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L298N電機與PWM信號的輸入端口給電機提供穩(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作為輸出保護二極管，當(dāng)輸出電壓低于VD2的穩(wěn)壓值時，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

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)動程序、稱重程序和測距程序。首先，初始化定時器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)動程序產(chǎn)生PWM信號以控制電機轉(zhuǎn)速，通過給定時器T0設(shè)定初值和計數(shù)器最大值100來確定PWM信號的周期。定時器T0每產(chǎn)生1次中斷計數(shù)器加1，當(dāng)計數(shù)器的數(shù)值小于給定數(shù)值時輸出高電平，反之則輸出低電平。

稱重程序根據(jù)HX711自身芯片的特點對DOUT和PD_SCK兩管腳進行編程，先給PD_SCK串口25個時鐘脈沖，當(dāng)?shù)?5個時鐘脈沖下降沿到來時，由DOUT向單片機IO口按位寫入數(shù)據(jù)，第25個脈沖寫入已讀出數(shù)據(jù)的最高位(MSB)。單片機將數(shù)據(jù)由高位到低位讀入后，再經(jīng)公式轉(zhuǎn)換得出重量。

測距程序用定時器T1計算超聲波來回的時間，當(dāng)接收端收到反射回的40 kHz脈沖波時，觸發(fā)INT0外中斷，同時T1停止計時，TH1和TL1中的數(shù)據(jù)便是測得的時間。另外，當(dāng)定時器T1溢出時觸發(fā)定時器中斷，將定時器清零以防止超聲波進入測量盲區(qū)時造成的結(jié)果錯誤。稱重程序和測距程序處于兩個獨立的死循環(huán)之中，當(dāng)按鍵按下時，完成兩功能的轉(zhuǎn)換。

4 測試結(jié)果

4.1 稱重模塊的測試

測試選取1 kg和2 kg砝碼等不同重量物品。首先將待測物品放置在已調(diào)好的零點電子稱上進行測量，并以該數(shù)據(jù)作為參照值。然后開機，等待液晶屏上的讀數(shù)穩(wěn)定顯示0，再將被測物體放置在稱臺上，等讀數(shù)穩(wěn)定后進行記錄，同時采用稱3次取平均值的方法進行記錄并計算測量誤差。

誤差公式為

4.2 超聲波測距模塊測試

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

4.3 車輛防撞性能測試

當(dāng)車與障礙物距離為30 cm時，車速減速為8.3 cm/s;當(dāng)兩者距離為15 cm時，車輛停止，而當(dāng)兩者距離>30 cm時，車輛正常行駛。測試通過設(shè)定不同的初始速度如：測量車遇到障礙物后的制動距離、停下時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)小車以最大速度行駛，面對前方障礙物的情況下，小車仍可安全制動，且未與障礙物發(fā)生碰撞，從而驗證了本設(shè)計的安全性。結(jié)果如表4所示。

5 結(jié)束語

設(shè)計的創(chuàng)新點是將稱重和測距功能相結(jié)合，同時通過單片機完成了對小車的驅(qū)動控制并通過稱重模塊準(zhǔn)確稱出小車載重的總重量。同時利用通過超聲波模塊測量小車與前方障礙物的距離，并使用液晶屏顯示各種運行狀態(tài)和測量結(jié)果。從運行情況上看，本設(shè)計運行穩(wěn)定，可靠性高，達到了設(shè)計要求。