【文章內(nèi)容簡介】 能特點使它非常適合車模運動的控制設計。ATmega8L和ATmega16L管腳如圖33和圖34所示。 圖33 ATmega8L管腳 圖34 ATmega16L管腳 電源電路設計在本系統(tǒng)設計中，其中發(fā)射部分的315M發(fā)射模塊和USB轉串口模塊、ATmega8L使用USB口的5V供電，經(jīng)過電容濾波分兩路進行供電，一路是6V減速電機供電，另一路是ATmega16L、315M接收模塊、L298N芯片及其外圍器件供電。在電機啟動以及轉動時會產(chǎn)生比較大的干擾信號，干擾信號一方面通過電源線直接進入電源電路對整個電路產(chǎn)生干擾，另一方面電動機運轉時產(chǎn)生的電磁波經(jīng)過空間輻射對無線模塊接收電路形成干擾。以上兩種干擾途徑后者只要讓無線模塊和電機保持一定距離就能解決。而為了解決前者的干擾，在電機兩端并聯(lián)一個104電容濾波外，電機電源還使用了容值較大的1000UF電解電容和104瓷片電容進行濾波，在7805穩(wěn)壓管輸入端和輸出端再進行二次濾波，以減少電機運轉時產(chǎn)生的干擾信號。具體的電路如圖35所示。圖35 小車電源電路部分 315M無線模塊 無線模塊原理為實現(xiàn)無線傳輸指令，在系統(tǒng)的設計過程中，選用結構簡單，使用方便，傳輸距離較遠的315M無線模塊，在日常生活這一類模塊主要應用于遙控領域。遙控器發(fā)射電路，有振蕩電路、高頻放大器，調(diào)制方式一般采用ASK和FSK。振蕩電路可以采用電容、電感的振蕩特性來設計，也可加入晶振來簡單獲得載波信號。一般載波信號的頻率在 315MHZ433MHZ，也可實現(xiàn)更高的頻率。通過高頻放大器，高頻信號獲得更高的發(fā)射能量，提高發(fā)射距離。發(fā)射電路原理如圖36。圖36發(fā)射原理框圖接收電路里面主要有：天線，濾波電路，解調(diào)電路等幾部分組成。接收電路原理如圖37。圖37接收原理框圖天線是一種導行波與自由空間波之間的轉換器件或換能器。其基本功能是發(fā)射和接收無線電波：發(fā)射時，把高頻電流轉換為電磁波；接收時，把電磁波轉換為高頻電流。在本設計中，發(fā)射和接收模塊天線都采用了螺旋天線，以減少占用的空間。 PT2262/2272編解碼芯片PT2262/2272是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價位通用編/解碼電路，是目前在無線通訊電路中作地址編碼識別最常用的芯片之一。PT2262/2272最多可有12位(A0A11)三態(tài)(懸空,接高電平,接低電平)地址設定管腳,任意組合可提供531441個地址碼。PT2262最多可有6位（D0D5）數(shù)據(jù)端管腳,設定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳（Dout）串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。PT2262/2272的管腳圖38。對于編碼芯片PT2262，A0～A5共6根線為地址線，而A6～A11共6根線可以作為地址線，也可以作為數(shù)據(jù)線，這要取決于所配合使用的解碼芯片。若解碼芯片沒有數(shù)據(jù)線，則A6～A11作為地址線使用，這種情況下，A0～A11共12根地址線，每線都可以設置成“1”、“O”、“開路”三種狀態(tài)之一，因此共有編碼數(shù)312＝531441種，但若配對使用的解碼芯片的A6～A11是數(shù)據(jù)線，例如PT2272，那么這時PT2262的A6～A11也作為數(shù)據(jù)線用，并只可設置為“1”和“0”兩種狀態(tài)之一，而地址線只剩下A0～A5共6根，編碼數(shù)降為36=729種。圖38 PT2262/2272管腳圖編碼芯片 PT2262 發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片 PT2272 接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT 腳才輸出高電平與此同時相應的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直發(fā)送數(shù)據(jù)，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當發(fā)射機沒有發(fā)送數(shù)據(jù)時，PT2262不接通電源，其 17 腳為低電平，所以 315MHz 的高頻發(fā)射電路不工作，當有數(shù)據(jù)發(fā)送時，PT2262 得電工作，其第 17 腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號，當17 腳為高電平期間 315MHz 的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當 17 腳為低平期間315MHz 的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于 PT2262 的17 腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK 調(diào)制）相當于調(diào)制度為 100％的調(diào)幅。具體管腳功能如表39和310。表39 編碼電路PT2262管腳功能名稱 管腳說 明 D0D571013數(shù)據(jù)輸入端，有一個為“1”即有編碼發(fā)出，內(nèi)部下拉 Vcc18電源正端（＋）Vss9電源負端（－）TE14編碼啟動端，用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射，低電平有效OSC116振蕩電阻輸入端，與OSC2所接電阻決定振蕩頻率OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端Dout17編碼輸出端（正常時為低電平）表310 解碼電路 PT2272 腳管功能名稱 管腳說 明 A0A1111013地址管腳,用于進行地址編碼,可置為“0”,“1”,“f”(懸空),必須與2262一致,否則不解碼 D0D571013地址或數(shù)據(jù)管腳,當做為數(shù)據(jù)管腳時,只有在地址碼與2262一致,數(shù)據(jù)管腳才能輸出與2262數(shù)據(jù)端對應的高電平,否則輸出為低電平,鎖存型只有在接收到下一數(shù)據(jù)才能轉換 Vcc18電源正端（＋）Vss9電源負端（－）DIN14數(shù)據(jù)信號輸入端，來自接收模塊輸出端OSC116振蕩電阻輸入端，與OSC2所接電阻決定振蕩頻率OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端VT17解碼有效確認輸出端（常低）解碼有效變成高電平（瞬態(tài)）在本設計中采用8位地址碼和4位數(shù)據(jù)碼，這時編碼電路PT2262的第1～8腳為地址設定腳，有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)，3的8次方為6561，所以地址編碼不可重復度為6561組，只有發(fā)射端PT2262和接收端PT2272的地址編碼完全相同，才能配對使用，芯片的這種設計允許一個遙控器對多個下位機進行遙控。遙控模塊的生產(chǎn)家為了便于生產(chǎn)管理，出廠時遙控模塊的PT2262和PT2272的八位地址編碼端全部懸空，這樣用戶可以很方便選擇各種編碼狀態(tài)，如果想改變地址編碼，只要將PT2262和PT2272的1～8腳設置相同即可。在本設計中PT2262和PT2272的地址是7腳和8腳接地。PT2262和PT2272除地址編碼必須完全一致外，振蕩電阻還必須匹配，～8倍，否則接收距離會變近甚至無法接收。阻值越大振蕩頻率越慢，編碼的寬度越大，發(fā)碼一幀的時間越長。本設計使用的是PT2262/、PT2272/200K組合，電路如圖311和312所示。圖311 發(fā)射模塊電路圖312接收模塊電路 速度測量模塊方案一：利用紅外線對射的方式，在小車的車輪安裝一個碼盤，碼盤均勻打上一定數(shù)量的遮光孔，由于碼盤隨電機高速轉動，紅外線三極管接收到的是一系列的脈沖信號。通過檢測脈沖的個數(shù)，從而間接地測量速度和路程，但此方案碼盤的制作、安裝相對比較困難。方案二：利用霍爾傳感器對裝在車輪上的小磁鐵進行計數(shù)，從而間接的測量小車速度。此方案傳感器的信號強，電路簡單。結合本系統(tǒng)的使用減速電機（減速前后的速度比為96:1），在電機的后端裝上一個齒輪，在齒輪上均勻分布2塊磁鐵，這樣可以大大提高測速的精度，而且精度遠遠高于紅外對射的方式。因此本系統(tǒng)采用A44E集成開關霍爾傳感器來檢測電機的轉速。該傳感器是一種半導體器件，是利用霍爾效應制成的，主要由穩(wěn)壓器、霍爾電勢發(fā)生器、差分放大器、斯密特觸發(fā)器和OC門輸出五個基本部分組成。當霍爾傳感器處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產(chǎn)生霍爾電勢差輸出，該信號經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸出送到OC門輸出。當施加的磁場達到工作點時，觸發(fā)器輸出高電壓（相對于地電位），使三極管導通，此時OC門輸出低電平，三極管截止。當施加的磁場到釋放點時，觸發(fā)器輸出低電平，三極管截止，使OC門輸出高電平，這樣兩次電壓變換，使霍爾開關完成了一次開關動作。把這樣的信號送到單片機的外部中斷1和外部中斷2，以測量小車左右輪的速度信息，電路如圖313所示。313 霍爾傳感器電路 L298N電機驅(qū)動模塊在本系統(tǒng)設計當中，曾使用過分立元件組成的橋式驅(qū)動電路，這種電路可以由單片機直接對其進行操作，但由于分立元件占用的空間比較大，考慮到小車的空間問題，而分立元件的電器性能分散不易調(diào)整，所以我們采用了市面易購的電機驅(qū)動芯片L298N,它能同時控制兩個電機的正反轉，該芯片是利用TTL電平進行控制，通過單片機的I/O口輸出高低電平，控制電機兩邊的電平變化，從而實現(xiàn)電機的正反轉，方便用戶操作。電機驅(qū)動芯片L298N為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動，設計用來接收DTL或者TTL邏輯電平驅(qū)動感性負載（比如繼電器，直流和步進電機）。表314是其使能、輸入引腳和輸出管腳的邏輯關系。表314 L298N管腳邏輯關系ENA(ENB)IN1(IN4)IN2(IN3)電機運行情況L停止HLL停止HHL正轉HLH反轉小車驅(qū)動電路如圖315。L298N內(nèi)部集成了兩個橋式電路，通過單片機輸出過來的數(shù)字信號控制內(nèi)部與門的開關，實現(xiàn)電機輸出端電壓的正反控制，進而控制電機的旋轉方向。在小車運行當中，考慮到小車電機的正反轉，感應電流有可能過大導致電機燒毀，所以加了8個二極管續(xù)流，起到保護芯片的作用。ENA和ENB分別接PWM信號，通過控制ENA和ENB的接通時間，從而達到調(diào)速的效果。圖315 L298N驅(qū)動電路 USB轉串口模塊USB轉串口模塊全稱為USB to Serial port Module，它可以實現(xiàn)將USB接口虛擬成一個串口解決客戶無串口的苦惱?，F(xiàn)在市面上的USB轉串品的設備可謂是琳瑯滿目，質(zhì)量也是參差不齊。造成這種現(xiàn)象的根本原因就在于控制芯片的不同?，F(xiàn)在USB轉串口橋接芯片有很多，比如CP210FT23PL2303等等。但并非每一種芯片都可以用作ISP下載。經(jīng)過測試CP2102是不能下載的，而FT232可以下載，但其價格實在不菲。最為合適的就是臺灣生產(chǎn)的PL2303，可以穩(wěn)定下載，并可以支持多種操作系統(tǒng)。本設計中USB轉串口模塊采用的就是PL2303芯片，用于實現(xiàn)USB和標準RS232串行端口之間的轉換，兩個獨立的大型緩沖用于兩種總線的連接。大型數(shù)據(jù)緩沖器用于USB的批量數(shù)據(jù)傳輸。自動握手模式可用于串行通訊，因而可以達到遠大于標準 UART 控制器的波特率。PL2303支持USB電源管理和遠程喚醒協(xié)議。當主機掛起時消耗極小的電能。所有功能集成在 SOIC28 ，用戶只要簡單地把聯(lián)在電腦主機或USBHUB上，就可以實現(xiàn)與 RS232 器件的通信，電路如圖316所示。圖316 USB轉串口