42、信號對電機進行調(diào)速控制。實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)就更容易了，輸入信號端IN1接高電平輸入端IN2接低電平，電機M1正轉(zhuǎn)。（如果信號端IN1接低電平，IN2接高電平，電機M1反轉(zhuǎn)。）控制另一臺電機是同樣的方式，輸入信號端IN3接高電平，輸入端IN4接低電平，電機M2正轉(zhuǎn)。（反之則反轉(zhuǎn)），PWM信號端A控制M1調(diào)速，PWM信號端B控制M2調(diào)速。具體如表3-1所示.表3-1 電機驅(qū)動信號控制表旋轉(zhuǎn)方式控制端IN1控制端IN2控制端IN3控制端IN4輸入PWM信號改變脈寬可調(diào)速調(diào)速端A調(diào)速端B正轉(zhuǎn)高低/高/反轉(zhuǎn)低高/高/停止低低/高/正轉(zhuǎn)/高低/高反轉(zhuǎn)/低高/高停止低低/高3.4 ATmega16模塊本設(shè)計采用

43、的單片機為ATmega16，作為整個小車的核心部件，控制著小車的運動狀態(tài)。單片機要完成的工作有電機操控、避障控制等。ATmega16 AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和32 個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個HYPERLINK /view/85561.htm時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率。3.4.1 ATmega16概述ATmega16是基于增強的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功

44、耗和處理速度之間的矛盾。ATmega16 AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。ATmega16的特點：16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即RWW)，512字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)SRAM，32個通用I/O口線，32個通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器/計數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART

45、，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益(TQFP封裝)的ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。工作于空閑模式時CPU停止工作，而USART、兩線接口、A/D轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時器繼續(xù)運行，允許用戶保持一個時間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)；ADC噪聲抑制模式時終止CPU和除了異步定時器與ADC以外所有I/O模塊的工作，以降低ADC轉(zhuǎn)換時的開關(guān)噪聲；Standby模

46、式下只有晶體或諧振振蕩器運行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力；擴展Standby模式下則允許振蕩器和異步定時器繼續(xù)工作。ATmega16芯片是以Atmel高密度非易失性存儲器技術(shù)生產(chǎn)的。片內(nèi)ISPFlash允許程序存儲器通過ISP串行接口，或者通用編程器進行編程，也可以通過運行于AVR內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進行編程。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲區(qū)(ApplicationFlashMemory)。在更新應(yīng)用Flash存儲區(qū)時引導(dǎo)Flash區(qū)(BootFlashMemory)的程序繼續(xù)運行，實現(xiàn)了RWW操作。通過將8位RISCCP

47、U與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash集成在一個芯片內(nèi)，ATmega16成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：C語言編譯器、宏匯編、程序調(diào)試器/軟件仿真器、仿真器及評估板。3.4.2 ATmega16 引腳名稱及其功能ATmega16引腳名稱如圖3-4所示，其各引腳的功能如表3-2所示。圖3-4 ATmega16 引腳圖表3-2 引腳功能說明表引腳說明VCC數(shù)字電路和電源GND地端口A（PA7PA0）端口A 做為A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口A 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具

48、有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口A 處于高阻狀態(tài)。端口B(PB7PB0)端口B 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口B 處于高阻狀態(tài)。端口B 也可以用做其他不同的特殊功能。端口C(PC7PC0)端口C 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作

49、為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口C 處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能。端口D(PD7PD0)端口D 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口D 處于高阻狀態(tài)。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能。RESET復(fù)位輸入引腳。

50、持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。門限時間見P36Table 15。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。XTAL1反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端。XTAL2反向振蕩放大器的輸出端。AVCCAVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時應(yīng)通過一個低通濾波器與VCC 連接。AREFA/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。3.4.3 ATmega16 內(nèi)核介紹ATmega16內(nèi)核結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。為了獲得最高的性能以及并行性，AVR 采用了Harvard 結(jié)構(gòu)，具有獨立的數(shù)據(jù)和程序總線。程序存儲器里的指令通過一級流水線運行。CPU 在

51、執(zhí)行一條指令的同時讀取下一條指令( 在本文稱為預(yù)取)。這個概念實現(xiàn)了指令的單時鐘周期運行。程序存儲器是可以在線編程的FLASH。ATmega16內(nèi)部框圖快速訪問寄存器文件包括32 個8 位通用工作寄存器，訪問時間為一個時鐘周期。從而實現(xiàn)了單時鐘周期的ALU 操作。在典型的ALU 操作中，兩個位于寄存器文件中的操作數(shù)同時被訪問，然后執(zhí)行運算，結(jié)果再被送回到寄存器文件。整個過程僅需一個時鐘周期。 圖3-5 ATmega16內(nèi)核結(jié)構(gòu)寄存器文件里有6 個寄存器可以用作3 個16 位的間接尋址寄存器指針以尋址數(shù)據(jù)空間，實現(xiàn)高效的地址運算。其中一個指針還可以作為程序存儲器查詢表的地址指針。這些附加的功能寄

52、存器即為16 位的X、Y、Z寄存器。 ALU支持寄存器之間以及寄存器和常數(shù)之間的算術(shù)和邏輯運算。ALU也可以執(zhí)行單寄存器操作。運算完成之后狀態(tài)寄存器的內(nèi)容得到更新以反映操作結(jié)果。程序流程通過有/無條件的跳轉(zhuǎn)指令和調(diào)用指令來控制，從而直接尋址整個地址空間。大多數(shù)指令長度為16 位，亦即每個程序存儲器地址都包含一條16 位或32 位的指令。 程序存儲器空間分為兩個區(qū)：引導(dǎo)程序區(qū)(Boot區(qū))和應(yīng)用程序區(qū)。這兩個區(qū)都有專門的鎖定位以實現(xiàn)讀和讀/寫保護。用于寫應(yīng)用程序區(qū)的SPM 指令必須位于引導(dǎo)程序區(qū)。 在中斷和調(diào)用子程序時返回地址的程序計數(shù)器(PC) 保存于堆棧之中。堆棧位于通用數(shù)據(jù)SRAM，因此其

53、深度僅受限于SRAM 的大小。在復(fù)位例程里用戶首先要初始化堆棧指針SP。這個指針位于I/O 空間，可以進行讀寫訪問。數(shù)據(jù)SRAM 可以通過5 種不同的尋址模式進行訪問。 AVR 存儲器空間為線性的平面結(jié)構(gòu)。 AVR有一個靈活的中斷模塊。控制寄存器位于I/O空間。狀態(tài)寄存器里有全局中斷使能位。每個中斷在中斷向量表里都有獨立的中斷向量。各個中斷的優(yōu)先級與其在中斷向量表的位置有關(guān)，中斷向量地址越低，優(yōu)先級越高。I/O 存儲器空間包含64 個可以直接尋址的地址，作為CPU 外設(shè)的控制寄存器、SPI，以及其他I/O功能。映射到數(shù)據(jù)空間即為寄存器文件之后的地址0 x20 - 0 x5F。 3.5 紅外傳感

54、器本設(shè)計中使用的是HJ-IR2不怕光紅外傳感器，在室外陽光直射下也能正常工作。模塊主要由2個信號強度可調(diào)電位，一個電壓比較器，2個紅外發(fā)射頭，LED信號指示燈組成。該傳感器相當(dāng)于紅外電子開關(guān)，平時是高電平，當(dāng)檢測到障礙時，紅外接收管接收到紅外管發(fā)出的紅外信號，經(jīng)集成的芯片放大、比較后，輸出一個低電平，并且點亮模塊上的LED發(fā)光管，同時可以輸出一個低平信號，信號可以作為單片機的信號輸入檢測控制外部各種驅(qū)動模塊之用。模塊是三線制，VCC為電源+5V，OUT為信號輸出端，GND接電源負(fù)極。3.5.1 紅外傳感器概述紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng)，按照功能可分成五類, 按探測機理可分成為光子探

55、測器和熱探測器. 紅外傳感技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類：（1）輻射計，用于輻射和光譜測量；（2）搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對它的運動進行跟蹤；熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個目標(biāo)紅外輻射的分布圖像；紅外測距和通信系統(tǒng)；（5）混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個或者多個的組合。紅外傳感器根據(jù)探測機理可分成為：光子探測器（基于光電效應(yīng)）和熱探測器（基于熱效應(yīng)）。由于紅外傳感器的優(yōu)越性能，人們越來越多的應(yīng)用這種探測器，而且對它的要求也越來越高。它的紅外吸收和探測率要高，相應(yīng)時間要短，而且，隨著越

56、來越廣泛的應(yīng)用，我們要求增大紅外傳感器的響應(yīng)波長，探測器波長趨向長波段。根據(jù)上述要求，紅外傳感器會隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，從單一元件、單一功能向集成化、多功能化方向發(fā)展。另外，由于雙色及多色探測器具有較好的抗干擾能力，能獲得精確可靠的目標(biāo)信息，今后這種探測器可能會更加引起人們的關(guān)注。此外，紅外傳感器還趨向于對原有探測器的改進、對新的制作材料的開發(fā)、以及向紅外焦平面陣列的高密集度方面的發(fā)展。這方面的研究者和學(xué)者正在向這些方向努力研究，相信隨著時間的推移會有更多更好的材料應(yīng)用于紅外傳感器的制作中來，更多類型的紅外傳感器應(yīng)用于更加廣泛的領(lǐng)域。3.5.2 紅外線傳感器的分類紅

57、外線傳感器依動作可分為:(1)將紅外線一部份變換為熱，藉熱取出電阻值變化及電動勢等輸出信號之熱型。(2)利用半導(dǎo)體遷徙現(xiàn)象吸收能量差之光電效果及利用因PN 接合之光電動勢效果的量子型。 熱型的現(xiàn)象俗稱為焦熱效應(yīng)，其中最具代表性者有測輻射熱器 (Thermal Bolometer)，熱電堆(Thermopile)及熱電(Pyroelectric)元件。熱型及量子型的一般特征如表3-3所示，在此僅就熱型之熱電型紅外線傳感器加以說明。也叫熱釋紅外線傳感器。表3-3 紅外線熱型、量子型比較優(yōu)點缺點熱型常溫動作波長依存性(波長不同感度有很大之變化者)并不存在便宜感度低響應(yīng)慢(mS之譜)量子型感度高響應(yīng)快

58、速(S 之譜)必須冷卻(液體氮氣)有波長依存性價格偏高 此傳感器特別是利用遠(yuǎn)紅外線范圍的感度做為人體檢出用，如圖3-6所示紅外線的波長比可見光長而比電波短。紅外線讓人覺得只由熱的物體放射出來，可是事實上不是如此，凡是存在于自然界的物體，如人類、火、冰等等全部都會射出紅外線，只是其波長因其物體的溫度而有差異而已。例如圖3-6中，人體的體溫約為3637，所放射出峰值為910m的遠(yuǎn)紅外線，另外加熱至400700的物體，可放射出峰值為35m 的中間紅外線。圖3-6 溫度不同紅外線波長的差異3.5.3 熱電型紅外線傳感器原理首先介紹熱電效果，如圖3-7所示，感知組件系使用PZT(鈦酸鋯酸鉛系陶瓷體)強介

59、質(zhì)陶瓷體，在感知組件施加高壓電(3KV5KV/mm)而分極之，藉這種方法，組件表面顯現(xiàn)的正負(fù)電荷會和空氣中相反之電荷結(jié)合而呈電氣中和狀，如圖3-7（1）、3-7（2）所示。當(dāng)組件的表面溫度變化時， 感知組件分極的大小會隨著溫度變化而變化，因此穩(wěn)定時之電荷中和狀態(tài)就崩潰，而感知組件表面電荷與吸著雜散電荷的緩和時間不同，所以會形成電氣上的不平衡，而產(chǎn)生沒有配對的電荷，如圖3-7（3）所示。像這種因溫度變化而產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為熱電效果，設(shè)若產(chǎn)生之電荷為，溫度變化為，則(庫侖)，就是熱電系數(shù)。圖3-7熱電型紅外線傳感器的原理3.5.4 紅外傳感的應(yīng)用分析紅外傳感器技術(shù)是近年來發(fā)展最快的技術(shù)之一，紅外傳

60、感器目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、天文、氣象、軍事、工業(yè)和民用等眾多領(lǐng)域，起著不可替代的重要作用。紅外線，實質(zhì)上是一種電磁輻射波，其波長范圍大致在0.78m1000m頻譜范圍內(nèi)，因其是位于可見光中紅光以外的光線，故而得名為紅外線。任何溫度高于絕對零度的物體，都會向外部空間以紅外線的方式輻射能量。利用紅外輻射實現(xiàn)相關(guān)物理量測量的傳感技術(shù)，即為紅外傳感技術(shù)。光子式紅外傳感器是利用紅外輻射的光子效應(yīng)而進行工作的傳感器。所謂光子效應(yīng)，是指當(dāng)有紅外線入射到某些半導(dǎo)體材料上時，紅外輻射中的光子流與半導(dǎo)體材料中的電子相互作用，改變了電子的能量狀態(tài)，從而引起各種電學(xué)現(xiàn)象。通過測量半導(dǎo)體材料中電子性質(zhì)的變化，就可以