單片機應用系統開發實例
1. 智能移動機器人系統的結構與功能智能移動機器人控制系統的設計與開發主要采用模塊化組合設計，采用ATMEL公司的ATMEGA16單片機芯片，同時配合ICCAVR7.01軟件開發環境，支持C語言的程序設計。
智能移動機器人硬件主要由直流電機驅動模塊、發生器模塊、串口通信模塊以及無線遙控、循線、尋光、避章等模塊組成。
圖1 智能移動機器人控制系統硬件框圖
其主要功能為：
① 紅外遙控功能
紅外通信采用38K載波傳輸方式，利用長虹電視機遙控器作為紅外遙控的發射裝置，利用串口以及串口調試助手，找出遙控器控制鍵（前進、后退、左轉、右轉以及停止）的編碼，通過編程實現控制。
② 避障功能
由紅外發送和接收裝置兩大部分組成，可以實現自發自收，也可以實現實驗板之間的通信。發送部分發送紅外載波，若前面沒有障礙物，接受部分不能收到載波，若前面有障礙物，載波將返回被接受模塊接受，于是通過接受模塊判斷是否收到載波就可以判斷前面是否有障礙物
③ 循線功能
由5路反射式紅外光電傳感器組成，檢測距離可調整范圍大，4-10mm范圍可用。
④ 尋光功能
主要采用靈敏度較高的光敏電阻，通過LM393將信號放大，返回主控模塊。
2. 紅外遙控功能
① 紅外遙控工作原理
圖2 無線遙控系統框圖
通常紅外遙控系統由發射和接收兩大部分組成。主要應用編/解碼專用集成電路芯片來進行操作控制。發射部分由鍵盤矩陣、編碼調制、LED紅外發送器組成；接受部分由光、電轉換放大電路、解調以及解碼電路組成（如圖2所示）。在本實驗中，接受裝置采用TL538B專用集成芯片，發射裝置采用長虹電視機遙控器（RK23C）。
② 遙控信號發射
當發射器按下按鍵后，即有遙控碼發出，所按的鍵不同遙控編碼也就不同，這種遙控碼主要具有以下特征：
采用脈寬調制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔為0.56 ms、周期為1.125 ms的組合表示二進制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔為1. 685 ms、周期為2. 25 ms的組合表示二進制的“1”，其波形如圖3所示。
圖3 遙控碼的“0”和“1”
上述的“0”和“1”組成的32位二進制碼經38kHZ的載頻進行二次調制以提高發射效率，達到降低電源功耗的目的，然后再通過紅外發射二極管產生紅外線向外界空間發射，如圖4所示。遙控編碼產生的是32位二進制編碼，其中前16位是用戶識別碼，能區別不同的電器設備，防止不同機種遙控碼互相干擾，后16位為8位操作碼（功能碼）及其反碼。
圖4 紅外發射編碼圖
遙控器在按鍵按下后，周期性地發出同一種32位二進制碼，周期大約為108ms，一組碼本身的持續時間隨它包含的二進制“0”“1”的個數不同而不同，大約在45~63ms之間,圖5為發射波形圖。
圖5 遙控連發信號波形
當一個按鍵被按下超過36ms，振蕩器使芯片激活，將發射一組108ms的編碼脈沖，這108ms發射代碼由一個引導碼（9ms）、結果碼（4.5ms）、低8位地址碼（9ms~18ms）、高8位地址碼（9ms~18ms）、8位數據碼（9ms~18ms）和這8位數據的反碼（9ms~18ms）組成，如果按下超過108ms仍未松開，接下來發射的代碼（連續碼）將僅由起始碼（9ms）和結束碼（2.25ms）組成。
圖6 引導碼 圖7 連發碼
③ 遙控信號接受
接受電路使用一種紅外接受和放大于一體的紅外接受器TL538B，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接受到輸出與TLL電平信號兼容的所有工作，而體積和普通的塑料封裝三極管大小一樣，適合于各種紅外遙控盒紅外數據傳輸。
④ 紅外遙控電路圖
圖8 TL538B與單片機連接圖
⑤ 紅外遙控程序流程圖
圖9 紅外遙控程序參考流程圖
3.紅外避障功能
① 紅外避障原理
紅外避障傳感器具有一對紅外信號發射與接收信號裝置，發射管發射一定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號，當紅外的檢測方向遇到障礙物（反射面）時，紅外信號反射回來被接收管接收，經過處理之后，通過數字傳感器接口返回到機器人主機，機器人即可利用紅外波的返回信號來識別周圍環境的變化。
圖10 發射接受原理圖
紅外避障信號發射裝置（如圖10所示）主要由555定時器和外界元件R1、R2、C3、C2組成的多諧振蕩器構成。電路沒有穩態，僅存在兩個暫穩態，電路也不需要外接觸發信號，利用電源通過R1、R2向C3充電，以及C3通過R1向放電端DISCHG放電，使電路產生振蕩。www.diangon.com電容C3在2/3Vcc和1/3Vcc之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對應的波形如下圖12所示。
圖11 紅外發射電路圖 圖12 多諧振蕩器的波形圖
輸出信號的時間參數是：T=tw1+tw2
tw1=0.7 (R1+R2) C
tw2=0.7R2 C
其中，tw1為Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的時間，tw2為電容C3放電所需的時間。
注：通過調節WR4可調電阻的阻值，可以增大或減短障礙物距離的檢測。
② 紅外避障程序流程圖
圖13 紅外避障程序參考流程圖
4. 循線功能
① 循線原理
(a) (b) (c) (d)
圖14 小車循線示意圖
一般情況下，選擇三個ST178光電傳感器，編號分別為A、B、C，如圖14所示，B檢測到黑線，而A、C沒有檢測到，那么機器人小車直行；若A 處于黑線上，B、C 在白色區域，那么機器人小車左偏以矯正路線；若C 處于黑線上，A、B 在白色區域，則機器人小車右偏以矯正路線，A 、B 、C 都在黑線上時，機器人小車處于黑線交界處。
② 循線電路圖
圖15 ST178循線電路圖
圖16 多路通道選擇電路圖
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-08
