【单片机智能小车的硬件设计案例2900字】

单片机智能小车的硬件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u31848单片机智能小车的硬件设计案例 158561.1单片机控制板模块 228941.1.1单片机引脚简介 2143221.1.2单片机控制板结构 3214891.2电机驱动模块 469451.2.1 L298N引脚功能 4125991.2.2电机驱动原理 5134251.2.3电机控制逻辑 72611.3红外避障模块 7257121.1.1红外避障原理 7150761.1.2红外模块组装 7247981.4蓝牙模块 8124511.4.1蓝牙模块简介 88051.4.2蓝牙功能连接 8290221.5电源模块 9图1.1为智能小车的结构框架，主要包括单片机控制板模块、电源模块、蓝牙遥控模块、红外避障模块及电机驱动模块等，接下来将对这些子模块进行详细的介绍。图1.1智能小车的控制结构框图1.1单片机控制板模块 本设计的单片机系统采用了模块化设计，结构简单，可靠性高REF_Ref318\r\h[11]。智能小车是多个子模块集成于一体的终端产品，硬件部分的单片机控制板相应接口与各个子模块通过杜邦线相连，实现单片机控制系统对电机驱动部分，蓝牙部分，红外部分等模块的操控。软件部分要求单片机芯片能够多次重复烧录写入。综上所述，本文搭载了如下芯片。1.1.1单片机引脚简介图1.2为其引脚分布。图1.2STC89C52单片机引脚分布图下面介绍一下主要引脚：1.电源引脚VCC及GND:VCC接+5V，GND接地。2.控制信号引脚(1)复位引脚RST：该引脚启动，单片机会执行复位操作。(2)地址锁存允许ALE：在访问存储器或外存的时候，地址锁存器将低8位字节地址锁存。(3)程序储存允许PSEN:输出外存的读选通信号。(4)外部访问允许EA/VPP：EA接地或低电平，才允许处理器对外存访问。(5)并行I/O口P0至P3端引脚P0口加上拉电阻才可以当IO口使用，P1口及P2口均是自带上拉电阻的八位准双向IO口，P3口则是双向IO口。1.1.2单片机控制板结构图1.3为单片机控制板原理图。该图详细的展示了单片机与对应模块的引脚连接以及电路分布。本设计的智能小车通过STC89C52单片机芯片来对整个小车系统进行智能控制。首先开启控制板电源开关，启动智能电动小车，可以先使用复位按钮进行复位操作。也可以用功能选择按钮进行功能切换。在红外避障功能下，打开电机驱动开关，当小车前端的红外传感器探测到障碍物时，智能小车单片机根据接收管返回的信号实时处理，控制小车进行后退并向右转来完成避障。在蓝牙遥控模式下，蓝牙芯片插入单片机控制板上的蓝牙接口，即P30、P31、VCC、GND四个接口，接着通过程序搜索并正确连接到小车的蓝牙，最终完成蓝牙遥控功能。图1.3单片机控制原理图1.2电机驱动模块电机驱动部分是L298N芯片，它能够操控两侧的直流电机正反转。常见的为15脚Multiwatt封装的L298N，内置4通道逻辑驱动电路REF_Ref854\r\h[12]。能够使用电源来调节输出的电压，操作比较便捷。L298N芯片内部含两个H桥，可以用逻辑电平信号来操控，它的一端同单片机对应的引脚插口相连。此外，该芯片有两个使能控制端，其作用是在没有检测到输入信号之前，禁止与它连接的部分模块运行。它存在逻辑电源输入端，这使其内置的逻辑电路能在6V电压下运行。直流电机部分：只需将合适的电压附加在电机控制线上，就能使电机正转或者反转。电机转速与其上的电压正相关，在一定的范围内，电压越大，转速越快。1.2.1 L298N引脚功能下图为L298N的引脚分布图。图1.4L298N芯片引脚分布图一号引脚是电流传感器A，可以通过串联小电阻测电流。二号引脚是输出1，内部装载了驱动器A的输出端口1，接到电机A上。三号引脚是输出2，内部装载了驱动器A的输出端口2，接到电机A上。四号引脚是电机电源端。五号引脚是输入1，内部装载了驱动器A的输入端1。六号引脚是使能端口A，内部装载了了驱动器A的使能端A。七号引脚是输入2，内部装载了驱动器A的输入端2。八号引脚是逻辑地，即GND。九号引脚是逻辑电源端，大小为+5V。十号引脚是输入3，内部装载了驱动器B的输入端1。十一号引脚是使能端口B，内部装载了驱动器B的使能端B。十二号引脚是输入4，内部装载了驱动器B的输入端2。十三号引脚是输出3，内部装载了驱动器B的输出端1，接到电机B。十四号引脚是输出4，内部装载了驱动器B的输出端2，接到电机B。十五号引脚是电流传感器B，可以通过串联小电阻测电流。1.2.2电机驱动原理L298N芯片里存在H桥驱动电路，如图1.5。图1.5H桥驱动电路如图1.5所示，该电路由两侧的三极管，以及中间的电动机组成。当对角的两个三极管导通，电机才能正常运行。按照两侧三极管的导通状态能够对电机的转向进行控制REF_Ref1879\r\h[13]REF_Ref16319\r\h。电流既能从右上到左下流过电机，也能自左上到右下流过电机。若Q1和Q4两个三级管同时导通。电流自正极通过Q1从左到右流过电机，最后从Q4流回到负极，此流向电流会使电机顺时针转动REF_Ref2147\r\h[14]。其余两个三极管一起导通时，电流自右到左经过电机。此外，在驱动电机的时候。要确保同侧三极管不一起导通，若Q1管和Q2管一起导通，则电流就自正极贯穿三极管回到负极。电路中除三极管外没有其余元器件，电流就会超过阈值，或许会损坏三极管REF_Ref2398\r\h[15]。因此，人们往往在电路中增添二极管。图1.6电机驱动电路图1.6为上述的优化电路，它在经典H桥驱动电路上，通过添加四个二极管来对电路进行保护。将四个逻辑与门与使能信号连通，此时就可以通过一个使能信号来控制整个电路是否运行。使能信号与另外两个方向信号就可以控制电机的转向。若左边信号为低电平，右边信号为高电平，而且使能信号为高电平，则Q1管和Q4管导通，电流自左到右经过电机；若左边为高电平，右边为低电平，则其他两个三极管导通，电流会自右至左经过电动机。1.2.3电机控制逻辑表1.1电机与小车运行状态如表所示，例如电机B的控制逻辑为，在使能端B高电平的前提下，若IN3是高电平，IN4却是低电平，则电机B正转。即如上图所示。两个电机的运转方向不同，则小车的运行状态不同。1.3红外避障模块 1.1.1红外避障原理在小车的车身正前部左右各装载一个同款型号的红外探测芯片，来探测在小车行驶道路的正前方是否存在障碍物，该红外传感器包括一对平行的接收管和发射管。发射管发射红外线到小车行驶道路正前方，若遇障，信号就会反射回来，没有遇障就会被自然光吸收REF_Ref2738\r\h[16]。通过验证红外接收管是否导通来发送高低电平，导通发送低电平，反之发送高电平。单片机芯片根据高低电平信号来处理并合理规划小车的行驶路线。1.1.2红外模块组装图1.7为红外避障接口的原理图，左避障接口一边用杜邦线接上左边的红外探头，另一边用杜邦线插入单片机控制板的VCC、GND和P36接口，右避障接口一边用杜邦线接上右边的红外探头，另一边用杜邦线插入单片机控制板的VCC、GND和P37接口，如此一来就组装好了红外模块。图1.7单片机原理图的红外避障接口1.4蓝牙模块1.4.1蓝牙模块简介该系统通过智能手机与小车的蓝牙模块通信，通过小车上的单片机来操控电机驱动小车前进、后退、左转、右转REF_Ref3150\r\h[17]。蓝牙模块采用的芯片是MLT-BT054.0蓝牙芯片，这种芯片可以通过两种方式进行连接，分别是短按系统按键进行连接和直接通过蓝牙信号配对连接，本文采用的是后面这种连接方式，连接的信号较为稳定。1.4.2蓝牙功能连接要想实现小车的蓝牙遥控，首先要将MLT-BT054.0蓝牙芯片插入单片机控制板的蓝牙接口，即P30、GND、P31、VCC四个接口，先打开单片机控制板电源，选择蓝牙方式，使用手机打开云开智能小车这个小程序，寻找智能小车的蓝牙信号并进行连接