【文章內(nèi)容簡介】 。20附錄21第一章 設(shè)計任務(wù)與要求、任務(wù) 制作出一輛小車，小車具有避障及遙控兩種方式，用戶可以通過手持設(shè)備進行選擇，然后通過無線模塊發(fā)送給小車，從而小車執(zhí)行給定的操作。 要求 （1）具有避障、遙控模式可切換的功能 （2）遇到障礙物的時候在避障模式小車可以自行避障 （3）切換成遙控模式時，可以通過手持把柄進行用戶自定義控制，具備前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等基本功能。第二章 方案的論證與選擇本設(shè)計的小車分為兩大塊：車體部分及手持遙控部分， 紅外測距 電機 MCU 無線模塊 車體總體框圖 按鍵 液晶顯示 MCU 無線模塊 手持部分總體框圖按照系統(tǒng)的設(shè)計功能要求，本智跑機器人系統(tǒng)的設(shè)計采用單片機軟件系統(tǒng)實現(xiàn)，用單片機的自動控制能力配合紅外避障模塊、液晶顯示模塊、按鍵模塊、電機驅(qū)動模塊、構(gòu)成了本智跑機器人的硬件系統(tǒng)。方案一：ATMEGA16A芯片，該芯片是ATMEL公司生產(chǎn)的8位處理器，雖然其在速度比較快、功能比較齊全，但是在價格上比較昂貴，況且對于本次課題來說，很多功能用不上，這勢必造成資源上的浪費。方案二：用STC89C52單片機，該芯片是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在線可編程flash存儲器。對于本次課題，可以采用A/D轉(zhuǎn)換模塊和單片機結(jié)合，這樣既經(jīng)濟劃算，又足以滿足本次課題的精度綜上所述：我們采用方案二。方案一：采用LM2940，低壓差線性穩(wěn)壓器，紋波系數(shù)很小，其典型應(yīng)用電路如下： 低壓差穩(wěn)壓電源方案二：采用7805，78xx/79xx 系列三端穩(wěn)壓器件是最常用的線性降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，簡單易用、價格低廉，在大多電路中采用。但其壓降比較大，另外輸出電流不能太大， 是其極限值。 7805穩(wěn)壓電源方案三：采用開關(guān)型電源，開關(guān)性穩(wěn)壓電源的效率很高，但輸出紋波電壓較高，由于制作成本較高、難度較大，故不采用。經(jīng)綜合比較，電源模塊還是選擇了性價比高的7805。在之前使用紅外避障傳感器過程中發(fā)現(xiàn)，四個傳感器的功耗很大，會使普通的7805嚴重發(fā)熱。因此在電路中，我們使用雙穩(wěn)壓輸出模式。我們使用一片小功率型號的7805給電路中的單片機和隔離器供電，而使用一片大功率的L78H05給傳感器供電，L78H05是金屬封裝的大功率穩(wěn)壓芯片，持續(xù)電流可以達到3A。完全可以勝任傳感器的供電任務(wù)。方案一：33886 并聯(lián)驅(qū)動電路，電路特點是電路穩(wěn)定，但加減速慢。在電機需要反轉(zhuǎn)制動時，33886會很快發(fā)燙，且 33886 并聯(lián)時最好選同批次、同型號的芯片，否則可能會出現(xiàn)不匹配的現(xiàn)象，導致只有一個正常工作。當用 4 片并聯(lián)時更要注意！除此之外，在 PCB 布線時 33886的走線盡量要對稱。單片的電路如下： 33886驅(qū)動方案二：采用兩片半橋驅(qū)動 BTS7960 構(gòu)成的全橋驅(qū)動電路 BTS7960 是集成的大電流半橋驅(qū)動，其內(nèi)部包含了一片 NMOS、一片 PMOS和一片半橋門集驅(qū)動，在IOUT = 9 A，VS= ，Tj = 25 176。C 時，其內(nèi)阻抗為17mΩ。方案三：采用L298N，L298N是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動電路?？梢苑奖愕尿?qū)動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。L298N芯片可以驅(qū)動兩個二相電機，也可以驅(qū)動一個四相電機，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。 L298驅(qū)動經(jīng)過試驗，再結(jié)合做飛思卡爾車的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)BTS7960驅(qū)動效果最好，但在本次的設(shè)計制作中，車輪只需要正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)即可，且成本較高。小車的行駛的時間也不長，L298就遠遠能滿足要求了，考慮到L298不僅滿足要求，且外圍電路簡單，成本也比采用7960和33886降低了好幾倍，故還是選擇了方案三。方案一：采用URF02TTL超聲波傳感器。當超聲波發(fā)射碰到障礙物時，超聲波被反射回來，從超聲波發(fā)射到接受的過程計時，超聲波在空氣中的傳播速度是340m/s，對此加以判斷，可以檢測障礙物離救援車的距離，當?shù)揭欢ǖ姆秶鷷r，救援車開始轉(zhuǎn)彎避障?？梢赃_到要求。方案二：選用基于A/D轉(zhuǎn)換的反射式紅外對管。這種傳感器具有較高的性價比，操作簡單，采集的數(shù)據(jù)量相對較小，普通單片機完全可以勝任，可以達到很好的識別效果。結(jié)合硬件本身，還有我們自己對它的熟練應(yīng)用程度，我們選擇了方案二。 顯示液晶的選擇方案一：選用LCD1602作為顯示部件，它具有編程簡單，功耗低的優(yōu)點。但由于1602是屬于并行數(shù)據(jù)傳輸，需要占用十個IO口；并且它只能顯示特定的ASCII字符，不能顯示漢字。方案一：選用LCD12864作為顯示部件，它也具有編程簡單，功耗低的優(yōu)點。但也是是屬于并行數(shù)據(jù)傳輸，需要占用十三個IO口；由于該液晶內(nèi)部自帶了漢字字庫，所以它能很方便的顯示4*8個漢字字符，或者通過取模顯示圖片。但它的缺點是速度慢，體積太大，我們設(shè)計手持控制板時對液晶的體積有著嚴格的要求。方案三：選用諾基亞5110液晶模塊，該5110液晶是使用串行數(shù)據(jù)接口的高速液晶。具有體積小、速度快、節(jié)省IO口的優(yōu)點。結(jié)合控制板對液晶的要求考慮，我們選用諾基亞5110作為顯示部件。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計由于條件和規(guī)則所限，智能車的動力系統(tǒng)與控制系統(tǒng)共用同一電源。而由于電路中不同模塊的工作電壓各不相同，因此需要將電池電壓轉(zhuǎn)換成各個模塊所需電壓。電源按電壓大小可分為如下兩部分： 主控電路電源在電機加減速過程中瞬間伴隨的超大電流將拉低電池端電壓，嚴重影響控制系統(tǒng)，尤其是單片機的穩(wěn)定工作。因此，必須設(shè)計可靠的穩(wěn)壓模塊，使電池端電壓下降到一定水平時，供電依然穩(wěn)定。在足夠滿足要求的前提下，我們采用的是簡單易用、價格低廉的7805。： 5V電源原理圖 電機 為了使電機獲得更高的速度和更大的調(diào)速范圍。 紅外避障模塊電源紅外避障模塊使用了四個避障傳感器，該傳感器為紅外調(diào)制管，功率非常大。很容易燒壞普通的7805，經(jīng)過改進，我們使用一個金屬封裝的78H05為紅外避障模塊單獨供電，并且使用散熱片散熱。該電路是利用L298N驅(qū)動芯片進行控制，通過單片機的IO口輸出高低電平，控制電機兩邊的電平高低，從而實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)，很方便單片機的操作，亦能滿足直PWM波調(diào)速的要求。電機切換正反轉(zhuǎn)時電流不能突變，瞬間會產(chǎn)生很大的電流，為防止燒毀電機，故加續(xù)流二極管保護驅(qū)動芯片。電機工作時候會產(chǎn)生比較大的電磁干擾，尤其是啟動、停止瞬間會有比較大的電磁干擾，為了消減這些干擾。： 電機驅(qū)動電路障礙物的檢測是利用紅外避障傳感器，由于紅外避障傳感器的功率過大，為了防止其燒壞主芯片，所以加了一個74HC244用作隔離作用，： 液晶顯示電路利用諾基亞5110液晶作為顯示工具，使用一個電位器來調(diào)節(jié)液晶的背光燈亮度，： 液晶顯示電路圖 最小系統(tǒng)電路原理圖該模塊的設(shè)計是分別基于兩片STC12C60S2的最小系統(tǒng)，以此作為主控器，完成小車部分前端的信息處理及數(shù)據(jù)接收；以及手持控制板的數(shù)據(jù)傳