电子设计大赛作品—STC单片机搭建的智能小车-电路方案

智能小车平台需要实现的功能:上位机无线遥控可发送速度、转向、行车时间、轨迹、测距、自动蔽障等控制命令，同时可以反馈实时速度、距离、电源电压、功率等状态数据。 硬件原理 1、电机驱动: 智能小车采用12V直流电机为后轮驱动力，6V步进电机为前轮转向控制提供动力，故智能车平台需驱动12V直流电机和6V步进电机。由于需要控制小车的车速以及小车行驶的方向(包括转向以及前进、后退、停车)，直流电机驱动采用常用的H桥电路，通过控制信号选通对管与否实现电机的正反转，并改变所加电压的占空比来改变电机转速。这里采用电机驱动专用芯片L298N，该芯片可驱动两路5-36V的直流电机或者一路四拍的步进电机。同时在L298N与主控芯片间通过四路光耦TLP521-4隔离消除干扰信号。 搭建好电路后不要直接在小车上调试，外界一只相同电压的电机测试模块。在STC12C5A60S2上配置好串口、PWM，实现串口接收的数据直接赋值给PWM定时器CCAP1L、CCAP1H。利用串口调试助手发送控制信息给STC12C5A60S2，同时辅助外界电源更改L298N的IN1和IN2，共同完成L298N电机驱动模块的调试。 2、光电对管测速 光电对管采用TCRT5000，由一只特殊的发光二极管和光电三极管构成，当二极管发出的光打在光电三极管的基极B上时三极管CE导通。而正常情况下二极管的光不能到达光电管的基极上，故通过在车轮上贴反射片即可实现对小车的测速。假设车轮均匀贴有n片反射片，测得光电三极管的输出脉冲频率为f，则车速=f/n。为了提高测速的精度，在信号后级添加比较器调理信号为标准的方波，调节比较器运放的偏置电压使方波信号最适合于测速。 同样适用外界电机(已配有自制的编码盘)，给电机加电让其带动编码盘旋转，将光电对管靠近编码盘，用示波器观测输出脉冲信号的有无与好坏，调节比较器偏置电压使脉冲最接近于方波且幅度大于3.3V。 3、超声测距 超声波测距的方法有多种:如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。本设计采用往返时间检测法测距。其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，往返时间与超声波传播的路程的远近有关。测试传输时间可以得出距离。假定s为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时间为T，超声波传播速度为V表示，则有关系式S=VT／2 。 超声波发射部分是为了让超声波发射换能器TCT40－16T能向外界发出40 kHz左右的方波脉冲信号。编程由单片机端口输出40 kHz左右的方波脉冲信号，由于单片机端口输出功率不够，40 kHz方波脉冲信号分成两路，送给一个由74HC04组成的推挽式电路进行功率放大以便使发射距离足够远，满足测量距离要求，最后送给超声波发射换能器TCT40－16T以声波形式发射到空气中。发射部分的电路，如图4所示。图中输出端上拉电阻R31，R32，一方面可以提高反向器74HC04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。 上述TCT40－16T发射的在空气中传播，遇到障碍物就会返回，超声波接收部分是为了将反射波(回波)顺利接收到超声波接收换能器TCT40－16R进行转换变成电信号，并对此电信号进行放大、滤波、整形等处理后，这里用索尼公司生产的集成芯片CX20106，得到一个负脉冲送给单片机的INT0引脚，以产生一个中断。 接在CX20106的第五脚上的电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。电路中采用一只粗调的可变电阻和一只精密调节的电阻串联而成。调节函数信号发生器产生40K的方波，接在超声发射电路的输入端，同时用示波器观测超声接收电路的输出端。用书本等模拟障碍物，调节两只电阻观测示波器看接收端否会产生电平跳变。 4、电源模块 对于小车而言电源是整个系统的咽喉，考虑到体积、重量、电能容量等。这里我们选取8节1.5V锂电池串联起来作为总电源输出(12V)，采用LM78L05、LM317构成整个电源模块。 5、无线通信模块 无线通信采用现成的串行接口的蓝牙模块，只需要配置主从机、信道、通信密钥、波特率即可实现无线串行通信。这样PC和主控STC12C5A60S2只需将通信理解为串行通信，给程序构架带来便利。不过需要考虑通信接口的问题:STC12C5A60S2是5V电压供电，TXD和RXD的通信电信号自然是以5V为参考电平；蓝牙模块是3.3V电压供电，TXD和RXD的通信电信号自然是以3.3V为参考电平。所以我们需要添加电平转换，实现STC12C5A60S2与蓝牙模块的正常通信。一般电平转换可以使用专用的芯片74xHCT或164245，电阻分压法、OC/OD 器件法、晶体管上拉电阻法等。不过对