【文章內(nèi)容簡介】 相放大器的輸出端。 ATMEL89S52 引腳圖 如圖 31所示。 圖 31 ATMEL89S52 引腳圖 根據(jù)各模塊設(shè)計，由單片機進行總控制，單片機的晶振、復(fù)位及各 I/O 接口 ，組成了單片機的最小系統(tǒng) 及擴展接口板 ；其中 P0 口用于 LCD1602 的數(shù)據(jù)口，、 、 用于 LCD1602 的控制端； 口用于速度檢測，其他 P1 口用于 智能循跡 ； 用于控制電機電路； P3 口用于 其他功能，最小系統(tǒng)圖如圖 32 所示 。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 13 圖 32 AT89S52 單片機最小系統(tǒng)及擴展接口 電機 PWM 驅(qū)動 模塊 小車為 兩 輪驅(qū)動，工作電壓為 5V，兩個主動輪， 一 個從動輪。為了使小車靈活運動，要求小車在速度和方向上能夠大范圍調(diào)整。為此我們選擇了控制可靠、便于單片機控制的脈寬調(diào)制專用 集成電路 L298N，一片 L298N 可驅(qū)動兩個直流電機，芯片外圍只需幾個電容和二極管，電路很簡潔，克服了分立元件存在的不足。 電機驅(qū)動電路如圖 33 所 示。 圖 33電機驅(qū)動電路 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA/VPP313233343536373839VCC40U1ATMEL89S5230pFC?30pFC?12Y?XTALVCC10KR?S?SWPBVCCP00P01P02P03P04P05P06P07P17P27P2612345678910111213P2LCD1602 OUT12345P3MOTER OUTPWM LPWM R123456P4A/D INVCCMOTERL_CMOTER_ENMOTERR_C速度采集光電采集 1 路光電采集 2 路光電采集 3 路光電采集 4 路光電采集 5 路12P5Header 2SAMPLE PWM123456789P1WUXIAN INVCC離晶振遠點D5D0D1D2D3D4VT123456789101112131415161718P6POWERVCC10uFC?12345678910P7ISP1KR?DS?LED1VCCP15P16P17RSTEN A6EN B11IN15IN27IN310IN412OUT12OUT23OUT313OUT414ISEN A1ISEN B15VS4VSS9GND8U3L298N12P4Moter L12P5Moter RD11N5822D81N5822D71N5822D21N5822D31N5822D41N5822D61N5822D51N582212V100uFC3100uFC1100pFC4100pFC25VDS1LED1DS2LED1DS3LED11KR51KR31KR11KR21KR41KR65V5V123U2A74LS00564U2B74LS0012P1Power5V12P2Power12V5V12V剎車使能12345P3MOTER INPWM APWM BU1Optoisolator1U4Optoisolator1U5Optoisolator1河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 14 L298N為 Multiwatt15 封裝 （如圖 34所 示） ，工作電壓最高為 50V，通過電流達 5A。既可以與整個系統(tǒng)使用同一電源，又有足夠的輸出電流驅(qū)動電機。本設(shè)計 除了在電機電路中加上續(xù)流二極管，還 在 電機控制口與單片機接口連接中使用了光電隔離，防止了電機端的諧波干擾，提高了系統(tǒng)的可靠性；另外 使用時加接了散熱片，可以使小車長時間運行。 本設(shè)計 用單片機產(chǎn)生 PWM 波，通過調(diào)節(jié)占空比來控制電機的轉(zhuǎn)速。 A、 B 連接小車的左電機， C、 D 連接小車的右電機。左右電機速度相同時可實現(xiàn)小車的前進或后退；速度不同時可實現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)彎；當兩個電機反向等速運轉(zhuǎn)時，小車可原地轉(zhuǎn)圈。 L298N 的功能表如表 33 所示 ，本電路改進后的控制邏輯如表34所示 。 表 33 L298N 功能邏輯 AE IN1 IN2 運轉(zhuǎn)狀態(tài) 0 停止 1 1 0 正轉(zhuǎn) 1 0 1 反轉(zhuǎn) 1 1 1 剎停 1 0 0 停止 表 34 電機控制 邏輯 A/B（插針 P3 的 1/3 針） EN（插針 P3 的 2針） 運轉(zhuǎn)狀態(tài) 0 0 正轉(zhuǎn) 1 0 反轉(zhuǎn) 0 1 剎停 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 15 圖 34 L298N 引腳圖 軌跡探測 模塊 有本設(shè)計要求可知，黑道寬 ，粘在白紙上，因此，對白紙與黑道的區(qū)別是本設(shè)計的關(guān)鍵，本設(shè)計根據(jù)白紙和黑道對光的反射能力不同的特性，即白紙對光的反射能力強，黑道對光的反射能力弱，本設(shè)計采用光電反射式傳感器 RPR220 采集信號，輸出為模擬信號，但本設(shè)計所要求的信號為數(shù)字信號，因此必須進行處理，本設(shè)計采用比較器進行處理。 軌跡傳感器 電路 由反射式光電 采樣器、信號緩沖、背景光消除電路組成，將處理后紅外光反射強弱模擬信號 由比較器比較后 送入單片機，再由軟件來判斷是否在軌跡上。 電路 RPR220是一種一體化 反射式紅外光電傳感器 。其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管。主要應(yīng)用在游戲河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 16 567U1BLMV358R247KSample1R51kR333kR147kR710kR610k32184U1ALMV3585VR447kLIGHT1R847k123J1CON3Q19013Q29012C1104123J1CON3S1Reflex_Sensor機，復(fù)印機等設(shè)備中。 具有以下特點： (1)塑料透鏡可以提高靈敏度； (2)內(nèi)置的可見光過濾器以減小離散光的影響； (3)體積小 ， 結(jié)構(gòu)緊湊 。 因為反射式光電采樣最大的干擾就是環(huán)境光的變化，小車在行走時會有時順光、有時逆光，雖可以通過遮 光方式來改善之，但是如果能在電路上加以處理，會更加可靠。所以在設(shè)計時考慮了這個需求。 為何不通過軟件處理來消除 ,原因有二： 其一，不知道何時是順光、何時是逆光 。 所以無法通過修正判斷閾值來消除之； 其二，放大器的信號范圍有限，有可能會飽和。 所以使用模擬電路來實現(xiàn)此功能，目前所用的電路如 圖 35所 示 。 圖 35尋跡光電采集電路 圖 35 中 S1 為反射式光電采樣器， Sample1 端為單片機輸出的控制信號，LIGHT1 端為反射光強弱模擬信號輸出。 第一級運放構(gòu)成同相緩沖器，一方面隔離后級電路對輸入信號的影響， 另一方面增加驅(qū)動能力，使電容 C1 能夠快速跟蹤輸入信號，達到記憶背景光強度的目的，此電容可稱之謂記憶電容。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 17 第二級為減法器，實現(xiàn)對（總輸入信號 – 背景光信號）的放大。 從圖中可以看出， Sample1 端控制著兩個三極管，其中 Q1(9013)控制反射采樣器的紅外發(fā)射管， Q2（ 9012）控制第一級緩沖器輸出給記憶電容 C1 的充電。 當 Sample1 為低電平時， Q1 截止，采樣器的紅外發(fā)射管熄滅，此時采樣器輸出的為背景光信號，此時 Q2 導(dǎo)通，使記憶電容的電壓等于背景光信號。第二級減法器的輸入此時相等， LIGHT1 輸出為“ 0”。 當 Sample1 為高電平時， Q1 導(dǎo)通，點亮紅外發(fā)射管，此時采樣器輸出的為（背景光 +反射光）信號，但是此時 Q2 截止，將第一級輸出與記憶電容隔開，記憶電容上仍保持著原來背景光的信號。第二級減法器的輸入則為： （反射光 + 背景光） — 背景光 = 反射光 從而達到消除背景光的目的，此時 LIGHT1 輸出為放大后的反射光信號。 背景光的采集時間以及信號的采集時間如何確定，使用 雙 蹤示波器檢測Sample1控制信號和 LIGHT1 輸出信號，用 Sample1作為觸發(fā)信號，檢測 Sample1上 升沿后 LIGHT1 輸出的波形，應(yīng)該是一個典型的一階飛升曲線， Sample1保持時間至少應(yīng)使此曲線達到水平區(qū)域，這個時間也就是啟動 Sample1信號后的 MCU 讀取延時值。 圖 36 Sample 和 LIGHT 信號波形 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 18 12834LM3935K20K5VINOUT由圖 36 可以看出 ，信號采集延時為 400 us，采樣的周期為 2ms。注意圖36 中的通道 2 波形，可以看出，在 Sample 信號將紅外發(fā)射管點亮后，需要經(jīng)過一段時間才能使采到的反射信號達到穩(wěn)態(tài)。 由示波器觀察出： 背景采集時間： 大于 700 us 信號采集延時： 300 — 400 us AD 轉(zhuǎn)換 電路 經(jīng)過多次試驗，發(fā)現(xiàn)光電采集的信號在白紙上位 Uout=，黑紙上Uout=，變化△ U=。這樣的模擬信號不能直接送單片機，所以尋跡 傳感器采集的模擬信號由電壓比較電路比較后轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號送單片機處理。電壓比較電路使用比較器 LM393 實現(xiàn)，電路如圖 37 所示。 LM393 是高增益 ， 寬頻帶器件 ， 像 大多數(shù)比較器一樣 ， 如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合 ， 則很容易產(chǎn)生振蕩 。 這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當比較器改變狀態(tài)時 ， 輸出電壓過渡的間隙 。 電源加旁路濾波并不能解決這個問題 ， 標準PC 板的設(shè)計 對減小輸入 — 輸出寄生電容耦合是有助的 。 減小輸入電阻至小于10K 將減小反饋信號 ， 而且增加甚至很小的正反饋量能導(dǎo)致快速轉(zhuǎn)換 ， 使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩 。 除非利用滯后 ， 否則直接插入 IC 并在引腳上加上電阻將引起輸入 — 輸出在很短的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)振蕩 ， 如果輸入信號是脈沖波形 ， 并且上升和下降時間相當快 ， 則滯回將不需要 。 比較器的所有沒有用的引腳必須接地 。 圖 37電壓比較電路 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 19 速度檢測 模塊 本設(shè)計采用光電反射式傳感器加黑白碼盤檢測車速和行駛距離，原理和路線檢測相同，這里可以用遮光的方法消除外界光線對傳感器的影響，所以 不必采用上述的模擬電路消除背景光的影響。簡化電路。具體電路如圖 38 所示。電路輸出的模擬信號同樣要送電壓比較電路整形為方波，再送單片機處理。 碼盤由自己制作，由于這里需要的精度不高，只需要做 一個透孔 在一個圓齒輪上 。單位時間檢測的脈沖數(shù) n 就是齒輪單位時間轉(zhuǎn)過的圈數(shù)。再乘以齒輪與輪子的比例 12/5 就得出了小車的速度。如果需要提高精度，只需 要 把碼盤上的 透孔 加多即可。 碼盤原理如圖 39所示。 圖 38 速度檢測電路 圖 39碼盤示意圖 顯示 模塊 為了使顯示 質(zhì)量更高 ，本設(shè)計采用 LCD1602 顯示， LCD1602 可以 顯示兩行字符，每行顯示 16 個字符。 采用單片機總線模式輸出。顯示電路如圖 310 所示。 應(yīng)用液晶顯示器有以下優(yōu)點： 51047K5V33K33K33K814321LMV358M5Vout河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 20 1. 顯示質(zhì)量高：液晶顯示器每個像素收到信號后就一直保持色彩和亮度，恒定顯示效果，所以顯示質(zhì)量高，畫面不會閃爍 ； 2. 數(shù)字式接口：和單片機的接口更加簡單可靠 ； 3. 體積小、功耗低 。 圖 310 顯示電路 小車機械設(shè)計 車體簡介 （ 1）可 以靈活的進行控制 為了小車轉(zhuǎn)彎控制的靈活性，本次 設(shè)計了兩個驅(qū)動輪加 一 個萬向輪的三輪結(jié)構(gòu)。左、