22章 智能电动小车 单片机原理、接口及应用 课件

1、第22章智能电动小车任务要求：智能循迹小车 采用单片机作为小车检测和控制的核心，实现显示和自动控制功能。通过三个红外光电传感器对汽车运动方向进行检测，使其沿着引导线前进，运用PID算法调速技术，完成对小车运动速度和运动方向的控制，并用动态显示显示小车的运动时间和速度。9/15/20221一、硬件电路方案的选择与论证 STC89C52RC单片机 显示模块时间与速度电机驱动模块红外循迹传感模块霍尔测速模块9/15/20222 对各模块的实现分别有以下一些不同的设计方案：1、电动机驱动调速模块 根据题目要求，通过控制电机两端电源的极性就可实现电机的正、反转，采用不同占空比的PWM信号来控制直流电机，

2、即可实现电机调速的目的，三种设计方案的比较如下： 9/15/20223方案一：采用继电器对电动机的开关进行控制，通过控制继电器开与关的时间比例到达对电动机速度的调节。这个方案的优点是电路简单，缺点是继电器响应时间慢、易损坏、寿命短、可靠性低。方案二：采用数控电位器X9313集合NE555多谐振荡器输出PWM信号。通过单片机控制数控电位器来调整NE555多谐振荡器的输出方波的占空比，到达对电机速度的控制。这个方案的优点是控制比较方便、节约软件资源，但数控电位器不易购置且硬件参数的计算较繁琐。9/15/20224方案三：采用单片机直接产生PWM信号结合由772组成的经典H型桥式PWM电机驱动电路。

3、此电路中驱动管772工作在占空比可调的开关状态，通过单片机可精确调整电动机的转速。由于此电路中管子工作在饱和截止的状态下，所以效率非常高；H型电路保证了可以简单实现转速和方向的控制；电子开关的响应时间很短，稳定性极强。兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，因此本设计采用方案三。9/15/202252.红外循迹传感模块 探测引导黑线的原理大致是：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸的反射系数不同，可根据接收到的反射光强弱判断是否到达黑线。可采用以下几种方案方案一：可见光发光二极管与光敏三极管组成的发射接收电路。这种方案的缺点在于其他环境光源会对光敏三极管的工作产生很大干扰，一

4、旦外界光亮条件改变，很可能造成误判和漏判；虽然采取超高亮发光管可以降低一定的干扰，但这又将增加额外的功率损耗。9/15/20226方案二：利用激光。此方案虽然抗干扰性强，可靠性高，但其缺点在于体积大、功耗大、价格高。方案三：使用红外发光二极管和接收管组合。由于红外光波长比可见光长，因此受可见光的影响较小。同时红外系统还具以下优点：尺寸小，质量轻，能有效的抗可见光波段的伪装，对辅助装置要求最少，对人眼无伤害。通过比照，在这次设计中由于是近距离探测，采用方案三来完成数据采集较为适宜 9/15/202273、显示电路模块方案：4位动态显示。用单片机I/0口直接控制四位数码管的段码与位端再加上切实的软

5、件算法便可组成数码管动态显示，该方案较为简单，显示时也较为稳定。4 、测速模块方案：采用简单的霍尔传感器对小车轮胎磁片在单位时间检测到的次数，通过采集到的数据加以软件的算法来完成。9/15/20228二、 软件局部流程图开始I/O口初始化打开定时器T1时时进行红外口数据采集控制电机打开定时器T1计时显示打开定时器 T0 时时检测小车速度9/15/20229三、电路板制作及调试要点电路构建完毕后，制作PCB板，焊接，调试是工程成功的关键。结合课题一存在问题讲解电路板制作及调试要点。9/15/2022101、PCB板构图要点板层符号信号电路板层Toplayer 表层、元件面敷铜板面，用红色表示；B

6、ottomlayer 底层、焊接面敷铜板面，用兰色表示；对于双面板来说，缺一不可。单面板Toplaver可以作为跳线表示。机械板层Mechanical 标注和加工有关的标志，打印时必须存在。板尺寸界限层 Keepoutlayer 在印刷板上有此线，便于决定幅员大小，有利加工 。以上板层制作印刷电路板打印时必须参加。9/15/202211丝印层TopOverlay 表层元件标号、外形，用黄色表示；建议器件标号、参数均显示。可以打印一张器件安装参考。阻焊层 尺寸即焊盘大小TopSolder，BottomSolder 阻粘层 尺寸即焊盘大小TopSolder，BottomSolder 钻孔板层Dri

7、ll layer 以上板层工厂加工方有用。9/15/202212一些特殊技巧放汉字注释放板尺寸界限 便于控制加工尺寸焊盘大小改变可修改封装库器件标号、参数敷地线 地线、电源线宽度应作相应加粗。 设置必要参数Clearance constraint 规定导线至焊盘最小距离Witch constraint 规定导线宽度9/15/2022132、电路板调试用万用表检查线路板有无短路、断路。按照IC插座、电阻、瓷片、蜂鸣器、继电器、电容顺序焊接。注意二极管、电解电容极性，IC插座方向检查要点：元器件位置、参数、极性；量测整块板电源、地之间电阻值约在2K以上；量测IC各相邻引脚之间应无短路；量测各IC的电源、地引脚连接正确。9/15/202214通电测试接入5V电源，测量各管脚电位正常；用万用表电流档测量电源电流在200mA以下；插入带有测试程序的芯片，