基于52單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì)與制作

　　2.3、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)我們選擇芯片L298，當(dāng)然在單片機(jī)和L298之間我們加了光耦，用來(lái)隔離數(shù)字電路和模擬電路。設(shè)計(jì)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(shí)，發(fā)光二極管沒(méi)有導(dǎo)通不發(fā)光，光敏三極管呈高阻態(tài)(可以認(rèn)為其為斷路)，此時(shí)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(shí)，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(rèn)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(shù)字電路的邏輯電壓信號(hào)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(dòng)繼電器、直流電動(dòng)機(jī)、步迸電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載。在此電路中L298連接保護(hù)電路根據(jù)單片機(jī)提供的邏輯電壓對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。具體驅(qū)動(dòng)方式如下：當(dāng)使能端為高電平時(shí)。輸人端1N1(IN3)為高電平信號(hào)，IN2(IN4)為低電平信號(hào)時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn);輸人端INl(IN3)為低電平信號(hào)，IN2(IN4)為高電平信號(hào)時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn);INl(IN3)與IN2(IN4)相同時(shí)，電機(jī)快速停止。當(dāng)使能端為低電平時(shí).電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用的是PWM(脈寬調(diào)制)的方式。這是單片機(jī)上常用的模擬量輸出方法，通過(guò)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(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)從而得到不同的轉(zhuǎn)速。PWM波的占空比越大，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度越快，當(dāng)占空比達(dá)到100%時(shí)，速度達(dá)到最大。電路圖如圖七所示。

　　圖七：電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和光耦隔離電路圖

　　2.4、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)

　　舵機(jī)驅(qū)動(dòng)我們選擇的是單片機(jī)的P2.6端口，在接到舵機(jī)之前我們也用了光耦來(lái)隔離數(shù)字電路和模擬電路，如圖七所示。而舵機(jī)的連接電路也很簡(jiǎn)單，僅僅只有三根線：紅線接5V電壓，黑線接地，白線為信號(hào)控制線，接入單片機(jī)即可。舵機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，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(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過(guò)級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。接口連接圖如圖八所示。

　　2.5、紅外探測(cè)電路和金屬傳感器電路

　　紅外探測(cè)采用的是GP2A25集成紅外對(duì)管。其工作原理是當(dāng)其檢測(cè)到黑線，即發(fā)射管發(fā)射的信號(hào)被黑線吸收而不能接收時(shí)單片機(jī)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(duì)管的原理相差無(wú)幾。接口連接圖如圖八所示。

　　圖八：舵機(jī)、紅外以及金屬探測(cè)器接口電路

　　3、程序部分

　　我所設(shè)計(jì)的三個(gè)紅外對(duì)管探測(cè)地面的算法是：首先中間檢測(cè)到黑線，則車(chē)直行，這時(shí)當(dāng)黑線偏離時(shí)，左右的紅外對(duì)管都有可能檢測(cè)到。到檢測(cè)到就向相應(yīng)方向轉(zhuǎn)。這時(shí)黑線必將到達(dá)中間的紅外對(duì)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，只有紅外巡線的程序是我自己編寫(xiě)，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(jìn)行測(cè)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(cè)試了。主要是看單片機(jī)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(cè)試了。這也是耗費(fèi)我最多時(shí)間的地方。在測(cè)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(jī)在工作的時(shí)候會(huì)很顫。于是我把電路分離開(kāi)，重新測(cè)試。這時(shí)在測(cè)試的過(guò)程中我先后發(fā)現(xiàn)了其中一個(gè)直流電機(jī)存在問(wèn)題，舵機(jī)也壞了。我又更換它們?cè)俅螠y(cè)試。

　　在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，我收獲頗豐。以前沒(méi)有調(diào)試過(guò)舵機(jī)，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(diào)試舵機(jī)。還有就是對(duì)整個(gè)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(chē)比賽的視頻或是現(xiàn)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(rèn)為小車(chē)的硬件部分應(yīng)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(gòu)思設(shè)計(jì)到每個(gè)零件的設(shè)計(jì)和加工，都蘊(yùn)含了機(jī)械設(shè)計(jì)的各項(xiàng)原則，滿足性能要求，經(jīng)濟(jì)、可靠、外形美觀的諸多限制。

　　在小車(chē)轉(zhuǎn)向方面，我們認(rèn)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(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了小車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)靈敏、準(zhǔn)確，純滾動(dòng)無(wú)滑動(dòng)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(cè)試方面的能力，包括了檢查錯(cuò)誤，改正錯(cuò)誤的能力;還學(xué)習(xí)了單片機(jī)的有關(guān)知識(shí)，這其中包括了直流電機(jī)、舵機(jī)、紅外巡線等方面的知識(shí)。

　　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(dòng)手動(dòng)腦能力，還學(xué)習(xí)了好多理論知識(shí)，而且這是理論和實(shí)踐的完美結(jié)合。

　　參考文獻(xiàn)：

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

　　【2】 郭天祥。51單片機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)設(shè)計(jì)與仿真。2008.9

　　附錄：

　　1、 總電路圖

　　2、 機(jī)械結(jié)構(gòu)總圖