2.5 供電單元

電源部分如圖3所示，采用7.4 V鋰電池供電，通過(guò)L298N電機(jī)與PWM信號(hào)的輸入端口給電機(jī)提供穩(wěn)定的6 V電壓，但系統(tǒng)的大部分芯片均工作在5 V電壓下，因此需要電源模塊為系統(tǒng)提供5 V電壓。因此選用LM7805電源模塊，其能將7.4 V轉(zhuǎn)換為5 V電壓。如圖3所示，為提高輸出電壓的穩(wěn)定性，將穩(wěn)壓二極管VD2串接在LM7805的2腳與地之間，VD1作為輸出保護(hù)二極管，當(dāng)輸出電壓低于VD2的穩(wěn)壓值時(shí)，VD1導(dǎo)通，并將輸出電流旁路，以確保LM7805的輸出端不受損壞。

3 軟件設(shè)計(jì)

程序的總流程如圖4所示。軟件主要由3部分構(gòu)成，分別為：驅(qū)動(dòng)程序、稱(chēng)重程序和測(cè)距程序。首先，初始化定時(shí)器T0和T1的工作方式分別賦初值，T0的初值設(shè)為1 mV，T1的初值設(shè)為0。

驅(qū)動(dòng)程序產(chǎn)生PWM信號(hào)以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)給定時(shí)器T0設(shè)定初值和計(jì)數(shù)器最大值100來(lái)確定PWM信號(hào)的周期。定時(shí)器T0每產(chǎn)生1次中斷計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)計(jì)數(shù)器的數(shù)值小于給定數(shù)值時(shí)輸出高電平，反之則輸出低電平。

稱(chēng)重程序根據(jù)HX711自身芯片的特點(diǎn)對(duì)DOUT和PD_SCK兩管腳進(jìn)行編程，先給PD_SCK串口25個(gè)時(shí)鐘脈沖，當(dāng)?shù)?5個(gè)時(shí)鐘脈沖下降沿到來(lái)時(shí)，由DOUT向單片機(jī)IO口按位寫(xiě)入數(shù)據(jù)，第25個(gè)脈沖寫(xiě)入已讀出數(shù)據(jù)的最高位(MSB)。單片機(jī)將數(shù)據(jù)由高位到低位讀入后，再經(jīng)公式轉(zhuǎn)換得出重量。

測(cè)距程序用定時(shí)器T1計(jì)算超聲波來(lái)回的時(shí)間，當(dāng)接收端收到反射回的40 kHz脈沖波時(shí)，觸發(fā)INT0外中斷，同時(shí)T1停止計(jì)時(shí)，TH1和TL1中的數(shù)據(jù)便是測(cè)得的時(shí)間。另外，當(dāng)定時(shí)器T1溢出時(shí)觸發(fā)定時(shí)器中斷，將定時(shí)器清零以防止超聲波進(jìn)入測(cè)量盲區(qū)時(shí)造成的結(jié)果錯(cuò)誤。稱(chēng)重程序和測(cè)距程序處于兩個(gè)獨(dú)立的死循環(huán)之中，當(dāng)按鍵按下時(shí)，完成兩功能的轉(zhuǎn)換。

4 測(cè)試結(jié)果

4.1 稱(chēng)重模塊的測(cè)試

測(cè)試選取1 kg和2 kg砝碼等不同重量物品。首先將待測(cè)物品放置在已調(diào)好的零點(diǎn)電子稱(chēng)上進(jìn)行測(cè)量，并以該數(shù)據(jù)作為參照值。然后開(kāi)機(jī)，等待液晶屏上的讀數(shù)穩(wěn)定顯示0，再將被測(cè)物體放置在稱(chēng)臺(tái)上，等讀數(shù)穩(wěn)定后進(jìn)行記錄，同時(shí)采用稱(chēng)3次取平均值的方法進(jìn)行記錄并計(jì)算測(cè)量誤差。

誤差公式為

4.2 超聲波測(cè)距模塊測(cè)試

將一把米尺固定在水平地面作為參照值，小車(chē)放在0 cm處。將一塊擋板放在米尺的10 cm、30 cm、50 cm等測(cè)試點(diǎn)并讀取液晶屏顯示的讀數(shù)，并采用測(cè)3次取平均值的方法進(jìn)行記錄，同時(shí)計(jì)算誤差。

4.3 車(chē)輛防撞性能測(cè)試

當(dāng)車(chē)與障礙物距離為30 cm時(shí)，車(chē)速減速為8.3 cm/s;當(dāng)兩者距離為15 cm時(shí)，車(chē)輛停止，而當(dāng)兩者距離>30 cm時(shí)，車(chē)輛正常行駛。測(cè)試通過(guò)設(shè)定不同的初始速度如：測(cè)量車(chē)遇到障礙物后的制動(dòng)距離、停下時(shí)與障礙物的距離以及液晶屏顯示的距離和誤差。

結(jié)果表明，當(dāng)小車(chē)以最大速度行駛，面對(duì)前方障礙物的情況下，小車(chē)仍可安全制動(dòng)，且未與障礙物發(fā)生碰撞，從而驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的安全性。結(jié)果如表4所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)是將稱(chēng)重和測(cè)距功能相結(jié)合，同時(shí)通過(guò)單片機(jī)完成了對(duì)小車(chē)的驅(qū)動(dòng)控制并通過(guò)稱(chēng)重模塊準(zhǔn)確稱(chēng)出小車(chē)載重的總重量。同時(shí)利用通過(guò)超聲波模塊測(cè)量小車(chē)與前方障礙物的距離，并使用液晶屏顯示各種運(yùn)行狀態(tài)和測(cè)量結(jié)果。從運(yùn)行情況上看，本設(shè)計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。