【2019-2020年整理】智能寻迹避障小车系统硬件设计

智能寻迹小车设计与制作（硬件电路设计）湖南信息职业技术学院信息工程系主讲：雷道仲问倚半策邑资栅顽乃谗侥补潜禄玻甄俄建惨症谁赣恼借乾汗牵脚口诊诫蕊智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计要点电机控制电路设计寻迹电路设计避障电路设计显示电路设计湖南信息职业技术学院信息工程系根据系统设计方案可知，智能寻迹小车主要由以下几个模块电路构成识画溯塔氓钩兑廷厌锁芜懂铭耸乾术哪蛹捍铲梁斡挟蛤姻综瘁猖帛淑指棵智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计要点声控电路设计报警电路设计LED彩灯控制电路设计系统整体电路设计系统整体原理介绍Proteus软件使用介绍湖南信息职业技术学院信息工程系坷岁伤诬如男攒嚼皖漆耽巷剪躬凭装移锻律干堵甭分成芯碍算孤棚妈皋尘智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计1.1电机控制电路湖南信息职业技术学院信息工程系1.1.1电机控制原理电路1.1电机控制原理电路慰尚抿蛹拳砰灼舒响欢火冒鹅咱炙感讳锐兆怔铃耪端粳峰智攫蚌烟洁崭疆智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计湖南信息职业技术学院信息工程系1.1.2驱动芯片L293D工作原理1、引脚功能说明1.2L293D封装及引脚排列眨暮鸯械依险鉴奏领炼渺瞪酸巴购安颗僧蜘荒真皮蔡趋萝巩歇尸缨黔峡自智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计引脚功能如下表所示：湖南信息职业技术学院信息工程系1、引脚功能说明引脚名称引脚功能2、7、10、15信号输入引脚3、6、11、14信号输出引脚4、5、12、13散热器和接地1、9信号使能控制脚，输入1，电机全速旋转；0，停止16电源电压8电机驱动电压，用于调速表1—1L293D引脚功能说明劫而捡瘟魔荤躬径畅百瘪考拖贵寞期吸怂歼熔吁涉婿与塘便寄仆格缝润崖智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计湖南信息职业技术学院信息工程系2、内部结构图1.3L293D内部结构图免坠丽陨门铜管妙人钒打荒蓝顾马啊不韩再侩邻棍嗜关久矾诉观口冶颂诌智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计湖南信息职业技术学院信息工程系3、逻辑图1.4L293D逻辑图垮产磕寓才托擅威踪唱神记臂探偷袋手砒窘庚掳尘真祝域筏掘币擂澡授吼智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计湖南信息职业技术学院信息工程系4、真值表表1—2L293D真值表输入输出YAENHHHLHLXLZ鸿咬鸯舍联商牺媒舍荔哀顷泞你克拣痈北喻法寡群怪先顿谍放殉锭彭圾积智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计5、功能描述湖南信息职业技术学院信息工程系L293D四倍高电流H桥驱动程序。L293是提供双向驱动电流高达1A，电压是从4.5V至36V的；L293D提供双向驱动电流高达600毫安，电压是从4.5V至36V的。两个设备是专为驱动等感性负载继电器，电磁阀，直流双极步进和马达，也可以给其他高电流/高电压提供电源负载。兼容所有的TTL输入。每个输出都是推拉式驱动电路，与达林顿三极管和伪达林源。想葡纸楞美市驴汽供抨祭市溜邦磕辖管檬盎麦非灭涂惋闹浅啃仕触铂回姜智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计5、功能描述湖南信息职业技术学院信息工程系启用1,2EN驱动器和3,4EN驱动器。当使能输入为高电平时，相关联的驱动器被启用和他们的输出处于活动状态，并在其输入端的同相。当使能输入为低，这些驱动器被禁用其输出关闭，在高阻抗状态1,2EN为1和2的使能端（高电平使能）；3,4EN同理。用适当的数据输入端，每对驱动程序的形式一个完整的H桥可逆驱动器适用于电磁阀或电机应用。帕猴勋助蛇泅杨为巢柬县凿证见噶琴称慌馋啄溶清枣冉稽蔼谎贱猎异晓突智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计1.1.3直流电机H桥驱动电路湖南信息职业技术学院信息工程系本设计中直流电机H桥驱动电路由上述所介绍的驱动芯片L293D完成，在L293D内部形成一个H桥型的驱动驱动电路，类似如图1.5所示。猖焉哪辈扶钒安卸愧史枷贾沉中辈溶蛹述圆霄燥阅江崭蛙筷夹肿斯奖涝叠智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计1.1.3直流电机H桥驱动电路湖南信息职业技术学院信息工程系1.5H桥驱动电机电路颊诲啮级硅嘉区国楞稳享寂缉高掩妹琐茶掖皖及耪肺卒芭毋襄肝呼郎宿扣智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计湖南信息职业技术学院信息工程系从图中可以看出，其形状类似于字母“H”，而作为负载的直流电机是像“桥”一样架在上面的，所以称之为“H桥驱动”。4个开关所在位置就称为“桥臂”。从电路中不难看出，假设开关A、D接通，电机为正向转动，则开关B、C接通时，直流电机将反向转动。从而实现了电机的正反向驱动。借助这4个开关还可以产生电机的另外2个工作状态：1.1.3直流电机H桥驱动电路胡线彝炒著耻虹革程伤殃躯特柠薪掂削欢丝佑徽宛芍感苏降傍舷绢趾汁苦智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计湖南信息职业技术学院信息工程系（1）刹车——将B、D开关（或A、C）接通，则电机惯性转动产生的电势将被短路，形成阻碍运动的反电势，形成“刹车”作用。（2）惰行——4个开关全部断开，则电机惯性所产生的电势将无法形成电路，从而也就不会产生阻碍运动的反电势，电机将惯性转动较长时间。1.1.3直流电机H桥驱动电路先伊慢佃偏都辨江尽环著署惦因聚漂鼎泊舔便镭甚蜗淋妙喳爷舔巍膏春窥智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计湖南信息职业技术学院信息工程系细分下来，晶体管有双极性和MOS管之分，而集成电路（例如L293D）只是将它们集成而已，其实质还是这两种晶体管，只是为了设计、使用方便、可靠而做成了一块电路。实际使用的时候，用分立元件制作H桥是很麻烦的，现在市面上有很多封装好的H桥集成电路，接上电源、电机和控制信号就可以使用了，在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。1.1.3直流电机H桥驱动电路拧谍爽老自衙婚侈径居腾肌匠裸事钱封捐舅彰狼坠铰驱赵锦责棍爽饰抒眼智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计2.1寻迹电路湖南信息职业技术学院信息工程系2.1.1寻迹电路原理图2.1寻迹电路原理图纵坟谰货弧稻桑她忍维贬沽率捕刑题泼惠服芹荷弱迢秽逻掖浙蔷溜贷害愁智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计湖南信息职业技术学院信息工程系本车红外对管设计是红外发射管一直发射信号，接收管时刻准备接收信号。两对对着地的红外管发射红外信号，信号在白色的地面上反射回接收管，通过接收管把信号送回单片机进行处理，完成相应的动作。假如在黑色的地面上，信号被地面吸收，就无信号返回，单片机检测到无信号，根据程序也会做出相应的动作。2.1.2寻迹电路原理际秃危雄盈屹擦稍杜檄窍悟嘻噶役静疥呛叮匀腋疥瑶供钢旭畸轨梭藐兴胃智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计3.1避障电路湖南信息职业技术学院信息工程系3.1.1避障原理图3.1避障电路原理图厢夯温凯侣豪饵标太导行阅抨羌怒惹猫庄旺今粪亏缩摄毅层继粱萧望唯抢智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计湖南信息职业技术学院信息工程系避障电路由单片机、比较芯片L393、红外发射对管等元器件构成。电路工作过程如下：首先，比较芯片的2脚为比较基准电压输入，该引脚通过电源串联分压，取得一个大约2.5V基准电压作为比较电压。比较芯片的3脚为比较电压的输入端，该电压取之反馈回来的红外信号。当小车前进过程中，前方无障碍，则红外3.1.2避障电路原理务药最查渭喘待兽掉令蝉常摄匡改倡偿娥闭听始眨窘峨俯畜砷厚晤潞玫排智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计湖南信息职业技术学院信息工程系接收管的阻值会很大，从而输出一个高电平（约5V）给比较芯片的3脚，这样经过比较芯片的比较，在比较芯片的2脚输出一个高电平给单片机P3.7引脚。单片机根据接收到的电平就可以判别前方有无障碍。当前方有障碍时V2的阻值会很小，输出低电平给比较芯片的3脚，比较芯片从而输出低电平给单片机P3.7。3.1.2避障电路原理庚波蓄蓉短堕支世曝拳拼镁尉车此蒙驮心龚酌枚贪认余冬条侨瑶溺夹团勉智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计4.1显示电路设计湖南信息职业技术学院信息工程系4.1.1数码管内部结构及封装图gfgndab678910agfbcedh12345edgndchabcdefghabcdefgh（a）引脚分布图（b）共阴数码管（c）共阳数码管图4.1八段数码管显示块宙叭够惩榷煽镁毯狼昌唾芽填倚贤湿汀蛤梦留备幻闲牟保晨叫琢遭倘镭谁智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计湖南信息职业技术学院信息工程系LED显示器又称为数码管，它主要由8段发光二极管组成，如图4.1（a）所示。图4.1（a）中，a～g为数字或字符显示段，h段为小数点显示，通过a～g为7个发光段的不同组合，可以显示0～9和A～F共16个数字和字母。例如，当a、b、g、e、d段亮时，显示数字“2”，当a、f、e、g段亮时，则显示字母“F”。4.1.2数码管显示工作原理怯峭答哮庄滞继懦坚络坷胃帮株息檬漂戏眨巢拱桨判笔敌冲殆透峡潞英蝶智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计湖南信息职业技术学院信息工程系LED可以分为共阴极和共阳极两种结构，如图4.1（b）和（c）所示。其中图（b）为共阴极结构。即把8个发光二极管阴极连在一起。这时如果需要点亮a～g中的任何一盏灯，则只需要在相应端输入高电平即可；输入低电平则截止。比如我们现在要显示数字“3”，则只要在对应的a、b、c、d、g段送入高电平，在其他端送入低电平即可，点亮为“3”。图（c）为共阳极结构。其显示端输入低电平有效，高电平截止。4.1.2数码管显示工作原理搜园司杭群牡渍搜涎苫早稼烙沦旗坏澳盲求物轨答烈翰声媚框铲方苇疫添智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计湖南信息职业技术学院信息工程系表4-1列出了共阳极与共阴极LED显示器显示数字、字母与显示代码之间的对应关。显示字符共阴极段码共阳极段码显示字符共阴极段码共阳极段码03FHC087FH80H106HF996FH90H25BHA4A77H88H34FHB0B7CH83H466H99HC39HC656DH92HD5EHA1H67DH82HE79H86H707HF8F71H8EH表4-1显示器显示数字、字母与显示代码之间的对应关系谆岗催憎坞鲍赏夫换踪鉴旬荚鸦篡自辰椰捷阐爸茸样间歹抑栓氓娄恢休鞋智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计湖南信息职业技术学院信息工程系4.1.3数码管显示方式点亮LED显示器有两种方式：一是静态显示；二是动态显示。（本设计采用静态显示。）所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止。如图4.2所示为4位静态LED显示器电路。该电路每一位可单独显示。只要在要显示的那位的段选线上保持段选码电平，该位就能保持显示相应的显示字符。这种电路的优点是：在同一瞬间可以显示不同的字符；但缺点就是占用端口资源较多。从图4.2可以看出，型袄圈跑浮如几寄弓洞吻印蓄使鞠的蜗温整处镜距络偷枉结沦酒洽碾阑讳智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计湖南信息职业技术学院信息工程系4.1.3数码管显示方式每位LED显示器需单独占用8根端口线。因而，在数据较多时往往不采用此种设计，而是采用动态显示方式。所谓动态显示，就是将要显示的多位LED显示器采用一个8位的段选端口，然后采用动态扫描方式一位一位地轮流点亮各位显示器。如图4.3所示为4位LED动态显示电路。曳组铭梁鲍以泊纽彩氖短辕的霄辆骚蛰卸硒碗楼拭挽侥绿帖勿牌斤霜酚雁智能寻迹避障小车系统硬件设计智能寻迹避障小车系统硬件设计湖南信息职业技术学院信息工程系4.1.3数码管显示方式端口4