【文章內容簡介】 工作在占空比可調的開關狀態(tài)下，精確調整電動機轉速。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型保證了簡單的實現(xiàn) 轉速和方向的控制；電子管的開關速度很快，穩(wěn)定性也極強，是一種廣泛采用的 PWM調速技術?；谏鲜隼碚摲治鰯M選方案三。步進電機我們選用的是打印機的字車四項步進電機，我們直接利用單片機的I/O口通過光耦和擴流電路直接驅動，這樣可以節(jié)省硬件資源，雖然占用用單片機I/O資源較多但對于51系列單片機這種I/O資源豐富的片種并不帶來額外的負擔。五、聲光報示電路的選型（1） ，形成語音報警系統(tǒng)，當小車上的金屬探測器探測到金屬時，音樂響起并開始記時用數(shù)碼管顯示音樂時間。（2） 配合音樂芯片的工作我們用發(fā)光二極管，進行光報警，構成聲光結合報警系統(tǒng)。（3） 在小車的后軸電機應用上為防止蹩車電機被燒壞，我們采用運算放大器應用中的電壓比較器的功能，再蹩車時電壓的變化使發(fā)光二極管與蜂鳴器工作，發(fā)光二極管與蜂鳴器結合形成聲光報警系統(tǒng) （三） 系統(tǒng)原理框圖、金屬片的探測、記錄運行路程、控制步進電機和主軸電機正轉、反轉。三、硬件電路設計與參數(shù)計算（一） 紅外與光電探測器的驅動電路設計與參數(shù)計算一、：W1和R1及V1構成簡單直流發(fā)光二極管驅動電路，調節(jié)W1可以改變發(fā)光管的發(fā)光光強，從而調節(jié)探測距離，NE555及其外圍元件構成施密特觸發(fā)器，其觸發(fā)電平可通過W2 控制，接收管V2和電阻R2構成光電檢測電路。通過NE555第3腳輸出的TTL電平可以直接驅動單片機I/O口。二、交流調制驅動紅外探測器的設計與參數(shù)計算LM567及其外圍芯片構成音頻檢頻器，其檢頻頻率f0由RC5決定:其中，f0為檢頻頻率，當R4=10K，C5=222時這一振蕩信號經(jīng)過V3擴流后，驅動發(fā)光管，僅這樣處理后可以保證發(fā)光頻率與檢頻頻率嚴格一致使LM567的輸出僅與光強有關，為進一步提升探測距離，我們還設立了一級交流放大器，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)定性會較差，但對于頻率檢測不會造成太大的影響。LM567還有一個重要的參數(shù)是帶寬（BW）可由下式計算：其中，Vi是輸入信號有效值，f0是檢頻頻率。當Vi=50mV,C4=225時，帶寬約為10KHz三、光電探測器信號處理電路同直接直流驅動電路（二） 金屬探測裝置的設計與參數(shù)計算一、電路原理，我們利用CD4049的線性區(qū)制作了一個LC振蕩器，可調電阻W1在這里作阻尼電阻使用，通過調整W1使電路剛剛起振，由于只有半個磁罐磁路不閉合，當有金屬靠近磁罐開口處時，線圈的Q值降低線路停振，U1B和電阻R1，電容C4構成交流耦合放大器，用來放大振蕩器輸出信號，當有振蕩信號時有V1,R2,C5構成的檢波器輸出低電平，無振蕩信號時輸出高電平，這一電平信號經(jīng)U1C緩沖后輸出。二、參數(shù)計算電感L電容CCC3決定振蕩頻率，為避免其和前述交流調制驅動紅外探測器相互干擾，我們把振蕩器的振蕩頻率稍微調高了些，當取如圖參數(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，經(jīng)試驗調整后R1取680K。（三） 超聲測距裝置的設計與參數(shù)計算一、超聲波發(fā)射裝置的設計，由NE555構成無穩(wěn)多諧振蕩器，其振蕩頻率由電阻WR1和C3決定通過調節(jié)W1可以改變振蕩頻率，輸出的振蕩信號經(jīng)過CD4049的放大推動超聲波換能器S1發(fā)聲。NE555的第4腳使能端可由單片機控制，當需要發(fā)射超聲信號時該腳為高電平。二、超聲波接收裝置的設計，超聲波換能器S1接受到的微弱信號，經(jīng)過交流耦合到IC1放大，其放大倍數(shù)為：放大的信號在經(jīng)過交流耦合到IC1的另一運放，其放大倍數(shù)為：總增益為：經(jīng)過放大的信號再由比較器LM311整形，輸出標注TTL電平信號以被單片機接收。（四） 主軸電機與步進電機驅動電路設計與參數(shù)計算一、主軸電機驅動電路設計D0，D1電機狀態(tài)00非法01正轉10反轉11滑行，由三極管VVVV4構成H橋驅動電路，控制著幾個管子的通斷就可以控制直流電機的正轉、反轉真值表如圖示 為了使光耦取得比較大的驅動能力，在本電路中光耦的發(fā)光管限流電阻取得比較小。二、步進電機驅動電路設計，VVVV4構成步進電機驅動電路，電阻RRRR4起限流作用，二極管,VVVV8構成其續(xù)流作用，三極管的基極通過光耦隔離由單片機控制。單片機通過循環(huán)移位0001來驅動步進電機，左移時正轉，右移時反轉。在完成所需角度的轉動后，單片機應將DDDD4全部置高，此時4個三極管全部截止以節(jié)省電源開支。（五） 顯示、鍵盤、聲光告示與單片機電路設計及參數(shù)計算一、MCU1的外圍部件與接口電路，MCU1的主要工作是金屬探測器和計時以及驅動鍵盤及顯示電路，接收個位置傳感器信息，并根據(jù)這些信息控制運動部件完成轉彎等行走動作，是整個系統(tǒng)的控制核心。 （六） 遙控接收模塊的硬件電路設計與參數(shù)計算本次競賽中，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)射出信號后，接受模塊進行接收并接通小車電路，小車由單片機控制行走路線，例如前進倒退，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單片機構成的紅外發(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度很小，因此我們采用2051單片機作為紅外發(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)出的紅外信號就具有相當高的強度，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)射的紅外信號進行調制和處理，然后進一步處理成電信號來對小車進行啟動和停止的控制。實際上，由于發(fā)射能力強，傳輸距離遠，接受模塊精度高，抗干擾能力強，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，還能實現(xiàn)其它許多功能，如果脫離這次大賽來說，擴大遙控發(fā)射模塊的功能，即加上完成相應附加功能所必需的電路，那么，在硬件電路調試好的情況下，該發(fā)射接收模塊將能很出色的完成這些功能。當然，雖然此遙控模塊設計巧妙，功能比較齊全，但受時間，水平限制，肯定有不盡人意之處，我們一定繼續(xù)努力，設計出更好的遙控模塊，和其他方面的作品。停車、音樂響前進3秒鐘走正反八字進入避讓程序汽車倒退探測到金屬YN 四、單片機軟件設計（一）行走控制程序流程二、控制程序流程 ，首先讀如三坐標傳感器狀態(tài)值，然后判斷狀態(tài)值，再根據(jù)判斷結果作出相應動作。（二）超聲測距程序流程一、單片機控制的超聲測距工作原理及參數(shù)計算超聲測距的基本原理就是發(fā)射一超聲脈沖，根據(jù)回波時間，利用公式來計算距離S，根據(jù)聲音在空氣中的速度公式:其中，V0是常數(shù)，TO為標準溫標，t是空氣溫度由于只需一般測量精度，沒有對t進行修正而直接取一般情況20攝氏度。根據(jù)計算得到的聲速為343米/秒。在利用單片機測速時,首先打開定時器，為避免直接耦合我們設置了時間門，在超聲脈沖沒有發(fā)完時不會響應回波信號，當超聲脈沖發(fā)射完成后，打開外部中斷并等待，中斷發(fā)生后關閉定時器，利用定時器的數(shù)值查表就可以得到距離S本車步進電機采用四相的，采用的是單4拍。通電順序為ABCD。支流電機采用帶齒輪減速的電機，轉速降低，但轉力提高了。兩者合理配合可以提高小車的精確轉向定位，提高小車的防干擾性，在不平的路面上仍能正常行走。在未來的我國登月計劃中登月車的設計中它們可占有一席之地，可以為國家的航天事業(yè)做出一定貢獻。.各種型號的車上方向燈是必不可少的。本車的方向燈的設計上采用同一轉向雙重設計，即用紅綠兩種不同顏色的燈顯示小車的轉向程度。當小車前輪轉向角在0—，—45度時紅燈亮。前者顯示小車在緩慢轉彎，而后者則表示小車處于急轉彎狀態(tài)。它的實現(xiàn)是通過對步進電機步數(shù)測量得出的結果，當步進電機走的步數(shù)在0—15步內，綠燈亮15步以上紅燈亮。本項技術可清晰顯示小車的行走狀態(tài)，若將其應用與真實汽車上也是對汽車轉向系統(tǒng)的一個改進，可進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，在顯示驅動，我們選用美國MAXIM公司生產的串行接口8位LED數(shù)碼管驅動器芯片MAX7219。選擇MAX7219有以下幾點原因：（1）采用三線串行傳送數(shù)據(jù)，僅用3個引腳與微處理相連，串行數(shù)據(jù)傳送速率高達10MHz。（2）有譯碼和不譯碼兩種顯示狀態(tài)。（3）上電時所有LED熄滅正常工作時通過外接電阻或編程方式調節(jié)LED亮度。（4），具有150微安電流的低功耗關閉模式。 從以上優(yōu)點可以看出此芯片的功能十分強大，我們應用它來驅動4位數(shù)碼管是十分容易實現(xiàn)的。我們用脈沖記數(shù)的方法來測定小車速度，即在后軸電機加光耦形成一個個脈沖，通過對單位時間內脈沖的計算，實際速度的顯示，本項技術可廣泛應用于各種記數(shù)領域，速度測量領域等。由MAX7219驅動的數(shù)碼管不僅顯示小車行走速度而且還顯示小車自動行走的時間，用單片機記錄時間可廣泛應用與各種大型鐘表中，目前此項技術還有進一步提升的空間，是我們今后發(fā)展的一個方向。在小車的避障系統(tǒng)中，我們應用了超聲波探測器與紅外探測器想結合的方式。在調試中超聲波的測量距離定為50CM。當小車行走時，先由超聲波探測器探測到信號后，持續(xù)一段時間。當紅外探測器也探測到信號時，小車做出避障動作。此項技術可應用于智能化的玩具、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，超聲波的測量距離可以達到60米，當兩汽車超過允許的最小距離，它發(fā)出報警信號，提醒司機。金屬探測器是小車探測器中最具亮點的，它被安裝在小車的底盤前端，一旦發(fā)現(xiàn)地面有金屬，啟動報警系統(tǒng)，我們用音樂芯片制作的語音報警系統(tǒng)，這更加符合報警系統(tǒng)人性化的發(fā)展趨勢。本項技術可以應用于軍事領域，在兩棲登陸作戰(zhàn)中，排雷工作是最為艱巨的工作，危險性很大，技術不當，可引起大規(guī)模的人員、物資損失，若應用此項技術，排雷可用本小車的一部分系統(tǒng)：金屬探測器探到物體后，引