红外信号接收器电路图
3.6液晶屏显示模块
本设计使用LCD1602液晶屏显示各项需显示的数据。
液晶屏显示模块电路图
3.7温度检测模块
温度的检测使用DS18B20单总线数字温度计。DS18B20数字温度计提供9位温度读数，指示器件的温度。信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此中央处理器到DS18B20仅需要连接一条线。
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温度检测模块电路图
3.8无线通信模块
无线通信功能通过NRF24L01实现。NRF24L01是NORDIC 公司最近生产的一款无线通信芯片，采用FSK调制，内部集成NORDIC自己的Enhanced Short Burst协议。可以实现点对点或是1对6的无线通信。无线通信速度可以达到2M（bps）。NORDIC 公司提供通信模块的GERBER 文件，可以直接加工生产。我们只需要为单片机系统预留5 个GPIO，1个中断输入引脚，就可以很容易实现无线通信的功能，非常适合用来为MCU系统构建无线通信功能。
NRF24L01单端50Ω射频输出原理图
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3.9重力感应模块
重力感应模块使用MPU-6050。MPU-6050是全球首例9轴运动处理传感器。它集成了3轴陀螺仪，3轴加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器DMP（Digital Motion Processor），可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。扩展之后就可以通过其I2C接口输出一个9 轴的信号。MPU-6050也可以通过其I2C 接口连接非惯性的数字传感器，比如压力传感器。MPU-6050 对陀螺仪和加速度计分别用了三个16 位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。为了精确跟踪快速和慢速的运动，传感器的测量范围都是用户可控的，陀螺仪可测范围为±250，±500，±1000，±2000°/秒（dps），加速度计可测范围为±2，±4，±8，±16g。
我们可以用单片机读出MPU6050的加速度传感器和角速度传感器的原始数据。不过这些原始数据对我们用处不大，我们更期望得到的是姿态数据，也就是欧拉角：航向角（yaw）、横滚角（roll）和俯仰角（pitch）。要得到欧拉角数据，就得利用我们的原始数据，进行姿态融合解算，不过这个比较复杂。而MPU6050自带了数字运动处理器，即DMP，并且，InvenSense提供了一个MPU6050的嵌入式运动驱动库，结合MPU6050的DMP，可以将我们的原始数据，直接转换成四元数输出，而得到四元数之后，就可以很方便的计算出欧拉角，从而得到yaw、roll和pitch。
使用内置的DMP，大大简化了四轴的代码设计，且MCU不用进行姿态解算过程，大大降低了MCU的负担，从而有更多的时间去处理其他事件，提高系统实时性。
4. 主要功能说明
4.1 循迹功能
4.1.1循迹功能详细说明
小车能稳定地沿着地面黑线前进。当小车相对黑线偏左时，会自动进行小幅度的右转，当小车相对黑线偏右时，会自动进行小幅度的左转，以纠正小车的运动轨迹。 4.1.2系统构成
循迹功能的整个电路系统分为检测、控制、驱动三个模块。首先利用红外对管对路面信号进行检测，经过比较器处理之后，送给软件控制模块进行实时控制，输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车的运动。系统框图如下所示。 检测黑线 软件分析 驱动电机 控制小车
寻迹功能系统框图
13 4.1.3循迹原理
利用红外线在不同颜色的物理表面具有不同的反射性质的特点，在小车下方的左右两端均安装上红外对管。行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地面时发生漫发射，反射光被装在小车上的接收管接收。如果遇到黑线则红外光被吸收，则小车上的接收管接收不到信号。小车前进时，应始终保持黑线在两组红外对管之间，当小车偏离黑线时，传感器就能检测到黑线，把检测的信号送给小车的中央处理系统，系统即发出信号对小车轨迹予以纠正。若是左边红外接收管未接收到红外光，说明小车相对于黑线偏右，则应控制小车左转；若是右边红外接收管未接收到红外光，说明小车相对于黑线偏左，则应控制小车右转。 4.1.4软件设计
小车启动后进入循迹模式，开始不停地扫描与传感器连接的单片机I/O口，一旦检测到某个I/O口有信号变化，就进入判断程序，把相应的信号发送给直流电机从而纠正小车的状态。 部分程序： while(1) { if(Left_led==0&&Right_led==0) run(); else { if(Left_led==1&&Right_led==0) { leftrun(); } if(Right_led==1&&Left_led==0) { rightrun(); } } }
4.2避障功能
4.2.1避障功能详细说明
小车在行驶过程中能自动躲避障碍。当左前方出现障碍时，小车右转；当右前方出现障碍时，小车左转；当正前方出现障碍时，小车先后退一段距离，然后左转。
4.2.2系统构成
避障功能与循迹功能类似。首先由红外对管检测到前方障碍物，信号经过比较器处理之后，送给软件控制模块进行实时控制，输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车的运动。系统框图如下所示。
14 检测障碍 软件分析 驱动电机 控制小车
避障功能系统框图
4.2.3避障原理
避障原理与循迹原理类似。利用红外线能在物理表面反射的特点，在小车前方的左右两端均安装上红外对管。行驶过程中不断地向前方发射红外光，当红外光遇到障碍时发生发射，反射光被装在小车上的接收管接收。根据障碍的不同方位，传感器把检测的信号送给小车的中央处理系统，系统分析后即发出信号对小车运动方向进行调整。若是左边红外接收管接收到红外光，说明小车左方遇到障碍，则应控制小车右转；若是右边红外接收管接收到红外光，说明小车右方遇到障碍，则应控制小车左转。 4.2.4软件设计
小车启动后，不断扫描与传感器连接的单片机I/O口，一旦检测到某个I/O口有信号变化，便进入判断程序，把相应的信号发送给直流电机从而改变小车的状态。
部分程序： while(1) {
if(Left_1_led==1&&Right_1_led==1) run(); else { if(Left_1_led==1&&Right_1_led==0) { leftrun(); } if(Right_1_led==1&&Left_1_led==0) { rightrun(); } if(Right_1_led==0&&Left_1_led==0) { backrun();
delay(50);
rightrun(); delay(30); } } }
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