寻迹小车智能控制系统的设计方案

寻迹小车智能控制系统的设计与制作 1 寻迹小车智能控制系统的设计方案 1 绪 论 进入 二十一 世纪，随着计算机技术和科学技术的不断进步，机器人技术较以往已经有了突飞猛进的提高，智能循迹小车即带有视觉和触觉的小车就是其中的典型代表。 能循迹小车概述 智能循迹小车又被称为 称 二十世纪五十年代研发出来的新型智能搬运机器人。智能循迹小车是指装备如电磁，光学或其他自动导引装置，可以沿设定的引导路径行驶，安全的运输车。工业应用中采用充电蓄电池为主要的动力来源，可通过电脑程序来控制其选择运 动轨迹以及其它动作，也可把电磁轨道黏贴在地板上来确定其行进路线， 无人搬运车 通过电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作，无需驾驶员操作， 将货物或物料自动从起始点运送到目的地。 另一个特点是高度自动化和高智能化，可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变行驶路径，而且改变运行路径的费用与传统的输送带和传送线相比非常低廉。 车一般配有装卸机构，可与其它物流设备自 动接口，实现货物装卸与搬运的全自动化过程。此外， 车 依靠蓄电池提供动力， 还有清洁生产、 运行过程中无噪音、无污染 的特点， 可用在工作环境清洁的地方。 迹小车的发展历程回顾 随着社会的不断发展，科学技术水平的不断提高，人们希望创造出一种来代替人来做一些非常危险，或者要求精度很高等其他事情的工具，于是就诞生了机器人这门学科。世界上诞生第一台机器人诞生于 1959 年，至今已有 50 多年的历史，机器人技术也取得了飞速的发展和进步，现已发展成一门包含：机械、电子、计算机、自动控制、信号处理，传感器等多学科 为一体的性尖端技术。循迹小车共历了三代技术创新变革： 第一代循迹小车是可编程的示教再现型，不装载任何传感器，只是采用简单的开关控制，通过编程来设置循迹小车的路径与运动参数，在工作过程中，不能根据环境的变化而改变自身的运动轨迹。 支持离线编程的第二代循迹小车具有一定感知和适应环境的能力，这类循迹小车装有简单的传感器，可以感觉到自身的的运动位置，速度等其他物理量，电路是一个闭环寻迹小车智能控制系统的设计与制作 2 反馈的控制系统，能适应一定的外部环境变化。 第三代循迹小车是智能的，目前在研究和发展阶段，以多种外部传感器构成感官系统，通过采集外部的 环境信息，精确地描述外部环境的变化。智能循迹小车，能独立完成任务，有其自身的知识基础，多信息处理系统，在结构化或半结构化的工作环境中，根据环境变化作出决策，有一定的适应能力，自我学习能力和自我组织的能力。为了让循迹小车能独立工作，一方面应具有较高的智慧和更广泛的应用，研究各种新机传感器，另一方面，也掌握多个多类传感器信息融合的技术，这样循迹小车可以更准确，更全面的获得所处环境的信息 1。 能循迹分类 发明至今已经有 50 多年的历史，随着应用领域范围的不断扩大，其种类和形式也变得更加多样 化。一般根据行驶的导航方式将 智能循迹小车 分为以下几种类型： (1)电磁感应式 电磁感应式引导一般在地面上，沿预定路径埋电线，当高频电流通过导线，电线周围产生电磁场流动， 车上安装两个对称的电磁感应传感器，他们收到的电磁信号差异可以反映的 离程度路径的程度。 动化控制系统，基于这种偏差值，以控制车辆的转向，连续的动态的闭环控制设置能够保证 设定路径的稳定自动跟踪。在目前商业用途的 ，特别是大型和中型小车，绝大多数都采用电磁感应导航。 (2)激光式 安装有可旋转的激光扫描器的 安装在墙壁或有高反射激光定位标志的支柱上或者路径上运行， 靠激光扫描器发射激光束，然后接收由四周定位标志反射回的激光束，车载计算机，计算出当前车辆的位置和运动方向，通过内置的数字地图和校准位置相比，以实现自动处理。目前，这种 型的应用比较广泛。基于同样的原理，如果激光扫描仪被红外线发射器，或超声波发射取代，激光制导的 车可以转变为红外引导和超声引导的 (3)视觉式 视觉引导式 的迅速发展和比较成熟的 种 备 像机，传感器和车载电脑，在车载计算机中设 置有 机得到的图像与图像数据库进行比较，以确定当前位置和车辆周围的寻迹小车智能控制系统的设计与制作 3 图像信息并对驾驶下一步作出决定。这种 车并不需要设置任何的人工物理路径，所以在理论上具有灵活性，在计算机图像采集，存储和处理技术飞速发展的今天，这种类型的 用性越来越强。此外，还有铁磁陀螺惯性引导式 学引导式 。 能循迹小车的应用 智能循迹小车发展历史及主要应用场所 如下 ： (1)仓储业 1954 年，来自美国南卡罗来纳州的 司成为第一批把 实现出入库货物的自动处理。至今世界上有超过 2100个厂家把大约 2 万台大型或小型的 车应用到自己的仓库中。中国的海尔集团在2000 年把 9 台 车投产到了自己的仓库区，形成一个灵活的 动数据库处理系统，轻松地完成了每天至少 33500 的储存和装卸货物的任务。 (2)制造业 在制造业的的生产线中 车大显身手，快速，精确，灵活的完成材料的运送任务。由多台 车组成的物流运输处理系统，较人工搬运系统来说更灵活 ，运输路线可以根据生产过程及时调整，使一条生产线，生产十几个产品，大大提高了生产的灵活性，企业的竞争力。在 1974 年瑞典的沃尔沃卡尔马的汽车组装厂，提高了运输系统的灵活性，使用以 车为载运工具的装配线，采用该装配线后，减少了 20%装配时间、减少了 39%组装错误，减少了 57%投资资金回收时间以及减少了 5%的员工费用。目前，在世界主要的汽车生产厂家，如通用、丰田、克莱斯勒、大众 车已被广泛应用。 (3)邮局、图书馆、港口码头和机场 在邮局，图书馆，码头和机场候机楼等人口密集的公众场所，存在着大量的 物品的运送工作，充满不定性和动态性强的特点，搬运过程往往也很单一。 着可并行工作 、 自动化 、 智能化和处理灵活的特点，可以很好的满足这些场合的运输要求。 1983年瑞典的 大斯得哥尔摩邮局 ， 1988 年日本东京的多摩邮局 ， 1990 年中国上海的 邮政相继 开始使用 车来完成邮品的搬运工作。在荷兰的鹿特丹港口， 50 辆被称为 “院子里的拖拉机 ”的 车每天都在把集装箱 从船边运送到几百米以外的仓库中。 (4)烟草、医药、化工、食品 寻迹小车智能控制系统的设计与制作 4 对于处理一些需要在清洁、安全、无排放污染等其他特殊环境要求的产品生产如烟草、制药、食 品、化工等产品时应考虑 车的应用。在全国许多卷烟企业，如青岛颐中集团、玉溪红塔集团、红河卷烟厂、淮阴卷烟厂， 应用激光引导式 成托盘货物的搬运工作。 能循迹小车研究中的关键技术 现在全世界越来越多的国家都在做着研究智能化、多样化的自动汽车导航的工作。自动汽车导航是一个非常复杂的系统，它不仅应具有正常的运动功能的成分，而且还应具有任务分析，路径规划，信息感知，自主决策等类似人类的智能行为。 人类可以利用自己的听觉、视觉、味觉、触觉等功能获取事物的信息，人类的大脑再根据已经掌握的知识对这些信 息进行综合分析，从而全面了解认知事物。这样一个认识事物、分析事物和处理信息的过程称之为信息融合过程。多传感器信息融合的基本原理就是模仿人类大脑的这个过程，得到一个对复杂对象的一致性解释或结论。多传感器信息融合是协调多个分布在不同地点，相同或不同种类的传感器所提供的局部不完整观测量信息加以综合，协调使用，消除可能存在的冗余和矛盾，并加以互补，以减少不确定性，得到对物体或环境的一致性描述的过程 4。 多传感器信息融合具有许多性能上的优点： (1)增加了系统的生存能力； (2)减少了信息的模糊性； (3)扩展了采集数 据覆盖范围； (4)增加了可信度； (5)改善了探测性能；(6)提高了空间的分辨力； (7)改善了系统的可靠性 (8)信息的低成本性 5。 本文主要由五章组成，第 1 章为绪论，主要讲述循迹小车的发展历程及在目前所应用领域中的作用。第 2 章 为 总体规划智能循迹小车系统的设计，包含主系统流程图。第3 章是系统的硬件设计，其中包含单片机电路的设计、 线模块、 块和电机驱动电路等。第 4 章为系统的软件设计，主要介绍的是软件实现过程的框图。第 5 章是制作安装与调试，最终保证了系统的正常运行。 寻迹小车智能控制系统的设计与制作 5 2 总体设计方案 体设计方案 主单片机电路直 流 电 机循 迹 模 块无 线 遥 控 器电 机 驱 动 模 块图 2统总体框图 智能循迹小车主要包括了无线遥控器、线性 迹模块，电机驱动模块，小车车模等。通过无线传输的数据或者线性 测道路黑线处理得到数据，从而通过电机驱动模块控制电机的状态和舵机的转向，最终实现小车可以无线遥控器控制，或者自动识别路线，完成循迹行车。 线遥控器的设计方案 单片机电路无 线 发 送 模 块电 源 模 块摇 杆 模 块L C D 显 示 模 块图 2线遥控器 控制系统结构框图 无线遥控器主要有 机锂电池充、供电模块， 示模块， 准电压模块和摇杆模块等。 寻迹小车智能控制系统的设计与制作 6 主要工作原理是通过 片机控制 集 摇杆的 X,Y 轴电位值，并将电位值通过 线模块发送给小车，从而控制小车转向和加、减速等。 迹小车的设计方案 单片机电路无 线 接 收模 块超 声 波 避障 模 块红 外 测 速模 块电 源 模 块直 流 电 机电 机 驱 动循 迹 传 感器L C D 显 示 模 块防 撞 模 块图 2能循迹小车 控制系统结构框图 智能循迹小车主要包括了 片机主控电路模块， 性 线接收模块，超声波 障模块，红外 速模块， 示模块 和 管构成的 H 桥电机驱动模块等。 主要工作原理是 通过 性 迹模块采集的黑线路经或 线接收模块接收遥控器的数据，然后由 生 控制电机驱动模块改变电机的工作状态，最后实现小车循迹。 统设计步骤 1. 根据设计要求，确定控制方案。 2. 利用 计合理的硬件原理图。 3. 画出程序流程图， 使用 C 语言 进行编程。 4. 将各元件焊接在 上，并将程序烧录到单片机内。 寻迹小车智能控制系统的设计与制作 7 5. 进行调试以实现控制功能。 定整体控制系统方案 1. 主控使用 40 引脚的 片机芯片，因为其内部集成 10 位 路 ，可以节省外围设备。 2. 整个系统由 3V、 5V 三种直流电供电。其中 源是由直接提供的可充电电池供电， 5V、 通过 池来实现的。 3. 电机驱动模块由 2 片 2 片 成了一个 可以通过 控制电机的启停和正反转。 4. 路径识别采用 性 过对赛道黑白的识别来控制舵机转向。 5. 无线模块采用 传输数据，从而可以通过遥控器控制小车。 6. 避障模块主要是通过超声波 距，提前控制舵机转向，避开障碍物。 7. 速度检测模块由红外对管 测后轮胎转速，然后数据处理为速度并实时显示在现实。 8. 显示模块采用 过 5 个普通 与单片机通信， 84点阵，可以显示 4 行汉字，能充分满足需求。 寻迹小车智能控制系统的设计与制作 8 3 系统的硬件设计 图 3统总 体 原理图 片机电路 片机最小系统 片机的简介 D/列单片机是宏晶科技生产的单时钟 /机器周期 (1T)的单片机，是高速 /低功耗 /超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051，3 45 63 45 6123401350712105河南工程学院电气 1 班 132113519 但速度快 8。内部集成 用复位电路， 2 路 8 路高速 10 位 A/250K/S，即 25 万次 /秒 )，针对电机控制，强干扰场合。 片机的主要特点 1. 增强型 8051 1T，单时钟 /机器周期，指令代码完全兼容传统 8051； 2. 通用 I/O 口（ 36/40/44 个），复位后为：准双向口 /弱上拉（普通 8051 传统 I/O 口）可设置成四种模式：准双向口 /弱上拉，强推挽 /强上拉，仅为输入 /高阻，开漏每个 I/O 口驱动能力均可达到 20整个芯片最大不要超过 120 3. 内部集成 用复位电路（外部晶体 12M 以下时，复位脚可直接 1K 电阻到地）； 4. 时钟源：外部高精度晶体 /时钟，内部 R/C 振荡器 (温漂为 5% 到 10%以内 )用户在下载用户程序时，可选择是使用内部 R/C 振荡器还是外部晶体 /时钟 常温下内部 R/C 振荡器频率为： 片机为： 1117片机为： 812. 共 4 个 16 位定时器 两个与传统 8051 兼容的定时器 /计数器， 16 位定时器 有定时器 2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器 ,再加上 2 路 块可再实现 2 个 16 位定时器； 6. 3 个时钟输出口，可由 溢出在 0 输出时钟，可由 溢出 1输出时钟，独立波特率发生器可以在 输出时钟； 7. 外部中断 I/O 口 7 路 ,传统的下降沿中断或低电平触发中 断 ,并新增支持上升沿中断的 式， 式 可 由 外 部 中 断 唤 醒 ， 0/可通过寄存器设置到 可通过寄存器设置到 8. 2 路） / 编程计数器阵列 ,2 路） 可用来当 2 路 D/A 使用 可用来再实现 2 个定时器 可用来再实现 2 个外部中断 (上升沿中断 /下降沿中断均可分别或同时支持 )； 9. A/D 转换 , 10 位精度 8 路，转换速度可达 250K/S(每秒钟 25 万次 )； 寻迹小车智能控制系统的设计与制作 10 10. 通用全双工异步串行口 (由于 列是高速的 8051，可再用定时器或 件实现多串口； 11. 列有双串口，后缀有 志的才有双串口， 通过寄存器设置到 通过寄存器设置到 径检测模块 性 外测速性 迹模块 路径检测模块是智能车系统信号的输入模块主要检测的赛道对道路偏离量，这些信息是小车沿赛道运行的信息基础获得 更多、更远、更精确的塞到信息是提高车模运行速度的关键。所以，路径检测的好坏直接关系到最终性能的优劣。对于小车路径信息的采集的方式如下所示： 方案一：红外传感器的检测方式，优点：电路设计相对简单、检测速度信息快、调试简单、成本低。缺点：道路参数检测精度低、道路参数检测种类少、传感器的个数较多、检测距离前瞻较短、耗电量较大。 方案二：线阵 测方法，优点：检测前瞻距离大、检测范围宽、检测道路参数较多。缺点：电路设计复杂、软件计算量大、监测信息更新速度快。 综上所述每个方案都有自己的优缺点，综合考虑线阵 测方法比较好，它能够使检测到的道路信息更加的精确，有利于小车的速度提高。 性 介 性 感器阵列由一个 128 1 的光电二极管阵列，相关的电荷放大寻迹小车智能控制系统的设计与制作 11 器电路，和一个内部的像素数据保持功能，它提供同时集成起始和停止时间所有像素。 该阵列是由 128 个像素，其中每一个具有光敏面积 3,方微米。 像素之间的间隔是 8 微米。 操作简化内部控制逻辑，需要只有一个串行输入端 (信号和时钟。 主要特点： 1. 1281 个传感器单元组织； 2. 每英寸 400 点（ 感器间距； 3. 高线性度和均匀度； 4. 宽动态范围： 4000： 1（ 72 分贝）； 5. 输出参考地； 6. 低图像延迟： 型值； 7. 操作为 8 8. 单 3V 到 5V 供应； 9. 轨到轨输出摆幅（ 10. 没有外部负载电阻。 性 主要工作原理 核心是 128 个光电二极管组成的感光阵列，阵列后面有一排积分电容，光电二极管在光能量冲击下产生光电流，构成有源积分电路，那么积分电容就是用来存储光能转化后的电荷。积分电容存储的电荷越多，说明前方对应的那个感光二极管采集的光强越大。反映在像素点上就是，像素灰 度低。光强接近饱和，像素点灰度趋近于全白，则呈白电平。 模拟输出 (电压由公式 (3出： 错误 !未找到引用源。 (3为白色状态下的模拟输出电压； 黑暗条件下的模拟输出电压； 器件的响应性，对于给定的光的的波长在 错误 !未找到引用源。 ； 在 错误 !未找到引用源。 的时间辐照； 积分时间，以秒为单位。 境光影响问题 寻迹小车智能控制系统的设计与制作 12 试验表明 性 输出信号和环境光线密切相关，在自然光条件比晚上灯光下 脚输出电压值高出很多，正对着光线比背着光线输出电压高，白炽灯光下比日光灯下输出电压高。因此，同一参数（曝光时间、镜头光圈）难以适应各种环境，在光线较弱环境下的参数在强光下会出现输出饱和，在较强光线下调节好的参数在弱光下输出电压过低，甚至处于截止状态。在智能车应用中，白天自然光环境和晚上灯光环境、正对光和背光、不同的比赛场地之间都不能采用相同的曝光参数。与输出电压密切相关的参数是曝光量，曝光量取决于 块所采用的镜头光圈大小和程序所控制的曝光时 间。智能车为适应各种运行环境，必须实时感知环境，并根据环境闭环调节曝光量，使得在不同环境中曝光量都处于一个合理的范围，这样才能保证在不同环境中 出电压在合理范围，以利于算法提取黑线信息。镜头相关参数一旦选定在智能车运行难以改变，曝光时间比较容易通过程序控制，因此比较容易实现的调整曝光量方法是通过软件调整曝光时间。 线模块 线数据传输模块 线 介 司最近生产的一款无线通信通信芯片，采用 制，内部集成 己的 议。可以实现点对点或是 1 对 6 的无线通信。无线通信速度可以达到 2M( 司提供通信模块的 件，可以直接加工生产。嵌入式工程师或是单片机爱好者只需要为单片机系统预留 5 个1 个中断输入引脚，就可以很容易实现无线通信的功能，非常适合用来为 13 系统构建无线通信功能。 主要特点： 1. 球开放 段，最大 0射功率，免许可证使用； 低工作电压：正常工作电压 2. 高速率： 最高 2样使得信号空中停留时间极短，减小了无线碰撞的可能 (软件设置 1者 2空中传输速率 )； 3. 多频点： 125 频点，可以应用于多点通信以及跳频的实现； 4. 超小型： 线内置，体积小巧，规格： 15括天线）；低功耗：快速的传输速率也降低了收发功耗； 5. 很低的应用成本： 成了 用的是 口，可以与单片机的 口直接相连。没有 口的单片机可以利用单片机的 I/O 口进行模拟，内部有 于数据缓存，因此 以与各种高低速微处理器接口，便于使用低成本单片机。 线 工作原理 块的原理图如图 3示： 图 3块的原理图 从单片机控制的角度来看，我们只需要它的的六个控制和数据信号，分别为 寻迹小车智能控制系统的设计与制作 14 片的片选线， 低电平芯片工作 ; 片控制的时钟线（ 钟） ; 片控制数据线（ ; 片控制数据线（ ; 断信号。无线通信过程中 要是通过 行通信 ; 片的模式控制线。在 低的情况下， 同 存器共同决定 状态（掉电、发射、接收、待机 、待机 ）。 发射数据时，首先将 置为发射模式：接着把接收节点地址 照时序由 写入 存区， 须在 发射时写入一次即可，然后 为高电平并保持至少 10s，延迟 130s 后发射数据 ;若自动应答开启，那么 发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址 致）。如果收到应答，则认为此次通信成功， 高，同时 若未收到应答，则自动重新发射该数据 (自动重发已开启 )，若重发次数 (到上限， 高， 数据保留以便在次重发 ; 高时，使 低，产生中断，通知 后发射成功时 ,若 低则 入空闲模式 1;若发送堆栈中有数据且 高，则进入下一次发射 ;若发送堆栈中无数据且 高，则进入空闲模式 2。 接收数据时 ,首先将 置为接收模式，接着延迟 130 s 进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和 ，就将数据包存储在 ，同时中断标志位 高， 低，产生中断，通知 取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号 。最后接收成功时，若 低，则 入空闲模式 1。 寻迹小车智能控制系统的设计与制作 15 障模块 声波 障模块 原理图 声波 介 模块性能稳定，测度距离精确，模块高精度，盲区小。 产品应用领域：机器人避障、物体测距、液位检测、公共安防、停车场检测 。 主要技术参数： 1. 使用电压： 2. 静态电流：小于 2 3. 电平输出：高 5V； 4. 电平输出：低 0V； 5. 感应角度：不大于 15 度； 6. 探测距离： 2 7. 高精度：可达 声波的主要工 作原理 超声波传感器的工作原理是陶瓷的压电效应。超声波传感器在测量过程中，声波信号由传感器发出，经液体或固体物体表面反射后折回由同一传感器接收，可以测量声波的整个运行时间，从而实现物位的测量。 超声测距大致有以下方法：一种是取输出脉冲的平均值电压，该电压 (其幅值基本固定 )与距离成正比，测量电压即可测得距离；另一种是测量输出脉冲的宽度，即发射寻迹小车智能控制系统的设计与制作 16 超声波与接收超声波的时间间隔 t，如图 3示，故被测距离为 错误 !未找到引用源。 。本系统测量采用第二种方案。由于超声波的声速与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声 速基本不变。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为 秒，由单片机负责计时，单片机使用 振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。 图 3声波测距原理 假定 S 为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时间为 错误 !未找到引用源。 ，超声波传播速度为 错误 !未找到引用源。 表示，则有关系式 (3 错误 !未找到引用源。 (3在精度要求较高的情况下，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，按 公 式 (3超声波传播速度加以修正，以减小误差。温度与声速的关系参照表 3 错误 !未找到引用源。 (3式中： T 为实际温度单位为 ； V 为超声波在介质中的传播速度单位为 错误 !未找到引用源。 。 表 3度与声速参照表 温度与声速参照表 温度 错误 !未找到引用源。 20 10 20 30 声速 错误 !未找 313 319 322 331 337 344 350 超声波发射 超声波接收 时间 T 障碍物 寻迹小车智能控制系统的设计与制作 17 到引用源。 示模块 示模块原理图 方案一：采用数码管显示。数码管具有接线简单、成本低廉、配置简单灵活、编程容易、对外界环境要求较低、易于维护等特点。 电压和电流的显示可以用数码管，但数码管 显示的信息量有限 ，只能显示简单的数字，其电路复杂，占用 的系统 I/O 资源较多，显示信息少，不宜显示大量信息。 方案二：考虑到本系统中显示的内容以及系统的实用性，采用液晶显示 (液晶显示具有功耗低、体积小、质 量轻、无辐射危害、平面直角显示以及影响稳定不闪烁、画面效果好、分辨率高、抗干扰能力强等优点。点阵式 仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可以实现屏幕上下左右滚动、动画、闪烁、文本特征显示等功能。 因为 晶显示模块可以显示出数字、字母、汉字等，一面了然、外观比较好看。而且液晶显示功耗低、体积小、质量轻、无辐射危害，与单片机连接较简单。故经过比较选择方案二 晶显示简介 寻迹小车智能控制系统的设计与制作 18 图 3晶显示器原理图 液晶显示模块引 脚说明如表 3示： 表 3晶显示模块的管脚 引脚序号 引脚名称 功能 引脚序号 引脚名称 功能 1 行数据线 5 位 2 行时钟线 6 源正 3 D/C 模式选择 7 光灯 4 片使能 8 源地 晶显示特点： 1. 性价比高，可以显示 15 个汉字、 30 个字符，价格相对便宜； 2. 接口简单，仅四根 I/O 线即可驱动； 3. 速度快，是 20 倍，是 40 倍； 4. 作电压 常显示时工作电流 200下，具有掉电模式，适合电池供电的便携式移动设备。 晶的主要工作原理 (1)口时序写数据 /命令 通信协议是一个没有 有 议： 寻迹小车智能控制系统的设计与制作 19 图 3行总线协议 个字节 (2)初始化 接通电源后，内部寄存器和 内容是不确定的，这需要一个 电平脉冲复位一下。 图 3位时序 (3)显示英文字符 英文字符占用 错误 !未找到引用源。 个点阵，通过建立一个 数组 6来寻址。 (4)显示汉字 显示汉字可以采用两种点阵方式，一种是 12*12 点阵，一种是 16*16 点阵。 机驱动电路 51 H 桥电机驱动原理图 方案一：采用直流电机，配合 动芯片组合。优点在于硬件电路的设计简寻迹小车智能控制系统的设计与制作 20 单。当外加额定直流电压时，转速几乎相等。这类电机用于录音机、录相机、唱机或激光唱机等固定转速的机器或设备中。也用于变速范围很宽的驱动装置。容易受到外部因素干扰，影响稳定的 转速和转矩输出。电路如图 3 图 3流电机 +合电路原理 方案二：采用步进电机，配合 动芯片组合。步进电机可以实现精确的转脚输出，只要施加合适的脉冲序列，电机可以按照人们的预定的速度或方向进行连续的转动，便于 控速，但是 软件程序的 编写较直流 电机稍显复 杂。但是芯片路比较复 杂。如图3 寻迹小车智能控制系统的设计与制作 21 图 3 进电机 +理图 方案 三：采用直流电机配合 由双极性管组成的 路。用单片机控制晶 体管使之工作在占空比可调的开关 状态，精确调整电机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高； H 桥电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也很高，是一种广泛采用的调速技术，其电路原理简图如图 3示。 图 3机驱动原理简图 寻迹小车智能控制系统的设计与制作 22 综合 3 种方案的优缺点，鉴于本系统设计体积较小，自身重量较轻，对电机功率输出要求不高，决定选择方案 3。 所谓的 H 桥电路就是控制电机正反转的。如图 3是一种简单的 H 桥电路，它由2 个 型场效应管 2 个 型场效应管 成，所以它叫 H 桥。 桥臂上的 4 个场效应管相当于四个开关， P 型管在栅极为低电平时导通，高电平时关闭； N 型管在栅极为高电平时导通，低电平时关闭。场效应管是电压控制型元件，栅极通过的电流几乎为“零”。 正因为这个特点，在连接好图 3路后， 高电平（ U= U=0）时， 闭， 通，电机左端低电平，右端高电平，所以电流正向流动。设为电机正转。 低电平、 高电平时， 闭，通， 电机左端高电平，右端低电平，所以电流反向流动。设为电机反转。同时如果改变 占空比，就可以改变电机两段的电压，从而改变电机的转速。 外测速电路 外 速原理图 反射式光电