历届全国电子规划比赛的标题能够分为电源类、信号源类、无线电类、放大器类、仪器仪表类、数据收集与处理类和主动操控类，在2005年全国大学生电子规划比赛中，悬挂物体操控体系便是一道典型的主动操控类赛题。本文侧重介绍一种依据双单片机的悬挂物体沿板上标出的恣意曲线运动的操控体系计划。
1、体系规划要求和规划思路
标题要求操控物体沿板上标出的恣意曲线运动，如图1所示。曲线在测验时现场标出，线宽1．5cm～1．8cm，总长度约50cm，色彩为黑色；曲线的前一部分是接连的，长约30cm；后一部分是两段总长约20cm的接连线段，接连间隔不大于1cm；沿接连曲线运动限定在200s内完结，沿接连曲线运动限定在300s内完结。
依据标题的要求，体系首要完结黑线和断点检测、悬挂物体运动操控等功用。为了阐明体系能够完结恣意曲线、恣意方向的寻迹，以圆形轨道作为寻迹目标。寻迹原理如图2所示。
悬挂物体初始点A的坐标由键盘输入，初始时间装置红外探头，由微型步进电机操控的摇臂处于水平方位。体系启动后，微型步进电机驱动摇臂顺时针旋转，最大转角为180°。红外探头的运动轨道与黑色圆弧会有一个交点B，并记载步进电机滚动的视点。经过体系起始点A的坐标和步进电机滚动的视点，可求得运动操控下一点B的坐标。求得B点坐标后，操控悬挂物体向该点作直线运动，一起摇臂作逆时针旋转90°，以保证下一个检测交点在其180°查找规模内。若摇臂旋转180°，仍没有交点，则以为曲线在此处有断点，体系操控悬挂物体按原方向继续前进一个步长，再次进行扫描，以求得下一个检测点的方位。若悬挂物体违背轨道，如图2中C点的方位，体系也可经过下一个点的检测让悬挂物体主动回复到轨道点，因而，本办法可有用纠正轨道误差，完结寻迹操控的才能。
2、体系计划规划
悬挂物体运动操控体系的根本计划方框图如图3所示，体系首要由操控模块、黑线检测模块和通讯模块组成。其间，操控模块由ATmega128L单片机最小体系1、键盘输入电路、液晶显现电路和步进电机驱动电路组成；检测模块由ATmega128L单片机最小体系2、红外线反射电路和微步进电机驱动电路组成。
黑线检测模块中的单片机体系操控微型步进电机，带动装有红外探头的摇臂巡回摇摆，检测板上的黑线，得出微型步进电机的滚动视点。视点数据经过编码后，经过无线传输模块发送给操控模块单片机体系。操控模块中的单片机体系接纳到视点数据后．进行数据校验。若数据精确，则经过操控步进电机驱动电路操控悬挂物体从当时坐标沿滚动视点移动固定间隔，然后，向检测模块宣布下一轮检测指令；若数据传输有误，则向检测模块宣布数据重发指令，等候下一轮视点数据接纳。
3、硬件规划
3．1 ATmega128L单片机最小体系
单片机是整个悬挂物体运动操控体系的中心，操控体系一切电路。本体系选用Atmel公司的ATmega128L单片机，有如下特色：
①作业电压为2．7～5．5 V，可接受的电压动摇规模较大，可有用战胜因为模块内的微型步进电机导致的电源电压不稳定所带来的搅扰，使体系能在一个较宽的电平规模内正常作业。
②片内资源丰富。ATmega128L存储器容量大，有128 KB Flash，4 KB E2PROM和4 KB RAM，能够满意体系杂乱的运算和必定量的数据存储要求；53个I／O端口，可满意体系多传感输入和多操控输出端口要求；I／O口具有大电流输出的特色，驱动才能强；内置看门狗，进步体系的抗搅扰才能。
③可在线编程，便利体系的凋试。
3．2红外线反射电路
选用带脉冲调制功用的红外线反射传感器检测黑线轨道，电路如图4所示。电路中锁相音频译码器LM567既作为红外线发射部分的信号发生电路，也作为接纳部分的检测电路，只要检测到的输入信号的频率和自身的锁相中心频率相一起，才使输出端为低电平。该电路简单滤除外界搅扰，电路的稳定性和抗搅扰才能强，一起能够调理译码器不同的中心频率，使得在同一设备运用多个红外线传感器而不会彼此搅扰。
3．3步进电机驱动电路
操控体系中的电机选用VEXTA公司的PX245-01A步进电机，额外电压4 V，静态电流1．2 A，步距角1．8°。步进电机的驱动电路如图5所示。达林顿管起功率放大效果，增强步进电机的驱动才能。电路中运用光电耦合器将操控和驱动信号加以阻隔，有用下降外部搅扰对体系的影响，进步体系的可靠性。
3．4输入与显现电路
本规划选用4×4矩阵扫描非编码键盘办法完结悬挂物体初始点坐标输入和操控指令输入。体系操控参数和悬挂物体运转轨道图可在点阵式液晶LCD12864显现。
3．5无线通讯模块
本没计选用无线Modem RF2000完结体系检测模块与体系操控模块之间数据和指令的双向传输，电路如图6所示。RF2000选用Nordic公司的nRF401芯片，选用抗搅扰才能强的FSK调制办法，能够经过TXEN引脚操控收发办法。无线传输过程中，简单遭到外界电磁波和步进电机滚动发生的电磁搅扰，而呈现较高的误码率。为保证数据传输的可靠性，本规划经过编码加强体系的纠错才能。数据或指令以8位数据，即一个字节进行编码，并分为高4位和低4位进行无线传输。以低4位数据的传输为例。其发送的数据结构各位的界说格局如下：
该传输进行了两级误码校验。DO～D3是传输数据的低4位数据，D4～D6置O，D7为低4位数据的CRC查验。
4、软件规划
体系中悬挂物体寻迹选用双单片机操控计划，黑线检测模块和悬挂物体操控模块各自具有单片机体系，经过通讯模块完结协同操控，完结悬挂物体寻迹使命。黑线检测程序流程和操控模块程序流程别离如图7和图8所示，通讯误码校对流程如图9所示。
5、测验办法与成果
为了使悬挂物体能够沿恣意曲线运动，本体系选用圆周曲线作为测验途径。圆周曲线包括4个方向的转折点，具有必定的代表性，圆周直径为30 cm，圆周长约94 cm，大于规划要求的80 cm。测验成果如表2所列。
结语
本规划以2片ATmega128L单片机别离为黑线检测和悬挂物体运动操控的中心，模仿雷达扫描盯梢体系，使用微型步进电机和红外线传感器进行黑线的扫描盯梢，完结体系的接连黑线和断续黑线寻迹。黑线检测和运动操控两个中心经过无线数传模块完结检测数据和操控指令的彼此通讯。测验成果表明，本体系操控精度高，呼应时间短，具有较强的断线寻迹才能。
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