項(xiàng)目七機(jī)器車中檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)電一體化系統(tǒng)授課老師：熊小明2015年5月27日(a)遙控賽車(b)智能小車思考：兩者有何差別？7.1光電傳感器計(jì)數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.4基于DS18B20溫度傳感器的測溫電路設(shè)計(jì)7.3灰度傳感器尋跡電路設(shè)計(jì)項(xiàng)目七機(jī)器車中檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）掌握機(jī)器車中檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。（2）掌握各檢測傳感器的種類及其工作原理（3）熟悉機(jī)電產(chǎn)品常用的檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法本章的重點(diǎn):系統(tǒng)（計(jì)數(shù)、測距、尋跡、測溫、測力、測速）的工作原理、控制硬件和控制程序的設(shè)計(jì)本章的難點(diǎn):系統(tǒng)（計(jì)數(shù)、測距、尋跡、測溫、測力、測速）的控制硬件設(shè)計(jì)和控制程序設(shè)計(jì)7.1光電傳感器計(jì)數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.1.1設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備一、任務(wù)簡介：基于51單片機(jī)，通過光電傳感器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，繪制硬件電路并編制控制程序。計(jì)數(shù)功能是指當(dāng)產(chǎn)品通過傳感器時(shí)，被傳感器檢測到，并將計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)自動(dòng)加1；二、任務(wù)目標(biāo)：（1）掌握光電傳感器的工作原理；（2）熟悉基于51單片機(jī)的光電傳感器計(jì)數(shù)控制電路（3）掌握基于51單片機(jī)的光電傳感器計(jì)數(shù)的程序編制7.1光電傳感器計(jì)數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、相關(guān)知識(shí)（1）光電傳感器的工作原理光電傳感器(光電開關(guān))有光束發(fā)射端和接收端，如發(fā)射端與接收端位于同一側(cè)，產(chǎn)品通過時(shí)就會(huì)將發(fā)射的光束反射回來，被接收端接收到，開關(guān)狀態(tài)改變，即紅外接收電路輸出口將產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)，這個(gè)信號(hào)將供給單片機(jī)的I/0口進(jìn)行計(jì)數(shù)控制。計(jì)數(shù)控制部分是將計(jì)數(shù)脈沖送入單片機(jī)中斷入口的INTO(INTl)入口，經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部對(duì)這個(gè)中斷信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。如傳感器的發(fā)射端與接收端相對(duì)，產(chǎn)品通過它們之間時(shí)，光線被遮，同樣可以改變開關(guān)狀態(tài)。如圖7.1.1所示。7.1光電傳感器計(jì)數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（a）光電傳感器工作原理示意圖（b）對(duì)射式光電傳感器工作示意圖（c）漫反射式光電傳感器工作示意圖7.1.1光電傳感器工作原理圖（c）鏡面反射式光電傳感器工作示意圖（e）聚光型反射式光電傳感器工作示意圖7.1光電傳感器計(jì)數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（2）光電傳感器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)1）組成：光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成，實(shí)物圖如圖7.1.2所示。2）特點(diǎn)：光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸的優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。7.1.2光電傳感器實(shí)物圖7.1光電傳感器計(jì)數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.1.2光電傳感器計(jì)數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、控制電路設(shè)計(jì)控制電路主要由紅外光電檢測電路、單片機(jī)系統(tǒng)、蜂鳴器報(bào)警電路、數(shù)碼顯示部分以及復(fù)位電路。控制電路組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖7.1.3所示。STC89C51單片機(jī)蜂鳴器報(bào)警電路紅外光電檢測電路數(shù)碼管顯示電路復(fù)位電路7.1.3光電傳感器計(jì)數(shù)系統(tǒng)控制電路組成結(jié)構(gòu)示意圖7.1光電傳感器計(jì)數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作過程：紅外傳感器感受到外界信息時(shí)，產(chǎn)生高低電平，通過軟件程序設(shè)置單片機(jī)內(nèi)部寄存器，當(dāng)傳感器的高低脈沖被單片機(jī)接收到時(shí)，單片機(jī)產(chǎn)生中斷，中斷產(chǎn)生后進(jìn)入中斷服務(wù)程序，通過設(shè)置中斷服務(wù)程序進(jìn)行計(jì)數(shù)，并通過單片機(jī)I/O將計(jì)數(shù)信息傳送至數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)。當(dāng)需要置位時(shí)，則按下復(fù)位開關(guān)，計(jì)數(shù)器清零，數(shù)碼管顯示清零，重新開始計(jì)數(shù)?？刂齐娐啡鐖D7.1.4所示。7.1光電傳感器計(jì)數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.1.4光電傳感器計(jì)數(shù)系統(tǒng)控制電路7.1光電傳感器計(jì)數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、控制程序設(shè)計(jì)外部中斷TO初始化后處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)其中斷標(biāo)志有效時(shí)進(jìn)行加計(jì)數(shù)，外部中斷TO進(jìn)行加計(jì)數(shù)且判斷計(jì)數(shù)器是否達(dá)到設(shè)定值10，若等于設(shè)定值10，則蜂鳴器報(bào)警，然后判斷計(jì)數(shù)值是否達(dá)到設(shè)定值100，若等于100，則計(jì)數(shù)清零。最后將計(jì)數(shù)值通過數(shù)碼管顯示，其流程如圖7.1.5所示。控制程序包括：延時(shí)函數(shù)、顯示函數(shù)、主函數(shù)以及中斷函數(shù)7.1.5光電傳感器計(jì)數(shù)系統(tǒng)控制程序框圖7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.2.1設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備一、任務(wù)簡介：利用超聲波傳感器工作原理，繪制超聲波傳感器測距電路，并編寫控制程序二、任務(wù)目標(biāo)：（1）熟悉超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理（2）掌握利用超聲波傳感器測距電路的設(shè)計(jì)及其程序的編制7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、相關(guān)知識(shí)（1）超聲波傳感器簡介1）超聲波超聲波是指頻率高于20kHz的機(jī)械波。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠(yuǎn)。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器。7.2.1超聲波的常見應(yīng)用2）超聲波的結(jié)構(gòu)為了以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波，完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱其為超聲波換能器或超聲波探頭，外形如圖7.2.2所示。7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.2.2超聲波傳感器外形圖7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)3）超聲波傳感器的工作過程超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個(gè)超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收超聲波的雙重作用。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換聲波信號(hào)，發(fā)射超聲波;而在收到回波的時(shí)候，則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，具體如圖7.2.2所示。7.2.2超聲波傳感器工作過程示意圖4）壓電式超聲波換能器的結(jié)構(gòu)及其工作過程壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的，其轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)如圖7.2.3所示。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板，當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，且其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器;反之，如果兩電極間未外加電壓，則當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片做振動(dòng)，并將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.2.3壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu)示意圖（2）超聲波傳感器測距工作原理超聲波測距的原理一般采用渡越時(shí)間法TOF(TitheOfFlight)。發(fā)射點(diǎn)距物體距離S：S=Cm×（t/2）其中：Cm-超聲波在空氣中的傳播速度，值為331.45m/s。t-從發(fā)射超聲波到接收超聲波的時(shí)間，若由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，且晶振頻率為12MHz，最小測量精度可達(dá)到毫米級(jí)。注意：超聲波速度還和溫度、氣流等因素相關(guān)，具體為Cm=20（273+T）1/2其中：T-工作時(shí)環(huán)境溫度，單位為℃Cm-超聲波傳播速度7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖7.2.4超聲波傳感器測距工作原理示意圖7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)氣流和正對(duì)物體的反射角度對(duì)超聲波傳感器工作特性的影響，如圖7.2.5所示圖7.2.5氣流和正對(duì)物體的反射角度對(duì)超聲波傳感器工作特性的影響示意圖7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)（3）超聲波傳感器測距硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和綜合各方面要求，可以采用51單片機(jī)作為主控制器，用動(dòng)態(tài)掃描發(fā)實(shí)現(xiàn)LED數(shù)字顯示，超聲波驅(qū)動(dòng)信號(hào)用單片機(jī)的定時(shí)器完成，超聲波測距硬件系統(tǒng)框圖如圖7.2.6所示。超聲波接收超聲波發(fā)送單片機(jī)控制器LED顯示掃描驅(qū)動(dòng)圖7.2.6超聲波測距硬件系統(tǒng)框圖7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.2.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件電路部分主要由單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分組成。采用51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)CX20106A紅外接收芯片和TCT40-10系列超聲波轉(zhuǎn)換模塊的控制。單片機(jī)通過P1.0引腳經(jīng)反相器來控制超聲波的發(fā)送，然后不停地檢測INTO引腳，當(dāng)INTO引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時(shí)間，通過換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離。其工作示意圖如圖7.2.7所示。7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)定時(shí)器單片機(jī)顯示器調(diào)制器振蕩器超聲波發(fā)射器計(jì)時(shí)器接收檢測超聲波接收器圖7.2.7基于單片機(jī)超聲波傳感器測距工作原理示意圖7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)采用89C52,采用12MHz高精度的晶振，以便于獲得較為穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率，減少測量誤差。單片機(jī)P1.0口輸出超聲波轉(zhuǎn)化器所需的40KHz方波信號(hào)，利用外中斷0口檢測超聲波接收電路輸出的返回信號(hào)。圖7.2.8單片機(jī)系統(tǒng)電路圖（2）顯示電路采用簡單實(shí)用的4位共陽LED數(shù)碼管，段碼用74LS245N驅(qū)動(dòng)，位碼用PNP三極管驅(qū)動(dòng)7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖7.2.10顯示電路7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)（3）超聲波發(fā)射電路

發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，單片機(jī)P1.0端口輸出的40kHz的方波信號(hào)，一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極;另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極。用這種推換形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻R10,R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力;另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。圖7.2.11超聲波發(fā)射電路圖7.2.12超聲波檢測接收電路7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)（3）超聲波檢測接收電路集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測距的超聲波頻率40kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路，如圖7.2.9所示。實(shí)驗(yàn)證明，用CX20106A接收超聲波(無信號(hào)時(shí)輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。適當(dāng)更改電容C9的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)超聲波測距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道C語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測距儀的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算(計(jì)算距離時(shí))，又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間(超聲波測距時(shí))，所以控制程序可采用C語言和匯編語言混合編程。程序流程框圖如圖7.2.13所示。圖7.2.13程序流程框圖7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）超聲波測距系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INTO或INT1端產(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)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)（2）超聲波測距系統(tǒng)超聲波發(fā)生和接收程序超聲波發(fā)生子程序的作用是通過P1.0端口發(fā)送兩個(gè)左右信號(hào)頻率約40kHz的方波，脈沖寬度為12μs左右，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波測距器主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號(hào)，一旦接收到返回超聲波信號(hào)(INTO引腳出現(xiàn)低電平)，立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入該中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，并將測距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測到超聲波返回信號(hào)，則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測距不成功。三、系統(tǒng)調(diào)試超聲波測距儀的制作和調(diào)試都比較簡單，其中超聲波發(fā)射和接收采用Φ15的超聲波換能器TCT40-10F1(T發(fā)射)和TCT40-10S1(R接收)，其中心頻率為40kHz,安裝時(shí)應(yīng)保持兩換能器中心軸線平行并相距4-8cm，其余元件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。硬件電路制作完成并調(diào)試好后，便可將程序編譯好，并下載到單片機(jī)試運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際情況可以修改超聲波發(fā)生子程序每次發(fā)送的脈沖寬度和兩次測量的間隔時(shí)間，以適應(yīng)不同距離的測量需要。系統(tǒng)調(diào)試完后應(yīng)對(duì)測量誤差和重復(fù)一致性進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)分析，不斷優(yōu)化系統(tǒng)，使其達(dá)到實(shí)際使用的測量要求7.2超聲波傳感器測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.3灰度傳感器尋跡電路設(shè)計(jì)7.3.1設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備一、任務(wù)簡介：基于51單片機(jī)，設(shè)計(jì)一個(gè)利用灰度傳感器實(shí)現(xiàn)智能小車尋跡系統(tǒng)，包括繪制電路圖以及編制程序二、任務(wù)目標(biāo)：（1）掌握灰度傳感器的結(jié)構(gòu)及其工作原理；（2）掌握灰度傳感器尋跡工作原理（3）掌握利用灰度傳感器尋跡功能的程序編制三、相關(guān)知識(shí)（1）灰度傳感器簡介1）用途

灰度檢測傳感器主要用于檢測不同顏色的灰度值，例如在滅火比賽中判斷門口白線、在足球比賽中判斷機(jī)器人在場地中的位置。在各種軌跡比賽中沿黑線行走等。2）結(jié)構(gòu)

灰度傳感器是模擬傳感器，有一只發(fā)光二極管和一只光敏電阻，安裝在同一面上，結(jié)構(gòu)如圖7.3.1所示。7.3灰度傳感器尋跡電路設(shè)計(jì)圖7.3.1灰度傳感器的結(jié)構(gòu)7.3灰度傳感器尋跡電路設(shè)計(jì)灰度傳感器的發(fā)光二極管發(fā)出一束白色光(BE一1112)或藍(lán)色光(BE113)，照到不同顏色的物體上，由于不同顏色對(duì)光線的吸收作用不一樣(總的來說，顏色越深，吸收越多，顏色越淺，吸收越少)，導(dǎo)致反射光線的強(qiáng)弱不同。對(duì)于黑色之類顏色比較深的物體，反射信號(hào)比較弱，因而輸出電平較低;對(duì)于自色之類顏色比較淺的物體，反射信號(hào)比較強(qiáng)，因而輸出電平比較高。通過對(duì)輸出電平的測量比較，機(jī)器人就能判別物體顏色的深淺。電路中包含了穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)，因此工作的電源范圍比較寬，并且能克服電源電壓波動(dòng)對(duì)電路的影響。7.3灰度傳感器尋跡電路設(shè)計(jì)3）工作原理

灰度傳感器利用光敏電阻對(duì)不同檢測路面返回光的阻值不同的原理進(jìn)行顏色深淺檢測。在有效的檢測距離內(nèi)，發(fā)光二極管發(fā)出白光，照射在檢測面上，檢測面反射部分光線，光敏電阻檢測此光線的強(qiáng)度并將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器人可以識(shí)別的信號(hào)。其原理如圖7.3.2所示。圖7.3.2灰度傳感器的原理圖7.3灰度傳感器尋跡電路設(shè)計(jì)（2）灰度傳感器使用時(shí)注意事項(xiàng)1)檢測面的材質(zhì)不同一也會(huì)引起其返回值的差異。2)外界光線的強(qiáng)弱對(duì)其影響非常大，會(huì)直接影響到檢測效果，在對(duì)具體項(xiàng)目檢測時(shí)注意包裝傳感器，避免外界光的干擾。3)根據(jù)它的工作原理—光敏元件根據(jù)檢測面反射回來的光線強(qiáng)度，來確定其檢測面顏色的深淺。因此，測量的準(zhǔn)確性和傳感器到檢測面的距離是有直接關(guān)系的。當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)體的震蕩同樣會(huì)影響其測量精度。（3）灰度傳感器調(diào)節(jié)方法灰度傳感器上無信號(hào)指示燈，但是配有檢測顏色返回模擬量大小的調(diào)節(jié)器。欲使檢測給定的顏色時(shí)，可以將發(fā)射或接收頭置于給定顏色處，配合調(diào)節(jié)器即可調(diào)出合適的返回模擬量。檢測顏色越淺，返回值越小。將調(diào)節(jié)器逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，返回模擬量變大;將調(diào)節(jié)器順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，返回模擬量變小?？梢砸恢闭{(diào)節(jié)直到需要的數(shù)值為止。若需要準(zhǔn)確的模擬量，可以用程序在液晶屏幕上顯示，配合調(diào)節(jié)器即可調(diào)出準(zhǔn)確的模擬量。用螺絲刀旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器時(shí)，不要旋得太快，也不要旋得太用力，以防旋壞，在發(fā)現(xiàn)旋不動(dòng)時(shí)，應(yīng)馬上停止。7.3灰度傳感器尋跡電路設(shè)計(jì)7.3灰度傳感器尋跡電路設(shè)計(jì)7.3.2尋跡系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）硬件設(shè)置在機(jī)器人底部左右兩側(cè)安裝兩個(gè)地面灰度傳感器，固定好，且離地面5~10mm，機(jī)器人尋跡時(shí)檢測地面灰度并把黑色的預(yù)設(shè)值設(shè)置為大于180,自色值為80左右，在程序設(shè)計(jì)時(shí)，取80~180的中間值130作為判斷黑自色的條件，即灰度傳感器測得的值小于130，則為自色;測得的值大于130，則為黑色。有色軌跡灰度傳感器圖7.3.3灰度傳感器布置示意圖有色軌跡有色軌跡7.3灰度傳感器尋跡電路設(shè)計(jì)（2）程序設(shè)計(jì)程序初始化后進(jìn)入循環(huán)掃描，首先判定右側(cè)傳感器是否壓到黑線(大于130)，若壓到黑線(為真)，則說明小車左偏，控制小車向右轉(zhuǎn)。若沒有壓到黑線(為假)，再判斷左側(cè)傳感器是否壓到黑線，若壓到黑線(為真)則說明小車右偏，控制小車左轉(zhuǎn);若沒有壓到黑線說明小車姿態(tài)正確，小車直行。其控制程序流程如圖7.3.4所示。圖7.3.4尋跡程序流程圖7.3灰度傳感器尋跡電路設(shè)計(jì)部分程序如下：#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintright_red=P1^4;//定義右側(cè)傳感器輸入端口為P1.4left_red=P1^5;//定義右側(cè)傳感器輸入端口為P1.5voidturn_right()//右轉(zhuǎn)函數(shù)｛省略｝voidturn_left()//左轉(zhuǎn)函數(shù)｛省略｝voidstraight()//直行函數(shù)｛省略｝voidinfrared()//尋跡函數(shù)｛ucharflag；//定義信號(hào)7.3灰度傳感器尋跡電路設(shè)計(jì)if（right_red==1）//右側(cè)傳感器壓黑線{flag=1;}elseif(left_red==1)//左側(cè)傳感器壓黑線{flag=2;}elseif((left_red==0)&&(right_red==0))//左右傳感器均未壓黑線{flag=3;}switch(flag){case1:turn_right();//跳轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)函數(shù)break;case2:turn_left();//跳轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)函數(shù)break;case3:straight()//跳轉(zhuǎn)直行函數(shù)break;}｝voidmain（）｛init（）；//調(diào)用初始化函數(shù)while（1）//循環(huán)掃描｛infrared（）；//調(diào)用尋跡函數(shù)｝｝7.3灰度傳感器尋跡電路設(shè)計(jì)7.4基于DS18B20溫度傳感器的測溫電路設(shè)計(jì)7.4.1設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備1.任務(wù)簡介設(shè)計(jì)基于DS18B20的測溫控制電路，并編寫程序。2.任務(wù)目標(biāo)(1)熟悉DS18B20溫度傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。(2)掌握利用DS18B20測溫控制電路的設(shè)計(jì)。(3)掌握利用DS18B20測溫電路控制程序的編寫。7.4基于DS18B20溫度傳感器的測溫電路設(shè)計(jì)3.相關(guān)知識(shí)（1）DS18B20傳感器簡介美國Dallys半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)，“一線總線”獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。D518B20可以通過程序設(shè)定9一12位的分辨率，也可選更小的封裝方式和更寬的電壓適用范圍，用戶設(shè)定的報(bào)警溫度可存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后依然保存?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。其適合于惡劣環(huán)境現(xiàn)場溫度的測量，如環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制和測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。7.4基于DS18B20溫度傳感器的測溫電路設(shè)計(jì)（2）DS18B20溫度傳感器的主要特性。①適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍為3.0~5.5V，在寄生電源方式下還可由數(shù)據(jù)線供電。②獨(dú)特的單線接u方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條總線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。③DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，并進(jìn)行多點(diǎn)測溫。④DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。⑤溫度測量范圍為一55℃一+125℃，在一10℃~+85℃時(shí)精度為±0.5℃。⑥可編程的分辨率為9~12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。⑦在9位分辨率時(shí)，最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在12位分辨率時(shí)，最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，速度快。⑧測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行方式傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。⑨負(fù)壓特性:當(dāng)電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。7.4基于DS18B20溫度傳感器的測溫電路設(shè)計(jì)（3）DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成:64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)性的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL,配置寄存器。D518B20的外形及管腳排列如圖7一19所示。DS18B20引腳定義:①DQ為數(shù)字信號(hào)輸入或輸出端。②CND為電源地線。③VDD為外界供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時(shí)接地)。7.4基于DS18B20溫度傳感器的測溫電路設(shè)計(jì)（4）DS18B20測溫原理。DS18B20測溫原理如圖7-20所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)，并送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在一55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值上。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減