【正文】 實現電動小汽車的前行與倒車，本設計采用了可逆PWM變換器?？赡鍼WM變換器主電路的結構式有H型、T型等類型。我們在設計中采用了常用的雙極式H型變換器，它是由4個三極電力晶體管和4個續(xù)流二極管組成的橋式電路。綜合考慮系統的各項性能，最后我們決定采用PWM調速系統。 尋跡模塊方案一：采用光電自動尋軌傳感器，通過采集黑白線返回主控制單片機的電信號不同，來實現自動尋跡的功能。方案二：采用反射式紅外傳感器來進行探測。只要選擇數量和探測距離合適的紅外傳感器，可以準確的判斷出跑道邊界的位置。方案的選擇：方案二中的反射式紅外傳感器驅動方便，識別率高，并且采集速度快，返回信號準確，能夠實現題目的要求，即能精確實現循跡黑線，方案二雖然效果更佳，但價格較昂貴。所以選擇方案二。 轉向裝置模塊方案一：雙電機控制。采用兩個直流電機控制小車后輪，檢測不到黑線走直線時，單片機控制兩輪轉速相等。當傳感器檢測到黑線，需要向左轉時，增加右輪轉速，降低左輪轉速；需要向右轉時，增加左輪轉速，降低右輪轉速。但此種方法必須精確控制兩車輪轉速直行時相等，否則將會出現小搖擺及抖動，達不到平滑運動的效果。方案二：步進電機控制前輪。步進電機將電脈沖信號轉換成相應的角位移的特種電機，步進電機的顯著特點是快速啟動能力，測到障礙物時能夠快速轉向；另外步進電機的精度高，不會失步，在負荷不超過動態(tài)轉矩值時，可以瞬間啟動和停止。逆轉時能夠精確返回原始位置。外加機械機構可以把角度變成直線位移。但步進電機的價格比較昂貴。經過比較分析，采用方案一即兩個直流電機控制轉向。本章小結通過我們組內討論以及題目的要求，我們的電動智能小車選主要采用STC系列中的STC89C51單片機，其設計主要用12V/6800mAh的鋰電池，能穩(wěn)定安全地給電機供電；由于單片機輸出的電流有限，無法直接驅動電機工作，因此需要通過專業(yè)的電路進行驅動，只要單片機給出相應的控制信號，便可控制電機工作。以STC 89C51為控制核心，用于探測黑白交線的位置，基礎由若干個光電管組成，通過反射紅外線的變化判斷黑白交線的有無，便于走黑白交線。綜合考慮系統的各項性能，我們決定采用PWM調速系統；采用光電自動尋軌傳感器，通過采集黑白線返回主控制單片機的電信號不同，來實現自動尋跡的功能；采用雙電機控制控制小車的轉向。第3章 系統硬件設計，電壓可達到12V，其中通過穩(wěn)壓芯片7805獲取5V直流電源為單片機供電，12V電源為電機供電以獲得較高速度，該電源輸出電流能力較大，而且能較長時間為小車提供穩(wěn)定的電流，使系統運行穩(wěn)定，符合實際要求。電源原理圖如圖31所示。 圖31 電源原理圖電源穩(wěn)壓芯片7805/7905 是一種典型的組合裝封三端穩(wěn)壓集成電路模塊帶金屬基板散熱按裝片該模塊多用于有處理器的5V電源的處理板戲稱電腦穩(wěn)壓塊輸入電壓可達直流12V輸出5V+5%以內，電流1A,最大短時可達3A(極限) 在超過500毫安輸出時最好加裝散熱器 ，7805面對字標左腳進右腳出，中間腳接地。在實際應用中，應在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當然小功率的條件下不用）。當穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯起來，但應用時需注意：并聯使用的集成穩(wěn)壓電路應采用同一廠家、同一批號的產品，以保證參數的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量，以避免個別集成穩(wěn)壓電路失效時導致其他電路的連鎖燒毀。 本設計最小系統分兩部分，一部分是晶振部分，另一部分是復位電路部分。最小系統原理圖如圖32所示。圖32最小系統原理圖單片機的置位和復位，都是為了把電路初始化到一個確定的狀態(tài)，一般來說，單片機復位電路作用是把一個例如狀態(tài)機初始化到空狀態(tài)，而在單片機內部，復位的時候單片機是把一些寄存器以及存儲設備裝入廠商預設的一個值。單片機復位電路原理是在單片機的復位引腳RST上外接電阻和電容，實現上電復位。當復位電平持續(xù)兩個機器周期以上時復位有效。復位電平的持續(xù)時間必須大于單片機的兩個機器周期。具體數值可以由RC電路計算出時間常數。復位電路由按鍵復位和上電復位兩部分組成。(1)上電復位：STC89系列單片及為高電平復位，通常在復位引腳RST上連接一個電容到VCC，再連接一個電阻到GND，由此形成一個RC充放電回路保證單片機在上電時RST腳上有足夠時間的高電平進行復位，隨后回歸到低電平進入正常工作狀態(tài)，這個電阻和電容的典型值為10K和10uF。(2)按鍵復位：按鍵復位就是在復位電容上并聯一個開關，當開關按下時電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會保持一段時間的高電平來使單片機復位。單片機系統里都有晶振，在單片機系統里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結合單片機內部電路產生單片機所需的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內調整頻率，稱為壓控振蕩器(VCO)。晶振用一種能把電能和機械能相互轉化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。單片機晶振的作用是為系統提供基本的時鐘信號。通常一個系統共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調整頻率的方法保持同步。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統所需的時鐘頻率。如果不同子系統需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。，由于單片機內部帶有振蕩電路，所以外部只要連接一個晶振和兩個電容即可，電容容量一般在15pF至50pF之間。 電機的左右輪分別由兩個獨立的電機驅動，通過控制兩個電機正轉時間的不同，實現小車的前進和左右的方向選擇。應用L298N進行電機驅動，IN1和IN2控制小車左輪并且通過ENA控制占空比，這樣能控制小車的左輪驅動能力。IN3和IN4控制小車右輪并且通過ENB控制占空比來控制小車右輪的驅動能力，以達到調節(jié)速度的要求。輸出端OUT1和OUT2接左輪，OUT3和OUT4接右輪，前進時，兩輪驅動能力相同，左轉時，右輪比左輪驅動力強，右轉時，同理。而二極管的引入能夠起到保護電機的作用。電機驅動原理圖如圖33所示。 圖33 電機驅動原理圖 L298N 為SGSTHOMSON Microelectronics 所出產的雙全橋步進電機專 用驅動芯片( Dual FullBridge Driver ) ，內部包含4信道邏輯驅動電路，是一種二相和四相步進電機的專用驅動器，可同時驅動2個二相或1個四相步進電機，內含二個HBridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅動器，接收標準TTL邏輯準位信號，可驅動46V、2A以下的步進電機，且可以直接透過電源來調節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機的IO端口來提供模擬時序信號。循跡采用反射式光電傳感器，反射式光電傳感器具有一對紅外信號發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射一定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號，當紅外的檢查方向遇到障礙物（反射面）時，紅外信號反射回來被接收管接收。經處理之后，通過數字傳感器接口返回微控制器，微控制器可利用紅外波的返回信號來識別周圍環(huán)境的變化。當遇到黑線時，圖中三極管8050導通，反相器輸入口處檢測到低電平，經反相器后變?yōu)楦唠娖?，供單片機識別，同時指示燈被點亮，圖中滑動變阻器，可方便改變光電傳感器的輸入電流，從而改變靈敏度，可減少電路中“毛刺”，以增加電路的抗干擾能力。循跡模塊原理圖如圖33所示。 圖33循跡模塊原理圖在本設計中我們采用紅外一體式發(fā)射接收器，發(fā)射管和接收管的直徑都為3mm，此時探測環(huán)境都在檢測電路板之下，不易受到其他光線的干擾。傳感器都選用RPR220發(fā)射紅外傳感器。該封裝形狀規(guī)則，便于安裝。紅外一體式發(fā)射接收器由于感應的是紅外光，常見光對它不干擾。紅外一體式發(fā)射接收器檢測黑線的原理為：由于黑色吸光，當紅外發(fā)射管發(fā)出的關照射在上面后反射的部分比較小，接收管接收到地紅外線也就較少，表現為電阻比較大，通過外接的電路就可以讀出檢測的狀態(tài)，同理當照在白色表面時發(fā)射的紅外線就比較多，表現為接收管的電阻比較小。本設計中當檢測到黑線，小車會自動偏轉而遠離邊緣