基于at89c51智能小车的设计

基于at89c51智能小车的设计内容摘要：

高低来判定黑线有无。 在电路中， LM324的一个输入端需接滑动变阻器，通过改变滑动变阻器的阻值来提供合适的比较电 压。 其内部电路图如图 34所示。 比较器 LM324的集成运放的管脚图如图 35所示。 10 图 34 LM324内部电路 图 35 集成运放的管脚图 稳压器 LM7806简介 系统所用到的 LM7806 含有三个引脚，分别 1脚为输入、 2脚为接地、 3 脚为输出。 稳压器 LM7806 的实物图 如图 36所示。 稳压器 LM7806 的内部电路图如图 37所示 图 36 LM7806 实物图 图 37 LM7806内部电路图 电机 驱动芯片 L298N 的简介 L289N 是 SGS(通标标准技术服务有限公司 )公司的产品，比较常见的是 15脚 Multiwatt 封装的 L298N，内部包含 4通道逻辑驱动电路。 是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个 H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL 逻辑电平信号，可驱动 46V、 2A 以下的电机。 其引脚排列如 图 38所示。 11 图 38 L298 引脚的排列 图 1） L298N 的引脚的说明 L298N 的引脚 9 为 LOGIC SUPPLY VOLTAGE Vss，即逻辑供应电压。 引脚 4为 SUPPLY VOLTAGE Vs，即驱动部分输入电压。 Vss电压要求输入最小电压为 ，最大可达 36V； Vs 电压最大值也是 36V。 但经 过 实验 表明 ， Vs 电压应该比 Vss电压高，否则有时会出现失控现象。 引脚 2， 3， 13， 14 为 L298N 芯片输入到电动机的输出端，其中引脚 2 和 3能控制两相电机，对于直流电动机，即可控制一个电动机。 同理，引脚 13 和 14也可控制一个直流电动机。 引脚 6和 11脚为电动机的使能接线脚。 引脚 5， 7，10， 12 为单片机输入到 L298N 芯片的输入引脚。 1 脚和 15 脚可单 独引出连接电流采样电阻器，形成电流传 感信号，也可以直接接地。 在系统设计中 将它们直接接地。 引脚 8为芯片的接地引脚，它与 L298N 芯片的散热片连接在一起。 由于本芯片的工作电流比较大，发热量也比较大，所以在本芯片的散热片上又连接了一块铝合金，以增大它的散热面积。 L298N 的 使能、输入引脚和输出引脚的逻辑关系 如表 33所示 ： 表 33 是使能、输入引脚和输出引脚的逻辑关系表 EN A（ B） IN1（ IN3） IN2（ IN4） 电机运行情况 H H L 正转 H L H 反转 H 同 IN2（ IN4） 同 IN1（ IN3） 快速停止 L X X 停止 其中控制使能引脚 ENA 或者 ENB 还可以实现 PWM 脉宽速度调整。 12 2)L298N 的一些参数如下： (1) 逻辑部分输入电压： 6～ 7V (2) 驱动部分输入电压 Vs： ～ 46V (3) 逻辑部分工作电流 Iss：≤ 36mA (4) 驱动部分工作电流 Io：≤ 2A (5) 最大耗散功率： 25W（ T=75℃） (6) 控制信号输入电平： 高电平： ≤ Vin≤ Vss，低电平： ≤ Vin≤ (7) 工作温度： 25℃～＋ 130℃ (8) 驱动形式：双路大功率 H桥驱动 13 4 系统的硬件设计 第 2章与第 3章已经对主要模块与主要零件进行说明，本章主要围绕系统硬件的电路图以及在系统中发挥的作用进一步说明。 循迹传感器模块 本文所应用的循迹传感器是 ST 系列反射式光电传感器，同时，经过对系统的分析决定采用 ST188 作为红外检测传感器。 智能小车在行驶的过程中，通过红外传感器对行驶的轨迹进行检测，若检测到白色区域 ， 发射管发射的红外线没有反射到接收管，测量接收管的电压为，若检测到黑色区域 ， 接收管接受到发射管发射的红外线 ， 电阻立刻发生变化 ， 接 受管的电压也就随之发生变化 ， 经过测试接收管的电压为 0． 5V， 测试结果显示基本满足系统的要求。 本系统除了采用 ST188来检测黑线还需要采用一块比较器 LM324来判断小车行驶过程中有无黑线存在 ， 比较器的比较基准电压由 10K 的变阻器进行调节，通过调节变阻器寻找最佳的传感效果。 循迹模块的 具体电路 智能小车在行驶的过程中， 通过 红外传感器 ST188发送红外射线给比较器LM324， 由于不同的光线产生的电压值不同，比较器对接收的 电压与比较电压 进行 比较后，输出信号变为高低电平，再输入到单片机中，用以判定是否 检测到黑线。 传感器模块的具体电路图如图 41所示。 图 41 传感器模块电路图 14 传感器安装 在小车具体的循迹行走过程中，为了能精确测定黑线位置并确定小车行走的方向，需要同时在底盘装设 4个红外探测头，进行两级方向纠正控制，提高其循迹的 稳定性以及 可靠性。 这 4个红外探头的具体位置如图 42所示。 图 42 传感器安装图 图中循迹传感器全部在一条直线上。 其中 X1与 Y1为第一级方向控制传感器，X2与 Y2为第二级方向控制传感器，并且黑线同一边的两个传感器之间的宽度不得大于黑线的宽度。 小车前进时，始终保持 (如图 42中所示的行走轨迹黑线 )在 X1和 Y1这两个第一级传感器之间，当小车偏离 黑线时，第一级传感器就能检测到黑线，把检测的信号送给小车的 控制系统 处理 ，控制系统 处理完后 发出信号对小车轨迹予以纠正。 若小车回到了轨道上，即 4个探测器都只检测到白纸，则小车会继续行走 ；若小车由于惯性过大依旧偏离轨道，越出了第一级两个探测器的探测范围，这时第二级 探测器 动作，再次对小车的运动进行纠正，使之回到正确轨道上去。 可以看出，第二级方向探测器实际是第一级的后备保护，从而提高了小车循迹的可靠性。 控制器模块 根据系统设计的要求 采用 STC公司的 STC89C52 单片机作为主控制器，它的各引脚以及使用功能已在第 3章进行说明，以下是就它的引脚 RST和引脚 XTALXTAL2所接的复位电路与时钟电路的结构以及工作原理进行说明。 单片机连接的复位电路图与时钟电路图如图 43所示。 15 图 43 时钟电路和复位电路 图 43中的 52单片机最小系统由以下两个部分组成且工作原理为： A 时钟电路 :单片机要想工作必须有一个外部的时钟源，这个时钟源由外部晶振产生，具体电路为图中的 Y C C3，在做电路板时应注意晶振和电容要靠近 18 脚和 19脚放置，如果放置过远可能会造成晶振不能起振，或工作不稳定。 典型值为 C C3 30pF， Y1 12M。 B 复位电路 :复位电路包括上电复位和手动复位两部分， 52 系列单片机多为高电平复位，也就是说 RST（ 9）脚上只要有持续两个机器周期以上的高电平就能使单片机复位， 因此上电复位的原理就是利用电容充电的一段时间将复位脚拉至高电平，使单片机完成复位， C1 选用 104 瓷片电容， R1 在电容充电结束后将复位脚拉至低电平，保证单片机正常工作。 电源 设计 模块 前两章已经对电源设计模块的选择以及所用到的稳压器 LM7806的内部结构图进行了说明。 但有一点需要注意，在系统的运行过程中， 单片机必须与大电流器件分开供电，避免大电流器件对单片机造成干扰，影响单片机的稳定运行 ，从而影响到小车行驶的稳定性。 稳压电源的电路图如图 44所示 16 图 44 稳压电源电路图 如图 44 所示， 这样的连接可以 为单片机，指示灯等供电， 而且 LM7806 的驱动电压由电池不 经任何处理直接给出， 电机 也 可以用 9V供电。 电机 驱动模块 电机驱动模块的选择与零件的的简述已经在第 2 章与第 3 章进行了说明，本节主要介绍电机驱动的接线图， L298N 的电机驱动电路图如图 45所示。 图 45 L298N 电机驱动电路图 如图 45所示 ， 其中 IN1和 IN2 控制小车 左 轮并且通过 ENA 控制占空比，这样能控制小车的 左轮驱动能力； IN3 和 IN4控制小车右 轮并且通过 ENB控制占空比来控制小车 右 轮的驱动能力，以达到调节速度的 要求。 输出端 OUT1 和 OUT2接左轮， OUT3 和 OUT4 接右轮，前进时，两轮驱动能力相同，左转时，右轮比左轮驱动力强，右转时，同理。 而二极管的引入能够起到保护电机的作用。 17 同时，将 L298N 的 12 四个引脚用来接单片机 ，通过对单片机的编程 来 实现两个直流电机的 PWM 调速控制 ，从而实现对小车速度的控制。