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基于單片機的紅外遙控小車設(shè)計與制作論文(編輯修改稿)

2025-11-12 10:52 本頁面

　

【文章內(nèi)容簡介】原理圖 L298N 電機驅(qū)動模塊驅(qū)動模塊簡介本設(shè)計采用雙驅(qū)動的小車，驅(qū)動模塊要分別控制小車的左、右兩個電機，使小車的兩個車輪的轉(zhuǎn)速和方向相同或不同，從而來控制它的前進和轉(zhuǎn)彎。在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，用一個 L298N 芯片來分別連接單片機和直流電機。如圖 6 所示。 L298N 是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，它響應(yīng)頻率高，一片 L298N 可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅(qū)動，驅(qū)動能力大，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良 [6]。因 4 此，采用驅(qū)動芯片 L298N 進行電機驅(qū)動控制，它的使能端可以外接高低電平，也可以利用單片機進行軟件控制，極大地滿足各種復(fù)雜電路需要。另外， L298N 的驅(qū)動功率較大，能夠根據(jù)輸入電壓的大小輸出不同的電壓和功率，解決了負載能力不夠這個問題。 6 9 V 直流電源輸入單片機 4 個 I O 口控制信號輸入E N A E N B 使能端控制默認短路帽短接即模塊都能輸出給 A 電機 B 電機電源指示燈 1 個電機正反轉(zhuǎn) 指示燈 4 個5 V 直流擴展輸出兩個直流電機電機驅(qū) 動模塊圖 6 電機驅(qū)動模塊的結(jié)構(gòu)圖驅(qū)動模塊的基本電路 L298N 有兩路電源分別為邏輯電源和動力電源，邏輯電路為 6V，動力電源為 12V； ENA 與 ENB 直接接入 6V 邏輯電源也就是說兩個電機時刻工作在使能狀態(tài)，控制電機的運行狀態(tài)只有通過 J1 接口，如圖 7 所示；由于我們使用的電機是線圈式的，在從運行狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到停止狀態(tài)和從順時針狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到逆時針狀態(tài)時會形成很大的反向電流，在電路中加入二極管的作用就是在產(chǎn)生反向電流的時候進行泄流，保護芯片的安全。圖 7 驅(qū)動模塊基本原理圖紅外檢測模塊紅外檢測采用了 TCRT5000，在車前部安裝 5 對 TCRT5000 紅外對管，與路面距離在 8mm 左右。 TCRT5000檢測電路如圖 8 所示。用 TCRT5000 傳感器模塊專門用作黑（白）線檢測的傳感器，特別適合復(fù)雜黑白線、交叉黑白線的檢測，它有 6 路高靈敏度的紅外傳感器 (5 路巡線、 1 路蔽障 )，能夠?qū)诎拙€準確的識別 [6]。它有如下功能和特點：集成 5 路尋跡傳感器，適合復(fù)雜黑線的跟蹤，對于簡單的黑線尋取更不在話下，如圖 8 所示；有一路蔽障用的紅外傳感器，蔽障距離可以通過滑動變阻器調(diào)節(jié)，方便有蔽障需求的機人設(shè)計；有一個專門設(shè)計的觸碰傳感器，使得有這方面的需求機器人設(shè)計更加簡便；輸出信號全部都為數(shù)字信號，方便與單片機相連； 5 全部傳感器都有 LED 燈作為指示，方便調(diào)試；支持電壓為滿足大多數(shù)系統(tǒng)需求。黑線檢測原理是紅外發(fā)射管發(fā)射光線到路面，紅外光遇到白底則反發(fā)射，接收管接收到反射光，經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后輸出低電平；當紅外光遇到黑線時則被吸收，接收管沒有接收到反射光，經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后輸出高電平。圖 8 TCRT5000 檢測部分電路圖電機模塊電動機簡稱電機，是使機械能與電能相互轉(zhuǎn)換的機械，直流電機把直流電能變?yōu)闄C械能。作為機電執(zhí)行元部件，直流電機內(nèi)部有一個閉合的主磁路。主磁通在主磁路中流動，同時與兩個電路交聯(lián)，其中一個電路是用以產(chǎn)生磁通的，稱為激磁電路；另一個電路是用來傳遞功率的，稱為功率回路或電驅(qū)回路。現(xiàn)行的直流電機都是旋轉(zhuǎn)電驅(qū)式，也就是說，激磁繞組及其所包圍的鐵芯組成的磁極為定子，帶換向單元的電驅(qū)繞組和電驅(qū)鐵芯結(jié)合構(gòu)成直流電機的轉(zhuǎn)子。采用直流電機。直流電機的控制方法比較簡單，只需給電機的兩根控制線加上適當?shù)碾妷杭纯墒闺姍C轉(zhuǎn)動起來，電壓越高則電機轉(zhuǎn)速越高。對于直流電機的速度調(diào)節(jié)，可以采用調(diào)節(jié)電壓的方法，也可采用 PWM 調(diào)速方法。 PWM 調(diào)速就是使加在直流電機兩端的電壓為方形波形，通過改變方形的占空比實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 3 系統(tǒng)軟件部分由于采用程序控制小車的行駛方向，因此軟件的設(shè)計也是整個系統(tǒng)設(shè)計中很重要的部分。本系統(tǒng)的軟件用 C 語言編寫，分為主程序，外部中斷解碼子程序、自動駕駛子程序、手動駕駛子程序、障礙物檢測子程序、軌跡檢測子程序、定時器 1 中斷調(diào)速子程序等。主程序完成系統(tǒng)硬件的初始化、子程序調(diào)用等功能 [7]。遙控子程序設(shè)計遙控模塊設(shè)計是通過把紅外接收頭VS1838B 的輸出端接到單片機的管腳上，然后用遙控器對其進行遙控，接著讓單片機解碼，產(chǎn)生 PWM 控制信號，通過 L298N 控制電機的轉(zhuǎn)速，讓小車達到前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)及停止行駛的目的 [8]。開始定時器、外部中斷初始化紅外解碼是否有紅外信號？是否尋到黑線？是否尋到黑線？尋跡運行尋跡運行手動運行引導(dǎo)碼？等待第一個高電平延時 0 . 9 ms高電平？為 1 為 032 位 ?退出進入中斷圖 9 主程序流程圖 10 解碼程序流程圖YYYNNNN NNYYY 6 尋跡子程序設(shè)計尋跡模塊設(shè)計是通過把 TCRT5000 傳感器的輸出端分別接到單片機的、、、和管腳上，然后通過單片機編程，產(chǎn)生 PWM 控制信號，通過 L298N 控制電機的轉(zhuǎn)速，讓小車達到前進、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的目的。 4 軟件調(diào)試通常一個調(diào)試程序應(yīng)具備至少四種性能：跟蹤、斷電、查看變量、更改數(shù)值。整個程序是一個主程序調(diào)用各個子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程，要使整個程序能夠平穩(wěn)運行，則各個模塊程序的正確和平穩(wěn)運行是必不可少的，所以在軟件調(diào)試的最初階段須將各個模塊子程序分別進行調(diào)試。結(jié)語本設(shè)計方案按照要求，以 STC 單片機為控制核心，結(jié)合無線遙控模塊、紅外對管尋跡模塊、電機控制模塊實現(xiàn)小車的無線遙控功能、自動尋跡功能、自動避障功能。基本完成各項指標，實現(xiàn)小車的遙控行駛。系統(tǒng)是通過軟硬件結(jié)合的方式，得到硬件檢測信號后輸入單片機各個對應(yīng)的 I/O 接口，通過 C 語言程序控制過程，小車由遙控啟動后，自動尋跡，并不斷檢測遙控、避障信號，只要得到其中任何一種信號都將轉(zhuǎn)入它們對應(yīng)的功能模塊，實現(xiàn)有效控制。由于時間及能力的有限，整個小車的功能有所簡化，伴隨著出現(xiàn)不足的地方：遙控只能達到前進、后退、左右轉(zhuǎn)以及原地轉(zhuǎn)，不能控制加減速。由于這些不足可以激發(fā)我的興趣，不斷完善小車：遙控達到以上功能外還加入速度控制等等智能的效果。這些也需要從進一步學(xué)習來實現(xiàn)，讓自己更上一個臺階。參考文獻： [1] 郭天祥．新概念 51 單片機 C 語言教程 [M]．北京：電子工業(yè)出版社， 2020， 01 [2] 張迎新．單片機原理及應(yīng)用 (第二版 )[M]．北京：電子工業(yè)出版社， 2020， 01 [3] 史洪宇．基于單片機的多功能智能小車的設(shè)計 [J]．儀表技術(shù)， 2020(12)： 1618 [4]

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