单片机应用系统开发实例
1. 智能移动机器人系统的结构与功能智能移动机器人控制系统的设计与开发主要采用模块化组合设计，采用ATMEL公司的ATMEGA16单片机芯片，同时配合ICCAVR7.01软件开发环境，支持C语言的程序设计。
智能移动机器人硬件主要由直流电机驱动模块、发生器模块、串口通信模块以及无线遥控、循线、寻光、避章等模块组成。
图1 智能移动机器人控制系统硬件框图
其主要功能为：
① 红外遥控功能
红外通信采用38K载波传输方式，利用长虹电视机遥控器作为红外遥控的发射装置，利用串口以及串口调试助手，找出遥控器控制键（前进、后退、左转、右转以及停止）的编码，通过编程实现控制。
② 避障功能
由红外发送和接收装置两大部分组成，可以实现自发自收，也可以实现实验板之间的通信。发送部分发送红外载波，若前面没有障碍物，接受部分不能收到载波，若前面有障碍物，载波将返回被接受模块接受，于是通过接受模块判断是否收到载波就可以判断前面是否有障碍物
③ 循线功能
由5路反射式红外光电传感器组成，检测距离可调整范围大，4-10mm范围可用。
④ 寻光功能
主要采用灵敏度较高的光敏电阻，通过LM393将信号放大，返回主控模块。
2. 红外遥控功能
① 红外遥控工作原理
图2 无线遥控系统框图
通常红外遥控系统由发射和接收两大部分组成。主要应用编/解码专用集成电路芯片来进行操作控制。发射部分由键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器组成；接受部分由光、电转换放大电路、解调以及解码电路组成（如图2所示）。在本实验中，接受装置采用TL538B专用集成芯片，发射装置采用长虹电视机遥控器（RK23C）。
② 遥控信号发射
当发射器按下按键后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也就不同，这种遥控码主要具有以下特征：
采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔为0.56 ms、周期为1.125 ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔为1. 685 ms、周期为2. 25 ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图3所示。
图3 遥控码的“0”和“1”
上述的“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHZ的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的，然后再通过红外发射二极管产生红外线向外界空间发射，如图4所示。遥控编码产生的是32位二进制编码，其中前16位是用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰，后16位为8位操作码（功能码）及其反码。
图4 红外发射编码图
遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期大约为108ms，一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”“1”的个数不同而不同，大约在45~63ms之间,图5为发射波形图。
图5 遥控连发信号波形
当一个按键被按下超过36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组108ms的编码脉冲，这108ms发射代码由一个引导码（9ms）、结果码（4.5ms）、低8位地址码（9ms~18ms）、高8位地址码（9ms~18ms）、8位数据码（9ms~18ms）和这8位数据的反码（9ms~18ms）组成，如果按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连续码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.25ms）组成。
图6 引导码 图7 连发码
③ 遥控信号接受
接受电路使用一种红外接受和放大于一体的红外接受器TL538B，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接受到输出与TLL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑料封装三极管大小一样，适合于各种红外遥控盒红外数据传输。
④ 红外遥控电路图
图8 TL538B与单片机连接图
⑤ 红外遥控程序流程图
图9 红外遥控程序参考流程图
3.红外避障功能
① 红外避障原理
红外避障传感器具有一对红外信号发射与接收信号装置，发射管发射一定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到机器人主机，机器人即可利用红外波的返回信号来识别周围环境的变化。
图10 发射接受原理图
红外避障信号发射装置（如图10所示）主要由555定时器和外界元件R1、R2、C3、C2组成的多谐振荡器构成。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路也不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向C3充电，以及C3通过R1向放电端DISCHG放电，使电路产生振荡。www.diangon.com电容C3在2/3Vcc和1/3Vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如下图12所示。
图11 红外发射电路图 图12 多谐振荡器的波形图
输出信号的时间参数是：T=tw1+tw2
tw1=0.7 (R1+R2) C
tw2=0.7R2 C
其中，tw1为Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间，tw2为电容C3放电所需的时间。
注：通过调节WR4可调电阻的阻值，可以增大或减短障碍物距离的检测。
② 红外避障程序流程图
图13 红外避障程序参考流程图
4. 循线功能
① 循线原理
(a) (b) (c) (d)
图14 小车循线示意图
一般情况下，选择三个ST178光电传感器，编号分别为A、B、C，如图14所示，B检测到黑线，而A、C没有检测到，那么机器人小车直行；若A 处于黑线上，B、C 在白色区域，那么机器人小车左偏以矫正路线；若C 处于黑线上，A、B 在白色区域，则机器人小车右偏以矫正路线，A 、B 、C 都在黑线上时，机器人小车处于黑线交界处。
② 循线电路图
图15 ST178循线电路图
图16 多路通道选择电路图
编辑：admin 最后修改时间：2018-05-08
