尋跡避障小車原理

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1、循跡避障小車原理一） 小車功能實(shí)現(xiàn)利用光電傳感（紅外對(duì)射管，紅外發(fā)射與接收二極管組成）檢測(cè)黑白線，實(shí)現(xiàn)小車能跟著白線（或黑線）行走，同時(shí)也可避開障礙物，即小車尋跡過程中，若遇障礙物可自行繞開，繞開后繼續(xù)尋跡。二） 電路分析1. 光電傳感循跡光電傳感器原理，利用黑白線對(duì)紅外線不同的反射能力。然后通過光敏二極管或光敏三極管，接收反射回的不同光強(qiáng)信號(hào)，把不同光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，最后通過電阻，轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的高低電平。光電傳感器實(shí)現(xiàn)循跡的基本電路如下圖所示、循跡傳感器基本電路 電路解釋：TC端是傳感器工作控制端，為高電平時(shí)，發(fā)光二極管不工作，傳感器休眠，為低電平時(shí)，傳感器啟動(dòng)。Signal端為檢測(cè)

2、信號(hào)輸出，當(dāng)遇到黑線，黑線吸收大量的紅外線，反射的紅外線很弱，光敏三極管不導(dǎo)通，signal輸出高電平，當(dāng)遇到白線，與黑線相反，反射的紅外線很強(qiáng)，使光敏三極管導(dǎo)通，signal輸出低電平。 尋跡部分調(diào)整左右傳感器之間的距離，兩探頭距離約等于白線寬度最合適，一般白線寬度選擇范圍為3 5 厘米比較合適。注意：該傳感器的靈敏度是可調(diào)的，偶爾傳感器遇到白線卻不能送出相應(yīng)的信號(hào)，通過調(diào)節(jié)傳感器上的可調(diào)電阻，適當(dāng)?shù)脑龃蠡驕p小靈敏度。另外，循跡傳感器的安放也算是比較有講究的，有兩種方法，一種是兩個(gè)都是放置在白線內(nèi)側(cè)但緊貼白線邊緣，第二種是都放置在白線的外側(cè)，同樣緊貼白線邊緣。我們通常采用第二種方法。編寫程序

3、使小車遇白線時(shí)，小車跟著白線走。當(dāng)小車先前前進(jìn)時(shí)，如果向左偏離了白線。那么右邊傳感器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平，單片機(jī)判斷這個(gè)信號(hào)，然后向右拐?；氐桨拙€后。兩傳感器輸出信號(hào)為高電平。小車前進(jìn)。如果小車向右偏離白線，左邊傳感器產(chǎn)生一個(gè)低電平，單片機(jī)判斷這個(gè)信號(hào)，然后向左拐。如此如此，小車必不偏離白線。若小車的兩對(duì)光電傳感器同時(shí)輸出的信號(hào)為高電平（黑底）或低電平（白底），即單片機(jī)判斷的都為高電平或低電平，小車向前直走，在此過程中（直走）小車若遇白線，小車又重復(fù)上面動(dòng)作跟著白線走。 避障部分 當(dāng)小車在尋跡（沿著白線走或直走）過程中遇障礙物，小車亦可自行轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎動(dòng)作完成后，又繼續(xù)尋跡。 2. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 電

4、機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用L298N，是一款承受高壓大電流的全橋型直流/步進(jìn)電壓驅(qū)動(dòng)器，如下圖電機(jī)控制芯片L298N的引腳排列L298N引腳編號(hào)與功能引腳編號(hào)名稱功能1電流傳感器A在該引腳和地之間接小阻值電阻可用來檢測(cè)電流2輸出引腳1內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的輸出端1，接至電機(jī)A3輸出引腳2內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的輸出端2，接至電機(jī)A4電機(jī)電源端電機(jī)供電輸入端,電壓可達(dá)46V5輸入引腳1內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的邏輯控制輸入端16使能端A內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的使能端7輸入引腳2內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器A的邏輯控制輸入端28邏輯地邏輯地9邏輯電源端邏輯控制電路的電源輸入端為5V10輸入引腳3內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的邏輯控制輸入端111使能端B內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的使能端12輸入引

5、腳4內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的邏輯控制輸入端213輸出引腳3內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的輸出端1，接至電機(jī)B14輸出引腳4內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器B的輸出端2，接至電機(jī)B15電流傳感器B在該引腳和地之間接小阻值電阻可用來檢測(cè)電流L298N內(nèi)部原理圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)A/B的控制邏輯如下表所示輸入信號(hào)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方式使能端A/B輸入引腳1/3輸入引腳2/4110前進(jìn)101后退111緊急停車100緊急停車0XX自由轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)A/B的工作原理電機(jī)控制邏輯如下：以電機(jī)A為例，當(dāng)使能端A為高電平是，如果輸入端M1 Direction引腳為高電平，三極管導(dǎo)通，輸入引腳1為低電平而輸入引腳2為高電平，電機(jī)A反轉(zhuǎn)；如果輸入端M1 Direction引腳為底電平

6、，三極管截止，輸入引腳1為高電平而輸入引腳2為低電平，電機(jī)A正轉(zhuǎn)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖3. 中文液晶顯示器128x64 帶中文字庫(kù)的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊。其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示84行1616點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形顯示。具有低電壓低功耗特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多

7、，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊?；咎匦? 低電源電壓（VDD:+3.0-+5.5V） 顯示分辨率:12864點(diǎn) 內(nèi)置漢字字庫(kù)，提供8192個(gè)1616點(diǎn)陣漢字(簡(jiǎn)繁體可選) 內(nèi)置 128個(gè)168點(diǎn)陣字符 2MHZ時(shí)鐘頻率 顯示方式：STN、半透、正顯 驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY，1/5BIAS 視角方向：6點(diǎn) 背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/51/10 通訊方式：串行、并口可選 內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓 無需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì) 工作溫度: 0 - +55 ,存儲(chǔ)溫度: -20 - +60 模塊接口說明：PIN15LED+ 背光正極，接4.8

8、V-5VPIN116LED- 背光負(fù)極，接0V*注：1：如在實(shí)際應(yīng)用中僅使用并口通訊模式，可將PSB接固定高電平，也可以將模塊上的J8和“VCC”用焊錫短接；2：模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場(chǎng)合可將該端懸空；3：如背光和模塊共用一個(gè)電源，可以將模塊上的JA、JK用焊錫短接。引腳控制信號(hào)應(yīng)用 D/I，R/W的配合選擇決定控制界面的4種模式：D/IR/W功能說明LLMPU寫指令到指令暫存器（IR）LH讀出忙標(biāo)志（BF）及地址記數(shù)器（AC）的狀態(tài)HLMPU寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（DR）HHMPU從數(shù)據(jù)暫存器（DR）中讀出數(shù)據(jù)E信號(hào)操作：E狀態(tài)執(zhí)行動(dòng)作結(jié)果高低I/O緩沖DR配合/W進(jìn)

9、行寫數(shù)據(jù)或指令高DRI/O緩沖配合R進(jìn)行讀數(shù)據(jù)或指令低/低高無動(dòng)作內(nèi)部寄存器信號(hào) 忙標(biāo)志:BFBF標(biāo)志提供內(nèi)部工作情況，BF=1表示模塊在進(jìn)行內(nèi)部操作，此時(shí)模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù)。BF=0時(shí)，模塊為準(zhǔn)備狀態(tài)，隨時(shí)可接受外部指令和數(shù)據(jù)。利用STATUS RD 指令，可以將BF讀到DB7總線，從而檢驗(yàn)?zāi)K之工作狀態(tài)。字型產(chǎn)生ROM（CGROM）字型產(chǎn)生ROM（CGROM）提供8192個(gè)此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關(guān)的控制。DFF=1為開顯示（DISPLAY ON)，DDRAM的內(nèi)容就顯示在屏幕上，DFF=0為關(guān)顯示（DISPLAY OFF)。DFF 的狀態(tài)是指令DISPLAY ON/OFF和D

10、/IT信號(hào)控制的。顯示數(shù)據(jù)RAM（DDRAM） 模塊內(nèi)部顯示數(shù)據(jù)RAM提供642個(gè)位元組的空間，最多可控制4行16字（64個(gè)字）的中文字型顯示，當(dāng)寫入顯示數(shù)據(jù)RAM時(shí)，可分別顯示CGROM與CGRAM的字型；此模塊可顯示三種字型，分別是半角英數(shù)字型(16*8)、CGRAM字型及CGROM的中文字型，三種字型的選擇，由在DDRAM中寫入的編碼選擇，在此階段0000H0006H的編碼中（其代碼分別是0000、0002、0004、0006共4個(gè)）將選擇CGRAM的自定義字型，02H7FH的編碼中將選擇半角英數(shù)字的字型，至于A1以上的編碼將自動(dòng)的結(jié)合下一個(gè)位元組，組成兩個(gè)位元組的編碼形成中文字型的編碼

11、BIG5（A140D75F），GB（A1A0-F7FFH）。 字型產(chǎn)生RAM(CGRAM) 字型產(chǎn)生RAM提供圖象定義(造字)功能,可以提供四組1616點(diǎn)的自定義圖象空間，使用者可以將內(nèi)部字型沒有提供的圖象字型自行定義到CGRAM中，便可和CGROM中的定義一樣地通過DDRAM顯示在屏幕中。 地址計(jì)數(shù)器AC 地址計(jì)數(shù)器AC地址計(jì)數(shù)器是用來貯存DDRAM/CGRAM之一的地址,它可由設(shè)定指令暫存器來改變，之后只要讀取或是寫入DDRAM/CGRAM的值時(shí)，地址計(jì)數(shù)器的值就會(huì)自動(dòng)加一，當(dāng)D/I為“0”時(shí)而R/W為“1”時(shí)，地址計(jì)數(shù)器的值會(huì)被讀取到DB6DB0中。 光標(biāo)/閃爍控制電路此模塊提供硬體光標(biāo)

12、及閃爍控制電路，由地址計(jì)數(shù)器的值來指定DDRAM中的光標(biāo)或閃爍位置。指令操作模塊控制芯片提供兩套控制命令，基本指令和擴(kuò)充指令如下：指令表1：（RE=0：基本指令）指令 指 令 碼功 能D/IR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除顯示0000000001將DDRAM填滿20H,并且設(shè)定DDRAM的地址計(jì)數(shù)器(AC)到00H地址歸位000000001X設(shè)定DDRAM的地址計(jì)數(shù)器(AC)到00H,并且將游標(biāo)移到開頭原點(diǎn)位置;這個(gè)指令不改變DDRAM 的內(nèi)容顯示狀態(tài)開/關(guān)0000001DCBD=1: 整體顯示 ONC=1: 游標(biāo)ONB=1:游標(biāo)位置反白允許進(jìn)入點(diǎn)設(shè)定00000001I/DS指定在數(shù)

13、據(jù)的讀取與寫入時(shí),設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)方向及指定顯示的移位游標(biāo)或顯示移位控制000001S/CR/LXX設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)與顯示的移位控制位;這個(gè)指令不改變DDRAM 的內(nèi)容功能設(shè)定00001DLXREXXDL=0/1：4/8位數(shù)據(jù)RE=1: 擴(kuò)充指令操作RE=0: 基本指令操作設(shè)定CGRAM地址0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0設(shè)定CGRAM 地址設(shè)定DDRAM地址0010AC5AC4AC3AC2AC1AC0設(shè)定DDRAM 地址（顯示位址）第一行：80H87H第二行：90H97H讀取忙標(biāo)志和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0讀取忙標(biāo)志(BF)可以確認(rèn)內(nèi)部動(dòng)作是否完成,同時(shí)

14、可以讀出地址計(jì)數(shù)器(AC)的值寫數(shù)據(jù)到RAM10數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)D7D0寫入到內(nèi)部的RAM (DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)讀出RAM的值11數(shù)據(jù)從內(nèi)部RAM讀取數(shù)據(jù)D7D0(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)指令表2：（RE=1：擴(kuò)充指令）指令指 令 碼功 能D/IR/WD7D6D5D4D3D2D1D0待命模式0000000001進(jìn)入待命模式,執(zhí)行其他指令都終止卷動(dòng)地址開關(guān)開啟000000001SRSR=1：允許輸入垂直卷動(dòng)地址SR=0：允許輸入IRAM和CGRAM地址反白選擇00000001R1R0選擇2行中的任一行作反白顯示，并可決定反白與否。初始值R1R000，第一次

15、設(shè)定為反白顯示，再次設(shè)定變回正常睡眠模式0000001SLXXSL=0：進(jìn)入睡眠模式SL=1：脫離睡眠模式擴(kuò)充功能設(shè)定00001CLXREG0CL=0/1：4/8位數(shù)據(jù)RE=1: 擴(kuò)充指令操作RE=0: 基本指令操作G=1/0：繪圖開關(guān)設(shè) 定繪圖RAM地 址0010AC60AC50AC4AC3AC3AC2AC2AC1AC1AC0AC0設(shè)定繪圖RAM先設(shè)定垂直(列)AC6AC5AC0 再設(shè)定水平(行)地址AC3AC2AC1AC0將以上16位地址連續(xù)寫入即可注：當(dāng)IC1在接受指令前,微處理器必須先確認(rèn)其內(nèi)部處于非忙碌狀態(tài),即讀取BF標(biāo)志時(shí),BF需為零,方可接受新的指令;如果在送出一個(gè)指令前并不檢查

16、BF標(biāo)志,那么在前一個(gè)指令和這個(gè)指令中間必須延長(zhǎng)一段較長(zhǎng)的時(shí)間,即是等待前一個(gè)指令確實(shí)執(zhí)行完成。三、顯示應(yīng)用1、字符顯示帶中文字庫(kù)的128X64-0402B每屏可顯示4行8列共32個(gè)1616點(diǎn)陣的漢字，每個(gè)顯示RAM可顯示1個(gè)中文字符或2個(gè)168點(diǎn)陣全高ASCII碼字符，即每屏最多可實(shí)現(xiàn)32個(gè)中文字符或64個(gè)ASCII碼字符的顯示。帶中文字庫(kù)的128X64-0402B內(nèi)部提供1282字節(jié)的字符顯示RAM緩沖區(qū)（DDRAM）。字符顯示是通過將字符顯示編碼寫入該字符顯示RAM實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)寫入內(nèi)容的不同，可分別在液晶屏上顯示CGROM（中文字庫(kù)）、HCGROM（ASCII碼字庫(kù)）及CGRAM（自定義

17、字形）的內(nèi)容。三種不同字符/字型的選擇編碼范圍為：00000006H（其代碼分別是0000、0002、0004、0006共4個(gè)）顯示自定義字型，02H7FH顯示半寬ASCII碼字符，A1A0HF7FFH顯示8192種GB2312中文字庫(kù)字形。字符顯示RAM在液晶模塊中的地址80H9FH。字符顯示的RAM的地址與32個(gè)字符顯示區(qū)域有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示。 80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH其中，C語言編譯器具有直接把中文轉(zhuǎn)

18、換成ASCII碼字符功能。對(duì)照下面原理圖，編譯程序示例，并下載到實(shí)驗(yàn)板上，觀測(cè)現(xiàn)象。4. 尋跡避障程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit RM1=P00;sbit RM2=P01;/右電機(jī)sbit LM1=P02;sbit LM2=P03;/左電機(jī)sbit bzh=P26;sbit RAD=P06;/紅外接收右電機(jī)轉(zhuǎn)sbit LBD=P07;/紅外接收左電機(jī)轉(zhuǎn)sbit rs=P35;/LCD的RS sbit rw=P36;/LCD的R/W sbit en=P37;/LCD的E void lcd_str

19、ing(uchar *strpoint);void delay(uint a) uint b,c; for(b=a;b0;b-) for(c=120;c0;c-);uchar i=0;void checkbusy()/檢查L(zhǎng)CD忙uchar dat;rs=0;/rs=1為數(shù)據(jù),=0為命令.rw=1;/rw=1為讀,=0為寫. do P1=0x00; en=1; /E信號(hào)下降沿鎖存DB7DBO dat=P1; /讀入P1的值 en=0; /鎖存 dat=0x80 & dat; /BUSY：1內(nèi)部在工作，0正常狀態(tài) while(!(dat=0x00);rw=0; void sentcom(ucha

20、r com) checkbusy(); /檢查Busy rs=0; en=0; P1=com; delay(5); en=1; delay(5); en=0; void sentdata(uchar date) /寫數(shù)據(jù) checkbusy(); rs=1; en=0; P1=date; delay(5); en=1; delay(5); en=0; /初始化 LCM void lcd_init() sentcom(0x38);/功能設(shè)置，一次送8位數(shù)據(jù)，基本指令集 sentcom(0x0C);/0000,1100 整體顯示，游標(biāo)off，游標(biāo)位置off sentcom(0x01);/0000,

21、0001 清DDRAM sentcom(0x02);/0000,0010 DDRAM地址歸位 sentcom(0x80);/1000,0000 設(shè)定DDRAM 7位地址000，0000到地址計(jì)數(shù)器AC void lcd_string(char *strpoint)/在當(dāng)前顯示位置顯示LCD字符串register i=0;while(strpointi!=0)sentdata(strpointi);i+;void stop() lcd_init(); sentcom(0x80); lcd_string(現(xiàn)代創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室 );/C編譯系統(tǒng)本省也具有轉(zhuǎn)換功能，所以也可以這樣寫 sentcom(0x90

22、); lcd_string(尋跡避障一體小車); sentcom(0x88); lcd_string(-指導(dǎo)：文方老師); sentcom(0x98); lcd_string(-設(shè)計(jì)：劉志聰 ); void tracing() sentcom(0x80); lcd_string(現(xiàn)代創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室 ); sentcom(0x90); lcd_string(-指導(dǎo)：文方老師); sentcom(0x88); lcd_string(-設(shè)計(jì)：劉志聰 ); sentcom(0x98); lcd_string( 小車尋跡中-); void bypass() sentcom(0x80); lcd_string

23、(現(xiàn)代創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室 ); sentcom(0x90); lcd_string(-指導(dǎo)：文方老師); sentcom(0x88); lcd_string(-設(shè)計(jì)：劉志聰 ); sentcom(0x98); lcd_string( 小車避障中-); void find()tracing(); while(bzh=1) if(LBD&RAD=1) RM1=1;LM1=1;RM2=0;LM2=0; if(RAD=0) RM1=0;LM1=1;RM2=0;LM2=0;if(LBD=0) RM1=1;LM1=1; RM2=0;LM2=0; delay(i); if(LBD=0) RM1=1;LM1=0;RM2=0;LM2=0;if(RAD=0)RM1=1;LM1=1;RM2=0;LM2=0;delay(i); void bizhan() bypass();if(bzh=0)RM1=1;LM1=0;RM2=0;LM2=1;delay(100);void main() stop();delay(2000); while(1) find();bizhan();