【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)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型保證了簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn) 轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的 PWM調(diào)速技術(shù)?；谏鲜隼碚摲治鰯M選方案三。步進(jìn)電機(jī)我們選用的是打印機(jī)的字車四項(xiàng)步進(jìn)電機(jī)，我們直接利用單片機(jī)的I/O口通過光耦和擴(kuò)流電路直接驅(qū)動(dòng)，這樣可以節(jié)省硬件資源，雖然占用用單片機(jī)I/O資源較多但對(duì)于51系列單片機(jī)這種I/O資源豐富的片種并不帶來額外的負(fù)擔(dān)。五、聲光報(bào)示電路的選型（1） ，形成語音報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)小車上的金屬探測(cè)器探測(cè)到金屬時(shí)，音樂響起并開始記時(shí)用數(shù)碼管顯示音樂時(shí)間。（2） 配合音樂芯片的工作我們用發(fā)光二極管，進(jìn)行光報(bào)警，構(gòu)成聲光結(jié)合報(bào)警系統(tǒng)。（3） 在小車的后軸電機(jī)應(yīng)用上為防止蹩車電機(jī)被燒壞，我們采用運(yùn)算放大器應(yīng)用中的電壓比較器的功能，再蹩車時(shí)電壓的變化使發(fā)光二極管與蜂鳴器工作，發(fā)光二極管與蜂鳴器結(jié)合形成聲光報(bào)警系統(tǒng) （三） 系統(tǒng)原理框圖、金屬片的探測(cè)、記錄運(yùn)行路程、控制步進(jìn)電機(jī)和主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。三、硬件電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算（一） 紅外與光電探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算一、：W1和R1及V1構(gòu)成簡(jiǎn)單直流發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路，調(diào)節(jié)W1可以改變發(fā)光管的發(fā)光光強(qiáng)，從而調(diào)節(jié)探測(cè)距離，NE555及其外圍元件構(gòu)成施密特觸發(fā)器，其觸發(fā)電平可通過W2 控制，接收管V2和電阻R2構(gòu)成光電檢測(cè)電路。通過NE555第3腳輸出的TTL電平可以直接驅(qū)動(dòng)單片機(jī)I/O口。二、交流調(diào)制驅(qū)動(dòng)紅外探測(cè)器的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算LM567及其外圍芯片構(gòu)成音頻檢頻器，其檢頻頻率f0由RC5決定:其中，f0為檢頻頻率，當(dāng)R4=10K，C5=222時(shí)這一振蕩信號(hào)經(jīng)過V3擴(kuò)流后，驅(qū)動(dòng)發(fā)光管，僅這樣處理后可以保證發(fā)光頻率與檢頻頻率嚴(yán)格一致使LM567的輸出僅與光強(qiáng)有關(guān)，為進(jìn)一步提升探測(cè)距離，我們還設(shè)立了一級(jí)交流放大器，其增益約為240倍，雖然這樣大的放大倍數(shù)放大器的線性和穩(wěn)定性會(huì)較差，但對(duì)于頻率檢測(cè)不會(huì)造成太大的影響。LM567還有一個(gè)重要的參數(shù)是帶寬（BW）可由下式計(jì)算：其中，Vi是輸入信號(hào)有效值，f0是檢頻頻率。當(dāng)Vi=50mV,C4=225時(shí)，帶寬約為10KHz三、光電探測(cè)器信號(hào)處理電路同直接直流驅(qū)動(dòng)電路（二） 金屬探測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算一、電路原理，我們利用CD4049的線性區(qū)制作了一個(gè)LC振蕩器，可調(diào)電阻W1在這里作阻尼電阻使用，通過調(diào)整W1使電路剛剛起振，由于只有半個(gè)磁罐磁路不閉合，當(dāng)有金屬靠近磁罐開口處時(shí)，線圈的Q值降低線路停振，U1B和電阻R1，電容C4構(gòu)成交流耦合放大器，用來放大振蕩器輸出信號(hào)，當(dāng)有振蕩信號(hào)時(shí)有V1,R2,C5構(gòu)成的檢波器輸出低電平，無振蕩信號(hào)時(shí)輸出高電平，這一電平信號(hào)經(jīng)U1C緩沖后輸出。二、參數(shù)計(jì)算電感L電容CCC3決定振蕩頻率，為避免其和前述交流調(diào)制驅(qū)動(dòng)紅外探測(cè)器相互干擾，我們把振蕩器的振蕩頻率稍微調(diào)高了些，當(dāng)取如圖參數(shù)是頻率約為100KHz左右，U1B放大器的放大倍數(shù)與R1的取值有關(guān)，經(jīng)試驗(yàn)調(diào)整后R1取680K。（三） 超聲測(cè)距裝置的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算一、超聲波發(fā)射裝置的設(shè)計(jì)，由NE555構(gòu)成無穩(wěn)多諧振蕩器，其振蕩頻率由電阻WR1和C3決定通過調(diào)節(jié)W1可以改變振蕩頻率，輸出的振蕩信號(hào)經(jīng)過CD4049的放大推動(dòng)超聲波換能器S1發(fā)聲。NE555的第4腳使能端可由單片機(jī)控制，當(dāng)需要發(fā)射超聲信號(hào)時(shí)該腳為高電平。二、超聲波接收裝置的設(shè)計(jì)，超聲波換能器S1接受到的微弱信號(hào)，經(jīng)過交流耦合到IC1放大，其放大倍數(shù)為：放大的信號(hào)在經(jīng)過交流耦合到IC1的另一運(yùn)放，其放大倍數(shù)為：總增益為：經(jīng)過放大的信號(hào)再由比較器LM311整形，輸出標(biāo)注TTL電平信號(hào)以被單片機(jī)接收。（四） 主軸電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算一、主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)D0，D1電機(jī)狀態(tài)00非法01正轉(zhuǎn)10反轉(zhuǎn)11滑行，由三極管VVVV4構(gòu)成H橋驅(qū)動(dòng)電路，控制著幾個(gè)管子的通斷就可以控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)真值表如圖示 為了使光耦取得比較大的驅(qū)動(dòng)能力，在本電路中光耦的發(fā)光管限流電阻取得比較小。二、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，VVVV4構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電阻RRRR4起限流作用，二極管,VVVV8構(gòu)成其續(xù)流作用，三極管的基極通過光耦隔離由單片機(jī)控制。單片機(jī)通過循環(huán)移位0001來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，左移時(shí)正轉(zhuǎn)，右移時(shí)反轉(zhuǎn)。在完成所需角度的轉(zhuǎn)動(dòng)后，單片機(jī)應(yīng)將DDDD4全部置高，此時(shí)4個(gè)三極管全部截止以節(jié)省電源開支。（五） 顯示、鍵盤、聲光告示與單片機(jī)電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算一、MCU1的外圍部件與接口電路，MCU1的主要工作是金屬探測(cè)器和計(jì)時(shí)以及驅(qū)動(dòng)鍵盤及顯示電路，接收個(gè)位置傳感器信息，并根據(jù)這些信息控制運(yùn)動(dòng)部件完成轉(zhuǎn)彎等行走動(dòng)作，是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。 （六） 遙控接收模塊的硬件電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算本次競(jìng)賽中，我們遵守大賽規(guī)則采用遙控啟停的方式控制小汽車，遙控模塊發(fā)射出信號(hào)后，接受模塊進(jìn)行接收并接通小車電路，小車由單片機(jī)控制行走路線，例如前進(jìn)倒退，行走8字，以及利用小車上的紅外傳感器和金屬傳感器，在自由行走方式下避讓功能的實(shí)現(xiàn)。遙控模塊的選擇有聲、光、磁、電、波等幾種形式，考慮到聲音遙控受外界干擾較大，光控也有同樣的弊病，磁、電等都受發(fā)射距離的限制，所以我們采用由2051單片機(jī)構(gòu)成的紅外發(fā)射器，和一體化紅外接收頭作為這次的小車控制啟停的控制器。由于空氣中的紅外光強(qiáng)度很小，因此我們采用2051單片機(jī)作為紅外發(fā)射器的控制核心部件，這樣一來，由此紅外發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出的紅外信號(hào)就具有相當(dāng)高的強(qiáng)度，足以被與其配套的接收器件接收到。接收器件是根據(jù)發(fā)射器發(fā)射的紅外信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和處理，然后進(jìn)一步處理成電信號(hào)來對(duì)小車進(jìn)行啟動(dòng)和停止的控制。實(shí)際上，由于發(fā)射能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，接受模塊精度高，抗干擾能力強(qiáng)，且辨碼率高，所以，此紅外發(fā)射、接收模塊不僅能完成小車的遙控啟停的功能，還能實(shí)現(xiàn)其它許多功能，如果脫離這次大賽來說，擴(kuò)大遙控發(fā)射模塊的功能，即加上完成相應(yīng)附加功能所必需的電路，那么，在硬件電路調(diào)試好的情況下，該發(fā)射接收模塊將能很出色的完成這些功能。當(dāng)然，雖然此遙控模塊設(shè)計(jì)巧妙，功能比較齊全，但受時(shí)間，水平限制，肯定有不盡人意之處，我們一定繼續(xù)努力，設(shè)計(jì)出更好的遙控模塊，和其他方面的作品。停車、音樂響前進(jìn)3秒鐘走正反八字進(jìn)入避讓程序汽車倒退探測(cè)到金屬YN 四、單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)（一）行走控制程序流程二、控制程序流程 ，首先讀如三坐標(biāo)傳感器狀態(tài)值，然后判斷狀態(tài)值，再根據(jù)判斷結(jié)果作出相應(yīng)動(dòng)作。（二）超聲測(cè)距程序流程一、單片機(jī)控制的超聲測(cè)距工作原理及參數(shù)計(jì)算超聲測(cè)距的基本原理就是發(fā)射一超聲脈沖，根據(jù)回波時(shí)間，利用公式來計(jì)算距離S，根據(jù)聲音在空氣中的速度公式:其中，V0是常數(shù)，TO為標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)，t是空氣溫度由于只需一般測(cè)量精度，沒有對(duì)t進(jìn)行修正而直接取一般情況20攝氏度。根據(jù)計(jì)算得到的聲速為343米/秒。在利用單片機(jī)測(cè)速時(shí),首先打開定時(shí)器，為避免直接耦合我們?cè)O(shè)置了時(shí)間門，在超聲脈沖沒有發(fā)完時(shí)不會(huì)響應(yīng)回波信號(hào)，當(dāng)超聲脈沖發(fā)射完成后，打開外部中斷并等待，中斷發(fā)生后關(guān)閉定時(shí)器，利用定時(shí)器的數(shù)值查表就可以得到距離S本車步進(jìn)電機(jī)采用四相的，采用的是單4拍。通電順序?yàn)锳BCD。支流電機(jī)采用帶齒輪減速的電機(jī)，轉(zhuǎn)速降低，但轉(zhuǎn)力提高了。兩者合理配合可以提高小車的精確轉(zhuǎn)向定位，提高小車的防干擾性，在不平的路面上仍能正常行走。在未來的我國(guó)登月計(jì)劃中登月車的設(shè)計(jì)中它們可占有一席之地，可以為國(guó)家的航天事業(yè)做出一定貢獻(xiàn)。.各種型號(hào)的車上方向燈是必不可少的。本車的方向燈的設(shè)計(jì)上采用同一轉(zhuǎn)向雙重設(shè)計(jì)，即用紅綠兩種不同顏色的燈顯示小車的轉(zhuǎn)向程度。當(dāng)小車前輪轉(zhuǎn)向角在0—，—45度時(shí)紅燈亮。前者顯示小車在緩慢轉(zhuǎn)彎，而后者則表示小車處于急轉(zhuǎn)彎狀態(tài)。它的實(shí)現(xiàn)是通過對(duì)步進(jìn)電機(jī)步數(shù)測(cè)量得出的結(jié)果，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)走的步數(shù)在0—15步內(nèi)，綠燈亮15步以上紅燈亮。本項(xiàng)技術(shù)可清晰顯示小車的行走狀態(tài)，若將其應(yīng)用與真實(shí)汽車上也是對(duì)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一個(gè)改進(jìn)，可進(jìn)一步減少交通事故的發(fā)生。車速顯示方面：為了提高AT89C51中主控芯片管腳的利用率，在顯示驅(qū)動(dòng)，我們選用美國(guó)MAXIM公司生產(chǎn)的串行接口8位LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器芯片MAX7219。選擇MAX7219有以下幾點(diǎn)原因：（1）采用三線串行傳送數(shù)據(jù)，僅用3個(gè)引腳與微處理相連，串行數(shù)據(jù)傳送速率高達(dá)10MHz。（2）有譯碼和不譯碼兩種顯示狀態(tài)。（3）上電時(shí)所有LED熄滅正常工作時(shí)通過外接電阻或編程方式調(diào)節(jié)LED亮度。（4），具有150微安電流的低功耗關(guān)閉模式。 從以上優(yōu)點(diǎn)可以看出此芯片的功能十分強(qiáng)大，我們應(yīng)用它來驅(qū)動(dòng)4位數(shù)碼管是十分容易實(shí)現(xiàn)的。我們用脈沖記數(shù)的方法來測(cè)定小車速度，即在后軸電機(jī)加光耦形成一個(gè)個(gè)脈沖，通過對(duì)單位時(shí)間內(nèi)脈沖的計(jì)算，實(shí)際速度的顯示，本項(xiàng)技術(shù)可廣泛應(yīng)用于各種記數(shù)領(lǐng)域，速度測(cè)量領(lǐng)域等。由MAX7219驅(qū)動(dòng)的數(shù)碼管不僅顯示小車行走速度而且還顯示小車自動(dòng)行走的時(shí)間，用單片機(jī)記錄時(shí)間可廣泛應(yīng)用與各種大型鐘表中，目前此項(xiàng)技術(shù)還有進(jìn)一步提升的空間，是我們今后發(fā)展的一個(gè)方向。在小車的避障系統(tǒng)中，我們應(yīng)用了超聲波探測(cè)器與紅外探測(cè)器想結(jié)合的方式。在調(diào)試中超聲波的測(cè)量距離定為50CM。當(dāng)小車行走時(shí)，先由超聲波探測(cè)器探測(cè)到信號(hào)后，持續(xù)一段時(shí)間。當(dāng)紅外探測(cè)器也探測(cè)到信號(hào)時(shí)，小車做出避障動(dòng)作。此項(xiàng)技術(shù)可應(yīng)用于智能化的玩具、工業(yè)控制，尤其是超聲波可以在汽車的安全系統(tǒng)中作出貢獻(xiàn)，超聲波的測(cè)量距離可以達(dá)到60米，當(dāng)兩汽車超過允許的最小距離，它發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒司機(jī)。金屬探測(cè)器是小車探測(cè)器中最具亮點(diǎn)的，它被安裝在小車的底盤前端，一旦發(fā)現(xiàn)地面有金屬，啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，我們用音樂芯片制作的語音報(bào)警系統(tǒng)，這更加符合報(bào)警系統(tǒng)人性化的發(fā)展趨勢(shì)。本項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，在兩棲登陸作戰(zhàn)中，排雷工作是最為艱巨的工作，危險(xiǎn)性很大，技術(shù)不當(dāng)，可引起大規(guī)模的人員、物資損失，若應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，排雷可用本小車的一部分系統(tǒng)：金屬探測(cè)器探到物體后，引