面向智能家居的機器人控制系統(tǒng)設計

1、摘要機器人技術涉及領域眾多，包括電子、機械學、自動控制、傳感器技術等，是 一門多技術集合的領域。隨著工業(yè)自動化在世界的飛速發(fā)展，移動機器人在生產(chǎn) 生活中的地位逐漸提高。文章主要講述了家庭機器人的設計過程，以及機械手的設計方案。以AT89C51單片機作為本次設計核心，借助L298N電機控制芯片以完成對直 流電機的控制，比如如何啟停，如何改變方向，改變行駛速度。以應對移動機器 人所需完成任務動作的要求。在如何選擇合適的機器人設計中，采用了脈沖寬度 調(diào)制技術對電機進行控制，為了達到期望值采用調(diào)節(jié)占空比大小來實現(xiàn)。關鍵詞：智能家居機器人；AT89C51單片機；L298N電機控制芯片；PWM控制； 電機

2、控制。ABSTRACTRobot technology involves many fields, including electronics, mechanics, automatic control, sensor technology and so on. It is a field of multi technology collection. With the rapid development of industrial automation in the world, the position of mobile robots in production and life is

3、gradually improving. This article mainly describes the design process of the family robot and the design plan of the manipulator.With the AT89C51 MCU as the core of this design, the control chip of L298N motor is used to control the DC motor, such as how to start and stop, how to change direction an

4、d change the speed of driving. In order to meet the requirements of mobile robot for completing tasks. In how to choose the suitable robot design, the pulse width modulation technology is used to control the motor. In order to achieve the desired value, the size of the duty ratio is realized.Key wor

5、ds： Screening manipulator AT89C51 monolithic integrated circuit,; LN298 motor control chip, PWM technology motor control.第一章緒論1.1智能家居機器人的發(fā)展現(xiàn)狀機器人大家都不陌生，我們首先來談談移動機器人。移動機器人是一個集環(huán) 境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)。12隨著傳感器技術和自動控制技術的不斷發(fā)展，機器人的性能得到不斷提高。機器人 的應用也不再局限與工業(yè)生產(chǎn)以及軍事領域，它同時還廣泛于民用領域，如除草、灌溉、導航、室內(nèi)清洗和安全防范等等

6、。那么什么樣的機器人是服務型機器人呢？這里國際機器人聯(lián)合會 （International Federation of Robotics, IFR）給出了一個初步的定義： 服務機器人是一 種半自主或全自主工作的機器人，它能完成有益于人類的服務工作，但不包括從 事生產(chǎn)的設備。13國際機器人發(fā)展現(xiàn)狀首先，世界掀開全面研究室外移動機器人的序幕的起源，可以追溯到上世紀 80年代左右。當時的美國國防高級研究計劃局（DARPA）專門立項，制定了一份地面 天人作戰(zhàn)平臺的戰(zhàn)略計劃。如著名的DARPA ”戰(zhàn)略計算機”計劃，其中的Autonomous Land Vehicle計戈U （1983 1990），也就是我

7、們所說的自主地面車輛或地 面自主車輛計劃。美國國家航空航天局（簡稱：NASA）于1994年在斯珀火山口用自己資助研制的“丹蒂II”八足行走機器人完成了一定的演示。雖然它回歸途 中出了點意外，但它卻完成了一定探險任務，對以后移動機器人完成此類任務有 重要的參考價值。不僅如此，他們于1997年在火星上使用機器人探險的全球報道也是赫赫有名， 機器人Rocky7克服重重困難，終于不負眾望在Lavic湖那充滿巖溶流和干枯的湖 床上進行了成功的實驗。證明了長距離外星球探險的可行性以及人類對外太空的 濃厚興趣。對以后再次的外空探索實驗打下了堅實的基礎。德國的工業(yè)實力也不容小視，該國研制的輪椅機器人更是在有大

8、量流動乘客 的烏爾姆市中心和擁擠的漢諾威工業(yè)商品博覽會的展廳內(nèi)，憑借該國先進的技術 成功的通過36個小時之久的漫長考驗。該輪椅機器人所表現(xiàn)出來的優(yōu)異性能，在 當時的移動機器人領域獨領風騷，讓我們由衷的佩服德國工藝。我國機器人發(fā)展現(xiàn)狀當然，我國也在馬不停蹄地研制自己的機器人，1995年由清華大學自主開發(fā) 的移動式護理機器人，以其七個自由度的功能，給高位截癱人員帶來了福音，其 功能是在患者無人幫助的情況下，滿足患者一定的取藥，倒水以及查看書籍的目 的。中國科學院沈陽自動化研究所的 AGV （Automated Guided Vehicle, “自動導 引運輸車”）以及防爆機器人。雖然我國這方面起步

9、比較晚，在1990年左右才開始服務機器人的研究工作， 但是絲毫不影響我國對其的熱愛和追求。我國服務機器人的市場的初步形成，那 要從2005年起才開初具規(guī)模。家用服務機器人市場潛力巨大，增速相對其他類型機器人產(chǎn)業(yè)稍稍領先。預 計未來我國機器人市場會持續(xù)保持上升趨勢，規(guī)模和技術將提高到一個新的層次，緊追歐美國家。1-2智能家居機器人發(fā)展現(xiàn)狀要將移動機器人投入實際生活中，必需使其擁有良好的運動系統(tǒng)、可靠的導航系統(tǒng)、精確的感知能力和一定的安全性能。移動機器人的智能指標有三點1）自主性：指機器人能根據(jù)工作的要求和周圍的環(huán)境，自己制定工作步驟和 方式的能力。2）適應性：指機器人要具有一定的適應能力，能夠識

10、別和測量周圍環(huán)境因素， 并做出正確的、合理的判斷的能力。3）交互性：指機器人能與環(huán)境、自身各機器原件、人進行互動，能夠完成信 息的獲取以及處理能力。a機器人結(jié)構根據(jù)機器人的運動方式可分為：輪式、履帶式和步行式。較好的路面則首先考慮輪式和履帶式，而步行機器人則更適用于路面情況復雜 的場合。當然，如果路面復雜多樣，則可采用輪、腿、履帶并用。本課題中的機器 人由于是在家庭環(huán)境下工作，所以采用輪式。輪式移動機器人具有控制簡單、運動穩(wěn)定和占用面積小等特點。b機器人體系結(jié)構機器人的智能系統(tǒng)是一個高智能、多系統(tǒng)的復雜系統(tǒng)，不是簡單的單元連接系統(tǒng)的總功能是將種部件多層次的協(xié)調(diào)和分工中集成?？梢允褂冒蒹w系結(jié)構

11、（subsumption architectune實現(xiàn)，簡單的說就是，一個行為建立在其他行為之上。 當兩個行為發(fā)生沖突時，一個中央仲裁器決定哪個行為應該優(yōu)先。它的效果好于 其部分之和。較高層行為包容較低層行為。c運動規(guī)劃它的目的在于一個存在障礙物的環(huán)境中，如何規(guī)劃機器人行駛路徑。運動規(guī)劃 是否有效，決定了機器人運動時間和能量損耗，好的運動規(guī)劃可以提高機器人的 工作效率d導航和定位精確的位置定位是機器人需要解決的基本問題。機器人執(zhí)行任務時首先要解 決導航和定位，有兩種位置測量法：相對和絕對位置測量。其中相對定位有里程計法和慣性導航法， 而絕對定位有信標定位、地圖匹配、 GPS、概率定位等1-3本

12、課題研究的意義本機器人集機、電、計算機為一體，集合了機械與電氣工程專業(yè)多門學科的長 處。培養(yǎng)自我專業(yè)素養(yǎng)和技術，鍛煉技術，增強實力。為以后從事該類工作打下 基礎。而且該系統(tǒng)是為開放式的，為以后改善其功能提供了保證。機器人小車系統(tǒng)作 為機器人的移動平臺，隨著以后對其功能的逐步擴充和完善，我相信以后能得到更 大的使用發(fā)展空間。第二章 智能機器人的理論知識和系統(tǒng)方案2.1總體設計思路總體設計框圖如下關于CPU的選擇則有兩個：一個是單片機控制，還有一個是 PLC控制。采用89C51芯片作為控制單元。因為這種單片機的成本低，性能好，抗干擾能力強，超低功耗，低電磁干擾。并且能與傳統(tǒng)的 8051單片機程序很

13、好的兼容。它不需要改變硬件和支持系統(tǒng)編程技術。ISP可以在沒有程序員的情況下直接在 PCB 板上刻錄程序，而且修改和速度調(diào)節(jié)非常方便 川。傳動機構有多種，其中包括齒輪傳動、齒條傳動、螺桿傳動、鏈傳動等。通常我們可以使用電機驅(qū)動裝置的扭矩特性：扭矩很小，所以如果要增加扭矩，就必須使 用傳動裝置來提高設備的尺寸和能力來驅(qū)動負載。本文設計的機械手主要有一下幾個特點是：(1)結(jié)構緊湊，這就意味著在滿足機械手結(jié)構重量最輕以及體積較 小的情況下可以達到需求的傳動比和驅(qū)動功率；(2)傳動剛度大，這種特點可以很好的使系統(tǒng)的固有的頻率得到很好的提高，這 樣就可以使得系統(tǒng)的在低頻率段的振動降到最低，同時使得機械手

14、的扭矩角度變 形很小；(3)回差要小，當機械手的驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動的時候空行程要小，這樣可以得到較高 的位置控制精度；(4)壽命長、價格低。執(zhí)行機構、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)是這次設計機械手的三個重要部分。(1)執(zhí)行機構1)手腕 手腕是聯(lián)接手臂與末端執(zhí)行器的部件，用以調(diào)整末端執(zhí)行器的方位和姿02)手臂手臂是支承手腕和末端執(zhí)行器的部件。它由動力關節(jié)和連桿組 成，它們可以很好的滿足末端執(zhí)行器的位置要求。3)機座 機座是機械手的基礎部件，并承受相應的載荷，機座分為固定式 和移動式兩類。(2)控制系統(tǒng)由控制系統(tǒng)來領導機械手完成所需完成的動作，主要可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán) 控制系統(tǒng)這兩類?，F(xiàn)在市面上大多數(shù)工業(yè)機械手

15、都是由計算機來完成對其的控制。 決策級，策略級和執(zhí)行級這三級則構成了控制系統(tǒng)控制級：這三級之間如果得到 很好的配合就可以協(xié)調(diào)的控制整個系統(tǒng)的動作，執(zhí)行系統(tǒng)相應的操作，使的機械 手臂可以非常有規(guī)律的完成一系列的動作和指令，以達到系統(tǒng)要求的結(jié)果。(3)驅(qū)動系統(tǒng)機械手的驅(qū)動裝置的用途是需要將得到的信號進行放大之后，來對機械手進行驅(qū) 動，實現(xiàn)整套系統(tǒng)的傳動。一般來說，需要為機械手安裝不同的傳感器，安裝多 種傳感器的目的是為了檢測裝置的位置和動作，以便更好的進行控制，使得系統(tǒng) 的控制更加的合理1咖。2.2紅外通信原理波長在750nm至1mn間的電磁波則被稱為紅外波，相對于微波，它的頻率較高； 而低于波長

16、400至760nm的可見光，因此是一種人的肉眼看不到的光線。紅外通 信的原理簡單來說就是通過此電磁波將信息傳遞出去，其作為一個信息傳遞的中 介。使用調(diào)制的方式來發(fā)送紅外波，對需要發(fā)送的信息進行一系列的編碼操作， 使其組成一定頻率的脈沖，此脈沖用來驅(qū)動紅外管，紅外管再將電信號轉(zhuǎn)換為光 信號的形式進行傳播；紅外的接收端實際作用是對接收信號進行解調(diào)，通過調(diào)節(jié) 后再將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，之后對電信號進行放大、濾波處理，將處理過的信 號最終轉(zhuǎn)回為二進制的信號進行讀取。紅外通信電路就是信號的調(diào)制和解調(diào)裝置 110紅外信號的調(diào)制方法有很多，比如我們常用的脈沖寬度調(diào)制（PWM以及脈沖位置調(diào)制（PPM等方法，本

17、設計采用脈寬調(diào)制。二進制調(diào)制是由一個單片機完成的， 它的作用是將經(jīng)過編碼的二進制信號，經(jīng)過調(diào)制，將其轉(zhuǎn)到一個非連續(xù)的38kHz頻率的脈沖序列中，具信號是由紅外發(fā)射二極管完成發(fā)出。例如，我們從下圖可 以看出二進制信號的編碼波形為A,而B則是一個連續(xù)的脈沖用，其頻率為38kHz（約為26us） , C是經(jīng)過調(diào)制的間歇性脈沖用，它的作用是用于傳輸信號。 如圖2所示。101是發(fā)送的二進制數(shù)據(jù)。通過一個集成的紅外接收器，來完成對二進制信號的解調(diào)。接收到的信號（圖2.2中的波形D也就是圖2.1中的C）內(nèi)部處理和解調(diào)，以及輸出波形如圖2.3 E（圖7） 完全的逆。接收機的解調(diào)可以被理解為：當輸入脈沖序列時則

18、為低電平，否則輸出 呈現(xiàn)為高電平。單片機完成對其的二進制譯碼。二進制編碼波形經(jīng)由紅外接收器 解碼為發(fā)送器發(fā)送的數(shù)據(jù)。如圖 2.3所示，波形E是對其解碼恢復得到數(shù)據(jù)信息 101。發(fā)送字節(jié)開始，高水平的20個脈沖寬度（我們每個脈沖周期26）發(fā)送傳輸?shù)拈_始 （同步幀），然后是8位二進制數(shù)據(jù)發(fā)送（高的位置在前面，低后面），和低水平的10 個脈沖寬度被發(fā)送到傳播，如圖2.3所示。在接收同步幀時，輸入解碼部分。軟件抽樣判別法是我采取的解碼方法，判別閾值為15個脈沖，在閾值時間內(nèi)t取為低電平（如圖10所示），則判定編碼為“1” ； 在閾值時間內(nèi)，如果讀取為高電平（如圖10所示）則判定為“0”。在解碼一個比

19、特之后，需要等到下一個高電平到來，然后再計算15個脈沖來確定讀取級別是高 還是低，然后解碼。3.3機械手分類機械手的分類大致可分為以下幾種：坐標形式、驅(qū)動方式和信號輸入方式。（1）按坐標形式劃分。坐標形式是指執(zhí)行機構在移動時所采用的參考坐標系統(tǒng)的方式。1）直角坐標笛卡爾坐標機械手的末端執(zhí)行器是在空間位置上的三個垂直軸運動，即沿X軸的縱向運動、沿Y軸的橫向運動，以及沿Z軸的升降。該機械手 不僅位置精度最高，無耦合，而且還控制簡單，具有良好的避障性能。但也存在 結(jié)構大，運動范圍小，靈活性差的缺陷。2）圓柱坐標式機械手改變末端執(zhí)行器的空間位置是通過兩個運動和一個旋轉(zhuǎn)來改 變末的。臂的運動是由垂直柱的

20、平面展開和垂直柱上的兩個直線運動和臂繞垂直 柱的旋轉(zhuǎn)構成的。該機械手同樣具備位置精度高，控制簡單，避障性能好的特點， 但其結(jié)構也很大。3）一個線性運動和兩個旋轉(zhuǎn)構成了極坐標機械手的運動，即沿手臂方向的X的延伸，繞Y軸的俯仰和Z軸的旋轉(zhuǎn)。該機械手具有占地面積小、結(jié)構緊湊、定位精 度高的優(yōu)點，但它的平衡回避能力較差。4）關節(jié)坐標機械手主要由垂直柱、大臂和小臂組成。垂直柱圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)，構成腰部關節(jié)，垂直柱和大臂構成肩關節(jié)，大臂和小手臂構成肘關節(jié)，大臂和小手臂 構成俯仰運動。該機械手不及具備工作范圍大，動作反應靈活還具備避障性能好 等特點，但它還存在一定缺陷，定位精度低，需要解決的平衡問題多，控制耦合

21、 復雜也是一大缺點。目前它的應用越來越多。（2）按驅(qū)動模式分1）最廣泛使用的電動驅(qū)動器之一。在早期，驅(qū)動電機采用步進電機，之后研發(fā)了 直流伺服電機?，F(xiàn)在，交流伺服電機的應用飛速發(fā)展。驅(qū)動機構的運動可以通過 這種驅(qū)動裝置直接驅(qū)動，并且驅(qū)動機構的運動也可以通過由諧波減速機完成對其 減速，具備了結(jié)構簡單緊湊的優(yōu)點。2）液壓驅(qū)動機械手抓取有很大的能力，可以抓住的質(zhì)量100公斤的物體，油壓7 mpa, 液壓傳動平穩(wěn)，動作靈敏，但密封要求較高，不應該在高溫或低溫領域工作，需要配 備一套液壓系統(tǒng)。3）氣壓驅(qū)動的機械手擁有結(jié)構簡單，動作快，價格低的特點。因為對其空氣的壓 縮性，所以存在工作速度的穩(wěn)定性較差的缺

22、點，氣源的壓力較低，一般數(shù)值為 0.7MPa,導致其抓取力小，只能完成對幾公斤到十多公斤的重量物體的提取。 通過信號輸入的方式進行劃分。1）由操作者直接使用操作多個自由度的機械手成為人操作機械手。2）固定程序機械手按預定的順序、條件和位置，逐步地完成給定任務的機械手。3）雖然可變程序機械手與固定程序機械手基本相同，但可以容易的改變工作順序 和其他信息。4）程序控制機械手。由計算機程序直接給機械手提供操作說明，因此控制方式與 數(shù)控機床相似。5）機械手的教學和復制操作可以根據(jù)存儲在記憶裝置中的信息再現(xiàn)人體指令的動 作，教學動作可以自動重復。6）智能機械手借由傳感器，可以敏感地察覺工作環(huán)境或工作條件

23、的變化，并利用 其決策能力完成布置的任務。第三章智能家居機器人硬件設計STC89C51主控芯片電路本文設計的智能家居機器人單片機為控制核心為 STC89C51 STC89C5俱備了低電 壓、高性能CMO8位微處理器，并且?guī)в?K字節(jié)閃存，俗稱單片機。MCU勺可擦 只讀存儲器可1000次擦除。該裝置采用宏晶高密度非易失性存儲器制造技術制造， 同時又兼容工業(yè)標準MCS-51指令集和輸出弓I腳。宏晶STC89C5混單片機中高效 的單片機，具有多功能8位CPUffi閃存芯片的結(jié)合。STC89C5i1片機滿足了諸多 嵌入式控制系統(tǒng)靈活、廉價的要求。STC89C5提供以下使用功能:4K字節(jié)閃存、128字節(jié)

24、內(nèi)RAM 32個I/O端口、2個 16位定時/計數(shù)器、5個矢量2中斷結(jié)構、一個全雙工串口通信端口、一個芯片振 蕩器和一個時鐘電路。同時，STC89C5何以適當減少到0Hz的靜態(tài)邏輯運算，滿 足兩種軟件可選擇的省電模式。當處在空閑模式時，暫停對CPU的工作，不過允許RAM定時器/計數(shù)器、串行通信端口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 斷電模式保存了 RAM 的內(nèi)容，但振蕩器停止并禁止其余元件工作，直至下一個硬件復位234 oSTC89C5在控芯片的弓I腳定義如下:VCC:電源電壓。連接到5 v o 接地：接地。P0端口：P0端口為8位漏開的雙向I/O端口，每腳吸收8TTL門電流。當P0端口 的引腳被第一次寫“

25、1”時，它們就被定義為高電阻輸入。P0可以用于外部程序數(shù) 據(jù)內(nèi)存，則定義為低8位的數(shù)據(jù)/地址。在FIASH編程中，P0端口被用于原始代碼 輸入端口。當FIASH檢驗時，P0輸出原始代碼。這時，上拉電阻器一定要連接到 P0外部。P1端口：P1端口為8位雙向I/O端口，上拉電阻內(nèi)部提供，P1端口緩沖區(qū)可以接 納輸出門電流4TTL當P1引腳被寫到1時，它在內(nèi)部被拉開，可以作為輸入，P1 端口向下拉低功率，這將輸出電流，這是由于內(nèi)部的拉開。當編程和檢查FLASH時，P1端口此時接U為一個低8位地址。P2端口：P2端口為一個8位的雙向I/O端口，擁有內(nèi)上拉電阻。P2端口緩沖器可 以接收輸出門電流4TTL

26、.當P2端口被寫入“1”時，管腳里內(nèi)拉電阻拉開，此時 被用作輸入。作為輸入，P2端口的引腳被從外部拉下來并輸出電流。這是由于內(nèi) 部的壓力。當P2端口用于外部程序內(nèi)存或16位地址外部數(shù)據(jù)內(nèi)存時，P2端口的 輸出地址是8比特。當給出地址“1”時，憑借內(nèi)部拉開帶來的優(yōu)勢，一旦讀取和 寫入外部8位地址數(shù)據(jù)內(nèi)存時，P2端口就輸出其特殊的函數(shù)寄存器。P2端口在 FLASHS程和驗證過程中接收到高8位地址信號和控制信號。P3端口：P3是一個具備8個雙向I/O端口，同時具有內(nèi)拉電阻的端口，可接收門 電流為4個TTL。當P3端口被寫入到“1”時，內(nèi)部將其拉至一個高電平級別作為 輸入使用。作為輸入時，由于外部下拉

27、導致的低電平，P3端口將輸出當前的（ILL）, 這是由向上拉的緣故造成的。當P3端口充當AT89C51的特殊功能口使用時則有多 種功能，具體功能可見下列： 備選功能p3.0 RXD （串行輸入口）P3.1 TXD （用行輸出口）P3.2 /INT0 （外部中斷0）P3.3 /INT1 （外部中斷1）P3.4 T0 （計時器0外部輸入）P3.5 T1 （計時器1外部輸入）P3.6 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）為閃爍編程和編程校驗接收部分控制信號是其具備的功能。RST復位輸入。當振蕩器復位元器件時，使 RST卻保持兩個機器周期的高電平時 問。ALE/P

28、ROGg訪問外部內(nèi)存，此時地址鎖的輸出級別用于鎖存地址的低位字節(jié)。在 FLASH程中，該引腳的作用是輸入編程脈沖。通常，ALE終端在一個恒定的頻率周期輸出一個正的脈沖信號，相當于振蕩器頻率的1/6。這樣，它可以用于外部輸 出脈沖或用于定時。但是，應該注意的是，每當使用外部數(shù)據(jù)內(nèi)存時，都會跳過 ALE脈沖。如果想要禁止ALE的輸出，可以在特殊功能寄存器（SFR EH1址上設 置成00在這方面上，ALE只執(zhí)行MOVX而MOVC!令則讓ALE工作。止匕外，大頭 針也有輕微的升高。微處理器假如在外部執(zhí)行狀態(tài)下執(zhí)行 ALE,則無法完成，該位 無效。PSEN充當外部程序存儲器的門控信號。 在獲取外部程序內(nèi)

29、存時，每個機器周期是 2倍/PSEN有效。但是當訪問外部數(shù)據(jù)存儲時，這兩個有效的/PSEN信號不會出現(xiàn)。 EAVPP當/EA在此期間保持低，外部程序內(nèi)存（0000H-FFFFH）,不管是否有內(nèi)部程 序內(nèi)存。當加密模式為1時，/EA將鎖定內(nèi)部重置，當/EA結(jié)束時，內(nèi)部程序內(nèi)存 將被保存。在FLASH程中，同樣適用于12V編程電源（VPP）。XTAL1:反向振蕩放大器的輸入和內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2:從反向振蕩器的輸出。時鐘晶振電路51單片機執(zhí)行指令12個時鐘周期。它需要時鐘晶體振蕩器電路提供時鐘信號。晶振電路的作用是控制程序運行，高速則反應頻率較高、快節(jié)奏則低速。單片機振蕩器的功能是為

30、系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。如圖3.2所示，晶體振蕩電路的兩個端口分別連接到STC89C5XTAL俐 XTAL2個端口。在單片機中使用11.0592MHz 石英晶體振蕩器進行串口通信，很容易設置波特率。我們要使用11.0592MHz的原 因是我們需要在申行通信中計算波特率。波特率必須是一個整數(shù)。為了使波特率為整數(shù)，晶體振蕩器頻率數(shù)值應為 11.0592MHz晶體振蕩器的pin與微處理器通 過連接器連接，使晶體振蕩器可以方便地更換。晶振電路產(chǎn)生時鐘信號，以確保 處理器在一定的時間序列中工作,晶振電路采用晶體振蕩器。Y1是一個晶體振蕩器,C3和C4是30pF的負載電容，與Y1兼容。復位電路51單片機復

31、位只需要連接到第9針上的高電平，即可實現(xiàn)連續(xù) 2uS。復位電路如 圖3.3所示。在系統(tǒng)中，一旦電源啟動，系統(tǒng)就會被重置，當電源再次打開時系 統(tǒng)將被重置。+ 5v是用電時，電容器充電（充電電流充電電流，將在最大電流的開 始，隨著時間的推移逐漸減少，直到電容器充滿電，充電電流變成0,然后電容器是 開放的，這一次是真正意義上的直，所以電源連接?！庇幸欢螘r間，這一過程中存 在著一個關口?！彪娙萜鞒潆娺^程中，RST終端電壓完全相反的VCE 0（因為充電 電流從一個大的變化是0）。在這個過程中，會有一段時間VCCS高級別上，導致一 個芯片復位（時間常數(shù)是由R和C）。但在電容器不再指控后，沒有電流通過，RS

32、T是 常數(shù)，單片機正常工作。在電路圖中，電容器的尺寸為 0.1uF,電阻的大小為10K。 根據(jù)公式，電容的計算量可以是電源的0.7倍。（單片機功率為5V,所以電荷為0.7乘以3.5V）,所需時間為10K*0.1uF=1mS也就是說，在系統(tǒng)啟動1mSW,電 容兩端的電壓從0增加到3.5V, 10K電阻兩端的電壓從5降至IJ 1.5V（串聯(lián)電路中電 壓和總電壓之和）。所以在1mS中，RST弓I腳接收白電壓是5到1.5V。在5V操作 的51單片機中，電壓信號小于1.5V是低電平信號，而大于1.5V的電壓信號是一 個高電平信號。因此在引導1mS中，單片機系統(tǒng)自動復位（RST pin接收到高電平 信號時

33、間約為1mS）49。電源供電電路如圖3.4所示，電源電路如圖3.4所示，整個系統(tǒng)使用4節(jié)5電池，電池置于電 池盒內(nèi)，電池用聯(lián)。電路板的電源是由開關上的開關置于電路板的電源輸入上， 電源與供電裝置并聯(lián)，因為旁路電容的阻抗遠小于配電線路的阻抗。電感電抗、 旁路電容的突然電流和不再流過配電線路的電流，因此在功率分布線電感上無電 壓產(chǎn)生。旁路電容減小了電流在配電線路上的變化，使配電線路的電源電流平滑到連續(xù)的 平均電流。可以認為，并聯(lián)并聯(lián)電容的低阻抗與高速電流開關中的高阻抗電源通 道（電力設備+配電線路）連接較短，為電路系統(tǒng)提供了所需的快速變化電流。供電設備保持穩(wěn)定狀態(tài)和緩慢變化所需的電流，并不斷補充旁

34、路電容器充電。但是，這并不會導致供電設備和電流分布線的高速電流變化。蜂鳴器應用電路蜂鳴器驅(qū)動電路如圖3.5所示。三極管S8550作為開關。高水平的基體使三極管 飽和并發(fā)出蜂鳴聲；底部低，三極管關閉，蜂鳴器停止聲音。由于GPIO端口的輸出電流有限，蜂鳴器嗡嗡聲需要較大電流，GPIO輸出不能滿足要求。1A輸出電流由其提供，足以驅(qū)動蜂鳴器。因此，我們使用GPIO端口來控制8550的傳導和截止，從而控制蜂鳴器。當邏輯1寫入P2.3時，P0.7輸出高電平(+5V), 8550的基電流為0。此時，Q1 處于截止狀態(tài)，功率不能添加到蜂鳴器的正極，蜂鳴器聽不到。當寫入邏輯0到P0.7, P0.7輸入低電平(0

35、V),在8550發(fā)射器和基礎之間產(chǎn)生電 流。這時Q1被打開，蜂鳴器嗡嗡作響。注：晶體管的飽和導電條件：在電路中，CE兩端的電壓接近0V,小于EB電壓。數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管，又稱LED數(shù)碼管，不同于各行各業(yè)的人的叫法。數(shù)字管的數(shù)量可以分為7個部分的數(shù)字管和8個數(shù)字管。8段比7個數(shù)字管多，這是一個小點(DP),可以更準確地表示數(shù)字管的 內(nèi)容。根據(jù)可以顯示多少 (8),可以將它分為1、2、3、4位。5、6和7位數(shù)字管。根據(jù)LED器件的連接方式，可分為普通陽極數(shù)字管和普通陰極電子管。co陽數(shù)字管是連接發(fā)光二極管所有陽極的數(shù)字管，形成一個共同的陽極(COM) o當采用co陽數(shù)字管時，一般的極性COM應連

36、接到+5V。當一個場中發(fā)光二極管的陰極低時，對應的場就會被點燃，當一個場 的陰極高時，對應的場就在相應的場中。這不是光明的。負數(shù)字管是一種數(shù)字管，它把一個 發(fā)光二極管的所有陰極連接到一個普通的陰極(COM)。在使用普通陰極時，普通陰極應連接到接地線GND。當一個場中的發(fā)光二極管的陽極高時，對應的場就會被點亮。 這塊地不明亮。選用陽極數(shù)字管進行模式顯示。電機驅(qū)動電路汽車車輪由直流減速電機驅(qū)動，驅(qū)動芯片采用恒壓恒流橋2A驅(qū)動芯片L298N L298 是ST公司的產(chǎn)品。更常見的是L298NJ,有15個引腳多瓦包，內(nèi)部也包含4個通道 邏輯驅(qū)動電路。滿足驅(qū)動兩個直流電機或兩個相步進電機的要求。L298N

37、芯片能夠 驅(qū)動兩個兩相電機，也可以驅(qū)動一個四相電機。輸出電壓可達50Vo可直接通過電 源調(diào)節(jié)輸出電壓；它可以直接為單片機的IO端口提供信號；電路簡單方便。它 L298N可接受標準TTL邏輯級信號VSS, VSS可連接的電壓在4.5到7V之間。4 引腳VS與電源電壓連接，VS電壓范圍VIH為+ 2.5 46 V。輸出電流可達2.5 A, 可驅(qū)動電感負載。L298驅(qū)動電路如圖3.6所示。紅外遙控電路紅外遙控是一種無線、非接觸式控制技術。具有抗干擾能力強、信息傳輸可靠、 功耗低、成本低、易于實現(xiàn)等優(yōu)點。它普遍應用于許多電子設備，特別是家用電 器，越來越多地應用于計算機系統(tǒng)。紅外遙控器由兩部分組成：發(fā)

38、送和接收。傳輸部分由主芯片調(diào)制成一系列的脈沖序 列信號，紅外信號接收端的紅外信號被紅外發(fā)射器廣泛采用。具有可靠性能的集 成紅外接收機(如接收38KHz的紅色外頻率的HS003游口周期26us)接收紅外線。同時，它同時放大、解調(diào)和形成信號，得到TTL電平的編碼信號，然后將其發(fā)送到單片機，解碼并執(zhí)行單片機，并控制相關的對象 11。如圖3.9所示。循跡傳感器電路紅外探測電路中使用TCRT500強感器的紅外發(fā)射二極管不斷發(fā)射出紅外線。當發(fā)射的紅外線反射或反射回來，但強度不夠大，光敏三極管已經(jīng)處于關閉狀態(tài)，此時 的輸出端模塊是高，表明二極管總是滅火的形式。當檢測范圍內(nèi)出現(xiàn)檢測對象時， 紅外線反射回來，紅

39、外強度夠大，光敏三極管飽和，模塊輸出端較低，說明二極 管被點亮。當模塊檢測到前方障礙物信號時，電路板上的綠色指示燈和紅外端口連續(xù)輸出低 電平信號。模塊檢測距離從2到30cm檢測角度為35度，檢測距離可由電位器調(diào) 整，順時針電位計，檢測距離增加，逆時針方向電位器，檢測距離降低。傳感器 主動紅外反射檢測，目標的反射率和形狀是檢測距離的關鍵。其中，黑色檢測出 的距離最小而白色最大。LM393采用寬電壓LM393比較器，是一種雙電壓比較儀，由兩個獨立的精密電壓比 較器組成。它的功能是比較兩個輸入電壓，并根據(jù)兩個輸入電壓改變輸出電壓。輸出有兩個狀態(tài)：靠近開路或靠近低電平，兩個輸入電壓差大于10mV可以保證輸出可以可靠地從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個狀態(tài)。因此，在弱信號檢測和其他情況下 使用LM339是非常理想的。LM393S用集電極開路輸出，因此需要增加一個拉電阻 輸出高電平57。避障模塊傳感器模塊具有很強的適應環(huán)境光的能力。它有一對紅外發(fā)射和接收管。發(fā)射管 發(fā)射特定的頻率紅外線。當檢測方向遇到障礙物（反射器）時，接收管接收紅外反射。對比較器電路進行處理后，綠色指示燈亮起。同時，信號輸出接口輸出數(shù)字信 號（低電平信號），可以通過電位器旋鈕，調(diào)整檢測距