【文章內(nèi)容簡介】 構(gòu)成，四個晶體管分為兩組，交替導(dǎo)通和截止，兩個H橋的下側(cè)橋晶體管發(fā)射極連在一起，1 腳和15腳可單獨引出連接電流采樣電阻器, 形成電流傳號。L298N 可驅(qū)動兩個電機, OUT l、OUT2 和OUT OUT4 之間分別接兩個電動機。12 腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn), ENA、ENB 接控制使能端，用來輸入PWM信號實現(xiàn)電機調(diào)速。這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機，輸出腳SENSEA和SENSEB用來連接電流檢測電阻，Vss接邏輯控制的電源。這些特性使得L298N很適合用作小型直流電機控制芯片。電機驅(qū)動電路原理圖見圖32。圖32 電機驅(qū)動電路 L298N簡介L298N 是SGS 公司的產(chǎn)品。其內(nèi)部包含4 通道邏輯驅(qū)動電路, 即內(nèi)含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標準TT L 邏輯電平信號，可驅(qū)動46V、2A 以下的電機。L298N見圖33圖33 L298N它的引腳2，3，13，14為L298N芯片輸入到電動機的輸出端，其中引腳2和3能控制兩相電機，對于直流電動機，即可控制一個電動機。同理，引腳13和14也可控制一個直流電動機。引腳6和11腳為電動機的使能接線腳。引腳5，7，10，12為單片機輸入到L298N芯片的輸入引腳。表31是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系：表31 L298N芯片引腳的邏輯關(guān)系EN A（B）IN1（IN3）IN2（IN4）電機運行情況HHL正轉(zhuǎn)HLH反轉(zhuǎn)H同IN2（IN4）同IN1（IN3）快速停止LXX停止控制使能引腳ENA或者ENB就可以實現(xiàn)PWM脈寬速度調(diào)整。1腳和15腳可單獨引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號，也可以直接接地。在可設(shè)計中就將它們直接接地。引腳8為芯片的接地引腳，它與L298N芯片的散熱片連接在一起。由于本芯片的工作電流比較大，發(fā)熱量也比較大，所以在本芯片的散熱片上又連接了一塊鋁合金，以增大它的散熱面積。該芯片的一些參數(shù)如下：(1) 邏輯部分輸入電壓：6～7V(2) 驅(qū)動部分輸入電壓Vs：～46V(3) 邏輯部分工作電流Iss：≤36mA(4) 驅(qū)動部分工作電流Io：≤2A(5) 最大耗散功率：25W（T=75℃）(6) 控制信號輸入電平：高電平：≤Vin≤Vss，低電平：≤Vin≤(7) 工作溫度：25℃～＋130℃(8) 驅(qū)動形式：雙路大功率H橋驅(qū)動 小車方向與速度控制智能小車首先要能實現(xiàn)直走，在行進中遇到障礙物時同時要能實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎和倒退控制，才能避開障礙物。表32 控制電機轉(zhuǎn)向表P4_7P4_4左電機右電機小車0000停轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)停止0001停轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)左前轉(zhuǎn)0010停轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)左后轉(zhuǎn)0100反轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)右后轉(zhuǎn)1000正轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)右前轉(zhuǎn)1001正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)前進0110反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)后退1010正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)逆時針旋轉(zhuǎn)0101反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)順時針旋轉(zhuǎn)（1）直走的實現(xiàn)原理由于小車每一側(cè)的輪子由同一側(cè)的電機控制，只要讓小車的左右兩側(cè)的輪子同時以相同速度正向旋轉(zhuǎn)，小車就會受到向前的作用力而向前運動，這樣就實現(xiàn)了小車的直走功能。由上表可知兩個電機都正轉(zhuǎn)的控制組合為P4_7P4_4為1001，也就是說只要把P4_7P4_4設(shè)置為1001就實現(xiàn)了小車的前進功能。同理，只要讓兩個電機同時反轉(zhuǎn)，就實現(xiàn)了小車的倒退功能。此時的P4_7P4_4端口數(shù)據(jù)為0110。（2）轉(zhuǎn)彎的實現(xiàn)原理智能車行進過程中要求能實現(xiàn)自動避開障礙物，因而需實現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)彎功能。方案一：在設(shè)計中只要讓一側(cè)的電機停轉(zhuǎn)，讓另一側(cè)的電機正傳或反轉(zhuǎn)，這樣小車就會朝著一個方向偏轉(zhuǎn)。比如讓右側(cè)的輪子停轉(zhuǎn)，左側(cè)的輪子前傳，對應(yīng)的端口P4_7P4_4輸出狀態(tài)為0001，此時小車就會向右前方旋轉(zhuǎn)，最終實現(xiàn)右前轉(zhuǎn)。另外還有左前轉(zhuǎn)，右后轉(zhuǎn)，左后轉(zhuǎn)等動作，控制方法類似。但是這種轉(zhuǎn)彎的實現(xiàn)方案在實際測試中并不十分理想，小車轉(zhuǎn)彎所走的弧線半徑比較大，有時近似在走直線。造成這種現(xiàn)象的原因是：小車轉(zhuǎn)彎是通過一側(cè)的輪子停轉(zhuǎn)，另一側(cè)的輪子正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)實現(xiàn)的。但是由于慣性的作用，雖然一側(cè)的電機停轉(zhuǎn)了，另一側(cè)的輪子會帶著停轉(zhuǎn)的輪子一起運動，這樣小車偏轉(zhuǎn)的趨勢就不明顯，小車轉(zhuǎn)彎的半徑就會比較大，不能達到理想的目的。方案二：考慮到上述方案存在的缺陷，且小車本身重量過大，電源又太重，實在找不到電量大且重量輕的電源，我們研究出只有一邊正轉(zhuǎn)一邊反轉(zhuǎn)才能轉(zhuǎn)彎。且只要搭配恰當就能實現(xiàn)正常功能。（3）PWM調(diào)速原理AT89C51單片機有集成的定時器產(chǎn)生PWM波形，我們可通過用它的一個定時器來產(chǎn)生占空比和頻率可調(diào)方波來控制電機的轉(zhuǎn)速。調(diào)速部分直接連接到了單片機接口，只要在程序中進行合理的設(shè)置，在相應(yīng)的端口就有PWM信號產(chǎn)生，加在小車電機兩端的電機就是PWM電壓信號。此時可以通過調(diào)整PWM的占空比，來改變電機兩端的平均電壓大小。這樣就通過PWM資源調(diào)節(jié)加在電機兩端的平均電壓，從而改變電機的轉(zhuǎn)速，最終實現(xiàn)調(diào)節(jié)小車速度的目的。 循跡系統(tǒng) 循跡原理小車循跡原理是小車在畫有黑線的白紙 “路面”上行駛，由于黑線和白紙對光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強弱來判斷“道路”黑線。筆者在該模塊中利用了簡單、應(yīng)用也比較普遍的檢測方法紅外探測法。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色地面時發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號，再通過LM324作比較器來采集高低電平，從而實現(xiàn)信號的檢測。避障亦是此原理。 TCRT5000光電對管簡介在小車具體的循跡行走過程中，我選用TCRT5000型光電對管。TCRT5000傳感器的工作原理與一般的紅外傳感器一樣,接收管的電阻會發(fā)生變化,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來,。圖34循跡原理圖 LM324比較器LM324四比較器功能應(yīng)用。LM324集成塊內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器的特點是： (1)失調(diào)電壓小，典型值為 2mV； (2)電源電壓范圍寬，單電源為 236V，雙電源電壓為177。1V177。18V； (3)對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬； (4)共模范圍很大，為 0~（）Vo； (5)差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓； (6)輸出端電位可靈活方便地選用。LM324類似于增益不可調(diào)的運算放大器。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸入端，用“”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇 LM324輸入共模范圍的任何一點），另一端加一個待比較的信號電壓。當“+”端電壓高于“”端時，輸出管截止，相當于輸出端開路。當“”端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。兩個輸入端電壓差別大于 10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把 LM324用在弱信號檢測等場合是比較理想的。LM324的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選 315K）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因為當輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 避障系統(tǒng) 避障原理采用一只紅外對管置于小車右側(cè)。通過測試此種方案就能很好的實現(xiàn)小車避開障礙物，且充分的利用資源而不浪費。其原理與循跡一樣，利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色地面時發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號，再通過LM324作比較器來采集高低電平，從而實現(xiàn)信號的檢測。具體來說，當小車行進過程中，如果遇到障礙，紅外檢測頭亮燈時，收到一個低電平，左電機停止工作，右電機正常工作，小車左轉(zhuǎn)避開障礙。 避障報警在小車行進過程中，如果小車前方發(fā)現(xiàn)障礙物，必然會被紅外傳感器捕捉到，將信號回饋給單片機，再由單片機控制報警電路，小車將會立即停止前進，發(fā)出報警。原理圖見圖35。圖35 報警系統(tǒng) 無線遙控系統(tǒng)無線模塊由發(fā)射電路和接收電路兩部分組成，發(fā)射電路主要是是通過遙控器芯片HT6221控制，接收電路是用一體化紅外接收頭HS0038。 紅外發(fā)射電路 紅外發(fā)射電路是遙控器芯片HT6221將紅外碼調(diào)制成38KHZ的脈沖信號通過紅外發(fā)射二極管將紅外碼發(fā)出。電路原理圖見圖36。圖36 紅外發(fā)射電路圖中D6就是紅外發(fā)射二極管，R13是限流電阻47Ω，由此可見，紅外發(fā)射管的電流是很大的，這是為了保證足夠的發(fā)射功率。D7是按鍵指示，在有按鍵按下時此二極管亮。HT6221的編碼規(guī)則是：當一個鍵按下超過36ms，振蕩器使芯片激活，如果這個按鍵按下且延遲大約108ms，這108ms發(fā)射代碼由一個起始碼(9ms)，一個結(jié)果碼()，低8位地址碼(9ms~18ms)，高8位地址碼(9~18ms)，8位數(shù)據(jù)碼(9~18ms)和這8位數(shù)據(jù)碼的反碼 (9~18ms)組成，如果按鍵按下超過108ms仍未松開，接下來發(fā)射的代碼將僅由起始碼(9ms)和結(jié)束碼()組成。按照上圖的接法，K2~K9的數(shù)據(jù)碼分別為：0x00，0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07。就是說如果接收電路里收到這些數(shù)據(jù)碼中的某一個就知道哪一個鍵按下了，從而執(zhí)行規(guī)定的動作。 HT6221簡介HT6221是一款常用的遙控器芯片，其各引腳功能說明見表33：表33 HT6221引腳說明引腳號引腳名稱I/O描述14R1R4輸入鍵盤行控制，高電平有效5DOUT輸出串行數(shù)據(jù)輸出引腳，38KHz發(fā)射頻率6VDD輸入7D7輸入最重要數(shù)據(jù)位代碼設(shè)置8X2輸出455KHz振蕩器輸出9X1輸入455KHz振蕩器輸入10Vss輸入地11LED輸出發(fā)射輸出1219C8C1輸入/輸出鍵盤列控制20AIN輸入低8位地址碼輸入 紅外接收電路紅外接收電路最簡單，使用HS0038（如圖37）一體化紅外接收頭，只需要連接3只引腳就可以了，至于信號的解調(diào)是它內(nèi)部做的事，只需搞清楚它的輸出信號就可以了。OUT即是解調(diào)信號的輸出端，直接接單片機I/O口就可以了。在沒有接收到紅外信號的時候輸出高電平，有信號時輸出HT6221的編碼，直接提供給單片機。圖37 一體化紅外接收探頭HS0038 顯示系統(tǒng) LCD1602簡介顯示模塊用液晶顯示器LCD1602來顯示小車各種運動狀態(tài)。1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊 。它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔 每行之間也有也有間隔 起到了字符間距和行間距的作用。 LCD1602功能特性1602LCD有以下特性：（1）+5V電壓，對比度可調(diào)；（2）內(nèi)含復(fù)位電路；（3）提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能；（4）有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM；（5）內(nèi)建有160個5X7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM；（6）8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。 LCD1602引腳說明字符型LCD1602通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC（15腳）和地線GND（16腳）。引腳說明如下：表34 LCD引腳說明引腳號引腳名電平輸入/輸出作用1VSS電源地2VCC電源（+5V）3VEE對比調(diào)整電壓4RS0/1輸入0=輸入指令 1=輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入0=向LXD寫入指令或數(shù)據(jù) 1=從LCD讀取信息6E1,10輸入使能信息號，1時讀取信息，10執(zhí)行指令續(xù)表34 LCD引腳說明引腳號引腳名電平輸入/輸出作用7DB00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line0（最低位）8DB10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line19DB20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line210DB30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line311DB40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line412DB50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line513DB60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line614DB70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line7（最高位）15A+VCCLCD背光電源正極16K接地LCD背光電源負極 最小單元電路系統(tǒng) 復(fù)位電路模塊計算機在啟動運行時都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。MCS51單片機有一個復(fù)位引腳RST，它是史密特觸發(fā)輸入(對于CHMOS單片機，RST引腳的內(nèi)部有一個拉低電阻)，當振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn)2個機器周期(即24個時鐘周期)以上的高電