基于52單片機(jī)的智能小車(chē)的設(shè)計(jì)與制作

　　引言：

　　隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的飛速發(fā)展，消費(fèi)產(chǎn)品呈現(xiàn)光、機(jī)、電一體化、智能化、小型化的趨勢(shì)。各種智能化小車(chē)在市場(chǎng)玩具中占一個(gè)很大的比例。傳統(tǒng)玩具的市場(chǎng)比重正在逐步縮水，高科技含量的電子玩具蒸蒸日上，日益成為電子玩具行業(yè)的發(fā)展主流。智能控制與傳統(tǒng)控制有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高整體優(yōu)勢(shì)，更好地滿足人們的需求。智能技術(shù)必將迎來(lái)它的發(fā)展新時(shí)代，因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了這款智能小車(chē)。

　　1、機(jī)械部分總方案

　　在小車(chē)的機(jī)械要求保證預(yù)定的功能的前提下，我們還考慮到小車(chē)的經(jīng)濟(jì)、可靠、外形美觀，性能好、富有時(shí)代特點(diǎn)。

　　轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。為了保證小車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)精確、靈敏、可靠性高且在轉(zhuǎn)向時(shí)小車(chē)前輪純滾動(dòng)而無(wú)滑動(dòng)，利用阿克曼原理及解析算法，設(shè)計(jì)出等腰梯形的雙搖桿機(jī)構(gòu)，小車(chē)的完美轉(zhuǎn)向變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

　　1.1、機(jī)械控制原理

　　在以單片機(jī)為核心的控制下，直流減速雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車(chē)后輪，舵機(jī)通過(guò)等腰梯形雙搖桿機(jī)構(gòu)控制小車(chē)轉(zhuǎn)向。

　　如圖一所示：

　　圖一：機(jī)械控制原理圖

　　1.2、阿克曼原理：

　　如圖二所示：

　　圖二：阿克曼原理示意圖

　　轉(zhuǎn)彎時(shí)因輪距與軸距的關(guān)系，兩前輪轉(zhuǎn)角不同，內(nèi)側(cè)輪轉(zhuǎn)向角比外側(cè)轉(zhuǎn)向角大，要使車(chē)輛轉(zhuǎn)向順利，車(chē)輪在地面純滾動(dòng)而不產(chǎn)生滑移，必須使所有車(chē)輪都繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心滾動(dòng)，兩前輪轉(zhuǎn)軸延長(zhǎng)線與后輪輪軸延長(zhǎng)線交與一點(diǎn)，這是阿克曼原理。此時(shí)，轉(zhuǎn)向的內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系為 ：

　　ctgβ-ctgα=M/L

　　由解析法計(jì)算等腰梯形雙搖桿機(jī)構(gòu)連桿、連架桿長(zhǎng)度：

　　已知連架桿AB的三個(gè)位置與連架桿CD的三個(gè)位置相對(duì)應(yīng)，即三組對(duì)應(yīng)位置為

　　建立直角坐標(biāo)系，如圖所示，和分別為AB和CD的初始角，各桿長(zhǎng)度分別用矢量和表示。將各矢量分別在軸和軸投影，得到投影方程

　　在上述方程中消去并整理，可得與之間的函數(shù)關(guān)系

　　在上式中令：

　　通過(guò)化簡(jiǎn)可得到：

　　將兩連架桿對(duì)應(yīng)的參數(shù)分別代入到方程得到，再根據(jù)其他條件選定機(jī)架長(zhǎng)度，據(jù)此，可求出其余桿的長(zhǎng)度

　　有了小車(chē)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，將小車(chē)其他零件裝配好，可得到小車(chē)的裝配圖，如圖三：

　　圖三：小車(chē)整體裝配圖

　　2、電路部分總體方案

　　智能小車(chē)采用52單片機(jī)作為控制器，通過(guò)控制電路控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向和直流減速電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使小車(chē)能夠走直線和轉(zhuǎn)彎。運(yùn)用集成的紅外對(duì)管GP2A25來(lái)巡線，安裝在車(chē)子前方，并排安裝三個(gè)，采集路面信號(hào)反饋給單片機(jī)，再由單片機(jī)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和方向的調(diào)整，從而達(dá)到巡線的效果。整個(gè)小車(chē)還采用金屬傳感器來(lái)識(shí)別小車(chē)巡線上的金屬。

　　整個(gè)小車(chē)的結(jié)構(gòu)圖如圖四所示：

　　圖四：電路部分總方案圖

　　下面分別討論以上五個(gè)模塊。

　　2.1、單片機(jī)最小系統(tǒng)

　　單片機(jī)要能夠工作，必須加上晶振和復(fù)位電路，如果用到P0口的話還得給其加上上拉電阻，保證通電后P0為高電平。另外還得有給單片機(jī)燒寫(xiě)程序的下載器，這個(gè)老師已給。單片機(jī)是此電路的核心部分。設(shè)計(jì)采用的52單片機(jī)，其工作電壓為5V(20引腳接5V，40引腳接地)。單片機(jī)根據(jù)程序輸出邏輯電壓從而完成控制作用。本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)的P0.5到P0.7引腳來(lái)作為紅外巡線的反饋控制引腳。P0.4為金屬傳感器的控制端口，只可惜時(shí)間上不允許我們把金屬探測(cè)的功能做出來(lái)。P2.0到P2.3,為直流減速電機(jī)的控制線接口，能控制左右電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn);P2.4和P2.5為電機(jī)的使能端接口，分別控制左右電機(jī)的轉(zhuǎn)速。P2.6為舵機(jī)的控制線接口，通過(guò)控制占空比來(lái)控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)角大小。電路圖如圖五：

　　圖五：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)

　　2.2、電源模塊

　　首先單片機(jī)用到的是5V的數(shù)字電，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)要用到L298的芯片，這種芯片用到12V的模擬電壓，驅(qū)動(dòng)舵機(jī)用到的又是5V的模擬電壓。這就用到了三種電壓。我手上有一塊12V的電池，能夠供給L298作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電源。然后我選擇L7805來(lái)得到5V的模擬電壓。最后供給單片機(jī)的也是此電壓，然后把數(shù)字地和模擬地共地，從而得到了整個(gè)智能小車(chē)的總體供電系統(tǒng)。但是由于數(shù)字電和模擬電共在一起，干擾很大，系統(tǒng)的效果并不是很好。電路圖如圖六：

　　圖六：電源模塊電路圖