邵阳学院毕业设计（论文）
3.3循迹模块
红外感应器的传输方式因为其抗干扰能力强、发射功率十分的巨大，已普遍应用于智能化生产[8]。红外感应器根据其工作形式的不同大体上可以分为主动红外探测器和被动红外探测器，这两种工作模式都是通过光的阴影以及光学方法如反射、折射来检测对象至目标的位置。被动红外探测器本身是不发射光源的，它只能被动的利用其他光源，通过接受目标其所被发现的特殊性特征光谱辐射来测量并探测物体本身至目标的位置、温度或红外成像。此工作模式下电机驱动系统十分的方便迅速，不过同时其功能精准性以及模块抗干扰能力也相对来说比较差，主动红外探测器由于其调制模式的连接通信问题，可以解决了交换耦合直流放大器漂移问题，这样就可以大大的提高探测精度。与此同时，大部分的时间信号干扰由于环境光直流或低频分量可以用所预先设计的过滤器加以隔离开来，所以抗干扰能力十分的强大，缺点是具有相对被动红外探测器来说更为复杂的系统。具体原理图如图3.2所示。
图3.2循迹模块设计原理图
根据方案选择采用了被动式红外循迹检测方法，这种方法根据使用所发射信号的在具有差异的对象的不同光谱中有不同的曲射特性，智能小汽车在地面中驾驶的连续过程中不断的发射一定的特征红外感光光线，特征红外感光光线漫反射在地板上的白光再转换为反射光，被安装在小车底部的红外自动接收管；而我们预先设置好的黑色引导线会将特征红外感光光线吸收，不可能会让一个自动红外接收管所接收到。根据核心控制模块所接收到的信号反馈来实现对引导线的距离以及小车的前进方向进行调整。红外探测器探测范围也是有一定局限性的，一般来说是不会超过3厘米的。但由于我们是将红外探测器安装在小车底部，从地面近距离的漫反射到传感器的距离十分的近，所以在此设计中红外探测器的使用是足以实现跟踪功能的。
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3.4避障模块
本次设计中采用的是反射式超声波测距换能器，相比红外传感器，反射式超声波测距换能器的设计模块系统更加简单方便，同时因为其超声波的特性，在不同的介质中传输速度更为稳定，而红外避障模块的整体设计更为复杂，抗干扰能力也相对反射式超声波测距换能器来说更差，所以使用反射式超声波测距换能器更为合适。原理图如图3.3所示。
超声波测距的原理是利用单片机持续的输出一个频率为40 KHZ的输出触发电平信号，将之前所发出的输出触发电平信号通过三角针输入至超声波测距模块，再通过发射器的一个方向发射超声波，超声波测距模块在单片机软件定时器时钟电路的开始时刻开始进行计数计时。超声波在空气中进行传播，遇到障碍物之后将会在进行返回[9]。超声波测距模块接收到遇到障碍之后返回的反射波之后，接收到回波信号之后生成的响应将会反馈到单片机，在这个时候单片机就会立即停止计时。如下图是超声波模块的电路原理图，由于超声波的传播速度为已知，故可以根据计时器开始记录的时间，以及遇到一个障碍物之后返回时单片机收到的反馈时间就可以计算的距离。为使得超声波模块能够更加的精确，故将其独立设置一个电源模块，下图3.4为超声波模块电源原理图。
图3.3超声波模块原理图
图3.4超声波模块电源原理图
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3.5无线遥控模块
无线遥控模块根据方案论证是使用红外遥控来实现的。
一般来说常用的红外遥控系统通常是由一个红外发射器件（即红外电子遥控器）以及红外接受两个模块构成的，使用已经高度集成的专业编码芯片运行程序所需的指令。放射模块一般都包括有：外设键盘矩阵、编码调制解读器、红外发送器件等，而接受部分包括光电数模放大稳压器件、解码电路、解调电路等部分构成的。具体流程图如图3.5所示。
图3.5红外无线遥控系统示意图
在红外发射器（即遥控器）发射红外信号时，首先得根据信号的不同选择相应的矩阵按键，根据命令的不同，所需的按键遥控编码也是不相同的。其具体的波形图如图3.6所示。
图3.6红外遥控解码波形图
红外接受器件可以选择使用集成了光电放大器一级红外接收器于一体的红外接受器件，不在需要外加任何的外部器件。十分的简洁方便。且能够正常的完成由接受到的红外信号到转换为数字信号的过程中的所有工作，同时体型相当的小巧，相应的电路也更加简单。
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3.6电机驱动模块 3.6.1直流驱动电机的原理
直流驱动电机是根据一个稳定的直流稳压电源的能量输入，再根据输入的电压以及所设置的电路来输出不同机械能的机械。如下图所示为常用的驱动电机原理内部设计图。一般来说我们称呼这个电路为“H桥驱动电路”，因为此电路的整体外形像是英文中的大写字母的“H” [10]。一共有四个稳压电源的三极管环绕在驱动电机的四周。要使得驱动电动机能够正常的工作,必须要让所处与对角线上的两对稳压三极管同时导通。根据所需要求的不同，在不同的条件下稳压三极管的传导电流的方向可变，可以是从左到右穿过电动机，也可以是从右到左穿过驱动电动机。根据传导电流方向的不同从而控制驱动电机的转向。如下图3.7所示。
图3.7“H”桥驱动电路原理图
如上所述，要使得驱动电动机能够正常的工作，必须要让所处与对角线上的两对稳压三极管同时导通。举个例子：当左上角的稳压三极管与处于其对角线的右下角稳压三极管同时进行工作，这个时候电机的电流就会从电源的正极经过左上角稳压三极管从左至右穿过我们的驱动电机，之后再经过右下角稳压三极管回到驱动电机电源的负极，此时电机将会向右偏移。这种状态下，驱动电机将会顺时针转动。同理当左下角稳压三极管与处于其对角线的右上角稳压三极管同时导通，这个时候电机的电流就会从电源的负极经过左下角稳压三极管从右至左穿过我们的驱动电机，之后再经过右上角稳压三极管回到驱动电机电源的正极。这种状态下，驱动电机将会逆时针转动。
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3.6.2直流电机驱动电路
在本次设计中，直接使用封装好的电机驱动电路，即使用电机驱动芯片L293D。 如下图3.8为L293D的电路图：
图3.8 L293D 电路图
可以看出此芯片其内部电路就是H桥驱动电路。下图3.9为L293D的引脚图：
图3.9 L293D引脚图
相比于普通的直流驱动电机电路，使用L293D芯片是通过控制脉冲负载比算法来实现速度控制。这种方式具有更加良好的调速特性、平和调整速度、可调速度更大、装载能力也更加强大。
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