智能小车的设计方案(编辑修改稿)

智能小车的设计方案(编辑修改稿)内容摘要：

围芯片也需要复位。 如果这些芯片复位端的复位电平和单片机一致，则可以与单片机复位脚相连，因此，非门在这里不仅起了反向作用，还增大了驱动能力，电容 C1，C2 起虑波作用，防止干扰窜入复位端产生误动作 [5]。 烧写接口电路RST 置高电平，然后向单片机串行发送编程命令。 (SCK)输入移位脉冲，(MISO)串行输出，(MOSI)串行输入。 被烧写的单片机一定是最小系统（单片机已经接好电源，晶振，可以运行）。 如图 33 烧写接口电路。 图 33 烧写接口电路 无线遥控模块此模块实现了无线电远距离控制小车的停启、方向行驶的功能，在整个小车系统中起到不可忽视的作用。 浙江万里学院本科毕业论文 8 无线遥控工作原理图 34 是无线电遥控设备方框图，由发射机、接收机及执行机构三部分组成。 发射机主要包括编码电路和发射电路。 编码电路由操纵器(操纵开关或电位器等)控制，操纵者通过操纵器；使编码电路产生所需要的控制指令。 这些控制指令是具有某些特征的、相互间易于区分的电信号，例如：用频率为 270Hz 的正弦信号作为控制左舵的指令，用频率为 350Hz 的正弦信号作为控制右舵的指令，即不同频率的正弦信号代表不同的控制指令。 除了可利用频率特征外，还可用正弦信号的幅度及相位特征、脉冲信号的幅度、宽度及相位特征以及码组特征等表示各种指令。 图 34 无线电遥控设备方框图编码电路产生的指令信号都是频率较低的电信号，无法直接传送到遥控目标上去，还要将指令信号送到发射电路，使它载在高频信号(载波)上，才能由发射天线发送出去。 我们把指令信号载到载波上去的过程叫调制，调制作用由发射电路的调制器完成。 发射电路的主要作用是产生载波，并由调制器将指令信号调制在载波上，经天线将已调载波发送出去。 接收机由接收电路及译码电路组成。 接收电路又包括高频部分及解调器部分。 由接收天线送来的微弱信号经接收机高频部分的选择和放大后，送到解调器。 由于“卸”下来的各种指令信号是混杂在一起的、还要送到译码电路译码。 译码电路的工作就象把卸下来的货物鉴别分类，再分别送到使用场地一样，它对各种指令信号进行签别，送到相应的执行放大电路。 执行放大电路把指令信号放大到具有一定的功率，用以驱动执行机构。 执行机构将电能转变为机械动作，例如电机的转动、电磁铁的吸动等，带动被控的调节机构，从而实现对被控目标的控制 [6]。 浙江万里学院本科毕业论文 9 本模块采用的无线遥控是市场上现成的带有 PT2272 解码的 TDL9915 接收模块和带有 PT2262 编码的 TDL99884 发送模块，如图 35。 图 35 TDL9915 和 TDL99884 PT2262/2272 芯片编码芯片PT2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT 脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。 当发射机没有按键按下时，PT2262 不接通电源，其17 脚为低电平，所以 315MHz 的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262 得电工作，其第17 脚输出经调制的串行数据信号，当17 脚为高电平期间315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17 脚为低平期间315MHz 的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262 的17 脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK 调制）相当于调制度为100％的调幅。 如图36 PT2262引脚图：图 36 PT2262引脚图浙江万里学院本科毕业论文 10 PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。 M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。 后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（PT2272M4)，对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时(PT2272M6)，对应的地址编码应该是6位。 如图 37 PT2272引脚图：图 37 PT2272解码电路引脚图编码电路PT2262和解码PT2272的第1～8 脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用。 同一个系统地址码必须一致，不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。 红外对管寻迹模块寻迹是指小车在白色地板上循黑线行走，本系统采取的方法是红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光 [7]。 由此过程来改变接收管的输出电压，单片机以电压的变化为依据来执行小车电机确定行走路线。 模块系统分析图38为红外线寻迹安装图，图39为寻迹模块实现原理图，分析如下：浙江万里学院本科毕业论文 11 图 38 红外线寻迹安装图图 39寻迹模块原理图如图39是整个红外线寻迹过程实现的原理图。 四针接口处P3，P4的1，2脚是跟红外线发射管连接，3，4则是跟接收管相连，放置插针是为了更容易实现红外线管的放置。 由于红外线接收光的变化可以让接收管上的电压发生变化，相当于可变电阻，这种特性为设计提供基本的保障。 比较芯片LM358（LM393）可以根据接收管的电压和参考电压进行比较后输出相应电平。 此图的比较接法为正接法，就是当红外线管遇到黑线时，反射减少，“+”断输入电压增加，使的输出端输出电压为高，经上拉电阻R12（R20）上拉后达到单片机有效接收电平。 小车进入寻迹模式后，即单片机开始不停地扫描与探测器连接的单片机I/O口，一旦检测到某个I/O口有信号，即进入判断处理程序,先确定2个探测器中的哪一个探测到了黑线，如果左面传感器（红灯亮）探测到黑线，即小车左半部浙江万里学院本科毕业论文 12 分压到黑线，车身向右偏出，此时应使小车向左转；如果右面传感器（黄灯亮）探测到了黑线，即车身右半部压住黑线，小车向左偏出了轨迹，则应使小车向右转。 在经过了方向调整后，小车再继续向前行走，并继续探测黑线重复上述动作，实现方向控制，按照黑线行驶。 其中， R11和R19为限流电阻，防止红外线发生管因电流过大而烧坏；由R14和一个可变电阻组成的电路为参考电压电路，由于检测小车行驶的过程会因环境或则黑线材料的改变使输出电压成一个变化值，所以通过可变电阻来改变参考电压，使能正常运行；同时R12和R20为上拉电阻，让输入单片机的电压达到高电平；发光二极管则是能更直观的判断出哪对传感器在起作用。 LM393 芯片介绍双电压比较器电路—LM393，如图310 LM393原理结构图和表31 引脚功能表。 图 310 LM393原理结构图表31 引脚功能表引出端序号 功能 符号 引出端序号 功能 符号1 输出端1 OUT1 5 正向输入端2 1N+(2)2 反向输入端1 1N(1) 6 反向输入端2 1N(2)3 正向输入端1 1N+(1) 7 输出端2 OUT2浙江万里学院本科毕业论文 13 续表314 地 GND 8 电源 VCC 红外避障模块红外避障模块主要实现小车的避障处理，当小车检测到前面有障碍物时，由单片机发出指令实现小车停止功能。 其实现原理与红外线对管寻迹模块基本一致，只是为了实现更好的避障效果（主要是距离问题），所以采用了自制红外接发电路。 红外避障电路介绍本模块主要有两部分组成，38KHZ的红外发射模块和接收比较模块，采用38KHZ频率段是能有效的排除可见光的干扰，实现避障有效距离50CM左右，更好的完成对电机的控制。 如图311 红外线避障电路原理图。 通过555芯片组成多谐振荡器，根据式（31）可设计出38KHZ方波信号 （31）1/12(R+)C图 311 红外线避障电路原理图接通电源后，电容C被充电当2脚 上升到2 /3，使3脚 为低电平，同CVcoV时内部三极管T导通，此时电容C通过 和T放电， 下降，当 下降到 /3RCCc时， 翻转为高电平。 当放电结束时，T截止， 通过 、 向电容C充电，oV 1R2浙江万里学院本科毕业论文 14 上升到 /3时，电路又翻转为低电平，如此周而复始，于是，在电路的输出端Vc就得到一个周期性的矩形波，由3脚输出，再通过三极管9013驱动后由发射管发出并由接收模块接收实现单片机控制 [8]。 555 芯片工作原理NE555是一个能产生精确定时脉冲的高稳度控制器，其输出驱动电流可达200MV。 在多谐振荡器工作方式时，其输出的脉冲占空比由两个外接电阻和一个外接电容确定；在单稳态工作方式时，其延时时间由一个外接电阻和一个外接电容确定，可延时数微秒到数小时。 工作电压范围： 16V。 如图3CV12 555内部框架图。 图 312 555内部框架图其中图中2脚的功能为触发，5脚功能为控制电压，6脚功能为阀值，7脚功能为放电端。 电机驱动模块小车电机为直流减速电机，带有齿轮组，考虑不需调速功能，所以采用电机驱动芯片 L293D。 L293D 是著名的 SGS 公司的产品。 为单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，设计用来接收 DTL 或者 TTL 逻辑电平，驱动感性负载(比如继电器，直流和步进马达)，和开关电源晶体管。 内部包含 4 通道逻辑驱动电路。 L293D 可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。 通过单片机的 I/O 输入浙江万里学院本科毕业论文 15 改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，非常方便，用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作，有效控制电机运动，如图 313 电机驱动原理图。 J16 和 J17 控制左边电机，J18 和 J19 控制右边电机。 取左边电机为例，当 J16 输入数字电平“1”， J17 输入数字电平“0”时实现正转；当 J16 输入数字电平“0”， J17 输入数字电平“1”时实现反转；当 J16 输入数字电平“0（1）”， J17 输入数字电平“0（1）”时实现停止；最后结合左右电机通过单片机共同实现小车的前后左右四个方向行驶 [9]。 图 313 电机驱动原理图 语音控制模块本模块为小车的附加功能模块，主要采用柱极式话筒接收声波信号，通过三极管放大电路放大信号，使信号经过电容和整流的二极管得到一个电压峰值为一伏的脉冲信号，并经过 74HC04 取反后供单片机控制，实现语音控制 [10]。 如图 314 语音控制模块原理图。 图 314。