基于遙控機器人的研究與設計畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 路，可以制成超聲波儀器和裝置。 11 超聲波傳感器的材料主要為壓電晶體，壓電材料組成的超聲波傳感器是一種可逆傳感器，它可以將電能轉變成機械振蕩而產生超聲波； 同時它接收到超聲波時也能轉變成電能，故它分為發送器和接收器。超聲波傳感器有透射型、反射型兩種類型。 超聲波系統測量距離較遠，且環境適應能力較強，因此選用超聲波傳感器作為障礙物檢測系統。將超聲波傳感器布置在車體前端，用于規避正前 方的障礙物，為電動小車躲避障礙物提供安全規避參數。 超聲波換能器是超聲波傳感器的核心部件，換能器按工作介質分為氣相、液相和固相換能器；按其發射波束寬度可分為寬波束和窄波束換能器；按其工作頻率分為 38KHZ， 40KHZ 等不同等級。超聲波探測器的測距常用兩種方法：強度法和反射時間法。 強度法是利用聲波在空氣中的傳輸損耗值來測量被測物的距離，被測物越遠反射信號越弱，根據反射信號的強弱就可以知道被測物的遠近，但在使用這種方法時由于換能器之間的直接耦合 信號很難消除，在放大器增益較高時這一耦合信號就可使放大器飽和從而使 整套系統失效。由于直接耦合信號的影響，強度法測距只適合較短距離且精度要求不高的場合。 反射時間法師利用檢測聲波發出和接收到被測物反射回波德時間差來測量距離，對于距離較短和要求不高的場合可認為空氣中的聲速為常數，通過測量回波時間 T，利用公式 S= 測量距離。其中， S 為被測距離、V 為空氣中聲速， T 為回波時間。這種方法不受聲波強度的影響，直接耦合信號的影響也可以通過設置時間門限加以克服，因此這種方法非常適合較遠距離的測距。如果對聲速進行溫度修訂，其精度還可以進一步提高。 對比兩種方案， 超聲波障礙檢測較紅外線 障礙檢測有更強的抗干擾性能，因此我們選擇超聲波進行障礙檢測。根據實際要求，這里選用氣相、窄波束、 40KHZ的超聲波換能器。且由于小車避障時不須在很遠處發現障礙物，且強度法較易實現，故選用超聲波強度法進行避障。 167。 語音系統 這里的語音系統主要實現報警等簡單的發聲功能，因此采用蜂鳴器作為發聲器件。 蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、報警器、電子玩具等電子產品作為發聲器件。 蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。 壓電式蜂鳴 器主要是由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器和共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器的外殼上還裝有發光二極管。多諧振蕩器由晶體光和集成電路組成。當接通電源后，多諧振蕩器起振，輸出 的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發聲。 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片 及外殼組成。接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場。震動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性的震動發聲。 蜂鳴器在電路中常用字母“ H” 或“ HA”表示。 12 167。 顯示系統 顯示系統主要實現對 接收的遙控命令以及檢測系統的報警信息進行顯示。本課題采用小型的字符型液晶顯示器作為顯示輸出。 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧等諸多優點。在微型儀表及低功耗應用系統中的應用越來越廣泛。 顯示系統采用的字符型液晶模塊是一種用 5x7 點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據顯示的容量可以分為 1 行 16 個字， 2 行 16 個字， 2 行 20 個字等，這里 采用 常用的 2 行 16 個字的 DM162 液晶模塊。 DM162 液晶模塊內部的字符發生儲存器已經儲存了 160 個不同的點陣字符圖形，每一個字符都有一個固定的代碼，例如大 寫的“ A”的代碼是 0100 0001（ 41H），顯示時模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來，就能看到“ A” 。 下面簡單介紹 DM162 液晶模塊內部的控制器的 11 條控制指令（它牽涉到后面程序編制） ,它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令程序來實現的。 ● 指令 1：清顯示，指令碼 01H，光標復位到地址 00H 位置。 ● 指令 2：光標復位，光標返回到地址 00H。 ● 指令 3:光標和顯示模式設置。 ● 指令 4：顯示開光控制。 ● 指令 5：光標或顯示移位。 ● 指令 6：功能設置命令。 ● 指令 7：字符發生器 RAM 地址設置。 ● 指令 8： DDRAM 地址設置。 ● 指令 9：讀忙信號和光標地址。 ● 指令 10：寫數據。 ● 指令 11：讀數據。 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，否則此指令失效。 167。 遙控系統 紅外遙控式目前使用最廣發的一種遙控手段。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點。因此目前廣泛應用于各種電器設備中。在工業中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環境下、采用紅外遙控不僅安全可靠還能有效的隔離電氣干擾。 通用紅外遙控系統由發射和接收兩大部分組成，應用編 /解碼 專用集成電路芯片來進行控制操作。發射部分包括鍵盤矩陣、編碼調制、 LED 紅外發送器 。接收部分包括光、電轉換放大器、解碼、解調電路。 這里采用 HT6221 專用芯片。 遙控器將不同的按鍵編成不同的遙控編碼，當發射器的按鍵按下后，發射器即發射一遙控碼，遙控碼所具有的特征有： 13 采用脈寬調制的串行碼：以脈寬為 ,間隔 、周期為 的組合表示二進制 0；以脈寬為 、隔 、周期為 的組合表示二進制 1；其波形如圖 所示 ： 圖 脈寬調制串行碼的 0/1 表示 上述的 0， 1 組成的 32 位二進制碼（ 4 字節）經 38kHZ 的載頻進行二次調制以提高發射效率，然后通過紅外發射二極管產生紅外線向空間發射。 HT6221 產生的遙控編碼是連續的 32 位二進制碼組，其中 16 位為用戶識別碼，能區別不同的電氣設備，防止不同機種遙控碼互相干擾。該芯片的用戶識別碼固定為 16 進制 01H； 后 16 位為 8 位操作碼（功能碼）及其反碼。 遙控器按下后，周期性的發出同一種 32 位二進制碼，周期約為 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 4563ms之間。 接收解調部分采用 1838 紅外集成接收頭。它將紅外接收器和放大電路集成在一體，具有體積小、密封性好、靈敏度高、價格低廉等特點。它僅有的三只管腳，分別是電源的正極、電源的負極以及信號輸出端，其工作電壓在 5V 左右。只要給它接上電源即是一個完整的紅外接收放大器。它的主要功能有放大、選頻和解調，要求輸入信號是 已經被解調的信號。經過它的接收放大和解調會在 輸出端直接輸出原始的信號，而且靈敏度和抗干擾性都非常好。 167。 .“看門狗”設計 PC 受到干擾而失控，引起程序亂飛，可能使程序陷入“死循環”。指令技術、軟件陷阱技術不能使失控的程序擺脫“死循環”，這時系統就會癱瘓。如果操作者在場，就可以按下人工復位按鈕，強制系統復位。但操作者不可能一直監視著系統，所以采用了“看門狗”技術，“看門狗”技術就是不斷監視程序循環運行時間，若發現時間超過已知的循環設置時間，則認為系統進入“死循環”， 14 然后強迫程序返回到 0000H 入口， 在 0000H 處安排一段出錯處理程序，使系統運行正常。 “看門狗”技術可由硬件實現也可以由軟件實現，在這里用硬件來實現。 實現硬件“看門狗”電路的方案主要有以下幾種： ● 采用微處理器監控器。 ● 采用 74LS123 單穩態電路來實現“看門狗” 。 ● 采用內帶震蕩器的計數芯片。 本設計采用第 3 種方案實現“看門狗”電路。 第三章 硬件設計 一個單片機應用系統的硬件電路設計包含兩個部分的內容；一是系統擴展，即單片機內部的功能單元，如 ROM、 RAM、 I/O 口、定時 /計數器、中斷系統等不能滿足應用系統的要求時，必須在單片外進行擴展， 選著適當的芯片，設計相應的電路。二是系統外設，即按照系統功能要求配置外圍設備，如鍵盤、顯示器、 A/D、 D/A 轉換器以及各種驅動電路等，要設計合適的接口電路。 存儲器 ROM 我們這里采用 串行 EEPROM 是可在線擦出和寫入的存儲器，他有體積小、接口簡單、數據保存可靠等特點。我們這里選用 AT24C02 的 EEPROM 芯片，可以存儲 2KB 的數據，其操作方式與通用的 12C 器件相同。硬件連接原理圖如 圖 所示： 圖 串行 EEPROM 硬件連接原理圖 存儲器 RAM 我們這里采用了 SDRAM， 他是 同步動態隨機存取存儲器利用了爆發模式的概念，大大提升了性能。這種模式在讀取數據時首先鎖定一個記憶行，然后迅速掃過各記憶列，與此同時讀取列上的位元數據。之所以有這種設計思想，是因為多數時候 CPU 請求的數據在內存中的位置是相鄰的。 SDRAM 比 EDO RAM 快 5%左右，已成為當今臺式機內存中應用最廣的一種。向二級緩存的最高傳輸速率約為 528MB 每秒 ， SDRAM 存儲器 接口電路圖 如圖 所示 ： 15 圖 SDRAM 存儲器 接口電路圖： AD 轉換器 AD 轉換器，這里我們選用了 ADC0809。 ADC0809 采用雙列直插式封裝 ,共有 28 條引腳，各管腳的功能分四組簡述如下： 模擬信號輸入 IN0～ IN7： IN0IN7 為八路模擬電壓輸 入線，加在模擬開關上，工作時采用時分割的方式，輪流 進行 A/D 轉換。 地址輸入和控制線 ：地址輸入和控制線共 4 條，其中 ADDA、