基于52單片機的智能小車(chē)的設計與制作

　　2.3、直流電機驅動(dòng)模塊

　　電機驅動(dòng)我們選擇芯片L298，當然在單片機和L298之間我們加了光耦，用來(lái)隔離數字電路和模擬電路。設計采用的光耦是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：當光耦的輸入端(如IN1)接收到高電壓時(shí)，發(fā)光二極管沒(méi)有導通不發(fā)光，光敏三極管呈高阻態(tài)(可以認為其為斷路)，此時(shí)輸出端(如OUT1)輸出高電壓;當光耦的輸入端接收到低電壓時(shí)，發(fā)光二極管導通發(fā)光，光敏三極管導通呈低阻態(tài)(可以認為其短路)，此時(shí)輸出端輸出低電壓。由此可以看出通過(guò)光耦可以順利地將數字電路的邏輯電壓信號轉換到模擬電路中。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.可以驅動(dòng)繼電器、直流電動(dòng)機、步迸電動(dòng)機等電感性負載。在此電路中L298連接保護電路根據單片機提供的邏輯電壓對電機進(jìn)行驅動(dòng)。具體驅動(dòng)方式如下：當使能端為高電平時(shí)。輸人端1N1(IN3)為高電平信號，IN2(IN4)為低電平信號時(shí)，電機正轉;輸人端INl(IN3)為低電平信號，IN2(IN4)為高電平信號時(shí)，電機反轉;INl(IN3)與IN2(IN4)相同時(shí)，電機快速停止。當使能端為低電平時(shí).電動(dòng)機停止轉動(dòng)。電機驅動(dòng)采用的是PWM(脈寬調制)的方式。這是單片機上常用的模擬量輸出方法，通過(guò)外接轉換電路，可以將占空比不同的脈沖轉換成不同的電壓，以驅動(dòng)直流電機轉動(dòng)從而得到不同的轉速。PWM波的占空比越大，電機轉動(dòng)速度越快，當占空比達到100%時(shí)，速度達到最大。電路圖如圖七所示。

　　圖七：電機驅動(dòng)電路和光耦隔離電路圖

　　2.4、舵機驅動(dòng)

　　舵機驅動(dòng)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(lái)隔離數字電路和模擬電路，如圖七所示。而舵機的連接電路也很簡(jiǎn)單，僅僅只有三根線(xiàn)：紅線(xiàn)接5V電壓，黑線(xiàn)接地，白線(xiàn)為信號控制線(xiàn)，接入單片機即可。舵機的內部有一個(gè)基準電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準信號，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動(dòng)芯片決定電機的正反轉。當電機轉速一定時(shí)，通過(guò)級聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉，使得電壓差為0，電機停止轉動(dòng)。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。其工作原理是當其檢測到黑線(xiàn)，即發(fā)射管發(fā)射的信號被黑線(xiàn)吸收而不能接收時(shí)單片機的端口得到一個(gè)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(wú)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

　　我所設計的三個(gè)紅外對管探測地面的算法是：首先中間檢測到黑線(xiàn)，則車(chē)直行，這時(shí)當黑線(xiàn)偏離時(shí)，左右的紅外對管都有可能檢測到。到檢測到就向相應方向轉。這時(shí)黑線(xiàn)必將到達中間的紅外對管下面，車(chē)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(xiàn)的程序是我自己編寫(xiě)，故我將此段程序寫(xiě)于附錄之中。

　　4、調試部分

　　當電路板焊接好以后，首先是在不通電的情況下進(jìn)行測試，看有無(wú)短路斷路問(wèn)題存在。還好，我此次焊接的電路板并沒(méi)有這種問(wèn)題。下一步就是通電測試了。主要是看單片機有沒(méi)有起振，有沒(méi)有開(kāi)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(xiě)程序以后的程序測試了。這也是耗費我最多時(shí)間的地方。在測試中，我先是發(fā)現自己的電路數字電路和模擬電路的相互干擾特別嚴重，舵機在工作的時(shí)候會(huì )很顫。于是我把電路分離開(kāi)，重新測試。這時(shí)在測試的過(guò)程中我先后發(fā)現了其中一個(gè)直流電機存在問(wèn)題，舵機也壞了。我又更換它們再次測試。

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

　　5、總結

　　看到小車(chē)比賽的視頻或是現場(chǎng)的比賽，勾起了兒時(shí)的美好回憶，興起了自己動(dòng)手制作智能巡跡小車(chē)的念頭。曾經(jīng)還認為小車(chē)的硬件部分應該是比較簡(jiǎn)單的，通過(guò)自己的實(shí)踐才明白，從小車(chē)的整體構思設計到每個(gè)零件的設計和加工，都蘊含了機械設計的各項原則，滿(mǎn)足性能要求，經(jīng)濟、可靠、外形美觀(guān)的諸多限制。

　　在小車(chē)轉向方面，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，實(shí)現了小車(chē)轉向時(shí)靈敏、準確，純滾動(dòng)無(wú)滑動(dòng)的完美結構。

　　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(xiàn)等方面的知識。

　　總之，在這兩周的學(xué)習中，我們收獲頗豐。鍛煉了自己的動(dòng)手動(dòng)腦能力，還學(xué)習了好多理論知識，而且這是理論和實(shí)踐的完美結合。

　　參考文獻：

　　【1】 周 彬. 基于Proteus的單片機PWM直流調速系統設計.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(yǔ)言教程——入門(mén)、提高、開(kāi)發(fā)、拓展全攻略。電子工業(yè)出版社。2009.1

　　【3】 陳立德。機械設計基礎(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系列單片機設計與仿真。2008.9

　　附錄：

　　1、 總電路圖

　　2、 機械結構總圖