9、,還有對(duì)電信號(hào)放大的功能.光敏三級(jí)管的外型與一般三極管相差不大,一般光敏三極管只引出兩個(gè)極——發(fā)射極和集電極,基極不引出,管殼同樣開(kāi)窗口,以便光線(xiàn)射入.為增大光照,基區(qū)面積做得很大,發(fā)射區(qū)較小,入射光主要被基區(qū)吸收.工作時(shí)集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)正偏.在無(wú)光照時(shí)管子流過(guò)的電流為暗電流Iceo=(1+β)Icbo(很小),比一般三極管的穿透電流還小;當(dāng)有光照時(shí),激發(fā)大量的電子-空穴對(duì),使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大,此刻流過(guò)管子的電流稱(chēng)為光電流。集電極Ic=(1+β)Ib。可見(jiàn)光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。
光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。如圖3：
10、
圖3：光電傳感器原理圖
發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。此外，光電開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有反射板和光導(dǎo)纖維。三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的反射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回，具有實(shí)用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變反射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線(xiàn)，經(jīng)過(guò)反射后，還是從這根反射線(xiàn)返回。
1.2.7.2光電傳感器的
11、分類(lèi)
⑴槽型光電傳感器
把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽光電傳感器。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見(jiàn)光，在無(wú)阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過(guò)時(shí)，光被遮擋，光電開(kāi)關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。
⑵對(duì)射型光電傳感器
若把發(fā)光器和收光器分離開(kāi)，就可使檢測(cè)距離加大。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開(kāi)關(guān)就稱(chēng)為對(duì)射分離式光電開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)。它的檢測(cè)距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過(guò)路徑的兩側(cè)，檢測(cè)物通過(guò)時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作
12、輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
⑶反光板型光電開(kāi)關(guān)
把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱(chēng)為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開(kāi)關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來(lái)被收光器收到；一旦光路被檢測(cè)物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
⑷擴(kuò)散反射型光電開(kāi)關(guān)
它的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當(dāng)檢測(cè)物通過(guò)時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來(lái)，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。
1.2.7.3光電傳感器的特性曲線(xiàn)
事實(shí)上，紅外光電傳感器特性并不是
13、簡(jiǎn)單的白區(qū)高電壓，黑線(xiàn)低電壓，其電壓大小與傳感器距離黑色路徑標(biāo)記線(xiàn)的水平距離有定量關(guān)系：離黑線(xiàn)越近，電壓越低，離黑線(xiàn)越遠(yuǎn)，則電壓越高，具體的對(duì)應(yīng)關(guān)系與光電管型號(hào)以及離地高度有關(guān)，如下圖4所示：
圖4：光電傳感器的特性曲線(xiàn)
因此，只要根據(jù)傳感器電壓—偏移距離特性關(guān)系，即傳感器電壓上的大小就可以確定各傳感器與黑色標(biāo)記線(xiàn)的距離，進(jìn)而獲得車(chē)身相對(duì)路徑標(biāo)記線(xiàn)的位置，得到連續(xù)分布的路徑信息。
1.2.7.4光電傳感器方案的選擇
根據(jù)光電傳感器的工作原理以及特性曲線(xiàn)我們初步擬訂了三種方案。
方案1：用光敏電阻組成光敏探測(cè)器。光敏電阻的阻值可以跟隨周?chē)h(huán)境光線(xiàn)的變化而變化。當(dāng)光線(xiàn)照射到白線(xiàn)上面時(shí)，光
14、線(xiàn)反射強(qiáng)烈，光線(xiàn)照射到黑線(xiàn)上面時(shí)，光線(xiàn)反射較弱。因此光敏電阻在白線(xiàn)和黑線(xiàn)上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過(guò)比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。
方案2：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線(xiàn)，當(dāng)發(fā)出的紅外線(xiàn)照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線(xiàn)則檢測(cè)出白線(xiàn)繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線(xiàn)則檢測(cè)出黑線(xiàn)繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿(mǎn)足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線(xiàn)的影響，因此我們放棄了這個(gè)方案。
方案3：用TCRT5000
15、型光電對(duì)管。TCRT5000是一種反光板型光電探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個(gè)高靈敏度的光電三極管。
TCRT5000其具有如下特點(diǎn)：
（1）塑料透鏡可以提高靈敏度。
（2）內(nèi)置可見(jiàn)光過(guò)濾器能減小離散光的影響。
（3）體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。
（4）當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來(lái)時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光電對(duì)管調(diào)理電路簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定。
因此，我們選擇了方案3。
1.3小車(chē)尋跡的方法與原理
1.3.1紅外探測(cè)法尋跡
這里的尋跡是指小車(chē)在白色地板上尋黑線(xiàn)行走，通常采取的方法是紅外探測(cè)法。紅外探測(cè)法，即利用紅外線(xiàn)在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小
16、車(chē)行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車(chē)上的接收管接收；如果遇到黑線(xiàn)則紅外光被吸收，小車(chē)上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來(lái)的紅外光為依據(jù)來(lái)確定黑線(xiàn)的位置和小車(chē)的行走路線(xiàn)。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過(guò)15cm。對(duì)于發(fā)射和接收紅外線(xiàn)的紅外探頭，可以自己制作或直接采用集成式紅外探頭。經(jīng)過(guò)上面比較分析我們選用TCRT5000型光電對(duì)管。
1.3.2單片機(jī)如何控制尋跡
單片機(jī)控制尋跡的原理一般是分兩步走的：第一步，通過(guò)矩陣式掃描，即給光電傳感器矩陣分別輸入兩個(gè)“1”信號(hào)的行值，將輸出的4個(gè)列值信號(hào)分別存入兩個(gè)地址（如30H、31
17、H）的低4位，低4位從高到低分別對(duì)應(yīng)著4個(gè)方向：前、后、左前、右前。然后用“F0”與這八位做“或”邏輯運(yùn)算，即屏蔽掉高四位后作為本次的信號(hào)值；第二步，將本次的信號(hào)值與上一次掃描處理后的信號(hào)值進(jìn)行邏輯處理，得出一個(gè)新方向，作為小車(chē)行進(jìn)的方向。在這個(gè)程序里，邏輯處理內(nèi)外層得到新方向是尋跡的關(guān)鍵。按照以下3種規(guī)則執(zhí)行：前后比較規(guī)則，內(nèi)外層切換規(guī)則，優(yōu)先級(jí)規(guī)則。
（1）前后比較規(guī)則
此規(guī)則是這個(gè)算法的核心規(guī)則。它的目的是盡可能的用新探測(cè)到的黑點(diǎn)作為新方向。新方向F通過(guò)
（1）來(lái)求得。邏輯處理前“0”表示黑線(xiàn)軌跡，邏輯處理后
18、“1”表示軌跡行進(jìn)方向。舉例如下：以?xún)?nèi)層為例，設(shè)當(dāng)前測(cè)得的值為，且前一次測(cè)得的值為經(jīng)過(guò)上述（1）邏輯處理后，假設(shè)結(jié)果為，則正前方是行進(jìn)的新方向。
（2）內(nèi)外層切換規(guī)則
如果4個(gè)光電傳感器前后兩次所檢測(cè)的值完全一樣，則在邏輯處理后會(huì)出現(xiàn)全零，這時(shí)保持原方向行進(jìn)。如果碰到曲線(xiàn)拐彎或者曲線(xiàn)斷續(xù)，則有可能出現(xiàn)多個(gè)“1”即多個(gè)方向，這時(shí)可采用“內(nèi)外層切換規(guī)則”，也就是說(shuō)從內(nèi)層切換到外層，啟用外層掃描值重復(fù)上述前后比較規(guī)則來(lái)進(jìn)行判斷。啟用外層信號(hào)進(jìn)行二次判斷能很好的處理曲線(xiàn)拐彎及曲線(xiàn)斷續(xù)等內(nèi)層處理不好的情況。但用外層信號(hào)判斷，因?yàn)槠鋫鞲衅鞑贾玫拈g隙距離比內(nèi)層大，其控制精度不如用內(nèi)層信號(hào)判斷。
（3）
19、糾錯(cuò)規(guī)則
在運(yùn)行中，傳感器有可能受到干擾而發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)導(dǎo)致小車(chē)走錯(cuò)或迷失方向，這個(gè)時(shí)候糾錯(cuò)規(guī)則能讓小車(chē)后退起到糾錯(cuò)作用。所謂糾錯(cuò)規(guī)則就是在走錯(cuò)后出現(xiàn)了內(nèi)外層左面、前面、右面均沒(méi)有探測(cè)到軌跡線(xiàn)的情況下，讓小車(chē)后退，一直退到前面?zhèn)鞲衅骼镉袀鞲衅魈綔y(cè)到軌跡線(xiàn)為止。此時(shí)再用（1）式求得新的行進(jìn)方向，從而實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)功能。
2硬件電路的設(shè)計(jì)
2.1控制器模塊電路的設(shè)計(jì)
在控制器模塊中應(yīng)用STC89C54RD+芯片，作為控制核心對(duì)光電傳感器送來(lái)的各種信號(hào)進(jìn)行分析處理并作出相應(yīng)的動(dòng)作。其工作原理如圖5
光電傳感器組
STC89C54RD+芯片
控制直流電機(jī)
控制小車(chē)轉(zhuǎn)向
圖5：硬件框圖
20、2.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)
直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用最廣泛的就是H型全橋式電路，這種驅(qū)動(dòng)電路可以很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。它的基本原理圖如圖6所示。全橋式驅(qū)動(dòng)電路的4只開(kāi)關(guān)管都工作在斬波狀態(tài)，S1、S2為一組，S3、S4為另一組，兩組的狀態(tài)互補(bǔ)，一組導(dǎo)通則另一組必須關(guān)斷。當(dāng)S1、S2導(dǎo)通時(shí)，S3、S4關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動(dòng)；當(dāng)S3、S4導(dǎo)通時(shí)，S1、S2關(guān)斷，電機(jī)兩端為反向電壓，電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動(dòng)。
圖6：H型全橋式電路原理圖
在小車(chē)動(dòng)作的過(guò)程中，我們要不斷地使電機(jī)在四個(gè)象限之間切換，即在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間切換，也就
21、是在S1、S2導(dǎo)通且S3、S4關(guān)斷，到S1、S2關(guān)斷且S3、S4導(dǎo)通，這兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在這種情況下，理論上要求兩組控制信號(hào)完全互補(bǔ)，但是，由于實(shí)際的開(kāi)關(guān)器件都存在開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間，絕對(duì)的互補(bǔ)控制邏輯必然導(dǎo)致上下橋臂直通短路，比如在上橋臂關(guān)斷的過(guò)程中，下橋臂導(dǎo)通了。這個(gè)過(guò)程可用圖7說(shuō)明。
因此，為了避免直通短路且保證各個(gè)開(kāi)關(guān)管動(dòng)作之間的協(xié)同性和同步性，兩組控制信號(hào)在理論上要求互為倒相的邏輯關(guān)系，而實(shí)際上卻必須相差一個(gè)足夠的死區(qū)時(shí)間，這個(gè)矯正過(guò)程既可以通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)，即在上下橋臂的兩組控制信號(hào)之間增加延時(shí)，也可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。
由于電機(jī)在正常工作時(shí)對(duì)電源的干擾很大，如果只用一組電源時(shí)會(huì)影響
22、單片機(jī)的正常工作，所以我們選用雙電源供電。一組5V給單片機(jī)和控制電路供電，另外一組9V給電機(jī)供電。在控制部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分之間用光耦隔開(kāi)，以免影響控制部分電源的品質(zhì)。
2.3 PWM控制調(diào)速
PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制，通常配合橋式驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速，非常簡(jiǎn)單，且調(diào)速范圍大。它的原理就是直流斬波原理，如圖6所示。若S3、S4關(guān)斷，S1、S2受PWM控制。假設(shè)高電平導(dǎo)通，忽略開(kāi)關(guān)管損耗，則在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間為t，周期為T(mén)，波形如圖8所示，則電機(jī)兩端的平均電壓為：U=Vcc*t/T=α*Vcc ，其中，α=t/T稱(chēng)為占空比，Vcc為電源電壓（電源電壓減去兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的飽和壓降）。
23、
圖8：PWM控制波形圖
電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)兩端的電壓成比例，而電機(jī)兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此電機(jī)的速度與占空比成比例，占空比越大，電機(jī)轉(zhuǎn)得越快，當(dāng)占空比α＝1時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大。
PWM控制波形的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，例如用555搭成的觸發(fā)電路，但是這種電路的占空比不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，不能用于自動(dòng)控制小車(chē)的調(diào)速。而目前使用的大多數(shù)單片機(jī)都可以直接輸出這種PWM波形，或通過(guò)時(shí)序模擬輸出，最適合小車(chē)的調(diào)速，我們系統(tǒng)采用的STC89C54RD+芯片，通過(guò)改變PWM波形來(lái)改變占空比，從而控制電機(jī)調(diào)速。
在實(shí)際制作過(guò)程中，我們認(rèn)為控制信號(hào)的頻率不需要太高，一般在40
24、0Hz以下為宜，占空比16級(jí)調(diào)節(jié)也完全可以滿(mǎn)足調(diào)速要求，并且在小車(chē)行進(jìn)的過(guò)程中，占空比不應(yīng)該太高，在直線(xiàn)前進(jìn)和轉(zhuǎn)彎的時(shí)候應(yīng)該區(qū)別對(duì)待。若車(chē)速太快，則在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，方向不易控制；而車(chē)速太慢，則很浪費(fèi)時(shí)間。這時(shí)圖8可以根據(jù)具體情況慢慢調(diào)節(jié)。我們經(jīng)過(guò)調(diào)試將小車(chē)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比設(shè)為8/16以下。
2.4光電傳感器的電路設(shè)計(jì)與安裝
2.4.1光電傳感器電路的設(shè)計(jì)
根據(jù)題目的要求，自動(dòng)尋跡小車(chē)要沿著黑線(xiàn)運(yùn)行，采用TCRT5000型光電對(duì)管進(jìn)行探測(cè)。其工作電路圖如下所示，在圖9所示電路中，電阻R1，W5起限流的作用，防止TCRT5000因電壓過(guò)大燒毀。R6與R8均為上拉電阻。通過(guò)調(diào)解電阻W6可以調(diào)節(jié)比
25、較器的參考電壓，經(jīng)示波器觀察，輸出波形相當(dāng)規(guī)則，可以直接供單片機(jī)查詢(xún)使用。而且經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證給此電路供電的電池的壓降較小。因此我們選擇此電路作為我們的傳感器檢測(cè)與調(diào)理電路。
圖9光電對(duì)管檢測(cè)電路
2.4.2光電傳感器的安裝
在小車(chē)自動(dòng)尋跡行走過(guò)程中，為了能精確測(cè)定黑線(xiàn)位置并確定小車(chē)行走的方向，需要同時(shí)在底盤(pán)裝設(shè)5個(gè)TCRT5000型光電傳感器，進(jìn)行兩級(jí)方向糾正控制，提高其尋跡的可靠性。這5個(gè)TCRT5000型光電傳感器的具體安裝位置如圖10所示。圖中尋跡傳感器共安裝5個(gè)，成“一”字型排列。其中傳感器2與傳感器3為第一級(jí)方向控制傳感器，傳感器1與傳感器4
26、為第二級(jí)方向控制傳感器。小車(chē)行走時(shí)，始終保持黑線(xiàn)在傳感器2和傳感器3這兩個(gè)第一級(jí)傳感器之間，當(dāng)小車(chē)偏離黑線(xiàn)時(shí)，第一級(jí)探測(cè)器一旦探測(cè)到有黑線(xiàn)，單片機(jī)就會(huì)按照預(yù)先編定的程序發(fā)送指令給小車(chē)的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)對(duì)小車(chē)路徑予以糾正。若小車(chē)回到了軌道上，即只要第5個(gè)傳感器檢測(cè)到黑線(xiàn)，其他4個(gè)傳感器均檢測(cè)到白紙，則小車(chē)會(huì)繼續(xù)直線(xiàn)行駛；若小車(chē)由于慣性過(guò)大依舊偏離軌道，越出了第一級(jí)兩個(gè)探測(cè)器的探測(cè)范圍，這時(shí)第二級(jí)動(dòng)作，再次對(duì)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行糾正，使之回到正確軌道上去?？梢钥闯?，第二級(jí)方向探測(cè)器實(shí)際是第一級(jí)的后備保護(hù)，從而提高了小車(chē)尋跡的可靠性。
3軟件設(shè)計(jì)
3.1系統(tǒng)程序流程圖
本系統(tǒng)的控制方案是根據(jù)傳
27、感器模塊所獲得的當(dāng)前小車(chē)行駛的信息，控制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N動(dòng)作進(jìn)行PWM調(diào)速，從而調(diào)整小車(chē)的行駛方向和速度，使小車(chē)達(dá)到自動(dòng)尋跡行駛的目的。圖11為系統(tǒng)程序流程圖。
開(kāi)始
進(jìn)行初始化
驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)
小車(chē)自動(dòng)尋跡
尋跡完成停止
圖11：系統(tǒng)程序流程圖
3.2尋跡算法流程圖
小車(chē)的路徑搜索算法是自動(dòng)尋跡小車(chē)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部分。此系統(tǒng)路徑搜索算法采用簡(jiǎn)單的switch語(yǔ)句，根據(jù)檢測(cè)到黑線(xiàn)的光電傳感器的位置判斷舵機(jī)的偏轉(zhuǎn)角度，同時(shí)給出相應(yīng)的速度控制信號(hào)。程序流程圖如圖12所示。
開(kāi)始
角度檢測(cè)
中間的傳感器檢測(cè)到黑線(xiàn)
舵機(jī)不偏轉(zhuǎn)，電機(jī)速度給定值最大
左邊的傳感器檢測(cè)到黑線(xiàn)
28、
舵機(jī)左轉(zhuǎn)，角度越大，速度給定值越小
舵機(jī)右轉(zhuǎn)，角度越大，速度給定值越小
經(jīng)延時(shí)修正后繼續(xù)前進(jìn)
圖12：尋跡算法流程圖
3.3通過(guò)軟件避免直通短路
從前面的分析可知，橋式驅(qū)動(dòng)電路中，由于開(kāi)關(guān)管有開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間，因此存在上下橋臂直通短路的問(wèn)題。直通短路的存在，容易使開(kāi)關(guān)管發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)燒毀開(kāi)關(guān)管，同時(shí)也增加了開(kāi)關(guān)管的能量損耗，浪費(fèi)了小車(chē)寶貴的能量。死區(qū)時(shí)間的問(wèn)題，只有在正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)的時(shí)候才存在，而在正轉(zhuǎn)啟動(dòng)或反轉(zhuǎn)啟動(dòng)的時(shí)候并沒(méi)有，因此不需要修正。如果開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間非常小，或者在硬件電路中增加延時(shí)環(huán)節(jié)，都可以降低開(kāi)關(guān)管的損耗和發(fā)熱。當(dāng)然，通過(guò)軟件避免直通短路是
29、最好的辦法，它的操作簡(jiǎn)單，控制靈活。通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)死區(qū)時(shí)間，就是在突然換向的時(shí)候，插入一個(gè)延時(shí)的環(huán)節(jié)，待開(kāi)關(guān)管關(guān)斷之后，再開(kāi)通應(yīng)該開(kāi)通的開(kāi)關(guān)管。圖13為利用軟件修正死區(qū)時(shí)間的流程圖，在開(kāi)關(guān)管每次換向的時(shí)候，不立即進(jìn)行方向的切換，而是先使開(kāi)關(guān)管關(guān)斷一段時(shí)間，使其完全關(guān)斷后再換向打開(kāi)另外的開(kāi)關(guān)管。這個(gè)關(guān)斷時(shí)間由單片機(jī)軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)。
啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)程序
是否換向
是否調(diào)整速度
改變占空比跳速
延時(shí)修正
換向
圖13：修正死區(qū)時(shí)間的流程圖
4系統(tǒng)功能測(cè)試
4.1測(cè)試儀器
測(cè)試使用的儀器設(shè)備如表1所示。
表1 測(cè)試使用的儀器設(shè)備
序號(hào)
名稱(chēng)、型號(hào)、規(guī)格
數(shù)量
備注
1
DF
30、1731SL1ATA型直流穩(wěn)壓電源
1
無(wú)
2
TDS1002數(shù)字存儲(chǔ)示波器
1
無(wú)
3
CA1640P—20型函數(shù)發(fā)生器
1
無(wú)
4
FLUKE 15B型萬(wàn)用表
1
精度為位
5
ZSD-803A型秒表
1
精度為
6
PC機(jī)
1
Intel Celeron 2.4G，256DDR
4.2傳感器與檢測(cè)體間距的測(cè)試
為了使光電傳感器TCRT5000能夠準(zhǔn)確的識(shí)別行駛軌跡，必須將光電傳感器TCRT5000與行駛軌跡的距離調(diào)試到最佳位置。因此我們用萬(wàn)用表測(cè)試集電極的電流大小，來(lái)尋找其與軌跡間距大小的關(guān)系，從而確定光電傳感器TCRT5000與軌跡間的最
31、佳距離。測(cè)試數(shù)據(jù)用曲線(xiàn)表示，如圖14所示。
圖14：集電極電流與軌跡間距的關(guān)系
于是根據(jù)集電極電流的大小與光電傳感器到被檢測(cè)黑線(xiàn)之間的距離d的關(guān)系圖，我們將小車(chē)上的光電傳感器TCRT5000離黑線(xiàn)間的距離調(diào)試為9mm左右，從而使光電傳感器TCRT5000能夠迅速準(zhǔn)確的將檢測(cè)到的信息反饋給單片機(jī)STC89C54RD+，達(dá)到最佳的尋跡效果。
結(jié)束語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)了一個(gè)小車(chē)自動(dòng)尋跡控制系統(tǒng)。在硬件上，該系統(tǒng)采用STC89C54RD+單片機(jī)為控制核心，協(xié)調(diào)電源模塊、傳感器模塊及直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊的工作；在控制算法上，采用
32、路徑搜索算法和類(lèi)PI控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)的舵機(jī)轉(zhuǎn)角和直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。此外，系統(tǒng)還完成了對(duì)加長(zhǎng)轉(zhuǎn)臂舵機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)與車(chē)速的配合控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該小車(chē)自動(dòng)尋跡時(shí)路徑準(zhǔn)確，穩(wěn)定性好，達(dá)到了我們預(yù)期的目的。
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18
小車(chē)自動(dòng)尋跡控制
