基于52單片機的智能小車的設(shè)計與制作

　　2.3、直流電機驅(qū)動模塊

　　電機驅(qū)動我們選擇芯片L298，當(dāng)然在單片機和L298之間我們加了光耦，用來隔離數(shù)字電路和模擬電路。設(shè)計采用的光耦是TLP521-4，它主要由發(fā)光二極管和光敏三極組成。其工作原理如下：當(dāng)光耦的輸入端(如IN1)接收到高電壓時，發(fā)光二極管沒有導(dǎo)通不發(fā)光，光敏三極管呈高阻態(tài)(可以認為其為斷路)，此時輸出端(如OUT1)輸出高電壓;當(dāng)光耦的輸入端接收到低電壓時，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)通呈低阻態(tài)(可以認為其短路)，此時輸出端輸出低電壓。由此可以看出通過光耦可以順利地將數(shù)字電路的邏輯電壓信號轉(zhuǎn)換到模擬電路中。而L298是雙H高電壓大電流功率集成電路.直接采用11L邏輯電平控制.可以驅(qū)動繼電器、直流電動機、步迸電動機等電感性負載。在此電路中L298連接保護電路根據(jù)單片機提供的邏輯電壓對電機進行驅(qū)動。具體驅(qū)動方式如下：當(dāng)使能端為高電平時。輸人端1N1(IN3)為高電平信號，IN2(IN4)為低電平信號時，電機正轉(zhuǎn);輸人端INl(IN3)為低電平信號，IN2(IN4)為高電平信號時，電機反轉(zhuǎn);INl(IN3)與IN2(IN4)相同時，電機快速停止。當(dāng)使能端為低電平時.電動機停止轉(zhuǎn)動。電機驅(qū)動采用的是PWM(脈寬調(diào)制)的方式。這是單片機上常用的模擬量輸出方法，通過外接轉(zhuǎn)換電路，可以將占空比不同的脈沖轉(zhuǎn)換成不同的電壓，以驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動從而得到不同的轉(zhuǎn)速。PWM波的占空比越大，電機轉(zhuǎn)動速度越快，當(dāng)占空比達到100%時，速度達到最大。電路圖如圖七所示。

　　圖七：電機驅(qū)動電路和光耦隔離電路圖

　　2.4、舵機驅(qū)動

　　舵機驅(qū)動我們選擇的是單片機的P2.6端口，在接到舵機之前我們也用了光耦來隔離數(shù)字電路和模擬電路，如圖七所示。而舵機的連接電路也很簡單，僅僅只有三根線：紅線接5V電壓，黑線接地，白線為信號控制線，接入單片機即可。舵機的內(nèi)部有一個基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負輸出到電機驅(qū)動芯片決定電機的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機停止轉(zhuǎn)動。接口連接圖如圖八所示。

　　2.5、紅外探測電路和金屬傳感器電路

　　紅外探測采用的是GP2A25集成紅外對管。其工作原理是當(dāng)其檢測到黑線，即發(fā)射管發(fā)射的信號被黑線吸收而不能接收時單片機的端口得到一個高電平，否則為低電平。金屬傳感器的原理和紅外對管的原理相差無幾。接口連接圖如圖八所示。

　　圖八：舵機、紅外以及金屬探測器接口電路

　　3、程序部分

　　我所設(shè)計的三個紅外對管探測地面的算法是：首先中間檢測到黑線，則車直行，這時當(dāng)黑線偏離時，左右的紅外對管都有可能檢測到。到檢測到就向相應(yīng)方向轉(zhuǎn)。這時黑線必將到達中間的紅外對管下面，車又直行。以下(圖九)為程序流程圖。

　　圖九：程序流程圖

　　程序有很多都是老師提供，只有紅外巡線的程序是我自己編寫，故我將此段程序?qū)懹诟戒浿小?/p>

　　4、調(diào)試部分

　　當(dāng)電路板焊接好以后，首先是在不通電的情況下進行測試，看有無短路斷路問題存在。還好，我此次焊接的電路板并沒有這種問題。下一步就是通電測試了。主要是看單片機有沒有起振，有沒有開始工作，各管腳的電壓值等等啊。還好，一切正常。第三步就是燒寫程序以后的程序測試了。這也是耗費我最多時間的地方。在測試中，我先是發(fā)現(xiàn)自己的電路數(shù)字電路和模擬電路的相互干擾特別嚴(yán)重，舵機在工作的時候會很顫。于是我把電路分離開，重新測試。這時在測試的過程中我先后發(fā)現(xiàn)了其中一個直流電機存在問題，舵機也壞了。我又更換它們再次測試。

　　在整個測試過程中，我收獲頗豐。以前沒有調(diào)試過舵機，這次終于在自己的努力和老師的不吝賜教下學(xué)會了如何調(diào)試舵機。還有就是對整個電路系統(tǒng)的把握上也得到了很大的提高。

　　5、總結(jié)

　　看到小車比賽的視頻或是現(xiàn)場的比賽，勾起了兒時的美好回憶，興起了自己動手制作智能巡跡小車的念頭。曾經(jīng)還認為小車的硬件部分應(yīng)該是比較簡單的，通過自己的實踐才明白，從小車的整體構(gòu)思設(shè)計到每個零件的設(shè)計和加工，都蘊含了機械設(shè)計的各項原則，滿足性能要求，經(jīng)濟、可靠、外形美觀的諸多限制。

　　在小車轉(zhuǎn)向方面，我們認真研究了阿克曼原理并查閱了相關(guān)的資料最終采用解析法確定了平面等腰梯形四雙搖桿機構(gòu)，實現(xiàn)了小車轉(zhuǎn)向時靈敏、準(zhǔn)確，純滾動無滑動的完美結(jié)構(gòu)。

　　電路方面，我們的收獲也很大。不僅鍛煉了自己在電路板焊接、測試方面的能力，包括了檢查錯誤，改正錯誤的能力;還學(xué)習(xí)了單片機的有關(guān)知識，這其中包括了直流電機、舵機、紅外巡線等方面的知識。

　　總之，在這兩周的學(xué)習(xí)中，我們收獲頗豐。鍛煉了自己的動手動腦能力，還學(xué)習(xí)了好多理論知識，而且這是理論和實踐的完美結(jié)合。

　　參考文獻：

　　【1】 周 彬. 基于Proteus的單片機PWM直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計.重慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2007(7).

　　【2】 郭天祥。51單片機C語言教程——入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略。電子工業(yè)出版社。2009.1

　　【3】 陳立德。機械設(shè)計基礎(chǔ)(第二版)。高等教育出版社。2008.2

　　【4】 侯玉寶、陳忠平、李成群?；趐rotues的51系列單片機設(shè)計與仿真。2008.9

　　附錄：

　　1、 總電路圖

　　2、 機械結(jié)構(gòu)總圖