【文章內(nèi)容簡介】 機都是旋轉(zhuǎn)電驅(qū)式，也就是說，激磁繞組及其所包圍的鐵芯組成的磁極為定子，帶換向單元的電驅(qū)繞組和電驅(qū)鐵芯結(jié)合構(gòu) 成直流電機的轉(zhuǎn)子。 直流電機有以下 4 方面的優(yōu)點： 1) 調(diào)速范圍廣，且易于平滑調(diào)節(jié)。 2) 過載、啟動、制動轉(zhuǎn)矩大。 3) 易于控制，可靠性高。 4) 調(diào)速時的能量損耗較小。 基于單片機機 STC89C52 控制的智能小車 10 所以，在調(diào)速要求高的場所，如軋鋼機、輪船推進(jìn)器、電機、電氣鐵道牽引、高爐送料、造紙、紡織、拖 動、吊車、挖掘機械、卷揚機拖動等方面，直流電機均得到廣泛的應(yīng)用。 直流電機的基本工作原理 直流電機工作原理：當(dāng)電刷 A,B 接在電壓為 U 的直流電源上時，若電刷 A是正電位， B 是負(fù)電位，在 N 極范圍內(nèi)的導(dǎo)體 ab 中的電流是從 a 流向 b，在 S極范圍內(nèi)的導(dǎo)體 cd 中的電流是從 c 流向 d。載 流導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力的作用，因此 ab 與 cd 兩導(dǎo)體都受到電磁力的作用。根據(jù)磁場方向和導(dǎo)體中的電流方向，利用電機左手定則判斷， ab 邊受力的方向是向左的，而 cd 邊則是向右的。由于磁場是均勻的，導(dǎo)體中流過的又是相同的電流，所以 ab 邊和 cd 邊所受電磁力的大小相等。這樣，線圈上就受到了電磁力的作用而按逆時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到磁極的中性面上時，線圈中的電流等于零，電磁力等于零，但是由于慣性的作用，線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動。線圈轉(zhuǎn)過半周之后，雖然 ab 與 cd 的位置調(diào)換了， ab 邊轉(zhuǎn)到S 極范圍內(nèi)， cd 邊轉(zhuǎn)到 N 極范圍內(nèi)，但是由于換向片和電 刷的作用，轉(zhuǎn)到 N 極下的 cd 邊中電流方向也變了，是從 d 流向 c，在 s 極下的 ab 邊中的電流則是從b 流向 a。因此電磁力的方向仍然不變，線圈仍然受力按逆時針方向轉(zhuǎn)動。可見，分別處在 N,S 極范圍內(nèi)的導(dǎo)體中電流方向總是不變的，因此線圈兩個邊的受力方向也不變，這樣線圈就可以按照受力方向不停地旋轉(zhuǎn)，通過齒輪或皮帶等機構(gòu)的傳動，便可以帶動其他機械工作。 從以上分析可以看到，要使線圈按照一定的方向旋轉(zhuǎn)，關(guān)鍵問題是當(dāng)導(dǎo)體從一個磁極范圍轉(zhuǎn)到另一個異性磁極范圍時（也就是導(dǎo)體經(jīng)過中性面后），導(dǎo)體中電流的方向也要同時改變，換向器和電刷就是 完成這一任務(wù)的裝置。在直流電機中，換向器和電刷把輸入的直流電變?yōu)榫€圈中的交流電?？梢?，換向器和電刷是直流電機中不可缺少的關(guān)鍵部件。 當(dāng)然，在實際的直流電機中，不只有一個線圈，而是有許多線圈牢固地嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯槽中，當(dāng)導(dǎo)體中通過電流在磁場中因受力而轉(zhuǎn)動時，就帶動整個轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這就是直流電機的基本工作原理。 直流電機的參數(shù) 轉(zhuǎn)矩 電機得以旋轉(zhuǎn)的力矩，單位為㎏ ?m或 N?m。 基于單片機機 STC89C52 控制的智能小車 11 轉(zhuǎn)矩系數(shù) 電機所產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的比例系數(shù)，一般表示每安培電驅(qū)電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小。 摩擦轉(zhuǎn)矩 電刷、軸承、換向單元等因摩擦而引起的轉(zhuǎn)矩?fù)p失。 啟動轉(zhuǎn) 矩 電機啟動時所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩。 轉(zhuǎn)速 電機旋轉(zhuǎn)的速度，工程單位為 r/min，即轉(zhuǎn)每分。在國際單位制中為rad/s，即弧度每秒。 電樞電阻 電樞內(nèi)部的電阻，在有刷電機里一般包括電刷與換向器之間的接觸電阻，由于電阻中流過電流時會發(fā)熱，因此總希望電樞電阻盡量小。 電樞電感 因為電樞繞組由金屬線圈構(gòu)成，必然存在電感，從改善電機運行性能的角度來說，電樞電感越小越好。 電氣時間常數(shù) 電樞電流從零開始達(dá)到穩(wěn)定值的 %時所經(jīng)歷的時間。 測定電氣時間常數(shù)時，電機應(yīng)處于堵轉(zhuǎn)的狀態(tài)并施加階躍性質(zhì)的驅(qū)動電壓。 工程上，常常利用 電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量 J、電樞電阻 Ra、電機反電動勢系數(shù) Ke 和轉(zhuǎn)矩系數(shù) Kt 求出機械時間常數(shù)： ）（）（ tea */*m KKRJT ? … 11 轉(zhuǎn)動慣量 具有質(zhì)量的物體維持其固有運動狀態(tài)的一種性質(zhì)。 反電動勢系數(shù) 電機旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組內(nèi)部切割磁力線所感應(yīng)的電動勢相對于轉(zhuǎn)速的比例系數(shù)，也稱發(fā)電系數(shù)或感應(yīng)電動勢系數(shù)。 功率密度 電機每單位質(zhì)量所能獲得的輸出功率值。功率密度越大，電機的有效材料的利用率就越高。 轉(zhuǎn)子 rotor；定子 stator；電樞 armature； 勵磁 excitation。 顯示模塊 的 綜合 概括 顯示模塊包括： LCD1602,溫度傳感器 DS18B20,時鐘芯片 DS1302 三個部分組成。 LCD1602 的簡介 1602B 可以顯示 2 行 16 個字符，有 8 位數(shù)據(jù)總線 D0D7，和 RS、 R/W、 EN三個控制端口，工作電壓為 5V，并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{(diào)節(jié)和背光。該模塊也可以只用 D4D7 作為四位數(shù)據(jù)分兩次傳送。這樣的話可以節(jié)省 MCU的 I/O 口資源。 基于單片機機 STC89C52 控制的智能小車 12 1602B 引腳說明 如下 ： 表 LCD 液晶顯示器各引腳功能及結(jié)構(gòu) 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 雙向數(shù)據(jù)口 2 VDD 電源正極 10 D3 雙向數(shù)據(jù)口 3 VL 對比度調(diào)節(jié) 11 D4 雙向數(shù)據(jù)口 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 雙向數(shù)據(jù)口 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 雙向數(shù)據(jù)口 6 E 模塊使能端 14 D7 雙向數(shù)據(jù)口 7 D0 雙向數(shù)據(jù)口 15 BLK 背光源地 8 D1 雙向數(shù)據(jù)口 16 BLA 背光源正極 注意事項：從該模塊的正面看，引腳排列從右向左為： 15 腳、 16 腳，然后才是 1－ 14 腳 (線路板上已經(jīng)標(biāo)明 ): VDD：電源正極， － ，通常使用 5V 電壓； VL： LCD 對比度調(diào)節(jié)端，電壓調(diào)節(jié)范圍為 0－ 5V。 接電源的正極時對比度最弱，接地電源時對比度最高，但對比度過高時會產(chǎn)生 “鬼影 ”，因此通常使用一個 10K 的電位器來調(diào)整對比度，或者直接串接一個電阻到地； RS： MCU 寫入數(shù)據(jù)或者指令選擇端。 MCU 要寫入指令時，使 RS 為低電平；MCU 要寫入數(shù)據(jù)時，使 RS 為高電平； R/W：讀寫控制端。 R/W 為高電平時，讀取數(shù)據(jù)； R/W 為低電平時，寫入數(shù)據(jù)； E： LCD 模塊使能信號控制端。寫數(shù)據(jù)時，需要下降沿觸發(fā)模塊。 D0－ D7： 8 位數(shù)據(jù)總線， 三態(tài)雙向。如果 MCU 的 I/O 口資源緊張的話，該模塊也可以只使用 4 位數(shù)據(jù)線 D4－ D7 接口傳送數(shù)據(jù)。本充電器就是采用 4 位數(shù)據(jù)傳送方式； BLA： LED 背光正極。需要背光時， BLA 串接一個限流電阻接 VDD， BLK接地，實測該模塊的背光電流為 50mA 左右； BLK： LED 背光地端。 溫度傳感器 DS18B20 的簡介 基于單片機機 STC89C52 控制的智能小車 13 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 是世界上第一片支持 一線總線 接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ ONBOARD）專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路 內(nèi)。 DS18B20 具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、可組網(wǎng)等優(yōu)點，測溫分辨率較高，為 9～12 位，精度為 ℃ 。 DS18B20 可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號，因此特別適合與單片機配合使用，直接讀取溫度數(shù)據(jù)。目前 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于恒溫室、糧庫、計算機機房溫度監(jiān)控及其他各種溫度測控系統(tǒng)中。DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非易失性的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL 和配置寄存器。 圖 11 DS18B20 的外部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20 的引腳介紹 (1)DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； (2)GND 為電源地； (3)VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 DS18B20 的主要特性 （ 1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 （ 2）測溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10℃ ～ +85℃ 時精度為 177。℃ 。 （ 3）可編程的分辨率為 9～ 12 位，可在至多在 750ms 內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換成為 12位的數(shù)字，測溫可分辨率為 ℃ 。 （ 4）獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一 條線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 （ 5） DS18B20 支持多點的組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的單基于單片機機 STC89C52 控制的智能小車 14 線結(jié)構(gòu)上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 與單片機的連接電路非常簡單，引腳１（ GND）接地，引腳 3(VCC)接電源 +5V，引腳 2（ DQ）接單片機輸入／輸出一個端口，電源＋ 5V 和信號線（ DQ）間接有一個 上拉電阻。 圖 12 單片機與溫度傳感器 DS18B20 的連接電路圖 時鐘芯片 DS1302 的簡介 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 ～ 。 采用三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302 內(nèi)部有一個 318 的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。 DS1302 是 DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202兼容，但增加了主電源 /后背電源和雙電源引腳，同時提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 圖 13 為 DS1302 的引腳排列 ,其中 Vcc2 為后備電源， Vcc1 為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 兩者中的較大者供電。當(dāng) Vcc1 大于 Vcc2＋ 時， Vcc1 給 DS1302 供電。當(dāng) Vcc1 小于 Vcc2 時， DS1302 由 Vcc2 供電。 X1 和 X2 是振蕩源，外接 晶振。RST 是復(fù)位 /片選線，通過把 RST 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 RST輸入有兩種功能：首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng) RST 為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302 進(jìn)行操作。如果在傳送過程中 RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。 上電運行時，在Vcc≥， RST 必須保持低電平。 只有在 SCLK 為低電平時，才能將 RST置為高電平 。 I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 (雙向 )。 DS1302 的引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如基于單片機機 STC89C52 控制的智能小車 15 圖 13 所示 ： 表 DS1302 管腳功能表 引腳號 引腳名稱 功 能 1 Vcc2 后備電源 振蕩源 ,外接 32768Hz 晶振 4 GND 地線 5 TST 復(fù)位 /片選線 6 I/O 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端 (雙向 ) 7 SCLK 串行數(shù)據(jù)輸入端 8 Voc1 主電源 引腳號 引腳名稱 功 能 圖 13 DS1302 管腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS1302 是 與單片機連接 起來的，其連接圖如下： 基于單片機機 STC89C52 控制的智能小車 16 圖 14 DS1302 與單片機連接圖 音樂 功放 芯片 LM386的簡介 音樂的播放控制 LED 的閃爍，當(dāng)單片機 B 接收到單片機 A 的指令后，音樂開始演奏， LED 閃爍。音樂主要是由 LM386 控制的，其分析如下： LM386 是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào) 整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于錄音機和收音機之中。LM386 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大 器 ,主要應(yīng)用于低電壓消費類產(chǎn)品。為使外圍元件最少 ,電壓增益內(nèi)置為 20。但在 1 腳和 8 腳之間增加一只外接電阻和電容 ,便可將電壓增益調(diào)為任意值 ,直至 200。 輸入端以地位參考 ,同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半 ,在 6V 電源電壓下 ,它的靜態(tài)功耗僅僅為24mW,使得 LM386 特別適用于電池供電的場合。 LM386 的封裝形式有塑封 8 引線雙列直插式和貼片式。 圖 15 LM386 的引腳圖 二 、典型應(yīng)用電路 圖 16 LM386 應(yīng)用電路圖 LM386 是低電壓音 頻放大器。將 VIN 接 ，部分連接電路圖如圖 17 所示。 基于單片機機 STC89C52 控制的智能小車 17 圖 17 LM386 的音頻放大電路 在音樂的播放過程中，不光使用了揚聲器還使用了蜂鳴器，不同的是，揚聲器主要用于播放音樂，而蜂鳴器主要用于提醒操作者按鍵已使用，當(dāng)按鍵按下時，蜂鳴器會發(fā)出聲音提醒操作著，功能已實施，根據(jù)揚聲器的聲音還可以檢測單片機是否運轉(zhuǎn)正常。蜂鳴器與單片機的連接圖如下： 圖 18 揚聲器與單片機的連接圖 基于單片機機 STC89C52 控制的智能小車 18 3 模塊方案比較與論證： 車體設(shè)計 方案 1：自己制