【正文】 得到實(shí)用和發(fā)展被廣泛用于電流磁場(chǎng)位移壓力等物理量的測(cè)量同時(shí)霍爾元件具有體積小頻率響應(yīng)寬度大動(dòng)態(tài)特性好抗干擾能力強(qiáng)對(duì)外圍電路要求簡(jiǎn)單使用壽命長(zhǎng)價(jià)格低廉等特點(diǎn)安裝也較為方便728 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 方案一使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流 電機(jī) 線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單成本低加速能力強(qiáng)但功率損耗大特別是低速大轉(zhuǎn)距運(yùn)行時(shí)通過(guò)電阻 R 的電流大發(fā)熱厲害損耗大對(duì)于小車的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行不利 方案二采用繼電器控制電機(jī) 采用繼電器對(duì)電機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制通過(guò)開關(guān)的切換對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)整此方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢易損壞壽命較短可靠性不高 1 方案三采用 H 型脈沖寬度調(diào)制 PWM 全橋式驅(qū)動(dòng)電路 通過(guò) PWM 脈寬調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)小車速度的控制這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良調(diào)整平滑調(diào)速范圍廣過(guò)載能力大能承受頻繁的負(fù)載沖擊還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的快速啟動(dòng)制動(dòng)和反 轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)這種驅(qū)動(dòng)電路可以很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)制動(dòng)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)制動(dòng) 為了電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單采用電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 瞬時(shí)電流最高可達(dá) 2A 可靠完全滿足設(shè)計(jì)要求 [] 綜合三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)決定選擇方案三 3 硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī) SCM 是單片微型計(jì)算機(jī) Single Chip MicroputerROM、 RAM、 IO口、定時(shí)記數(shù)器、中斷系統(tǒng)等能量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展選擇適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計(jì)相應(yīng)的電路二是系統(tǒng)配置既要按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備如鍵盤顯示器、打印機(jī)、 AD、 DA 轉(zhuǎn)換 器等又要設(shè)計(jì)合適的接口電路 本系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機(jī)作為中央處理器其主要任務(wù)是在小車行走過(guò)程中不斷讀取傳感器采集到的數(shù)據(jù)將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后來(lái)控制小車行走同時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)送顯示單元?jiǎng)討B(tài)顯示 在本系統(tǒng)中 AT89C51單片機(jī)的 P1口用于 LCD1602顯示 P20P21口用于電動(dòng)機(jī)的 PWM驅(qū)動(dòng)控制 P03P04口用于探測(cè)軌跡 P05口用于探測(cè)障礙物 P00P01口用于尋找光源 P06用于 LED提示 P07用于蜂鳴器報(bào)警 P32外部中斷 0用于檢測(cè)金屬鐵片P33 外部中斷 1 用于計(jì)數(shù)脈沖從而達(dá)到測(cè)量里程的目的 31 AT89C51 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) AT89C51 是一種低功耗低電壓高性能的八位 CMOS 單片機(jī)片內(nèi)有一個(gè) 4KB 的FLASH 可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory311 主要特性 1 與 MCS51 兼容 2 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 3 壽命 1000 寫擦循環(huán) 4 數(shù)據(jù)保留時(shí)間 10 年 5 全靜態(tài)工作 0Hz24Hz 6 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 7 1288 位內(nèi)部 RAM 8 32 可編程 IO 線 9 兩個(gè) 16 位定時(shí)器計(jì)數(shù)器 10 6 個(gè)中斷源 11 可編程串行通道 12 低功耗的閑置和掉電模式 13 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 312 管腳說(shuō)明 VCC40 供電電壓 GND20 接地 P0 端口 P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 IO 口每腳可吸收 8TTL 門電流當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)被定義為高輸入 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器它可以被定義為數(shù)據(jù)地址的第八位在 FIASH編程時(shí) P0 口作為原碼輸入口當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí) P0 輸出原碼此時(shí) P0 外部必須被拉高 P1 端口P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 IO 口 P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流 P1口管腳寫入 1后被內(nèi)部上 拉為高電平可用作輸入 P1口被外部下拉為低電平時(shí)將輸出電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí) P1 口作為第八位地址接收 P2 端口 P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 IO 口 P2 口緩沖器可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流當(dāng) P2口被寫 1 時(shí)其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高且作為輸入并因此作為輸入時(shí) P2 口的管腳被外部拉低將輸出電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí) P2 口輸出地址的高八位在給出地址 1 時(shí)它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí) P2口輸出其特殊功能寄存器 的內(nèi)容 P2口在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào) P3 端口 P3 口管腳是 8 位的雙向 IO 口可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流當(dāng) P3口寫入 1 后它們被內(nèi)部上拉為高電平并用作輸入作為輸入由于外部下拉為低電平 P3 口將輸出電流 ILL P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口如所示 P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào) RST 9 復(fù)位輸入 ALE 30 當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)在FLASH編程期間此引腳用于輸入編程脈沖在平時(shí) ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)此頻率 為振蕩器頻率的 16 因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的然而要注意的是每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖如想禁止ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0 此時(shí) ALE 只有在執(zhí)行 MOVXMOVC 指令是 ALE才起作用另外該引腳被略微拉高如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止置位無(wú)效 29 外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間每個(gè)機(jī)器周期兩次有效但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn) EAVPP 31 當(dāng)保持低電平時(shí)則在此期間外部程序存儲(chǔ)器 0000HFFFFH 不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器注意加密方式 1時(shí)將內(nèi)部鎖定為 RESET當(dāng)端保持高電平時(shí)此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器在 FLASH 編程期間此引腳也用于施加 12V 編程電源 VPPXTAL1 19 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入 XTAL2 18 來(lái)自反向振蕩器的輸出 圖 31 AT89C51 引腳圖 313 振蕩器特性 XTAL1和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件 XTAL2 應(yīng)不接有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求但 必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 312 芯片擦除 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成在芯片擦操作中代碼陣列全被寫 1 且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前該操作必須被執(zhí)行此外 AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯支持兩種軟件可選的掉電模式在閑置模式下CPU 停止工作但 RAM 定時(shí)器計(jì)數(shù)器串口和中斷系統(tǒng)仍在工作在掉電模式下保存RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器禁止所用其他芯片功能直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止 315 AT89C51 最小系統(tǒng) AT89C51最小系統(tǒng)接線如圖 32所示在 XTAL1XTAL2端接上晶振及兩個(gè)諧振電容在 RESET 端接上相應(yīng)的電阻電容如需要按鍵復(fù)位加上按鍵即可組成一個(gè)最小系統(tǒng)按要求通電后系統(tǒng)就可以工作了 圖 32 AT89C51 最小系統(tǒng) 32 探測(cè)軌跡電路 軌跡探測(cè)電路根據(jù)反射接收原理配置了一對(duì)紅外線發(fā)射接收傳感器該電路包括一個(gè)紅外發(fā)光二極管一個(gè)紅外光敏三極管及其上拉電阻如圖 34 所示紅外發(fā)光二極管發(fā)射一定強(qiáng)度的紅外線照射物體紅外光敏三極管在接收到反射回來(lái)的紅外線后導(dǎo)通發(fā)出一個(gè)電平跳變信號(hào) 當(dāng)小車在白色地面行駛時(shí)裝在車下的紅外 發(fā)射管發(fā)射紅外線信號(hào) 經(jīng)白色反射后被接收管接收一旦接收管接收到信號(hào)那么圖 33 中光敏三極管將導(dǎo)通輸出低電平經(jīng) LM306 電壓比較器送單片機(jī)控制當(dāng)小車行駛到黑色引導(dǎo)線時(shí)紅外線信號(hào)被黑色吸收后光敏三極管截止輸出高電平從而實(shí)現(xiàn)了通過(guò)紅外線檢測(cè)信號(hào)的功能將檢測(cè)到的信號(hào)送到單片機(jī) IO口當(dāng) IO口檢測(cè)到的信號(hào)為高電平時(shí)表明紅外光被地上的黑色引導(dǎo)線吸收了表明小車處在黑色的引導(dǎo)線上同理當(dāng) IO 口檢測(cè)到的信號(hào)為低電平時(shí)表明小車行駛在白色地面上即當(dāng)小車底部的某邊紅外線收發(fā)對(duì)管遇到黑帶時(shí)輸入電平為高電平反之為低電平 [4] 圖 33 軌跡探 測(cè)電路圖 為了保證小車沿黑線行駛采用了兩個(gè)檢測(cè)器并行排列左右方向都可以進(jìn)行控制控制精度得以提高在小車行走過(guò)程中結(jié)合查詢方式通過(guò)程序控制小車行走軌跡如果左方向偏離黑線則右側(cè)的探頭就會(huì)檢測(cè)到黑線把信號(hào)傳送到單片機(jī)進(jìn)行處理校正控制其向右轉(zhuǎn)如果右方向偏離黑線則左側(cè)的探頭就會(huì)檢測(cè)到黑線把信號(hào)傳送到單片機(jī)進(jìn)行處理校正控制其向左轉(zhuǎn)從而保證小車沿黑線行駛 電路中的可調(diào)電阻可調(diào)節(jié)靈敏度以滿足小車在不同光度的環(huán)境中能夠?qū)ほE由于接收對(duì)管裝在車底發(fā)射距離的遠(yuǎn)近較難控制調(diào)節(jié)可調(diào)電阻靈敏度不高因此采用在對(duì)管上套一塑料管屏蔽外界光的影響 靈敏度將大幅提升在該電路中加比較器 LM306 的目的是使模擬量轉(zhuǎn)化為開關(guān)量便于處理 33 檢測(cè)金屬片電路 電感式接近開關(guān)由三大部分組成 LC 振蕩器開關(guān)電路及放大輸出電路它的工作原理是外界的金屬性物體對(duì)它的高頻振蕩器產(chǎn)生非接觸式感應(yīng)作用振蕩器即是由纏繞在鐵氧體磁芯上的線圈構(gòu)成的 LC 蕩電路蕩器通過(guò)傳感器的感應(yīng)面在其前方產(chǎn)生一個(gè)高頻交變的電磁場(chǎng)當(dāng)外界的金屬性導(dǎo)電物體接近這一磁場(chǎng)并到達(dá)感應(yīng)區(qū)時(shí)在金屬物體內(nèi)產(chǎn)生渦流效應(yīng)從而導(dǎo)致 LC 蕩電路振幅變小即稱之為阻尼現(xiàn)象這一蕩的變化即被開關(guān)的后置電路放大處理并轉(zhuǎn)換為一確定的輸出信 號(hào)觸發(fā)開關(guān)并驅(qū)動(dòng)控制器件從而達(dá)到非接觸式目標(biāo)檢測(cè)之目的 圖 34 接近開關(guān)原理框圖 在車底中部安裝一個(gè)金屬檢測(cè)傳感器將其檢測(cè)面對(duì)準(zhǔn)運(yùn)行路面當(dāng)小車通過(guò)金屬鐵塊時(shí)輸出端輸出一個(gè)將這個(gè)信號(hào) 74LS04 反相器將信號(hào)用單片機(jī)檢測(cè)出來(lái)借此控制電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作 圖 35 檢測(cè)金屬鐵片電路原理圖 34 檢測(cè)障礙物電路 采用超聲波傳感器探測(cè)障礙物超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩其頻率超過(guò) 20KHz 分橫向振蕩和縱向振蕩兩種超聲波可以在氣體液體及固體中傳播其傳播速度不同它有折射和反射現(xiàn)象且在傳播過(guò)程中有衰減利用超聲波的特性可 做成各種超聲波傳感器結(jié)合不同的電路可以制成超聲波儀器及裝置在通訊醫(yī)療及家電中獲得廣泛應(yīng)用 作為超聲波傳感器的材料主要為壓電晶體壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅魉梢詫㈦娔苻D(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波同時(shí)它接收到超聲波時(shí)也能轉(zhuǎn)變成電能故它分為發(fā)送器和接收器超聲波傳感器有透射型反射型兩種類型常用于防盜報(bào)警器接近開關(guān)測(cè)距及材料探傷測(cè)厚等 本設(shè)計(jì)應(yīng)用反射式超聲波探測(cè)電路探測(cè)障礙物該電路分為超聲發(fā)射電路超聲接收電路和信號(hào)處理電路 [12] 1RP1 可以將接受超聲傳感器的輸出電壓調(diào)至最大通?？烧{(diào)至 40kHz 電路如圖 36 所示 圖 36 超聲波發(fā)射電路 該電路用到時(shí)基電路 LM555 LM555 時(shí)基電路內(nèi)部由分壓器比較器觸發(fā)器輸出管和放電管等組成是模擬電路和數(shù)字電路的混合體 其各個(gè)引腳的功能如下 6 腳為閥值端 TH 是上比較器的輸入 2 腳為觸發(fā)端 TR是下比較器的輸入 3腳為輸出端 OUT有 0和 1兩種狀態(tài)它的狀態(tài)由輸入端所加的電平?jīng)Q定 7腳為放電端 DIS是內(nèi)部放電管的輸出它有懸空和接地兩種狀態(tài)也是由輸入端的狀態(tài)決定 4 腳為復(fù)位端 R 叫上低電平 03V 時(shí)可使輸出端為低電平 5 腳為控制電壓端 CV 可以用它來(lái)改變上下觸發(fā)電平值 8腳為電源 VCC1腳為地 GND 一般可以把 LM555 電路等效成一個(gè)大放電開關(guān)的 RS 觸發(fā)器這個(gè)特殊的觸發(fā)器有兩個(gè)輸入端閥值端 TH 可看成是置零端 R 高電平有效觸發(fā)端 TR 可看成是置位端 S低電平有效它只有一個(gè)輸出端 OUTOUT可等效成觸發(fā)器的 Q 端放電端DIS 可看成由內(nèi)部放電開關(guān)控制的一個(gè)接點(diǎn)放電開關(guān)由觸發(fā)器的反 Q 端控制反 Q 1 時(shí) DIS 端接地反 Q 0 時(shí) DIS 端懸空此外這個(gè)觸發(fā)器還有復(fù)位端 R 控制電壓端CV 電源端 VCC 和接地端 GND 圖 37 是等效的觸發(fā)器和它的功能真值表 圖 37 等效的觸發(fā)器和它的功能真值表 這個(gè)特殊的 RS 觸發(fā)器工作原理 ①兩個(gè)輸入端的觸發(fā)電平要求一高一低置零端 R 即閥值端 TH 要求高電平而置位端 S 即觸發(fā)端 TR 則要求低電平