【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 原理圖 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 驅(qū)動(dòng)模塊簡(jiǎn)介 本設(shè)計(jì)采用雙驅(qū)動(dòng)的小車，驅(qū)動(dòng)模塊要分別控制小車的左、右兩個(gè)電機(jī)， 使小車的兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速和方向相同或不同，從而來(lái)控制它的前進(jìn)和轉(zhuǎn)彎。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，用一個(gè) L298N 芯片來(lái)分別連接單 片機(jī)和直流電機(jī)。 如圖 6 所示。 L298N 是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它響應(yīng)頻率高，一片 L298N 可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)能力大，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良 [6]。因 4 此，采用驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，它的使能端可以外接高低電平，也可以利用單片機(jī)進(jìn)行軟件控制，極大地滿足各種復(fù)雜電路需要。另外， L298N 的驅(qū)動(dòng)功率較大，能夠根據(jù)輸入電壓的大小輸出不同的電壓和功率，解決了負(fù)載能力不夠這個(gè)問題。 6 9 V 直 流電 源 輸 入單 片 機(jī) 4 個(gè) I O 口控 制 信 號(hào) 輸 入E N A E N B 使 能端 控 制默 認(rèn) 短 路 帽 短接 即 模 塊 都 能輸 出 給 A 電 機(jī) B 電 機(jī)電 源 指 示 燈 1 個(gè) 電 機(jī)正 反 轉(zhuǎn) 指 示 燈 4 個(gè)5 V 直 流 擴(kuò) 展輸 出兩 個(gè) 直 流 電 機(jī)電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng)模 塊 圖 6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)圖 驅(qū)動(dòng)模塊的基本電路 L298N 有兩路電源分別為邏輯電源和動(dòng)力電源，邏輯電路為 6V，動(dòng)力電源為 12V； ENA 與 ENB 直接接入 6V 邏輯電源也就是說(shuō)兩個(gè)電機(jī)時(shí)刻工作在使能狀態(tài)，控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)只有通過(guò) J1 接口 ，如圖 7 所示 ；由于我們使用的電機(jī)是線圈式的，在從運(yùn)行狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到停止?fàn)顟B(tài)和從順時(shí)針狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到逆時(shí)針狀態(tài)時(shí)會(huì)形成很大的反向電流，在電路中加入二極管的作用就是在產(chǎn)生反向電流的時(shí)候進(jìn)行泄流，保護(hù)芯片的安全。 圖 7 驅(qū)動(dòng)模塊基本原理圖 紅外檢測(cè) 模塊 紅外檢測(cè)采用了 TCRT5000，在車前部安裝 5 對(duì) TCRT5000 紅外對(duì)管，與路面距離在 8mm 左右。 TCRT5000檢測(cè)電路如圖 8 所示。用 TCRT5000 傳感器 模塊 專門用作黑（白）線檢測(cè)的傳感器，特別適合復(fù)雜黑白線、交叉黑白線的檢測(cè) ， 它有 6 路高靈敏度的紅外傳感器 (5 路巡線、 1 路蔽障 )，能夠?qū)诎拙€準(zhǔn)確的識(shí)別 [6]。 它有如下功能和特點(diǎn)： 集成 5 路 尋 跡傳感器 ， 適合復(fù)雜黑線的跟蹤 ， 對(duì)于簡(jiǎn)單的黑線尋取更不在話下 ，如圖 8 所示； 有一路蔽障用的紅外傳感器， 蔽障距離可以 通 過(guò)滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)，方便有蔽障需求的機(jī) 人設(shè)計(jì) ； 有一個(gè)專門設(shè)計(jì)的觸碰傳感器，使得有這方 面 的需求機(jī)器人設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)便 ； 輸出信號(hào)全部都為數(shù)字信號(hào)，方便與單片機(jī) 相 連 ； 5 全部傳感器都有 LED 燈作為指示，方便調(diào)試 ； 支持電壓為 滿足大多數(shù)系統(tǒng)需求 。 黑線檢測(cè)原理是紅外發(fā)射管發(fā)射光線到路面，紅外光遇到白底則反發(fā)射，接收管接收到反射光，經(jīng)施密 特觸發(fā)器整形后輸出低電平；當(dāng)紅外光遇到黑線時(shí)則被吸收，接收管沒有接收到反射光，經(jīng)施密特觸發(fā)器整 形后輸出高電平。 圖 8 TCRT5000 檢測(cè)部分電路圖 電機(jī)模塊 電 動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)稱電機(jī)，是使機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械，直流電機(jī)把直流電能變?yōu)闄C(jī)械能。作為機(jī)電執(zhí)行元部件，直流電機(jī)內(nèi)部有一個(gè)閉合的主磁路。主磁通在主磁路中流動(dòng)，同時(shí)與兩個(gè)電路交聯(lián)，其中一個(gè)電路是用以產(chǎn)生磁通的，稱為激磁電路；另一個(gè)電路是用來(lái)傳遞功率的，稱為功率回路或電驅(qū)回路?，F(xiàn)行的直流電機(jī)都是旋轉(zhuǎn)電驅(qū)式，也就是說(shuō)，激磁繞組及其所包圍的鐵芯組成的磁極為定子，帶換向單元的電驅(qū)繞組和電驅(qū)鐵芯結(jié)合構(gòu)成直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子。 采用直流電機(jī)。直流電機(jī)的控制方法比較簡(jiǎn)單，只需給電機(jī)的兩根控制線加上適當(dāng)?shù)碾妷杭纯墒闺姍C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái) ，電壓越高則電機(jī)轉(zhuǎn)速越高。對(duì)于直流電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，可以采用調(diào)節(jié)電壓的方法，也可采用 PWM 調(diào)速方法。 PWM 調(diào)速就是使加在直流電機(jī)兩端的電壓為方形波形，通過(guò)改變方形的占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 3 系統(tǒng)軟件部分 由于采用程序控制小車的行駛方向，因此軟件的設(shè)計(jì)也是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中很重要的部分。本系統(tǒng)的軟件用 C 語(yǔ)言編寫，分為主程序，外部中斷解碼子程序、自動(dòng)駕駛子程序、手動(dòng)駕駛子程序、障礙物檢測(cè)子程序、軌跡檢測(cè)子程序、定時(shí)器 1 中斷調(diào)速子程序等。主程序完成系統(tǒng)硬件的初始化、子程序調(diào)用等功能 [7]。 遙 控子程序設(shè)計(jì) 遙控模塊設(shè)計(jì)是通過(guò)把紅外接收頭VS1838B 的輸出端接到單片機(jī)的 管腳上，然后用遙控器對(duì)其進(jìn)行遙控，接著讓單片機(jī)解碼，產(chǎn)生 PWM 控制信號(hào)，通過(guò) L298N 控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，讓小車達(dá)到前進(jìn)、后退、 左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)及停止行駛的目的 [8]。 開始定時(shí)器 、 外部中斷初始化紅外解碼是否有紅外信號(hào) ？是否尋到黑線 ？是否尋到黑線 ？尋跡運(yùn)行尋跡運(yùn)行手動(dòng)運(yùn)行引導(dǎo)碼 ？等待第一個(gè)高電平延時(shí) 0 . 9 ms高電平 ？為 1 為 032 位 ?退出進(jìn)入中斷圖 9 主程序流程圖 10 解碼程序流程圖YYYNNNN NNYYY 6 尋跡子程序設(shè)計(jì) 尋跡模塊設(shè)計(jì)是通過(guò)把 TCRT5000 傳感器 的輸出端分別接到單片機(jī)的 、 、 、 和 管腳上，然后通過(guò)單片機(jī)編程，產(chǎn)生 PWM 控制信號(hào)，通過(guò) L298N 控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，讓小車達(dá)到前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的目的。 4 軟 件調(diào)試 通常一個(gè)調(diào)試程序應(yīng)具備至少四種性能：跟蹤、斷電、查看變量、更改數(shù)值。整個(gè)程序是一個(gè)主程序調(diào)用各個(gè)子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過(guò)程，要使整個(gè)程序能夠平穩(wěn)運(yùn)行，則各個(gè)模塊程序的正確和平穩(wěn)運(yùn)行是必不可少的，所以在軟件調(diào)試的最初階段須將各個(gè)模塊子程序分別進(jìn)行調(diào)試。 結(jié)語(yǔ) 本設(shè)計(jì)方案按照要求，以 STC 單片機(jī)為控制核心，結(jié)合無(wú)線遙控模塊、紅外對(duì)管尋跡模塊、電機(jī)控制模塊實(shí)現(xiàn)小車的無(wú)線遙控功能、自動(dòng)尋跡功能、自動(dòng)避障功能。基本完成各項(xiàng)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)小車的遙控行駛。系統(tǒng)是通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式，得到硬件檢測(cè)信號(hào)后輸入單片機(jī)各個(gè)對(duì)應(yīng)的 I/O 接口，通過(guò) C 語(yǔ)言程序控制過(guò)程，小車由遙控啟動(dòng)后，自動(dòng)尋跡，并不斷檢測(cè)遙控、避障信號(hào)，只要得到其中任何一種信號(hào)都將轉(zhuǎn)入它們對(duì)應(yīng)的功能模塊，實(shí)現(xiàn)有效控制。 由于時(shí)間及能力的有限，整個(gè)小車的功能有所簡(jiǎn)化，伴隨著出現(xiàn)不足的地方：遙控只能達(dá)到前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)以及原地轉(zhuǎn)，不能控制加減速。由于這些不足可以激發(fā)我的興趣，不斷完善小車：遙控達(dá)到以上功能外還加入速度控制等等智能的效果。這些也需要從進(jìn)一步學(xué)習(xí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，讓自己更上一個(gè)臺(tái)階。 參考文獻(xiàn)： [1] 郭天祥．新概念 51 單片機(jī) C 語(yǔ)言教程 [M]． 北京： 電子工業(yè)出版社， 2020， 01 [2] 張迎新．單片機(jī)原理及應(yīng)用 (第二版 )[M]．北京：電子工業(yè)出版社， 2020， 01 [3] 史洪宇 ．基于單片機(jī)的多功能智能小車的設(shè)計(jì) [J]．儀表技術(shù)， 2020(12)： 1618 [4]