【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電源控制設(shè)計(jì) 因?yàn)樵O(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)電機(jī)會(huì)對(duì)單片機(jī)和放大電路產(chǎn)生影響，因此單片機(jī)和放大電路需要獨(dú)立供電。設(shè)計(jì)使用兩節(jié) 18650 電池進(jìn)行供電，通過(guò)升壓模塊 LM2577對(duì)放大電路供電及穩(wěn)壓，通過(guò)降壓模塊 LM2596 對(duì)單片機(jī)供電及穩(wěn)壓。 藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)控制設(shè)計(jì) 因?yàn)橹匦略O(shè)計(jì)藍(lán)牙驅(qū)動(dòng)的技術(shù)困難比較大，因此選 用現(xiàn)有的穩(wěn)定可靠的藍(lán)牙耳機(jī)搭配使用。藍(lán)牙耳機(jī)接收到信號(hào)后通過(guò) LM324 進(jìn)行放大后供處理器使用。 LM324 的主要參數(shù)： 放大器數(shù)目： 4 個(gè) 帶寬： 針腳數(shù)： 14 基于安卓手機(jī)的遙控超聲波避障智能小車(chē) 14 工作溫度： 0176。C 70176。C 3dB 帶寬增益乘積： 變化斜率： 最大輸入偏移電壓： 7mV 運(yùn)放特點(diǎn)：高增益頻率補(bǔ)償運(yùn)算 圖 227 LM324引腳圖 安卓平臺(tái)設(shè)計(jì) 安卓程序的開(kāi)發(fā)使用了 Eclipse + Android SDK 搭建開(kāi)發(fā)環(huán)境。 Eclipse 是一個(gè)開(kāi)源的基于 JAVA 的可擴(kuò) 展開(kāi)發(fā)平臺(tái)，其本身只是一個(gè)框架和一組服務(wù)，通過(guò)插件擴(kuò)展來(lái)構(gòu)件相應(yīng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境。 Android SDK 采用了 JAVA語(yǔ)言，所以需要安裝 以上版本，通過(guò)給 Eclipse 安裝 ADT 插件，使得Eclipse 和 Android SDK 連接進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)。 基于安卓手機(jī)的遙控超聲波避障智能小車(chē) 15 圖 228 開(kāi)發(fā)平臺(tái)效果圖 基于安卓手機(jī)的遙控超聲波避障智能小車(chē) 16 3. 詳細(xì)設(shè)計(jì) STC89C52RC 芯片的選擇 小車(chē)芯片的選擇及其重要，它不僅僅是控制系統(tǒng)的核心，也是系統(tǒng)的核心計(jì)算原件。它不僅要處理速度快，更需要快速反應(yīng)，需要驅(qū)動(dòng)液晶模塊，電機(jī)模塊，超聲模塊，所以小車(chē)的主控芯片 采用 STC89C52RC 芯片， STC89C52RC 芯片具有高可靠，超低價(jià)，低功耗，無(wú)法解密的優(yōu)良特性，這樣的的芯片才符合小車(chē)的應(yīng)用要求。 STC89C52RC 工作頻率 范圍： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz，實(shí)際工作 頻率可達(dá) 48MHz。足以完成小車(chē)的運(yùn)作速度要求。通過(guò)改變電壓與外部時(shí)針的不同，可以改變芯片的處理速度。 STC89C52RC 可以運(yùn)行兩種省電模式可以降低功耗分別是：空閑模式與掉電模式。通常 STC89C52RC 的典型功耗是 4mA7mA，而掉電模式下為 ，空閑模式下 典型功率為 2mA。低功率下的 STC89C52RC 將會(huì)變得更有價(jià)值，可以使電源使用時(shí)間更長(zhǎng)，讓小車(chē)可以運(yùn)行更加持久。 如圖 311 所示是 STC89C52RC 芯片控制電路： 圖 311 51 控制電路 STC89C52RC 主要功能：使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 基于安卓手機(jī)的遙控超聲波避障智能小車(chē) 17 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在線(xiàn)系統(tǒng)可編程 Flash，使得STC89C52RC 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 STC89C52RC 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， STC89C52RC可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制 單片機(jī)的 IO 輸出電流并不能直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，所以需要使用 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。 L298N 是 ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。 該芯片采用 15 腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá) 24V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá) 3A，持續(xù)工作電流為 2A；最大功率 25W。內(nèi)含兩個(gè) H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線(xiàn)圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。使用 L298N 芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。如圖 321 所示： 基于安卓手機(jī)的遙控超聲波避障智能小車(chē) 18 圖 321 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 VSS 與 VS 分別接入 +5V 與 +12V 電壓，給芯片供電并給電機(jī)供電， Port1——Port4 為單片機(jī)控制端，單片機(jī)通過(guò)對(duì)控制端發(fā)送 0/1 指令來(lái)控制 L298 完成電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制， ENA， ENB 為 PWM 輸入端，通過(guò)使用 PWM 進(jìn)行對(duì)電機(jī)的調(diào)速控制。 OUT1—— OUT4 為芯片的電機(jī)控制端口。 表 322是 L298N 驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)控制方式。 表 322 控制方式 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn) 講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 步進(jìn)電機(jī)的主要特性 ： 步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn) ， 驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào) ， 沒(méi)有脈沖的時(shí)候 ， 步進(jìn)電機(jī)靜止 ， 如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào) ， 就會(huì)以一定的角度 (稱(chēng)為步角 )轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。 28BYJ48 5V 驅(qū)動(dòng)的 4相 5線(xiàn)的步進(jìn)電機(jī) ， 而且是減速步進(jìn)電機(jī) ， 減速比為 1： 64 ， 步進(jìn)角為 。如果需要轉(zhuǎn)動(dòng) 1圈 ， 那 么需要360/*64=4096 個(gè)脈沖信號(hào)。 步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。 電機(jī) 旋轉(zhuǎn)方式 控制端 IN1 控制端 IN2 控制端 IN3 控制端 IN4 輸入 PWM 信號(hào)改變脈寬可調(diào)速 調(diào)速端 A 調(diào)速端 B M1 正轉(zhuǎn) 高 低 / / 高 / 反轉(zhuǎn) 低 高 / / 高 / 停止 低 低 / / 高 / M2 正轉(zhuǎn) / / 高 低 / 高 反轉(zhuǎn) / / 低 高 / 高 停止 低 低 / / / 高 基于安卓手機(jī)的遙控超聲波避障智能小車(chē) 19 改變脈沖的順序 ， 可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。 在小車(chē)的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)不能夠直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，所以增加了 ULN20xx驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電路如圖 322所示： 圖 322 ULN20xx 驅(qū)動(dòng)電路 在單片機(jī)的控制中通過(guò)建立數(shù)組調(diào)用端口值對(duì)與連接的 ULN20xxP0—— P3口進(jìn)行賦值。并通過(guò)賦值來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。如表 3221 和表 3222所示： 表 3221 步進(jìn)電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)表 基于安卓手機(jī)的遙控超聲波避障智能小車(chē) 20 表 3222 步進(jìn)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)表 超聲波避障模塊 US100 超聲波測(cè)距模塊可實(shí)現(xiàn) 2cm~ 的非接觸測(cè)距功能，擁有 ~的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于 2mA，自帶溫度傳感器對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行校正，同時(shí)具有 GPIO，串口等多種通信方式，內(nèi)帶看門(mén)狗，工作穩(wěn)定可靠。模塊實(shí)物圖如圖 331所示： 圖 331 US100 實(shí)物圖 本模塊共有兩個(gè)接口，即模式選擇跳線(xiàn)和 5 Pin 接口。 模式選擇跳線(xiàn)接 口。模式選擇跳線(xiàn)的間距為 ，當(dāng)插上跳線(xiàn)帽時(shí)為 UART（串口）模式，拔掉時(shí)為電平觸發(fā)模式。小車(chē)控制采用 UART 模式控制。 5 Pin接口為 間距的彎排針，如圖 332 所示： 基于安卓手機(jī)的遙控超聲波避障智能小車(chē) 21 圖 332 Pin 接口 從左到右依次編號(hào) 1， 2， 3， 4， 5。它們的定義如下： 1號(hào) Pin：接 VCC 電源（供電范圍 ~）。 2號(hào) Pin：當(dāng)為 UART 模式時(shí)，接外部電路 UART 的 TX端；當(dāng)為電平觸發(fā)模式時(shí)，接外部電路的 Trig 端。 3號(hào) Pin：當(dāng)為 UART 模式時(shí)，接外部電路 UART 的 RX端；當(dāng)為電平觸發(fā)模式時(shí)，接外部電路的 Echo 端。 4號(hào) Pin：接外部電路的地。 5號(hào) Pin：接外部電路的地。 US100 控制方式：在模塊上電前，首先插上模式選擇跳線(xiàn)上的跳線(xiàn)帽，使模塊處于串口觸發(fā)模式。在此模式下只需要在 Trig/TX 管腳輸入 0X55（波特率9600），系統(tǒng)便可發(fā)出 8 個(gè) 40KHZ 的超聲波脈沖，然后檢測(cè)回波信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到回波信號(hào)后，模塊還要進(jìn)行溫度值的測(cè)量，然后根據(jù)當(dāng)前溫度對(duì)測(cè)距結(jié)果進(jìn)行校正，將校正后的結(jié)果通過(guò) Echo/RX 管腳輸出。輸出的距離值共兩個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字 節(jié)是距離的高 8位（ HDate），第二個(gè)字節(jié)為距離的低 8位（ LData），單位為毫米。即距離值為 （ HData*256 +LData） mm。 1602 液晶模塊 YB1602A 是一種字符型液晶模塊。共可以顯示 2 行 16 個(gè)字符 ， 每個(gè)字符是由 58 點(diǎn)陣組成的字符塊集。 YB1602A 模塊控制方式如圖 341 所示： 基于安卓手機(jī)的遙控超聲波避障智能小車(chē) 22 圖 圖 341 控制電路 表 342是 YB1602A 的接口說(shuō)明： 管腳序 電平 電平 功能描述 1 VSS 0V 電源地 2 VCC 電源輸入 3 V0 － LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸入 4 RS H/L RS=H，表示 DB0DB7為顯示數(shù)據(jù) RS=L，表示 DB0DB7為指令 5 R/W H/L R/W=H，數(shù)據(jù)被讀到 DB9DB7 R/W=L，數(shù)據(jù)被寫(xiě)到 DB9DB7 6 E H， H→ L 使能信號(hào) 7 DB0 H/L 數(shù)據(jù)線(xiàn) 8 DB1 H/L 數(shù)據(jù)線(xiàn) 9 DB2 H/L 數(shù)據(jù)線(xiàn) 10 DB3 H/L 數(shù)據(jù)線(xiàn) 11 DB4 H/L 數(shù)據(jù)線(xiàn) 12 DB5 H/L 數(shù)據(jù)線(xiàn) 13 DB6 H/L 數(shù)據(jù)線(xiàn) 14 DB7 H/L 數(shù)據(jù)線(xiàn) 15 BLA 背光正極 (LEDK﹑ BLK) 16 BLK 0V 背光負(fù)極 (LEDA﹑ BLA) 表 342 YB1602A的接口說(shuō)明 備注：第 3腳 V0用來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)比度， LCD的驅(qū)動(dòng)電壓 Vop=VDDV0， YB1602的 Vop是 ，此時(shí)顯示最佳對(duì)比度，故在 ，可以在 V0與電源地 (0V)之間接一個(gè) 10K的可調(diào)電位器來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)比度。 基于安卓手機(jī)的遙控超聲波避障智能小車(chē) 23 電源控制模塊 智能小車(chē)供電鋰電池輸出 電壓，一路接繼電器，為電機(jī)切換供電；另一路通過(guò) lm2596s 穩(wěn)壓至 5v 為單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、超聲波模塊、 1602 顯示屏供電，同時(shí)接入繼電器，作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)切換供電。由 lm2596s 穩(wěn)壓得到的 5v 再由lm2577s 升壓至 7v為放大電路供電（調(diào)整放大倍數(shù)由 直接為放大電路供電在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)造成干擾，升壓電路主要作用是提供穩(wěn)壓）。 LM2577 電源升壓模塊，如圖 351 所示： 圖 351 LM2577 電源升壓模塊 LM2596 特點(diǎn)： LM2596 開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路 ， 能夠輸出 3A 的驅(qū)動(dòng)電流 ， 同時(shí)具有很好的線(xiàn)性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。固定輸出版本有、 5V、 12V， 可調(diào)版本可以輸出小于 37V 的各種電壓。 該器件內(nèi)部集成頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器 ， 開(kāi)關(guān)頻率為 150KHz， 與低頻開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器相比較 ， 可以使用更小規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需 4 個(gè)外接元件 ， 可以使用通用的標(biāo)準(zhǔn)電感 ， 這更優(yōu)化了 LM2596 的使用 ， 極大地簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)。 LM2596 電源穩(wěn)壓模塊，如圖 352 所示： 基于安卓手機(jī)的遙控超聲波避障智能小車(chē) 24 圖 352 LM2596 電源穩(wěn)壓模塊 藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)控制模塊 藍(lán)牙技術(shù)是一種無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開(kāi)放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無(wú)線(xiàn)連接為基礎(chǔ)，為固定與移 動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接的短程無(wú)線(xiàn)電技術(shù)。其實(shí)質(zhì)內(nèi)容是要建立通用的無(wú)線(xiàn)電空中接口（ radio air interface）及其控制軟件的公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)，使通信和算機(jī)進(jìn)一步結(jié)合，使不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備在沒(méi)有電線(xiàn)或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)具有互用、相互操作的性能（ interoperability）。其程序?qū)懺谝粋€(gè) 9mm 9mm 的微芯片中。 在 android 遙控模塊