【正文】 般的說來，玩具電動車具有如下缺點：首先，這種玩具電動車由于裝配緊湊，使得各種所需傳感器的安裝十分不方便。再次，玩具電動車的電機多為玩具直流電機，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負載性能差，不易調(diào)速。因此我們放棄了此方案。經(jīng)過反復(fù)考慮論證，我們制定了左右兩輪分別驅(qū)動，后萬向輪 轉(zhuǎn)向的方案。這樣，當兩個直流電機轉(zhuǎn)向相反同時轉(zhuǎn)速相同時就可以實現(xiàn)電動車的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實現(xiàn)小車坐標不變的90 度和 180 度的轉(zhuǎn)彎。當小車前進時，左右兩驅(qū)動輪與后萬向輪形成了三點結(jié)構(gòu)。為了防止小車重心的偏移，后萬向輪起支撐作用。用有機玻璃做的車架比塑 料車架更加牢固，比鐵制小車更輕便，美觀。小車底盤如圖 2 所示： 6 圖 2 車體底盤圖 控制器模塊 方案 1：采用可編程邏輯期間 CPLD 作為控制器。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。且從使用及經(jīng)濟的角度考慮我們放棄了此方案。 AT89s52 是一個低功耗，高性能的 8 位單片機，片內(nèi)含 32k 空間的可反復(fù)擦些 100,000 次的 Flash只讀存儲器，具有 2Kbytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個 IO 口， 2 個 8位可編程定時計數(shù)器， 1 個 16 位可編程定時計數(shù)器，四通道 PWM，內(nèi)置 8 路 10 位ADC。 從方便使用的角度考慮，我們選擇了方案 2。 方案 1： 采用 2 節(jié) 干電池供電，電壓達到 ，經(jīng) 7805 穩(wěn)壓后給支流電機供電，然后將 電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機系統(tǒng)和其他芯片供電。 方案 2：采用 4節(jié) 6V給直流電機供電，經(jīng)過 7805的電壓變換后給支流電機供電，然后將 6V 電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機系統(tǒng) 7 和其他芯片供電。但鋰電池的價格過于昂貴，使用鋰電池會大大超出我們的預(yù)算，因此，我們 放棄了這種方案。 尋跡傳感器模塊 方案 1：用光敏電阻組成光敏探測器。當光線照射到白線上面時，光線發(fā)射強烈，光線照射到黑線上面時，光線發(fā)射較弱。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當發(fā)出的紅外線照射到白色的平 面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測出黑線繼而輸出高電平。 方案 3：用 RPR220 型光電對管。 RPR220 采用 DIP4 封裝，其具有如下特點： 塑料透鏡可以提高靈敏度。 體積小 ，結(jié)構(gòu)緊湊。此光電對管調(diào)理電路簡單，工作性能穩(wěn)定。 電機模塊 本系統(tǒng)為智能電動車，對于電動車來說，其驅(qū)動輪的驅(qū)動電機的選擇就顯得十分重要。 方案 1：采用步進電機作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機。雖然采用步進電機有諸多優(yōu)點，步進電機的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，其轉(zhuǎn) 速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。 方案 2：采用直流減速電機。由于其內(nèi)部由高速電動機提供原始動力，帶動變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力。 電機驅(qū)動模塊 方案 1：采用專用芯片 L298N 作為電機驅(qū)動芯片。用該芯片作為電機驅(qū)動，操 作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。由分立元件構(gòu)成電機驅(qū)動電路，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，在實際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。 直流調(diào)速系統(tǒng) 方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。簡稱 VM 系統(tǒng)。 旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機拖動直流電動機實現(xiàn)變流，由發(fā)電機給需要調(diào)速的直流電動機供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機組，至少包含兩臺與調(diào)速電動機容量相當?shù)男D(zhuǎn)電機，還要一臺勵磁發(fā)電機，設(shè)備多、體積大、費用高、效率低、維護不方便等缺點。 VM 系統(tǒng)是當今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。 VM 系統(tǒng)的缺點是晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。最后，當系統(tǒng)處于低速運行時，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè) 備。當晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時，電源電壓加到電動機上，當晶閘管關(guān)斷時，直流電源與電動機斷開，電動機經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時間，即通過改變脈沖寬度來進行直流調(diào)速。由于電流波形比 VM 系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動機的損耗和發(fā)熱都比較小。 （ 3）由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。 PWM 由單片機 AT89S52 直接調(diào)制輸出，通過調(diào)節(jié) PWM 的占空比來 調(diào)制電機轉(zhuǎn)速。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、價格低廉。如抗干擾能力差、共模抑制比低等。選擇優(yōu)質(zhì)元件構(gòu)成比例放大電路，雖然可以達到一定的精度，但有時仍不能滿足某些特殊要求。這種情況下須采用差動放大電路，并應(yīng)設(shè)法減小溫漂。 方案三：電壓比較器方案。而 Ui 變化經(jīng)過 Ur時，比較器的輸出將從一個電壓跳變到另一個電平。對它的要求是：鑒別要準確，反應(yīng)要靈敏，動作要迅速，抗干擾能力要強，還應(yīng)有一定的保護措施，以防止因過電壓或過電流而造成器件損壞。具體措施多為在集成運放的兩個輸入端并聯(lián)二極管。簡單電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，而且靈敏度高，但它的抗干擾能力差，也就是說如果輸入信號因受干擾在閾值附近變化，則比較器輸出就會反復(fù)的從一個電平跳到另一個電平。這種情況，通常是不允許的。滯回比較器有兩個數(shù)值不同的閾值 ，當輸入信號因受干擾或其他原因發(fā)生變化時，只要變化量不超過兩個閾值之差，滯回比較器的輸出電壓就不會來回變化。 但是，滯回比較器畢竟是模擬器件，溫度的漂移是它無法消除的。 最終方案 經(jīng)過反復(fù)論證，我們最終確定了如下方案： （ 1）車體用 有機 車架手工制作。 （ 3）用穩(wěn)壓后為直流電機供電，將 6V 電壓經(jīng) 7805 降壓、穩(wěn)壓后為單片機系統(tǒng)和其他芯片供電。 （ 5） 三極管 作為直流電機的驅(qū)動芯片。 微控制器模塊的設(shè)計 本系統(tǒng)采用 AT89S52 作為核心控制部件，通過對小車前下端的左中右三對紅外對管組成的尋跡帶你路電路所采集的信號進行分析使小車在行駛偏離正常軌道時及時進行分析校正，以保證其直向行駛；用單片機控制電機專用驅(qū)動芯片驅(qū)動前后兩個電機是后輪做勻速行駛，前輪作為左右轉(zhuǎn)向輪；采用 Atmel 公司的 12 AT89s52 單片機，不用燒寫器而只用串口或者并口就可以往單片機中下載程序。 當沒有光反射回來時，光電對管中的三極管不導(dǎo)通， VT1 截至，其集電極輸出高電平。 經(jīng)試驗和示波器驗證，該電路工作性能一般，輸出還有雜散干擾波的成分。 但是這種電路用電量比較大，給此種傳感器 調(diào)理電路供電的電池壓降較快。 因此我們考慮用比較器的方案。 而且經(jīng)試驗驗證給此電路供電的電池的壓降較小。 13 單片機控制模塊 本模塊采用 51 系列單片機作為核心處理器。有了以上三塊，單片機就能夠正常工作。其應(yīng)用范圍廣，性能良好，可用于解決復(fù)雜的控制問題。 如圖 41 是較為常見的帶燒錄接口的單片機最小系統(tǒng)圖。 系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。引腳 XTAL1 和 XTAL2分別 是此放大器的輸入端和輸出端。外接晶體諧振器以及電容 C1 和 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值通常取 30PF。 復(fù)位電路 復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。 復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。按鈕復(fù)位是指用戶按下“復(fù)位”按鈕，使單片機進入復(fù)位狀態(tài) [5]。 上電時， +5V 電源立即對單片機芯片供電，同時經(jīng)電阻 R 對電容 C3 充電。按鈕按下時， RST 上同樣出現(xiàn)高電平，實現(xiàn)了按鈕復(fù)位。如果這些芯片復(fù)位端的復(fù)位電平和單片機一致，則可以與單片機復(fù)位腳相連，因此，非門在這里不僅起了反向作用，還增大了驅(qū)動能力，電容 C1， C2 起慮波作用，防止干擾竄入復(fù)位端產(chǎn)生誤動作[5]。