基于单片机的红外遥控小车设计与制作论文

基于单片机的红外遥控小车设计与制作论文内容摘要：

原理图 L298N 电机驱动模块 驱动模块简介 本设计采用双驱动的小车，驱动模块要分别控制小车的左、右两个电机， 使小车的两个车轮的转速和方向相同或不同，从而来控制它的前进和转弯。 在系统的设计过程中，用一个 L298N 芯片来分别连接单 片机和直流电机。 如图 6 所示。 L298N 是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它响应频率高，一片 L298N 可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。 用该芯片作为电机驱动，驱动能力大，操作方便，稳定性好，性能优良 [6]。 因 4 此，采用驱动芯片 L298N 进行电机驱动控制，它的使能端可以外接高低电平，也可以利用单片机进行软件控制，极大地满足各种复杂电路需要。 另外， L298N 的驱动功率较大，能够根据输入电压的大小输出不同的电压和功率，解决了负载能力不够这个问题。 6 9 V 直 流电 源 输 入单 片 机 4 个 I O 口控 制 信 号 输 入E N A E N B 使 能端 控 制默 认 短 路 帽 短接 即 模 块 都 能输 出 给 A 电 机 B 电 机电 源 指 示 灯 1 个 电 机正 反 转 指 示 灯 4 个5 V 直 流 扩 展输 出两 个 直 流 电 机电 机 驱 动模 块 图 6 电机驱动模块的结构图 驱动模块的基本电路 L298N 有两路电源分别为逻辑电源和动力电源，逻辑电路为 6V，动力电源为 12V； ENA 与 ENB 直接接入 6V 逻辑电源也就是说两个电机时刻工作在使能状态，控制电机的运行状态只有通过 J1 接口 ，如图 7 所示 ；由于我们使用的电机是线圈式的，在从运行状态突然转换到停止状态和从顺时针状态突然转换到逆时针状态时会形成很大的反向电流，在电路中加入二极管的作用就是在产生反向电流的时候进行泄流，保护芯片的安全。 图 7 驱动模块基本原理图 红外检测 模块 红外检测采用了 TCRT5000，在车前部安装 5 对 TCRT5000 红外对管，与路面距离在 8mm 左右。 TCRT5000检测电路如图 8 所示。 用 TCRT5000 传感器 模块 专门用作黑（白）线检测的传感器，特别适合复杂黑白线、交叉黑白线的检测 ， 它有 6 路高灵敏度的红外传感器 (5 路巡线、 1 路蔽障 )，能够对黑白线准确的识别 [6]。 它有如下功能和特点： 集成 5 路 寻 迹传感器 ， 适合复杂黑线的跟踪 ， 对于简单的黑线寻取更不在话下 ，如图 8 所示； 有一路蔽障用的红外传感器， 蔽障距离可以 通 过滑动变阻器调节，方便有蔽障需求的机 人设计 ； 有一个专门设计的触碰传感器，使得有这方 面 的需求机器人设计更加简便 ； 输出信号全部都为数字信号，方便与单片机 相 连 ； 5 全部传感器都有 LED 灯作为指示，方便调试 ； 支持电压为 满足大多数系统需求。 黑线检测原理是红外发射管发射光线到路面，红外光遇到白底则反发射，接收管接收到反射光，经施密 特触发器整形后输出低电平；当红外光遇到黑线时则被吸收，接收管没有接收到反射光，经施密特触发器整 形后输出高电平。 图 8 TCRT5000 检测部分电路图 电机模块 电 动机简称电机，是使机械能与电能相互转换的机械，直流电机把直流电能变为机械能。 作为机电执行元部件，直流电机内部有一个闭合的主磁路。 主磁通在主磁路中流动，同时与两个电路交联，其中一个电路是用以产生磁通的，称为激磁电路；另一个电路是用来传递功率的，称为功率回路或电驱回路。 现行的直流电机都是旋转电驱式，也就是说，激磁绕组及其所包围的铁芯组成的磁极为定子，带换向单元的电驱绕组和电驱铁芯结合构成直流电机的转子。 采用直流电机。 直流电机的控制方法比较简单，只需给电机的两根控制线加上适当的电压即可使电机转动起来 ，电压越高则电机转速越高。 对于直流电机的速度调节，可以采用调节电压的方法，也可采用 PWM 调速方法。 PWM 调速就是使加在直流电机两端的电压为方形波形，通过改变方形的占空比实现对电机转速的调节。 3 系统软件部分 由于采用程序控制小车的行驶方向，因此软件的设计也是整个系统设计中很重要的部分。 本系统的软件用 C 语言编写，分为主程序，外部中断解码子程序、自动驾驶子程序、手动驾驶子程序、障碍物检测子程序、轨迹检测子程序、定时器 1 中断调速子程序等。 主程序完成系统硬件的初始化、子程序调用等功能 [7]。 遥 控子程序设计 遥控模块设计是通过把红外接收头VS1838B 的输出端接到单片机的 管脚上，然后用遥控器对其进行遥控，接着让单片机解码，产生 PWM 控制信号，通过 L298N 控制电机的转速，让小车达到前进、后退、 左转、右转及停止行驶的目的 [8]。 开始定时器 、 外部中断初始化红外解码是否有红外信号。 是否寻到黑线。 是否寻到黑线。 寻迹运行寻迹运行手动运行引导码。 等待第一个高电平延时 0 . 9 ms高电平。 为 1 为 032 位 ?退出进入中断图 9 主程序流程图 10 解码程序流程图YYYNNNN NNYYY 6 寻迹子程序设计 寻迹模块设计是通过把 TCRT5000 传感器 的输出端分别接到单片机的 、 、 、 和 管脚上，然后通过单片机编程，产生 PWM 控制信号，通过 L298N 控制电机的转速，让小车达到前进、左转、右转的目的。 4 软 件调试 通常一个调试程序应具备至少四种性能：跟踪、断电、查看变量、更改数值。 整个程序是一个主程序调用各个子程序实现功能的过程，要使整个程序能够平稳运行，则各个模块程序的正确和平稳运行是必不可少的，所以在软件调试的最初阶段须将各个模块子程序分别进行调试。 结语 本设计方案按照要求，以 STC 单片机为控制核心，结合无线遥控模块、红外对管寻迹模块、电机控制模块实现小车的无线遥控功能、自动寻迹功能、自动避障功能。 基本完成各项指标，实现小车的遥控行驶。 系统是通过软硬件结合的方式，得到硬件检测信号后输入单片机各个对应的 I/O 接口，通过 C 语言程序控制过程，小车由遥控启动后，自动寻迹，并不断检测遥控、避障信号，只要得到其中任何一种信号都将转入它们对应的功能模块，实现有效控制。 由于时间及能力的有限，整个小车的功能有所简化，伴随着出现不足的地方：遥控只能达到前进、后退、左右转以及原地转，不能控制加减速。 由于这些不足可以激发我的兴趣，不断完善小车：遥控达到以上功能外还加入速度控制等等智能的效果。 这些也需要从进一步学习来实现，让自己更上一个台阶。 参考文献： [1] 郭天祥．新概念 51 单片机 C 语言教程 [M]． 北京： 电子工业出版社， 2020， 01 [2] 张迎新．单片机原理及应用 (第二版 )[M]．北京：电子工业出版社， 2020， 01 [3] 史洪宇 ．基于单片机的多功能智能小车的设计 [J]．仪表技术， 2020(12)： 1618 [4]。