制作遥控小车

只看该作者 · 2008-9-9 18:10

我现在初学单片机，想自己做一个遥控小车，但又不知如何下手。请哪位高手能指点一下，在下将不胜感激！

3万 · 2008-9-9 21:40

小车自动走迷宫

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小车系统硬件：

1 小车车体

我们采用的电脑鼠是主要由一块上面嵌有芯片和控制电路以及电池盒的圆形电路板，左右两侧各有一只轮子，前方和轮子内侧共有5对红外发射接受器，分别用于障碍判断和行进距离计数。

2 小车控制器模块

控制器模块采用的是采用美国LuminaryMicro 公司生产的32 位ARM CortexM3处理器LM3S101。该芯片可以满足我们的基本需要，但片上资源很少，不易扩展性。

3 电源模块

电脑鼠的电源采用4 节1.5V 的5 号电池供电，电源插座为2.54-2T 型插座，如图所示。

4 稳压模块

升压芯片采用Sipex 公司的低静态电流、高效率的升压芯片SP6641A，升压电路如图所示。输入电压3.3V，输出电压5V。

5 电机驱动模块

电机采用直流减速电机，最高输出转速为800 转/分钟，工作电压为DC3V。电机驱动电路采用专用的单相直流电动机桥式驱动芯片，如图所示。

TA7291S 是TOSHIBA 公司生产的单相直流电动机桥式驱动芯片，工作电压4~20 伏，最大输出电流400mA。电动机驱动由输入端IN1 和IN2 控制，控制方法如表所示。

注：电机的正转和反转与OUT1 和OUT2 与直流电机的接线有关，这里主要是相对的。???

6 车速检测模块

对于小车的车速检测及距离确定的一般原理是这样的：小车的行驶过程是一个连续的时间过程，它的时间、路程、速度都是连续的。我们用t表示时间，S表示路程，υ表示瞬时速度，那么它们的数学定义为：

，

，小车的平均速度为：

。
将上面的式子离散化，假设在一个很短的时间t内小车行驶了S的路程，则小车的即时速度

。直接得到小车的速度的传感器很难实现，但是小车行驶的距离是容易测量的，因为车轮在行驶的过程中一直在旋转。假设车轮的周长为L，在时间t内转动了N圈，则小车行驶的距离为：S=N·L。在实际过程中，我们需要把车轮的转动信息转换成电信号，就是使用速度传感器得到脉冲信号。如果小车转动一周得到一个信号，则很显然的，距离测量的最大误差就是车轮的周长。因此，我们有必要在车轮转动一周的过程中得到尽可能多的计数脉冲。假设在车轮转动一周的过程中均匀地得到m个脉冲信号，那么距离测量的最大误差就变为L/m，如果在时间t内得到的计数脉冲为N个，那么小车行驶的距离为：

。???????????? 因此，在小车的速度和距离的检测过程中最需要知道的就是车轮旋转时产生的脉冲个数。
速度传感器有多种，我们采用的是反射式光电传感器。原理如下：

由发射管TX发射的红外线经被检测物表面反射，反射光被接收管RX接收，接收管将接收的红外线信号转换成电信号。被检测物表面的光滑程度和表面颜色影响反射光的强弱，反射面越不光滑，颜色越暗，则反射光越弱。在这里，我们就是要利用它对颜色敏感的特点，当检测物表面为黑色时，反射光很弱，接收端检测到的光线可以忽略，使接收端呈现一种状态，例如开关管截止；当被检测物表面为白色时，反射光强烈，发射端发射的红外线被接收端全部接收，使接收端呈现另一种相反的状态，例如开关管开通。这两种相反的状态表现在电路中，就是高低电平组成的脉冲信号。在我们的系统中，每个轮子外表面涂上了黑白相间的条纹，每个反射式光电传感器由一个IO口来得到脉冲信号。通过前面叙述的原理，我们就可以算出小车的速度和行走的距离。当然这个速度和距离存在着误差，这个误差在我们的系统中是允许的。检测电路中，红外发射与接收管正对着黑色边时，PULSE 输出高电平；正对着白色边时，PULSE 输出低电平；从黑色边到白色边，PULSE 输出一个下降沿信号；从白色边到黑色边，PULSE 则输出一个上升沿信号。LM3S101 单片机可以检测输出脉冲的下降沿信号判断车轮转到的角速度，当检测到12个下降沿信号时，轮子转动了一圈。电路如图所示：

反射式红外线传感器：

1 反射式红外线传感器设计方案

反射式红外传感器探测障碍物的原理参见图所示，发射管与接收管平行同向安装，接收管只能接收到发射回来的红外线信号。发射管向外发射红外线后，如果在有效距离范围内存在反射表面，则反射回来的信号将会被检测到。如果不存在反射表面或则反射表面距离太远，接收传感器将不能检测到信号。

方案一：不调制的反射式红外发射-接收器。由直流电直接驱动红外管发光，这样电路简单，成本较低。但由于所有物体只要温度高于零摄氏度，都会向外发送红外线，且太阳光和日光灯中最强，所以该很容易受到外界干扰。驱动电路如图所示。

方案二：脉冲调制的反射式红外发射-接收传感器。考虑到环境干扰主要是直流分量，如果采用带有交流分量的调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬时电流可以很大，这样也大大提高了信噪比，可以有效避免外界环境变化对系统检测精度的影响。电路原理图如图2.3 所示，由可调电阻R1，红外线发光管D1 和三极管Q1 构成的电路为红外线发射电路。R1 可以调节红外线发光管的发光强度，Q1 起驱动作用。在接收电路中，U1 为一体式红外线接收传感器IRM8601S，，它内部集成自动增益控制电路、带通滤波电路、解码电路及输出驱动电路。但由于它是开漏输出，所以输出端需接一个上拉电阻，见图中的R3。其中R2 是限流电阻，C1 滤出电源高频干扰。

2 一体化红外接收头工作原理

一体式红外线接收传感器IRM8601S，它内部集成自动增益控制电路、带通滤波电路、解码电路及输出驱动电路。当连续收到38KHz 的红外线信号时，将产生脉宽10ms 左右的低电平。如果没有收到信号，便立即输出高电平。如图所示，Send 为发射控制端，高电平时发射38KHz 的红外信号。Out 为接收输出端，低电平表示收到信号。

3 检测障碍物的软件设计

根据接收头是否检测到经过反射的红外线信号，就可以判断是否存在障碍物。由于接收头检测到信号时只产生一个负脉冲，所以只需要在检测时使能红外线发射，一次检测结束后使能无效，程序设计参考流程图如图所示。

迷宫挡板检测：

1 原理分析

Micromouse 中文名为“电脑鼠”，电脑鼠在迷宫中行进时是靠侦测路面情况前进的。它的左右传感器不但要检测是否存在支路（没有挡板就是一条支路）还要避免和挡板碰触。因此电脑鼠每一侧在正常情况就需要两组红外传感器，一组检测稍微远一点的距离，判断是否存在支路，一组检测稍微近一点的距离，判断是否即将碰触挡板。
由此看出，电脑鼠每侧都需要两组传感器，但是如果只用一组传感器来完成两个参数的检测是否可行呢？我们知道，如果使用非调制的普通红外接收头，就可以根据接收到的信号的强弱来计算距离，可是非调制的抗干扰差，但是如果使用调制的一体化接收头，检测信号输出的是数字信号，这样通过检测传感器输出信号的强弱来计算距离的方法肯定行不通，但还有没有其他方法可以实现距离的测量呢？答案是肯定的。
把上面测距的原理反过来，我们可以通过改变发射出的接收传感器能够识别的信号强度，当接收头刚好能接收到信号时，记录下此时发射的强度，这样也就可以大致测算出距离。
改变输出接收传感器所能识别信号的强度的方法有两种：
1. 改变输出信号的能量，改变输出信号的能量又有两种方法：
改变输出信号的幅度，如图所示，改变Send 端的输出电压或调节可调电阻R1 的阻值就可以实现
改变输出信号的占空比，如图所示，改变输出的38KHz 信号的占空比就可以实现
2. 改变输出信号的频率，由于一体化接收头是38KHz 的带通滤波器，所以发射信号的频率偏离38KHz 越多，能检测到的有效信号就越少。这样也就可以改变有效发射信号的强度。如果通过改变输出信号的幅度，就需要还需要一个D/A 转换器或手动调节R1，这样要不增加了成本要不不适用于自动控制。如果通过改变占空比的方式就需要使用PWM 功能，但PWM 功能已经被驱动小车的电机占用，所以只能通过改变输出信号的频率来实现测距，这样只需要一个定时器就可以完成功能。

2 调制信号产生

本设计中采用定时器1 产生38KHz 的调制信号，由PB5 输出，该端口连接到上图中的Pulse 端口。在中断中翻转PB5 输出信号，所以要产生频率为f 的脉冲，定时器的频率要为2f。在本设计中要产生38KHz 的频率，定时器中断频率为76KHz。

3 抗干扰处理

红外线在空气中传播和反射受外界的干扰，如果测量距离刚好处在能够检测到信号的临界状态，保持距离不变，传感器输出信号也可能不确定。这样就需要在软件中进行抗干扰处理，程序将在附录中给出。
下图为抗干扰程序在Micromouse 中运行后用逻辑分析仪抓到的波形图，Pulse 为38KHz 的输出信号，Send 高电平有效，有效时发送红外线脉冲，OUT 为一体化接收头输出端，该图所示为接收头探测到障碍物，软件在Send 信号无效（下降沿）前完成检测OUT输出信号，从图中可以看出，此时正处于OUT 有效信号的中间，所以软件里延时参数能保证正确检测到信号。

只看该作者 · 2008-9-10 08:33

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只看该作者 · 2008-9-10 12:02

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1 反射式红外线传感器设计方案

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做个记号

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