【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 PT2272 組成的無(wú)線遙控模塊，此遙控模塊在開闊地參考距離大于 150 米，而且能夠在有障礙物的情況下實(shí)現(xiàn)遙控，但是實(shí)驗(yàn)室的不需要那么高精度的遙控。此模塊也是紅外遙控，自動(dòng)解碼和編碼。此方案作為接口預(yù)留。 方案 2：采用紅外遙控模塊，采用紅外發(fā)射器、紅外接收器構(gòu)成，這樣的遙控方式控制距離比較短，在遇 到障礙物時(shí)，對(duì)繞過(guò)障礙物的遙控能力比較差。但我們的小車不需要在有障礙物的情況下能靈活的運(yùn)動(dòng)。所以紅外遙控可以適用。 本文采用方案 2。 電機(jī)的選擇 方案 1：步進(jìn)電機(jī)一般分為混合式、反應(yīng)式和永磁式三種?；旌鲜诫姍C(jī)結(jié)合了反應(yīng)式和永磁式兩種電機(jī)的長(zhǎng)處。有兩相的和五相的。兩相的步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角是 度兩相的步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角 度。因此，混合式步進(jìn)電機(jī)得以廣泛使用。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)通常是三相的。廣泛應(yīng)用在大轉(zhuǎn)矩輸出的場(chǎng)合。它的步進(jìn)角是 度。主要三江學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 缺點(diǎn)是震動(dòng)很強(qiáng)且會(huì)產(chǎn)生很大噪聲。永磁式步進(jìn)電機(jī)通常是兩 相的。它的轉(zhuǎn)矩以及體積都很小。它的步進(jìn)角是 15 度和 度。 方案 2：直流電機(jī)的控制相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但其定位精度不高，可用于對(duì)速度要求高，而對(duì)于位移的定位要求不高的場(chǎng)合；步進(jìn)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)精確定位，廣泛應(yīng)用于精確定位場(chǎng)合，但其控制復(fù)雜。 從本課題研究要求、控制要求以及性價(jià)比等綜合方面考慮，我們采用方案 2。 供電模塊 由于本設(shè)計(jì)中電機(jī)、芯片的供電電壓不同。主電源要采用 6 節(jié) 的干電池供電。芯片需要 5v的電壓，所以采用 AMS1117 滿足不同模塊的電壓需要。 三江學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第三章 硬件設(shè)計(jì) 控制模塊 STC12C5A60S2 單片機(jī) （ 1） STC12C5A60S2 單片機(jī)功能介紹 STC12C5A60S2 是一種低功耗、高性能 的新一代 8051 單片機(jī) ， 具有 8K 用戶應(yīng)用程序空間的 存儲(chǔ)器 。指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但是速度快 812 倍。 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上， 增強(qiáng)型 8051CPU， 1T，單時(shí)鐘 /機(jī)器周期， 使得 STC12C5A60S2 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 STC12C5A60S2 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能 :工作頻率在 035MHZ， 1280 字 節(jié)RAM,36 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 4 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， STC12C5A60S2 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止 。 8位微控制 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 STC12C5A60S2。 （ 2）單片機(jī)的最小系統(tǒng) STC12C5A60S2 單片機(jī)最小控制 系統(tǒng)電路主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)芯片、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路。如圖 31為單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖。 圖 31單片機(jī)最小系統(tǒng) 三江學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 復(fù)位電路： 41號(hào)引腳接復(fù)位電路，接高電平，復(fù)位引腳 VCC 接一個(gè) 的貼片電容，當(dāng)輸入 5V 電壓時(shí)，由于復(fù)位電路有 20K 和 10K 的分壓電阻，分壓后受到 的電壓，當(dāng)供電電壓低于 時(shí)產(chǎn)生復(fù)位，如果電壓恢復(fù)后重新啟動(dòng)程序運(yùn)行，可以設(shè)置成低電壓中斷，或者復(fù)位。當(dāng)按鍵按下時(shí)，電壓降到 以下，產(chǎn)生復(fù)位 。 電源及時(shí)鐘：電源采用 5V 電壓供電接 Vcc 引腳，時(shí)鐘采用 24MHz 晶振為系統(tǒng)提供時(shí)鐘基準(zhǔn)，振蕩脈沖信號(hào)從 XTAL1 和 XTAL2 輸入。與晶振相連的是 兩 個(gè) 30pF 的電容，它是晶振的負(fù)載電容，會(huì)影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度。 紅外 遙控 發(fā)射 模塊 紅外通信是利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)近距離保密通信和信息轉(zhuǎn)發(fā)的 , 它一般由紅外發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)兩部分組成。發(fā)射系統(tǒng)對(duì)一個(gè)紅外輻射源進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射紅外信號(hào) , 接收系統(tǒng)則用光學(xué)裝置和紅外探測(cè)器進(jìn)行接收 , 這樣就構(gòu)成了紅外通信系統(tǒng) , 并針通信系統(tǒng)常用的方法有兩種 , 即通過(guò)脈沖寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈寬調(diào)制(P W M )方法和通過(guò)脈沖串之間的時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈時(shí)調(diào)制（ PPM）方法。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所使用的方法是 PWM。 矩陣鍵盤分兩步：第一步是掃描有沒有鍵按下，第二步是掃描是哪個(gè)鍵按下的。 首先我們要讀取鍵盤的狀態(tài)，獲得它的的編碼。我們可以舉一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明如何獲得按鍵的編碼的：假設(shè)第一個(gè)鍵被按下，我們要得到它的編碼，那么我們從 P1口的高四位輸出低電平，那么 為輸出口。低四位輸出高電平，那么 為輸入口。 P1 口的低四位狀態(tài)為 1101，其 值為 0DH，類似的道理， P1口高四位輸出高電平，那么 為輸入口。低四位輸出低電平，那么 為輸出口。 P1 口的低四位狀態(tài)為 1110，其值為 E0H，最后進(jìn)行運(yùn)算得到編碼 EDH，其他的 15 個(gè)鍵是同樣的方式，得到它們的編碼。 在紅外遙控系統(tǒng)中 , 雖然發(fā)射、接收芯片內(nèi)部均含有抗干擾及雜波濾除功能 , 但紅外干擾源對(duì)系統(tǒng)的影響仍無(wú)法完全避免 。 另外 , 某些意外情況也可能造成譯碼的錯(cuò)誤 . 為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力 , 杜絕誤操作 , 在軟件上采用了多種抗干擾措施。 距離 50 米以 內(nèi)的 無(wú)線模塊， 模塊 3V 也可以供電，不一定用 供電。市場(chǎng)上一般采用 CC2500 無(wú)線模塊。其中工業(yè)場(chǎng)合，就用 CC2500 IC 做的模塊，如 CC2500M 無(wú)線模塊 。一般的應(yīng)用場(chǎng)合，就用 CC2500S 無(wú)線模塊。它采用 TI公司的 CC2500 晶圓綁定，具有很高的性價(jià)比。該模塊的尺寸大小為 12*18mm，有效距離 20 到 50 米。最高速率 250kbps（預(yù)留）。 三江學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 紅外發(fā)射燈部分電路主要組成有紅外發(fā)光管 D1，限流電阻 R9，三極管 Q1（放大）和濾波的電阻 R1電容 C5。 對(duì)于三極管 Q1，這個(gè)放大信號(hào)實(shí)際上是電源加在集電極上的信號(hào)，而不是 三極管 自身放大出來(lái)的。 三極管的放大原理實(shí)際上可以概括為用基極的小信號(hào)去控制三極管集電極上的電源信號(hào)，讓它跟隨基極信號(hào)變化而變化。 發(fā)射極與基極之間只相差一個(gè) PN 結(jié) ，而且在放大狀態(tài)中這個(gè)結(jié)是正向?qū)ǖ模?導(dǎo)通電壓 ，并不會(huì)隨基極信號(hào)變化而變化；限流電阻 R9 減小負(fù)載端電流，例如這個(gè)電路發(fā)光二極管一端添加一個(gè)限流電阻可以減小流過(guò)發(fā)光二極管的電流，防止損壞 LED燈；設(shè)置濾波電容 C5 會(huì)使電子電路的工作性能更加穩(wěn)定，同時(shí)也降低了交變脈動(dòng)波紋對(duì) 電子 電路的干擾。 見圖 32。 圖 32 紅外發(fā)射模塊 驅(qū)動(dòng)模塊 采用 L298作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊。 系統(tǒng)通過(guò)兩臺(tái)直流的減速電機(jī)提供動(dòng)能，分別完成前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)四個(gè)動(dòng)作。由于單片機(jī)型號(hào)不較弱，不可能驅(qū)動(dòng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)扭矩大的直流電機(jī)，所以需要通過(guò)單片機(jī) 控制 L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)。 在直流電機(jī)調(diào)速的時(shí)候，主要使用的是 L298 的線性放大功能和開關(guān)功能。 L298是工作在線性區(qū)的。它的優(yōu)點(diǎn)是易于控制，輸出穩(wěn)定。缺點(diǎn)是功率低下，不易散熱。 三江學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 L298 可接受標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào) VSS， VSS 可接 4． 5～ 7 V 電壓 。 4腳 VS接電源電壓， VS 電壓范圍 VIH為＋ 2． 5～ 46 V。輸出電流可達(dá) 2． 5 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。 1腳和 15 腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。 L298 可驅(qū)動(dòng) 2個(gè)電動(dòng)機(jī)， OUT1， OUT2 和 OUT3， OUT4 輸出為電機(jī)的接入端， IN1， IN2， IN3， IN4 為單片機(jī)控制信號(hào)輸入端 ，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 控制輸入端 A端輸入 PWM 信號(hào)，控制輸入端 B端輸入 PWM 的反向信號(hào)，在一個(gè) PWM 周期里，電機(jī)的電樞承受雙極性的電壓，電機(jī)的速度和方向均由 PWM 決定。占空比越大，平均電壓越大。 下圖為原理圖 E N A6E N B11S E N S E A1S E N S E B15I N 15I N 27I N 310I N 412+ V S4O U T 12O U T 23O U T 313O U T 414+VSS9GND8J P 1L 29 8 NA+ M1M O T O R S E R V OA+ M2M O T O R S E R V O5V 1 2VA P W MB P W MP 22P 23P 24P 25D1I N 4 0 07D2D I O D E S C H O T T K YD3D I O D E S C H O T T K YD4D I O D E S C H O T T K YD51 A 60 VD6D I O D E S C H O T T K YD7D I O D E S C H O T T K YD8D I O D E S C H O T T K YC 1 11 00 u FC 1 20 .1 u FC?1 00 n 圖 33 驅(qū)動(dòng)電路圖 由于 L298 的邏輯電源采用 5V 供電，故其 12 四個(gè)引腳可直接連接到單片機(jī)上。通過(guò)單片機(jī)的片內(nèi)程序可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)直流電機(jī)的 PWM 調(diào)速以及正反轉(zhuǎn)等功能。 L298 芯片是一種常用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)可知，它的里面含有四通道的邏輯驅(qū)動(dòng)電路。它以雙 H橋的獨(dú)特結(jié)構(gòu)而被廣泛用于驅(qū)動(dòng)兩相和四相的電動(dòng)