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(fā)射模塊供電，發(fā)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(tǒng)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(tài)。

在小車處于運動狀態(tài)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(tài)。

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(tài)。

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(tài)。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(xù)按下之后，小車的標志K4_m=2，小車進入后退模式。

若想從現(xiàn)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(tài)，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(fā)射模塊和接收模塊組成。系統(tǒng)框圖如圖3所示。

為了較好的實現(xiàn)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(jié)兩個電機的轉速，調節(jié)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(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)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(lián)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(xiàn)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(xiàn)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(fā)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(xiàn)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(fā)射接收模塊進行遙控。
  

1.2硬件系統(tǒng)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(yōu)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(jié)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(jié)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(jié)紅外發(fā)射管的功率，將紅外線發(fā)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(fā)器來穩(wěn)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(wěn)定性，選擇了現(xiàn)在比較流行的315M無線發(fā)射和接收模塊，發(fā)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(wěn)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(yōu)點是可以把電壓加到12V來增大發(fā)射模塊的功率，從而增大了發(fā)射接收的距離，增強了該模塊的實用性。發(fā)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(fā)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(tǒng)穩(wěn)定性，軟件設計使用PWM調制技術，在實現(xiàn)原有功能的基礎上，減小了電功率，更加節(jié)能。系統(tǒng)設計時，基本上都使用現(xiàn)在比較通用的電路模塊和集成芯片，利于系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(yè)產品的自動往返運輸。系統(tǒng)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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