河南农业大学理学院本科毕业论文
控制逻辑见表4.1
表4.1 L298N控制逻辑表
电机
旋转方式
控制端 IN1
控制端IN2
控制端IN3
控制端 IN4
输入PWM信号改 变脉宽可调速 调速端A
M1
正转 反转 停止
M2
正转 反转 停止
1 0 0 / / 0
0 1 0 / / 0
/ / / 1 0 /
/ / / 0 1 /
1 1 1 / / /
调速端B
/ / / 1 1 1
图4.8 单片机利用L298控制电机的原理图
15脚是输出电流反馈引脚，其它与L298相同。在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。上图是其与51单片机连接的电路图 4.3.4直流电机PWM调速控制
直流电动机转速
n=(U-IR)/Kφ
其中U为电枢端电压，I为电枢电流，R为电枢电路总电阻，φ为每极磁通量，K为电动机结构参数。
直流电机转速控制可分为励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法是控制磁通，其控
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制功率小，低速时受到磁饱和限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大动态响应较差，所以这种控制方法用得很少。大多数应用场合都使用电枢电压控制法。随着电力电子技术的进步，改变电枢电压可通过多种途径实现，其中PWM(脉宽调制)便是常用的改变电枢电压的一种调速方法。
PWM调速控制的基本原理是按一个固定频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内接通和断开的时间比(占空比)来改变直流电机电枢上电压的\占空比\，从而改变平均电压，控制电机的转速。在脉宽调速系统中，当电机通电时其速度增加，电机断电时其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可控制电机转速。而且采用PWM技术构成的无级调速系统．启停时对直流系统无冲击，并且具有启动功耗小、运行稳定的特点。
设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，且设占空比为D = t／T，则电机的平均速度Vd为：
Vd=VmaxD
由公式可知，当改变占空比D = t／T时，就可以得到不同的电机平均速度Vd，从而达到调速的目的。严格地讲，平均速度与占空比D并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可将其近似地看成线性关系。 在直流电机驱动控制电路中，PWM信号由外部控制电路提供，并经高速光电隔离电路、电机驱动逻辑与放大电路后，驱动H桥下臂MOSFET的开关来改变直流电机电枢上平均电压，从而控制电机的转速，实现直流电机PWM调速。
当用单片机I/O口输出PWM信号时，可采用以下三种方法：
利用软件延时。当高电平延时时间到时，对I/O口电平取反变成低电平，然后再延时；当低电平延时到时，再对I/O口电平取反，如此循环就可得到PWM信号。
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图4.9 电机驱动模块原理图
4.4 循迹模块
小车循迹原理是小车在画有黑线的白纸 “路面”上行驶，由于黑线和白纸对光线的反射系数不同，可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”—黑线。笔者在该模块中利用了简单、应用也比较普遍的检测方法——红外探测法。
红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物理表面具有不同的反射性质的特点。在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地面时发生漫发射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，则小车上的接收管接收不到信号，再通过LM339作比较器来采集高低电平，从而实现信号的检测。
市面上有很多红外传感器，在这里我选用TCRT5000型光电对管。
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图4.10 TCRT5000实物图
图4.11 循迹模块原理图
4.5 避障模块
通过超声波模块测得小车与前方的障碍物的距离S，当S小于等于20cm时，小车左转
避开障碍物。在设计中直接选用超声波测距模块HC-SR04。 4.5.1 超声波发射电路设计
超声波发射电路是由超声波探头和超声波放大器组成。超声波探头将电信号转换为机械波发射出去，而单片机所产生的40 kHz的方波脉冲需要进行放大才能将超声波探头驱动将超声波发射出去，所以发射驱动实际上就是一个信号的放大电路，本设计选用74LS04芯片进行信号放大，超声波发射电路如图4.12所示。
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图4.12 超声波发射电路
工作时，由单片机产生40 kHz的脉冲从P0.1口向超声波的发射电路部分发出信号，再经74LS04放大电路放大后，驱动超声波探头将超声波发射出去。 4.5.2 超声波接收电路设计
由于超声波在空气中的传播过程中是有衰减的，如果距离较远，那么超声波接收电路所接收到的超声波信号就会比较微弱，因此需要对接收到的信号进行放大而且放大的倍数也要比较大。超声波接收电路主要是由集成电路CX20106A芯片电路构成的，CX20106A芯片电路可以对超声波信号进行放大、限幅、带通滤波、峰值检波、整形、比较等功能，比较完之后超声波接收电路会输出一个低电平到单片机去请求中断，当即单片机停止计时，并开始去进行数据的处理。
CX20106A芯片的前置放大器具有自动增益控制的功能，当测量的距离比较近时，放大器不会过载；而当测量距离比较远时，超声波信号微弱，前置放大器就有较大的放大增益效果。CX20106A芯片的5脚在外接电阻对它的带通滤波器的频率进行调节，而且不用再外接其他的电感，能够很好地避免外加磁场对芯片电路的干扰，而且它的可靠性也是比较高的。CX20106A芯片电路本身就具有很高的抗干扰的能力，而且灵敏度也比较高，所以，能满足本设计的要求。超声波接收电路如图4.13所示。
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