遙控啟停電動車-哈爾濱工程大學(xué).doc

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黑龍江省大學(xué)生電子設(shè)計競賽設(shè)計報告 密號： （密號由組委會填寫） （以下內(nèi)容由參賽隊自行填寫，注意自己工整） 黑龍江省大學(xué)生電子設(shè)計競賽設(shè)計報告 題 目： 遙控啟停電動車 學(xué) 校： 哈爾濱工程大學(xué) 參賽隊員姓名：徐銘澤 ，武明西 ，范展 有效聯(lián)系方式： 13946134770 目錄 摘要和關(guān)鍵詞（中文）…………………………………………………………….1 第一部分 設(shè)計任務(wù)及要求 一、任務(wù)……………………………………………………………………………2 二、要求……………………………………………………………………………2 第二部分 方案分析與論證 一、主控系統(tǒng)分析與論證…………………………………………………………2 二、機械系統(tǒng)分析與論證…………………………………………………………4 三、電機驅(qū)動模塊分析與論證……………………………………………………5 四、遙控系統(tǒng)分析與論證…………………………………………………………5 五、傳感器系統(tǒng)分析與論證………………………………………………………7 六、里程檢測模塊分析與論證……………………………………………………10 第三部分 系統(tǒng)原理框圖……..……………………………………………………11 第四部分 系統(tǒng)硬件設(shè)計 一、前輪電機驅(qū)動模塊設(shè)計..……………………………………………………12 二、后輪電機驅(qū)動模塊設(shè)計..……………………………………………………13 三、紅外遙控模塊..………………………………………………………………14 四、避障模塊.……..…………………………………………………………… 16 第五部分 系統(tǒng)軟件設(shè)計 一、程序總體流程圖………………………………………………………………19 二、各個功能模塊流程圖…………………………………………………………20 第六部分 系統(tǒng)組裝、調(diào)試與測試 第七部分 附加功能 一、語音控制.……..………………………………………………………………23 二、運動軌跡顯示.……..…………………………………………………………25 附錄 附錄A 電原理圖 附錄B PCB板圖 附錄C 程序清單 參考文獻……………………………………………..30 摘 要 本次設(shè)計的遙控啟停電動車，采用AT89C52作為小車的檢測和控制核心。根據(jù)題目設(shè)定的行進軌跡及具體要求，采用紅外傳感器進行里程統(tǒng)計，超聲波及紅外傳感器進行目標識別與避障；采用步進電機對車的轉(zhuǎn)向進行控制，實現(xiàn)精準定位；此外，由發(fā)光管給出指示信號。最后，車行駛中的各種功能控制由軟件實現(xiàn)，同時采用紅外遙控方式控制小車的啟動、停止及狀態(tài)轉(zhuǎn)換，其中紅外發(fā)射部分加入凌陽聲控系統(tǒng)，實現(xiàn)語音控制。本次設(shè)計基于完備的軟硬件系統(tǒng)，很好的實現(xiàn)了小車語音遙控、自動行駛、自動避障，里程統(tǒng)計并發(fā)出指示信息等功能。 關(guān)鍵詞： AT89C52 紅外傳感器 超聲波傳感器 語音遙控 凌陽61板聲控系統(tǒng) Abstract With the development of the science, auto-control has won the majority of the market, moreover, it is said that the auto-machine will take the place of the human being to fulfill the dangerous mission in the specified circumstance. So it will play an important role in the future of the world. For this system, we select the MCU and the varieties of sensors, which include infrared sensor, light sensor, are used to control the small car to realize the auto-adaptation 、searching 、and counting. At the same time , we use the 16-bit sound controller of SPCE061A as an input of our remote controller to fulfill the function of voice auto-control. Keywords: MCU sensor SPCE061A 第一部分 設(shè)計任務(wù)與要求： 一、任務(wù)： 設(shè)計并制作一個遙控啟停電動車，可按規(guī)定線路和要求行駛。 二、 要求： 1）電動車的啟停為遙控方式，聲、光、電磁波等不限，遙控電路不得采用成品。 2）電動車一旦啟動后，由程序完成多種行走方式。例如前進、后退、正8字行走、反8字行走等為基本類型，其他行走方式自定。 3）其他功能。如前方有障礙物的避讓、后退時有障礙物的識別，自行決定增加與否。 4）車體尺寸以一般玩具車為限。 第二部分 方案的分析與論證： 一、主控系統(tǒng)分析與論證： 根據(jù)設(shè)計要求，我們認為此設(shè)計屬于多輸入量的復(fù)雜程序控制問題。據(jù)此，我們擬定了以下三種方案并進行了綜合的比較論證，具體如下： 方案一：僅采用CPLD作為核心部件的方案 如圖2.1.1所示：選用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作為系統(tǒng)的核心部件，實現(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，可利用VHDL語言進行編寫開發(fā)。但CPLD在控制上較單片機有較大的劣勢。同時，CPLD的處理速度非?？?，而小車的行進速度不可能太高，那么對系統(tǒng)處理信息的要求也就不會太高，在這一點上，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，進而提出了第二種設(shè)想。 里程檢測 紅外遙控 障礙檢測 CPLD 避開障礙 顯示行駛里程、時間等 指示燈 顯示行駛路線 圖2.1.1 僅以CPLD為核心部件的原理圖 方案二、僅采用單片機作為核心部件的方案 圖2.1.2 僅以單片機為核心部件的原理圖 單片機 里程檢測 紅外遙控 障礙檢測 避開障礙 顯示行駛里程、時間等 指示燈 顯示行駛路線 如圖2.1.2所示：我們采用單片機作為整個系統(tǒng)的核心，用其控制行進中的小車，以實現(xiàn)其既定的性能指標。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實現(xiàn)小車的自動控制，而在這一點上，單片機就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢——控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優(yōu)點。因此，這種方案是一種較為理想的方案，但是在實際應(yīng)用中，由于該系統(tǒng)所需用到的傳感器數(shù)目較多，需要處理的敏感量較多，很有可能會引來單片機資源不足的問題，于是，我們又提出了第三種解決問題的方案。 方案三、采用單片機與CPLD聯(lián)合控制的方案 如圖2.1.3所示：利用CPLD的高速精準的計數(shù)特點進行計數(shù)以向單片機給出信號以得出準確的里程、時間數(shù)值，大大節(jié)省了單片機的資源以做控制之用，同時可以在很大程度上減小MCU的程序量。該系統(tǒng)綜合了MCU及CPLD的優(yōu)勢，是三個方案中效果最好的一個方案。但是此系統(tǒng)有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，且開發(fā)周期較長的缺點，在充分考慮到系統(tǒng)的需要及開發(fā)周期的情況下，我們決定選用第二種方案，即“僅采用單片機作為核心部件的方案”。 圖2.1.3 單片機與CPLD聯(lián)合控制的原理圖 單片機 里程檢測 紅外遙控 障礙檢測 避開障礙 顯示行駛里程、時間等 指示燈 顯示行駛路線 CPLD 針對本設(shè)計特點——多開關(guān)量輸入的復(fù)雜程序控制系統(tǒng)，我們需要擅長處理多開關(guān)量的標準單片機，而不能用精簡I/O口和程序存儲器的小體積單片機，D/A、A/D功能也不必選用。根據(jù)這些分析我們選定了AT89C52單片機作為本設(shè)計的主控裝置，52單片機具有功能強大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，程序空間多達4K，對于本設(shè)計也綽綽有余，更可貴的是52單片機價格非常低廉。 在綜合考慮了傳感器、兩部電機（用于步進電機控制、一部用于直流電機控制）的驅(qū)動、顯示和遙控接收等諸多因素后，我們決定采用一片單片機，充分利用AT89C52單片機的資源。 二、機械系統(tǒng)分析與論證： 本題目要求小車的機械系統(tǒng)穩(wěn)定、簡單，而四輪運動系統(tǒng)具備以上特點。因此我們選用市售玩具汽車的運動系統(tǒng)并進行了改裝： 1、驅(qū)動部分：由于玩具汽車的直流電機功率較小，而小車上裝有電池、電機、電子器件等，使得電機負擔較重。為使小車能夠順利啟動，且運動平穩(wěn)，在直流電機和后輪車軸之間加裝了三級減速齒輪。 電機 2、轉(zhuǎn)向部分：由于市售玩具車前輪轉(zhuǎn)向是使用玩具電機摩擦離合來完成的，不能精細調(diào)整轉(zhuǎn)彎角度，故要對其進行改造。首先將直流電機改為步進電機，其特點是可以精確控制轉(zhuǎn)向角度。由于市場上所見的步進電機大都體積較大，驅(qū)動部分復(fù)雜，不適合本車使用。而軟驅(qū)的來尋道電機具有體積小，有專門驅(qū)動芯片的特點，適合本系統(tǒng)。原理如圖2.2.1： 左前輪 右前輪 連桿 圖2.2.1 轉(zhuǎn)向機械原理 3、車體：由于小車底盤為塑料材質(zhì)，裝上各種部件后會出現(xiàn)塌肚現(xiàn)象，所以在小車底面用兩根鋁條固定。將電池放置在后輪的正上方，以避免車體中部承受過多壓力，同時可增加驅(qū)動輪的抓地力，減小輪子空轉(zhuǎn)所引起的誤差。 三、電機驅(qū)動模塊分析與論證： 1、后輪電機驅(qū)動模塊 方案一：使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，成本低，加速能力強，但功率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)距運行時，通過電阻R的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大。 方案二：采用繼電器對電動機的開或關(guān)進行控制,通過開關(guān)的切換對小車的速度進行調(diào)整.此方案的優(yōu)點是電路較為簡單,缺點是繼電器的響應(yīng)時間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。 方案三：通過PWM脈寬調(diào)制的方法,實現(xiàn)對小車速度的控制。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，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點。 因此決定采用PWM脈寬調(diào)制的方法控制直流電機。 2、轉(zhuǎn)向控制模塊 方案一：采用普通電機控制電動機的轉(zhuǎn)向,雖然此種電機的控制很簡單,但是其不能實現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)向,不能達到本系統(tǒng)的要求。 方案二：用步進電機來控制電動車的轉(zhuǎn)向,此方法的優(yōu)點是轉(zhuǎn)向算法易實現(xiàn)且能實現(xiàn)具體角度的轉(zhuǎn)向,可靠性較高。 四、遙控系統(tǒng)分析與論證： 遙控電路有多種方式，例如 超聲波、紅外、無線電等。因小車的避障系統(tǒng)要用到超聲波，所以初步計劃選用紅外或者無線電。下表是兩種方式的特點對比： 表一 紅外線與無線電的比較 紅外遙控 無線電遙控 遙控距離 2米~10米 幾十米~十幾公里 遙控條件 指向性較強，受障礙物阻的影響較大 指向性較差，受地形或障礙物阻擋的影響較小 干擾及抗干擾 對其它設(shè)備干擾小，本身抗干擾能力較強 對其它電子設(shè)備干擾大，本身抗干擾能力差 保密性 較強 較差 工作頻率 低，基帶信號傳送或低載頻調(diào)制傳送 高，射頻載波傳送，適于多種調(diào)制方式 無線電管理 利用紅外光傳送，無須申請頻點 利用電磁波傳送，必須利用業(yè)余頻段，占用一定的頻率資源，應(yīng)遵守無線電管理規(guī)定 制作難度 難度低，調(diào)整容易 難度高，特別是高頻電路制作與調(diào)試困難 成本 低 高 綜合考慮各種因素，我們決定采用紅外的方式： 方案一：采用單用戶、單通道遙控方式，原理如圖2.4.1： 信號處理電路 發(fā)射頭 接收頭 信號處理電路 圖2.4.1 單用戶、單通道方式 此種方式電路結(jié)構(gòu)簡單，是點對點控制。但有較大局限性，尤其是難以實現(xiàn)多功能遙控。由于本題要求遙控小車啟停，而且我們計劃增加許多控制功能，單用戶、單通道遙控方式難以實現(xiàn)。所以我們提出第二種方案： 方案二：采用多用戶、多通道遙控方式，原理如圖2.4.2： 編 碼 器 發(fā)射頭 接收頭 解 碼 器 鍵盤或控制信號 單片機 圖2.4.2 多用戶、多通道方式 其中編碼器選擇編碼專用芯片MC145026，解碼器選擇解碼專用芯片MC145027。系統(tǒng)工作原理如下： 解碼芯片振蕩器輸出經(jīng)4分頻電路送至并/串轉(zhuǎn)換電路作為時鐘，將輸入代碼移至三態(tài)編碼器，對輸入信號進行編碼。編碼器的輸入為邏輯“0”時，輸出為兩個窄脈沖；輸入為邏輯“1” 時，輸出為兩個寬脈沖；當輸入為開路時，輸出為一個寬脈沖和一個窄脈沖。為了紅外接收機能可靠的接收信息，每個數(shù)據(jù)字至少應(yīng)發(fā)送兩次。紅外接收管將光信號到電信號后，送至解碼芯片。串行數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)提取電路判別后與序列發(fā)生器產(chǎn)生的本地地址碼進行校驗，相符則將緊接著收到的碼加以比較，若相同則將數(shù)據(jù)碼轉(zhuǎn)移到鎖存器保留，直到新的數(shù)據(jù)代替它。 為了提高傳輸信號的抗干擾能力，還需將編碼信號調(diào)制在較高頻率的載波上發(fā)射。接收部分在收到信號送至解碼芯片解碼前必須解調(diào)。這里計劃采用1838紅外集成接收頭（將38KHz信號直接解調(diào)并放大輸出）。 綜上：遙控系統(tǒng)總原理圖如圖2.4.3： 編碼器 鍵盤或控制信號 調(diào) 制 發(fā)射頭 接收頭 解調(diào) 解碼器 單片機 圖2.4.3 遙控總原理圖 五、傳感器系統(tǒng)分析與論證： 分析題目可知，該系統(tǒng)要求運用多種傳感器，那么，傳感器的選取與應(yīng)用便成了系統(tǒng)功能實現(xiàn)與否的關(guān)鍵之所在。根據(jù)題目的具體要求，我們將所需的傳感器分為以下幾個類別： ①紅外傳感器；②超聲波傳感器 根據(jù)題目需采用不同的傳感器來實現(xiàn)各要求功能，在應(yīng)用傳感器時應(yīng)盡量減少數(shù)量，以在實現(xiàn)車各項功能基礎(chǔ)上，減少單片機的信息處理量。 1、前輪轉(zhuǎn)向中點校準模塊： 電機 欲使小車走出精確的直線，連桿必須在小車啟動前及轉(zhuǎn)向后回到兩輪之間的中點，為此我們提出以下兩種方案： 圖2.5.1 程序自主校準方案 方案一：轉(zhuǎn)向時由程序控制角度并記錄，欲回到中點時只需轉(zhuǎn)回相應(yīng)角度即可。缺點：初始中點無法控制，必須手動調(diào)到中點；若電機出現(xiàn)失步等現(xiàn)象，無法自動校正，由此引起的誤差很難消除。 圖2.5.2 遮擋校準方案 方案二：在中點處設(shè)一透射遮擋型紅外探測器（見圖2.5.2），當連桿回到中點處時，將紅外光遮擋，探測器輸出低電平；轉(zhuǎn)向時，連桿偏離，探測器輸出高電平。由此可精確定位。此種方法定位精確，可自動糾正步進電機失步及小車長時間運行的積累誤差，比之方案一有較大的優(yōu)越性。因此我們選擇此方案。 2、障礙檢測模塊傳感器的選擇： 方案一:反射式紅外發(fā)射—接收裝置，只有物體反射紅外光時才有信號輸入，其信號強度與小車距障礙物的距離成正比。因此可利用信號強度作為避障依據(jù)。紅外探測器驅(qū)動方式的選?。? 主動式紅外探測器常用的驅(qū)動方式可分為直流直接驅(qū)動方式和交流調(diào)制方式，直流直接驅(qū)動方式裝置簡單但檢測距離和抗干擾能力都比較差；交流調(diào)制方式由于可以采用交流耦合方式解決了放大器的直流漂移問題從而可以大大提高檢測的距離，同時由于環(huán)境光產(chǎn)生的干擾多數(shù)情況是信號的直流或低頻分量可以由濾波器加以隔絕，因此交流調(diào)試方式抗干擾能力也比較強，缺點是系統(tǒng)相對復(fù)雜。 為使小車能夠在一般光照條件下能夠有效避障，我們計劃選用抗干擾能力較強的交流調(diào)制工作方式。 方案二：采用反射式超聲波換能器，只有物體反射超聲波時才有信號輸入，測量發(fā)射接收信號間的時間差T2-T1，利用L=0.5V(T2-T1)得到障礙物的距離，將該信息送給單片機，單片機發(fā)出控制信號改變小車的轉(zhuǎn)向，使小車不與障礙物發(fā)生接觸。該方法適合較遠距離障礙物檢測。因此我們選用超聲波傳感器作為障礙物檢測系統(tǒng)。 超聲波探測器的選型： 超聲波探測技術(shù)主要用于中程測距、結(jié)構(gòu)探傷等領(lǐng)域，超聲波換能器是其核心部件，換能器按其工作介質(zhì)可分為氣相、液相和固相換能器；按其發(fā)射波束寬度可分為寬波束和窄波束換能器；按其工作頻率又可分為38KHz、40KHz等不同等級。按題目要求我們選用氣相、窄波束、40KHz的超聲波換能器。 用超聲波探測器測距的工作方式的選?。? 直接耦合信號 被測物反射信號 圖2.5.3 強度法示意圖 當利用超聲波探測器測距時常用二種方法——強度法和反射時間法，強度法是利用聲波在空氣中的傳輸損耗值來測量被測物的距離，被測物越遠其反射信號越弱，根據(jù)反射信號的強弱就可以知道被測物的遠近，但在使用這種方法時由于換能器之間的直接耦合信號很難消除，在放大器增益較高時這一直接耦合信號就可使放大器飽和從而使整套系統(tǒng)失效。其原理如圖2.5.3所示，由于直接耦合信號的影響，強度法測距只適合較短距離且精度要求不高的場合。 反射時間法是利用檢測聲波發(fā)出到接收到被測物反射回波的時間來測量距離其原理如圖2.5.4所示，對于距離較短和要求不高的場合我們可認為空氣中的聲速為常數(shù)，我們通過測量回波時間T利用公式其中，S為被測距離、V為空氣中聲速、T為回波時間（），可以計算出路程，這種方法不受聲波強度的影響，直接耦合信號的影響也可以通過設(shè)置“時間門”來加以克服，因此這種方法非常適合較遠距離的測距，如果對聲速進行溫度修訂，其精度還可進一步提高。 圖2.5.4反射時間法示意圖 T1 T2 雖然反射時間法比強度法有較大的優(yōu)越性，但因為小車避障時不須在很遠處發(fā)現(xiàn)障礙物，且強度法較易實現(xiàn)，故這里采用強度法避障。 由于只要求小車能夠避正面的障礙物，我們決定采用以下布局： 超聲波系統(tǒng)測量距離較遠，且環(huán)境適應(yīng)力強，因此我們將超聲波傳感器布置在車體前部，用于規(guī)避正前方障礙物，為電動小汽車躲避障礙物提供安全規(guī)避參數(shù)。 圖2.5.5 傳感器總布局圖 六、里程檢測模塊： 方案一：由發(fā)光二極管和光敏二極管組成發(fā)射接收裝置，將一帶四個孔的遮光塑料板貼于車輪，將此裝置固定車輪一側(cè)，車輪每轉(zhuǎn)動一圈，發(fā)射接收正對四次，通過對接受脈沖計數(shù)從而得到車的里程。 方案二：采用霍爾集成片，將磁鐵安裝于車輪上，霍爾集成片安裝在固定位置，當磁鐵與霍爾集成片正對時，由于霍爾效應(yīng)，對產(chǎn)生脈沖計數(shù)從而得到車輪轉(zhuǎn)數(shù)。但霍爾集成片相對車輪較大，安裝困難。 經(jīng)分析，擬選用方案一。 第三部分 系統(tǒng)原理框圖 經(jīng)過方案論證的過程之后，我們選定了僅采用單片機作為核心部件的方案，其系統(tǒng)總方框圖如圖3.0.0所示。 具體的功能設(shè)置已通過該圖做了直觀的說明。 圖3.0.0系統(tǒng)總原理框 AT89C52 超聲波發(fā)射電路 超聲波接受與整形電路 車體左前紅外傳感器 車體右前紅外傳感器 軌跡顯示模塊 方向控制步進電機驅(qū)動器 主軸電機驅(qū)動器 路程傳感器 遙控接收模塊 LED顯示模塊（時間、里程） 遙控發(fā)射模塊 語音控制模塊 中點校準模塊 第四部分 硬件電路設(shè)計與參數(shù)計算 一、前輪電動機驅(qū)動模塊的設(shè)計： 本次設(shè)計采用的是從廢舊軟驅(qū)上拆下的步進電機及驅(qū)動芯片，體積小、性能好，使用方便。其原理如下： A ā E ē A-CH in E-CH in 兩路輸入信號的頻率皆為40Hz，占空比50%，相差90，此時電機處于最佳狀態(tài)。 二、后輪電機驅(qū)動模塊的設(shè)計： 100nF 100nF 后輪采用普通直流電機，通過控制脈沖占空比算法,實現(xiàn)對小車速度的控制。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、帶載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點。驅(qū)動部分選擇了電機專用驅(qū)動芯片L298。L298 是為控制和驅(qū)動電機設(shè)計的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，整機可靠性提高。該芯片有兩個TTL/CMOS 兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性能；四個輸出端具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道峰值電流能力可達2A 。原理如下： 圖4.2.1 L298的應(yīng)用電路 由于在直流電機和后輪車軸之間加裝了三級減速齒輪，小車速度已經(jīng)降至較低水平，無需減速，所以前進時5腳輸入方波占空比為100%（即持續(xù)高電平），7腳為低電平；后退時5腳為低電平，7腳輸入方波占空比為100%。波形如下： IN1 IN2 三、紅外遙控模塊的設(shè)計與參數(shù)計算： 紅外遙控發(fā)射模塊的設(shè)計： 電路原理見下圖： 如圖，輸入端由四個按鍵及凌陽語音模塊（詳見第七部分）組成，MC145026的振蕩器的頻率為：f=1/（2.3RTCCTC） ,輸出的三態(tài)編碼波形為： Dout 編碼器 振蕩器 編碼器 “1” 編碼器 “0” 編碼器 “開” 為了提高傳輸信號的抗干擾能力，還需將編碼信號調(diào)制在較高頻率的載波上發(fā)射。由于接收部分采用的1838紅外集成接收頭要求載波頻率為38kHz，故采用CMOS門電路構(gòu)成的脈沖調(diào)制振蕩電路，振蕩頻率：f=1/（2.2RTCT）。 發(fā)射部分采用中功率三級管8550，利用其開關(guān)特性驅(qū)動紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外光。 紅外遙控接收模塊的設(shè)計： 紅外接收頭有較強的指向性，使用時稍有不便。所以我們采用兩個接收頭的背向放置的方式，增大了接收范圍。 紅外接收頭放置方式 接收解調(diào)部分： 采用1838紅外集成接收頭。它將紅外接收管與放大電路集成在一體，體積小（大小與一只中功率三極管相當），密封性好，靈敏度高，并且價格低廉。它僅有三條管腳，分別是電源正極、電源負極以及信號輸出端，其工作電壓在5V左右.只要給它接上電源即是一個完整的紅外接收放大器，使用十分方便。其主要功能有放大,選頻和解調(diào),要求輸入信號需是已經(jīng)被調(diào)制的信號。經(jīng)過它的接收放大和解調(diào)會在輸出端直接輸出原始的信號，而且靈敏度和抗干擾性都非常好。 解碼部分： 采用與MC145026配對使用的通用接受解碼器MC145027，將解調(diào)后的串行數(shù)據(jù)進行解碼，使其成為BCD控制代碼，并使控制代碼并行輸出。其外圍電路中的R1、C1組成的電路用來判定接收到的脈沖是窄脈沖還是寬脈沖，時間常數(shù)R1C1應(yīng)調(diào)整為1.72編碼器時鐘周期，即R1C1=3.95RTCCTC。R2、C2組成的電路用來檢測接收到的末位信號，時間常數(shù)R2C2應(yīng)等于33.5編碼器時鐘周期，即R2C2=77RTCCTC。這個時間常數(shù)用來判定輸入Din保留電平的時間是否已達到4個數(shù)據(jù)周期，達到了則數(shù)據(jù)提取電路將提取到的低電平信號送到控制邏輯電路，控制邏輯電路是有效傳輸輸出端VT為低電平，此時傳輸終止。 綜上，接收部分總電路圖為： 四、避障電路的設(shè)計 1、超聲測距模塊的設(shè)計與參數(shù)計算 超聲波發(fā)射模塊的設(shè)計： 經(jīng)測試，我們選用的超聲波發(fā)射器諧振頻率為40.35kHz，諧振阻抗為125Ω。為提高發(fā)射功率，我們用CD4069的放大推動超聲波換能器發(fā)聲。振蕩信號由單片機給出。原理圖如下： 超聲波接收模塊的設(shè)計： 如下圖所示，如圖3.3.2示，超聲波換能器SPEAKER接收到的微弱信號，經(jīng)過交流耦合到IC1 LM358放大，其放大倍數(shù)為： 放大的信號在經(jīng)過交流耦合到IC1 LM358的另一運放，其放大倍數(shù)為： 總增益為： 經(jīng)過放大的信號再由比較器LM393整形，輸出標注TTL電平信號以被單片機接收。 五、前輪轉(zhuǎn)向中點校準模塊的設(shè)計與參數(shù)計算： 180Ω R3 62Ω 使用TP805紅外對管，直接從發(fā)射部分引出電壓，作為比較器的閾值電壓，簡化了電路，具體電路如下： 六、車輪轉(zhuǎn)數(shù)及里程檢測模塊的設(shè)計與參數(shù)計算： 在車輪轉(zhuǎn)軸上固定一塑料圓盤，將其挖出四道縫隙，夾角為90。將紅外對管固定在正對前輪位置，因為后輪在剎車時容易打滑，故安裝在正對前輪位置才能準確測的車的里程。車輪轉(zhuǎn)動時，接收頭不斷接收到紅外光信號，得到的信號通過比較器產(chǎn)生脈沖，再發(fā)送至單片機，以實現(xiàn)車里程的檢測。具體電路如下 在電路的制作與調(diào)試過程中，我們發(fā)現(xiàn)利用紅外對管抗干擾能力強，于是我們就選用了該方案。具體設(shè)計過程如下： 轉(zhuǎn)盤的制作：（圖形如下） 其工作原理為：當遇到擋板時，光線無法透過，接收管截止，輸出為高電壓，該電壓通過比較器后轉(zhuǎn)換為高電平（單片機的有效電平）；當遇到縫時，光線透過，接受管導(dǎo)通，輸出為低電壓，該電壓通過比較器后轉(zhuǎn)換為高電平（單片機的有效電平），這樣輪盤每轉(zhuǎn)動一周便輸出4個脈沖，單片機實時對脈沖計數(shù)，脈沖數(shù)設(shè)為 n,通過對脈沖數(shù)的處理S=車輪周長n到車的里程，單片機中實時存儲車的里程。 第五部分 系統(tǒng)軟件設(shè)計： 一、主流程圖： 狀態(tài)轉(zhuǎn)換 反8字 正8字 倒8字 設(shè)置外部中斷 檢測到信號 走8字 返回自動等待狀態(tài) N Y 指示燈閃爍 是否有轉(zhuǎn)換狀態(tài)信號 返回自動等待狀態(tài) 進入手動模式 進入自動等待狀態(tài) Y 開 始 單片機初始化 LED初始化 前輪是否居中 前輪自動校準 N 二、走8字程序流程圖： LED熄滅 Y Y N 開 始 啟動定時器與計數(shù)器 小車開始運行 打開寫字開關(guān) 是否停止運行 LED顯示時間 關(guān)閉寫字開關(guān) N LED閃爍3秒 接收到返回信號 LED由顯示時間轉(zhuǎn)而顯示路程 是否停止顯示 Y 返回自動等待狀態(tài) 前輪是否居中 前輪自動回位 N N Y 執(zhí)行轉(zhuǎn)向操作 直流電機是否正在運行 返回前進狀態(tài) 返回自動等待狀態(tài) Y N 轉(zhuǎn)換狀態(tài) 轉(zhuǎn)向 轉(zhuǎn)向 關(guān)閉外部中斷 指示燈亮 進入手動等待狀態(tài) 接收到信號 啟動定時器與計數(shù)器 LED顯示時間 接收到信號 返回手動等待狀態(tài) 是否已轉(zhuǎn)至極點 指示燈閃爍 返回自動等待狀態(tài) 三、手動控制流程圖： 四、超聲波避障流程圖： Y N 開 始 關(guān)閉總中斷控制源 等待25uS 發(fā)射超聲波 是否有 障礙物 開中斷源 作避障動作 返回 第六部分 系統(tǒng)測試： 測量儀器：卷尺、秒表、COS5040ch型雙蹤示波器、WYK-302B2型直流穩(wěn)壓電源、SG1640B多功能函數(shù)信號發(fā)生器 一、走8字測試， 1．正8字 次數(shù) 1 2 3 4 時間 38 37 38 36 2．反8字 次數(shù) 1 2 3 4 時間 45 45 44 46 二、紅外遙控測試： 遙控距離：0-3m 測試成功 三、遙控語音模塊測試： 共四條語音命令： 1、 前進 測試成功 2、 正八字 測試成功 3、 反八字 測試成功 4、 停止 測試成功 四、遙控按鍵復(fù)用功能測試： 遙控發(fā)射器部分共四個按鍵，可實現(xiàn)三種狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 A． 自動模式： 按鍵1 避障功能 測試成功 按鍵2 正8字 測試成功