【文章內(nèi)容簡介】 能特點(diǎn)使它非常適合車模運(yùn)動的控制設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其中發(fā)射部分的315M發(fā)射模塊和USB轉(zhuǎn)串口模塊、ATmega8L使用USB口的5V供電，經(jīng)過電容濾波分兩路進(jìn)行供電，一路是6V減速電機(jī)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(jī)啟動以及轉(zhuǎn)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(jìn)入電源電路對整個電路產(chǎn)生干擾，另一方面電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)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(jī)保持一定距離就能解決。而為了解決前者的干擾，在電機(jī)兩端并聯(lián)一個104電容濾波外，電機(jī)電源還使用了容值較大的1000UF電解電容和104瓷片電容進(jìn)行濾波，在7805穩(wěn)壓管輸入端和輸出端再進(jìn)行二次濾波，以減少電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)無線傳輸指令，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，選用結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，傳輸距離較遠(yuǎn)的315M無線模塊，在日常生活這一類模塊主要應(yīng)用于遙控領(lǐng)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(shè)計(jì)，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(shí)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(dǎo)行波與自由空間波之間的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為電磁波；接收時，把電磁波轉(zhuǎn)換為高頻電流。在本設(shè)計(jì)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)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(dāng)發(fā)射機(jī)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(dāng)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(dāng)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(dāng) 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(dāng)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(fù)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(jìn)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(dāng)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(yīng)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(zhuǎn)換 Vcc18電源正端（＋）Vss9電源負(fù)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(rèn)輸出端（常低）解碼有效變成高電平（瞬態(tài)）在本設(shè)計(jì)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(shè)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(fù)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(shè)計(jì)允許一個遙控器對多個下位機(jī)進(jìn)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(shè)置相同即可。在本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jī)高速轉(zhuǎn)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(jìn)行計(jì)數(shù)，從而間接的測量小車速度。此方案傳感器的信號強(qiáng)，電路簡單。結(jié)合本系統(tǒng)的使用減速電機(jī)（減速前后的速度比為96:1），在電機(jī)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于紅外對射的方式。因此本系統(tǒng)采用A44E集成開關(guān)霍爾傳感器來檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)速。該傳感器是一種半導(dǎo)體器件，是利用霍爾效應(yīng)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(dāng)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(dāng)施加的磁場達(dá)到工作點(diǎn)時，觸發(fā)器輸出高電壓（相對于地電位），使三極管導(dǎo)通，此時OC門輸出低電平，三極管截止。當(dāng)施加的磁場到釋放點(diǎn)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(guān)完成了一次開關(guān)動作。把這樣的信號送到單片機(jī)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(jī)驅(qū)動模塊在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)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(jī)直接對其進(jìn)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(jī)驅(qū)動芯片L298N,它能同時控制兩個電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，該芯片是利用TTL電平進(jìn)行控制，通過單片機(jī)的I/O口輸出高低電平，控制電機(jī)兩邊的電平變化，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，方便用戶操作。電機(jī)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(shè)計(jì)用來接收DTL或者TTL邏輯電平驅(qū)動感性負(fù)載（比如繼電器，直流和步進(jìn)電機(jī)）。表314是其使能、輸入引腳和輸出管腳的邏輯關(guān)系。表314 L298N管腳邏輯關(guān)系ENA(ENB)IN1(IN4)IN2(IN3)電機(jī)運(yùn)行情況L停止HLL停止HHL正轉(zhuǎn)HLH反轉(zhuǎn)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(jī)輸出過來的數(shù)字信號控制內(nèi)部與門的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)輸出端電壓的正反控制，進(jìn)而控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。在小車運(yùn)行當(dāng)中，考慮到小車電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，感應(yīng)電流有可能過大導(dǎo)致電機(jī)燒毀，所以加了8個二極管續(xù)流，起到保護(hù)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(dá)到調(diào)速的效果。圖315 L298N驅(qū)動電路 USB轉(zhuǎn)串口模塊USB轉(zhuǎn)串口模塊全稱為USB to Serial port Module，它可以實(shí)現(xiàn)將USB接口虛擬成一個串口解決客戶無串口的苦惱。現(xiàn)在市面上的USB轉(zhuǎn)串品的設(shè)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。現(xiàn)在USB轉(zhuǎn)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(shí)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(shè)計(jì)中USB轉(zhuǎn)串口模塊采用的就是PL2303芯片，用于實(shí)現(xiàn)USB和標(biāo)準(zhǔn)RS232串行端口之間的轉(zhuǎn)換，兩個獨(dú)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(dá)到遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn) UART 控制器的波特率。PL2303支持USB電源管理和遠(yuǎn)程喚醒協(xié)議。當(dāng)主機(jī)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(jī)或USBHUB上，就可以實(shí)現(xiàn)與 RS232 器件的通信，電路如圖316所示。圖316 USB轉(zhuǎn)串口