小車使用12V鉛蓄電池，電池電量不足時，無法帶動小車。需要進行充電，使用12V的充電器充8小時為宜。

在安裝是注意接收模塊的安裝方向，安裝如圖1所示。

給發射模塊供電，發射模塊電路接口如圖2所示。接線注意正負。供電電壓（VCC）3~12V都可。

正確連接和電源指示等正常工作后，程序復位，小車進入操作模式選擇，小車的可選模式為（前進、后退、紅外尋跡）。程序內部設立標志，用于統計用戶所想要的模式。

K3鍵為確定鍵，每次按下操作鍵（K1、K2、K4）時，都需要按K3來通知微控制器當前的狀態。

在小車處于運動狀態時，按下K1，K2，K3中的任何一個時，都可以使小車停止運動。

K4鍵為模式選擇鍵。第一次按下K4，確定后（按K3），內部程序標K4_m=1，程序進入前進模式。在此時按K1（或K2），確定后（按K3），小車進入左轉前進（或右轉前進）狀態。

第二次按下K4，確定后（按K3）,內部程序標志K4_m=2，程序進入后退模式。在此時按K1（或K2），確定后（按K3），小車進入左轉后退（或右轉后退）狀態。

第三次按下K4，確定后（按K3），內部程序標志K4_m=3，此時，小車進入紅外尋跡狀態。小車的紅外對管處在白色的地面上時，程序默認的是前進。處于黑色的地面上時，程序默認的是前輪左右轉彎，但小車不前進。將小車放置于白色有黑線的地面上時（注意：黑線的寬度應為3~4CM為宜，不要超過紅外對管的間距！），小車可以自動按照黑線前進。

第四次按下K4，確定后（按K3），內部程序標志全部復位清零。此時，小車在此進入操作模式選擇。

• 操作示范
  

小車上電復位后，若想直接讓小車后退，操作方法如下。

按下K4，再按K3，再按K4，再按K3，連續按下之后，小車的標志K4_m=2，小車進入后退模式。

若想從現在的后退模式進入前進模式，操作方法如下。

按下K4，再按K3，再按K4，再按K3，再按K4，再按K3，此時小車的標志K4_m=1，小車進入了前進模式。按下K2，再按K3，小車開始右轉前進。

摘要：本小組設計小車為一款工作在51單片機下的遙控小車，用無線電遙控小車運行。小車又可以工作在自動尋跡狀態，可以跟隨地面上的黑線前進。當小車靠近障礙物時，小車會自動避障。本作品適合單片機初學者了解和學習單片機，也適合機器人愛好者了解智能控制的基礎教材。

根據課題的設計要求，本方案主要由電源模塊、微控制模塊、尋跡模塊、電機驅動模塊、發射模塊和接收模塊組成。系統框圖如圖3所示。

為了較好的實現各個模塊的功能，我們做了如下的論證。

第一種方案是自己用覆銅板和電機自制一個兩電機小車，前輪使用步進電機做轉向，后輪用直流電機做動力。第二種方案也是制作一個小車，不過小車前面使用萬用導向輪做轉向，小車后面用兩個直流電機做轉向控制，通過調節兩個電機的轉速，調節小車的速度和轉向。這兩種方案中心都是自制一個小車，考慮到傳動裝置的缺乏和購買傳動裝置的費用較高，而且組裝出來的裝置傳動效果可能不太理想，就放棄了自制小車的兩個方案。

第三種方案是購買成品小車，由于得到老師提供的一款玩具小車的底座，通過分析該小車的轉向角和帶負載能力，都可以滿足本系統的要求。試驗時，在小車上放置四塊較大覆銅板，小車的速度還需要通過PWM降速，使其速度滿足紅外尋跡的要求。所以最后選擇了該方案。

所選的小車底座有兩個直流電機。單片機的驅動能力無法直接驅動直流電機，所以要使用電機驅動電路。第一種方案是，選用H橋驅動兩個直流電機。H橋驅動電路電路比較復雜，并且是單片機直接控制，電路的性能無法保證。最后不做考慮。

第二種方案是用驅動芯片驅動電機。驅動芯片可以減少電路的復雜度，使電路美觀，且效率較高。通過考慮各種驅動芯片的性能和我校實驗室的現有資源，選擇了L298N驅動芯片，它可以驅動兩個直流電機，并對兩個直流電機進行PWM調速。在設計電路時，使用現在比較流行的光耦隔離電路，將單片機控制電路和直流電機驅動電路隔離。

• 小車電源的選擇
  

第一種方案是選用多塊串聯的可充電鋰電池。但是由于鋰電池的重量較輕，需對電機進行過大的PWM調速，使得電機的驅動力大大下降。其次是電池的價格較高，于是便放棄此方案。

第二種方案是使用12V的鉛蓄電池，第一考慮的就是小車的帶負載能力，通過試驗得知，小車帶同樣重量的負載時，還需要進行PWM調速，速度才可以滿足要求。通過調整重心的位置，使重心后移，小車可以自由的進行轉向，從而對自動尋跡的轉向沒有任何影響，最后便選擇了該方案。

第一種方案是選擇精準度較高的紅外探測傳感器，但是考慮到價格和小車的帶負載能力，放棄了這個方案。

第二種方案是使用紅外對管，特點是價格低，質量輕，對小車的轉向不會造成影響。在使用時，測試的效果不夠理想，檢測的靈敏度非常低，不能夠滿足自動尋跡的要求。在后來的實驗中，在每個紅外對管的外面套上熱縮管，減少外界光線對紅外對管的干擾，使得紅外對管的檢測靈敏度大大提高，達到了尋跡檢測的要求，所以最后選擇了該方案。

第一種方案是紅外遙控。紅外遙控的電路比較簡單，實現起來比較方便。但是紅外遙控的弊端是容易受到外界光線的干擾，并且紅外遙控必須使遙控端和被遙控端相對且處于接近一條直線上，這樣根本不能實現對小車的全方位遙控。所以最后放棄了這個不太合理的方案。

第二種方案是使用無線電遙控。一般的無線電電路制作出來之后的效果太理想，為了保證遙控的效果，選擇了集成的無線電模塊電路（315M發射和接收模塊）。為方便對無線電的控制，最后選擇了PT2262-L4芯片和PT2272芯片來實現編碼。

1）車體為成品玩具車的底座，包括兩個直流電機。

• 電機驅動電路選擇為光耦隔離的L298N驅動電路。
• 電源選擇12V的鉛蓄電池。
• 智能尋跡模塊選用紅外對管。
• 使用編碼芯片通過無線電發射接收模塊進行遙控。
  

1.2硬件系統設計

1.2.1電機驅動模塊

驅動芯片使用的是SGS公司的產品LM298N，15腳Multiwatt封裝的。內部同樣包含4通道邏輯驅動電路。可以方便的驅動兩個直流電機。其驅動直流電機電路的優點是電路簡單可靠，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調節輸出電壓，帶上TLP521光耦后，有利于單片機的控制。

L298N可接受標準TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4．5～7 V電壓。4腳接電源電壓，電壓范圍VIH為＋2．5～46 V。輸出電流可達2．5 A，可驅動電感性負載。L298可驅動2個直流電動機，在本模塊中，我們把OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間分別接電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉。6（EnA），11（EnB）腳分別接PWM控制端，調節電機的轉速。

圖4為L298N的功能邏輯圖，圖5為電機控制電路原理圖，其中1,15腳為輸出電流反饋引腳，通常在使用中可以直接接地。

本模塊選用的器件是比較便宜的紅外對管，通過電位器調節紅外發射管的功率，將紅外線發射出去，接收管接收經過地面反射回來的紅外線，由于黑色會吸收較多的紅外線，從而使接收管接收到的紅外線減少，使接受管輸出端產生電平信號的變化。為了消除紅外對管的抖動，在電路圖中加入史密斯觸發器來穩定信號，選用的集成芯片是74LS14，其內部邏輯圖如圖6所示。

紅外尋跡電路原理圖如圖7所示。

在紅外對管的外面加設熱縮管，大大提高了紅外對管的靈敏度，實物圖如圖8所示。

為了保證無線電遙控的效果和穩定性，選擇了現在比較流行的315M無線發射和接收模塊，發射模塊如圖9所示，接收模塊如圖10所示。

使用編碼芯片可以提高信號的穩定性和正確性，保證遙控時不會出錯。使用的芯片是PT2262-L4引腳圖如圖11所示,PT2272引腳圖如圖12所示。

該芯片的優點是可以把電壓加到12V來增大發射模塊的功率，從而增大了發射接收的距離，增強了該模塊的實用性。發射模塊電路圖如圖13所示，接收模塊電路圖如圖14所示。

制作后的發射模塊實物為圖15所示。

本設計選用的集成元件L298N，PT2262,PT2272等，簡化了硬件設計，縮小了硬件空間，提高了系統穩定性，軟件設計使用PWM調制技術，在實現原有功能的基礎上，減小了電功率，更加節能。系統設計時，基本上都使用現在比較通用的電路模塊和集成芯片，利于系統的維護。設計選用的器材實用性強，價格較合理，成本適中。本系統小車是智能和人工控制并存，適合單片機初學者的制作與學習。

本系統可作為單片機初學者對單片機功能的了解及進一步學習的實訓教材，提高他們學習單片機的興趣和動手能力；也可開發汽車的自動避障功能，提高道路安全的模擬實驗；部分功能模塊，可應用于工廠的自動控制，例如無線遙控機器設備、工業產品的自動往返運輸。系統的自動尋跡為智能模塊，也可作為機器人愛好者的學習基礎材料。

機會！

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2018-7-27 00:00 上傳

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