【文章內(nèi)容簡介】 電機，電機支架，測速碼盤，托板組成。在以往的智能小車設計中，大都會采用三輪式結(jié)構(gòu)，前輪一般采用萬向輪牽引，左右分別為驅(qū)動輪。雖然三輪式的結(jié)構(gòu)簡單易于操作，但是在小車行駛過程中的穩(wěn)定性不足，且由于萬向輪的徑向阻力非常小，所以很容易偏向。因此在這次的設計中我采用了四輪驅(qū)動，雖然四輪驅(qū)動式結(jié)構(gòu)相對于三輪式的結(jié)構(gòu)更加復雜，但其穩(wěn)定性得碼盤 4 片 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計論文第 12 頁 共 47 頁到明顯加強，并且因為 4 個輪子都為驅(qū)動輪，其偏差更為離散，不一定是同側(cè)的偏差方向一致，所以在小車前進過程中很難偏向。第四章 控制系統(tǒng)電路設計一個單片機應用系統(tǒng)的硬件電路設計包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內(nèi)部的功能單元，如 ROM﹑RAM﹑I/O 口﹑定時/ 記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等能不能滿足應用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當?shù)男酒?，設計相應的電路。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設備，在本設計中包括電機驅(qū)動模塊﹑紅外傳感器模塊、藍牙模塊﹑顯示模塊等，還要設計合適的接口電路。 MCU 的選型本設計中使用的是 STC12C5A60S2 單片機。STC12C5A60S2 單片機是把那些作為控制應用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、并行 I/O 口、串行口、定時器/計數(shù)器、PWM 發(fā)生器、內(nèi)置看門狗、內(nèi)置 8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換、獨特波特率發(fā)生器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器等。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU 加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。E:\單 片 機 \25P4./P1./1STC12C5A60S2U4STC12C5A60S2 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文第 13 頁 共 47 頁圖 STC12C5A60S2 引腳圖表 STC12C5A60S2 硬件結(jié)構(gòu)表類型參數(shù)STC12C5A60S2 STC89C51 RC工作電壓（V） Flash 程序存儲器字節(jié) 60k 4kRAM 字節(jié) 1280 512定時器 T0、T1 有 有PCA 定時器 2 無UART 1 1獨立波特率發(fā)生器 有 無DPTR 2 無EPPROM 有 有PCA（16 位）PWM（8 位）2 路 無A/D8 路 25 萬次每秒 10 位 無I/O 44 40看門狗 有 有 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文第 14 頁 共 47 頁內(nèi)置復位 有 無外部可調(diào)門檻電壓 有 無外部中斷 4 路 4 路由上表可見，STC12C5A60S2 單片機的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強等特點。特別值得一提的是該單片機 CPU 中的位處理器，它實際上是一個完整的 1 位微計算機，這個一位微計算機有自己的 CPU、位寄存器、I/O 口和指令集，計算速度比普通的 8051 快 8 ~12 倍。 電機驅(qū)動電路設計EN11I2OUT13GND45OUT26IN7VC28 EN29I310OUTGND123OUT414IN5VC5v16U3L293D 1KR312J312J2 12J512J4VC1KRL293D_INGNDL293D_EN1L293D_EN2L293D_IN2VC_Motr L293D_IN4L293D_IN3圖 電機驅(qū)動電路圖本設計采用 L293D 芯片，L293 是 ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、小電流電機驅(qū)動芯片。該芯片采用 16 腳封裝，內(nèi)部是由雙極性管組成的 H 橋電路。其輸出電流為 100mA，最高電流 2A，最高工作電壓 36V，可以驅(qū)動感性負載，可以控制電機的正反轉(zhuǎn)，且很容易被單片機控制。用單片機控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開關狀態(tài)，精確調(diào)整電機轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H 橋電路保證了可以簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關的速度很快，穩(wěn)定性也很高，是一種廣泛采用的調(diào)速技術。 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計論文第 15 頁 共 47 頁圖 L293D內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖示為 L293d 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，L293d 內(nèi)置了與門、非門、三級管組成的兩組電路，因為其排列形狀像‘H’子母，所以稱其為 H 橋路。通過控制三極管的通斷就可以是電機旋轉(zhuǎn)起來，而通過控制不同三極管的導通，電流的流向就會發(fā)生改變，電機的轉(zhuǎn)向也就會發(fā)生變化。在圖 中，使 ENA 與 ENB 兩個使能端始終為 1，通過控制 IN1 ~IN4 輸入端的狀態(tài)來改變電機的轉(zhuǎn)向。表 L293D真值表IN1 IN2 IN3 IN4 右電機 左電機 1 0 1 0 正 正 1 0 0 1 正 反 0 1 1 0 反 正 0 1 0 1 反 反 0 0 0 0 當 INININ3 和 IN4 分別為 1010 時，TT4 、T5 和 T8 導通，左電機和右電機正轉(zhuǎn)； 示例程序 1：void Forward(unsigned char Speed_Right,unsigned char Speed_Left)//前進{ L293D_IN1=1。 L293D_IN2=0。 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計論文第 16 頁 共 47 頁 L293D_IN3=1。 L293D_IN4=0。 PWM_Set(255Speed_Right,255Speed_Left)。}脈寬調(diào)制器本身是一個由運算放大器和幾個輸入信號組成的電壓比較器。運算放大器工作在開換狀態(tài)，稍微有一點輸入信號就可使其輸出電壓達到飽和值，當輸入電壓極性改變時，輸出電壓就在正、負飽和值之間變化，這樣就完成了把連續(xù)電壓變成脈沖電壓的轉(zhuǎn)換作用。加在運算放大器反相輸入端上的有三個輸入信號。一個輸入信號是鋸齒波調(diào)制信號，另一個是控制電壓，其極性大小可隨時改變，與鋸齒波調(diào)制信號相減，從而在運算放大器的輸出端得到周期不變、脈寬可變的調(diào)制輸出電壓。只要改變控制電壓的極性,也就改變了 PWM 變換器輸出平均電壓的極性 ,因而改變了電動機,則調(diào)節(jié)了輸出脈沖電壓的寬度,要鋸齒波的線性度足夠好,輸出脈沖的寬度是和控制電壓的大小成正比的。示例程序 2 為脈寬調(diào)制函數(shù)，其中 PWM_Set 為 PWM 調(diào)速函數(shù)，本設計采用的是軟件調(diào)速，Speed_Right、Speed_Left 為用戶給定的初值速度，速度值范圍：0 ~255,數(shù)值越大，速度越快。在通常的程序中多是采用定時器為波特率發(fā)生器。而本次設計中采用的是 MCU 自帶的 PWM 脈沖發(fā)生器，stc12c5a60s2 有內(nèi)置的一個計數(shù)器和比較寄存器 CCAPnL 和 CL，CCAPnL 用來存放一個 0255 之間的一個數(shù)據(jù)，CL 是一個計數(shù)器，當 CL 的值小于 CCAPnL 時，PWM 引腳輸出低電平脈沖，當 CL 的值大于 CCAPnL 時，PWM引腳輸出高電平脈沖示例程序 2：void PWM_Set(unsigned char PWM0_DATA,unsigned char PWM1_DATA){CCAP0L=PWM0_DATA。//裝入比較初值CCAP0H=PWM0_DATA。 CCAP1L=PWM1_DATA。 //裝入比較初值CCAP1H=PWM1_DATA。} 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文第 17 頁 共 47 頁 顯示電路設計本設計中采用 LCD1602 字符型液晶屏為下位機顯示設備，在單片機的人機交流界面中，一般輸出方式有：發(fā)光管、LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。液晶顯示器顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器每一個點在收到信號就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，因此，液晶顯示器的畫面質(zhì)量高不會閃爍。由于液晶顯示器都是數(shù)字式的，所以和單片機的接口更加簡單可靠，操作方便。液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，因此，液晶顯示器也有體積小，重量輕的優(yōu)點。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器目前已被廣泛應用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、PDA 移動通信工具等眾多領域。E:\單 片 機 \STC125A60S2GNDVC VCGND1VC2O3RS4W5E6DB071829DB3104512DB63714LA5BK16LCD 1602LCD1 LCD1602S3雙 刀 單 柄 開 關1KR9 LCD_B01L_2CDB3L_45LD_B67LCD_RSWE圖 LCD1602 電路圖LCD 的 DB0—DB7 口與單片機的 P0 口相連，RS 連接到 口，RW 連接到 口，使能端 E 口連接到 口。P0 口做為數(shù)據(jù)寫入端。表 LCD引腳定義 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文第 18 頁 共 47 頁符號 引腳說明 符號 引腳說明VSS 電源地 D2 Data I/OVDD 電源正極 D3 Data I/OVL 液晶顯示偏壓信號 D4 Data I/ORS 數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L） D5 Data I/OR/W 讀/寫選擇端（H/L） D6 Data I/OE 使能信號 D7 Data I/OD0 Data I/O BLA 背光源正極D1 Data I/O BLK 背光源負極示例程序：//****************寫數(shù)據(jù)************************//void WriteDataLCM(unsigned char WDLCM) {ReadStatusLCM()。 //檢測忙LCM_Data = WDLCM。LCM_RS = 1。 Delay10us(1)。LCM_RW = 0。Delay10us(1)。 LCM_E = 0。 Delay10us(1)。 LCM_E = 0。 Delay10us(1)。LCM_E = 1。Delay10us(1)。 } 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文第 19 頁 共 47 頁 藍牙模塊設計藍牙模塊主要是為了實現(xiàn)上位機與下位機的數(shù)據(jù)傳輸，本設計是通過藍牙轉(zhuǎn)串口模塊，實現(xiàn)上位機與下位機的無線通訊功能，所以本質(zhì)上使用的是單片機串口通信。串行通訊的特點是：數(shù)據(jù)按位順序傳送，最少僅需一根傳輸線即可完成，成本低但傳送速度慢。串行通訊的距離可以從幾米到幾千米。 根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進一步分為單工、半雙工和全雙工三種。信息只能單向傳送為單工；信息能雙向傳送但不能同時雙向傳送稱為半雙工；信息能夠同時雙向傳送則稱為全雙工。 串行通訊又分為異步通訊和同步通訊兩種方式。在單片機中，主要使用異步通訊方式。P CU S B 口P CU S B t o T T LR X DT X D5 VG N DU S B t o U A R T T T L 轉(zhuǎn)換板R S TA T5 VT X DR X DG N DS T藍牙模塊圖 USB與藍牙模塊相連在本設計中采用 WE40C（如圖 ）藍牙模塊，設置一個為主機，另一個為從機。通過發(fā)送 AT 指令來控制智能車的前進、后退和轉(zhuǎn)彎。WE40C 使用方便，可支持一對多通訊，也可通過 AT 指令來切換模塊的主從模式。當藍牙模塊上電后紅色指示燈閃爍，與另一藍牙模快時，藍色指示燈常亮。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計論文第 20 頁 共 47 頁圖 WE40C 藍牙模塊實物圖WE40C 特點：，兩模塊通電后自動連接，非常方便。 5V 和 兩種接口。，可綁定模塊地址指定通訊。，可通過簡單的 AT 指令任意切換主從模式。 9 個擴展 IO 口(兩個預留)，既可輸入也可輸出。，開闊地 40 米。 PCB 復合式設計，采用加厚板材()。WE40C 應用范圍：，包含 TXD 和 RXD 兩組信號，可以直接接入單片機等帶有串口的系統(tǒng)或設備，也可以通過 MAX232 芯片轉(zhuǎn)換成RS232 電平后使用。，無線收發(fā)數(shù)據(jù)。，實現(xiàn)單片機和智能手機之間的無線串口通訊。 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計論文第 21 頁 共 47 頁 電源電路設計GND15VOUT2I3U2GND15VOUT2I3U1 123546S120UFCGNDUSB_PowerGNDGNDD1IOE50maF1 VCGND20UFC3VC_Motr21J1jump12J6 123546S2圖 電源電路圖 如圖 中 J6 為電池接口，U1 為 ASM1117 穩(wěn)壓芯片，CCC3 為濾波電容，D1 為續(xù)流二極管，當小車斷電時，電路板中會產(chǎn)生感應電流通過 D1 流向地端，這樣減小了感應電流對元器件的損壞。S1,S2 是電池供電和 USB 供電的切換開關，當 S1 撥到2,4 位、S2 撥到 3,6 位時小車由電池供電，當 S1 撥到 3,6 位、S2 撥到 2,4 位時，小車由 USB 供電。VCC_Motor 為電機驅(qū)動芯片電源，BLU_VCC 為藍牙通訊模塊電源。表 電池電源VCC MCU 電源VCC_Motor 電機驅(qū)動芯片電源BLU