图2.6 78M05电路图
在此电路中，采用两路供电，一路单独为单片机、指示灯、光电测速传感器等供电，另一路为电机驱动L298n、光电管等供电，L298n的驱动电压不经任何处理直接由电池供电，根据本设计的需要，电池电压能很好地满足行进速度要求。
2.7 测速模块设计
为了使智能小车能够沿着赛道平稳运行，需要控制电机转速，使小车在急转时不至于速度过快而冲出黑线。通过控制驱动电机上的平均电压可以控制电机转速，但如果是开环控制，会受诸多因素影响，如电源电压、齿轮传动摩擦力、道路摩擦力和前轮转向角度等。这些因素会造成小车行驶不稳定，通过速度检测，对车速进行闭环反馈控制，即可消除上述各因素的影响，使得小车运行更稳定[7]。
2.7.1 测速模块方案论证
在理想状况下（车轮不打滑），车速与驱动电机转速成正比。车速的检测通常通过电机转速的检测来实现。电机转速的检测方法有以下几种常用方法：
1.测速发电机
采用同轴直接连接或齿轮传动等方式，测速发电机与电机相连，它的输出电压与电机转速成正比。
2.转角编码盘
分增量位置输出和绝对位置输出两种。通常可用增量式编码盘，它输出的脉冲个数与电机转角成正比，从而使它的输出脉冲频率与电机转速成正比。它可通
过测量单位周期内脉冲的个数或脉冲周期获得脉冲频率。
3.反射式光电检测
在小车后轮齿轮的传动盘上装上黑白相间的光电码盘，通过固定在附近的反射式红外传感器读取光电码盘转动的脉冲数。
4.对射式光电检测
对射式光电检测可以大大提高测量精度，原理与反射式光电检测一样，它的优势在于机械结构比较稳定。
5.霍尔传感器检测
在电机长尾轴轴上粘贴1个或2个小型永磁体，在附近固定1个霍尔传感器，霍尔元件有3个引脚，其中2个是电源和接地，第3个是输出信号，只要通过1个上拉电阻接上5V电压，就可以形成开关脉冲信号，电机每转1周，就可形成1或2个脉冲信号[8]。
方法比较：采用转角编码盘测速最精准，使用也方便，但成本高；采用霍尔传感器测速比较可靠，抗干扰能力强，但是安装起来比较麻烦；采用反射式光电传感器或对射式光电传感器比较简单，只需在电机的长尾轴上套上一个码盘，用MC-2单路测速模块检测。既可满足小车的精度要求，且成本低，最后从机械结构的稳定性上考虑最后决定用第四种方法—对射式光电传感器检测车速。 2.7.2 MC-2单路测速模块简介
MC-2单路测速模块是用一个小型的对射式红外发射接收对管和一个码盘来实现的。码盘会随电机转动而转动，测速装置会随之产生一系列脉冲信号并将些高低电平经反相器离散后送至单片机的ECT接口，通过单片机来捕捉这些电平的上升和下降沿，计算一定时间内的脉冲个数即可得到电机转速[9]。在电机长尾轴处上固定一个对射式红外传感器，在电机尾部长轴上套上了双叶码盘，使其处于对射式传感器沟槽之间，电机转动时，码盘随电机轴转动，通过固定在附近的对射式红外发射接收对管读取码盘转动的脉冲。安装形式如图2.7所示。
图2.7 MC-2单路测速模块安装形式
MC-2单路测速模块外形图：
图2.8 单路测速模块外形图
MC-2单路测速模块原理图：
图2.9 MC-2单路测速模块原理图
被测转速经过传感器变换后变为电压的变化值。为了进行信号的分析、处理、显示和记录，须对信号作放大、运算、分析等处理，这就引入了中间变化电路。根据系统需要设计了如图4所示的中间变换电路。其中，R1、R4起限流作用，R2起分流作用，R3为输出电阻。当叶片未挡住通光孔时，输出低电平；当通光孔被遮住时，输出高电平。中间变化电路如图2.10所示。
图2.10 中间变化电路
MC-2单路测速模块是专为测速而开发的。配合长尾轴电机，其测速的采样率是非常高的。电机转速在10000转左右，测速模块可以每秒测量到约166个脉冲，模块所配套的遮光片是一个长条形的，所以每转可测得2个脉冲，该模块可以在每秒测到166*2=332个脉冲，大大提高了系统的测试速率，从而为PI速度控制系统提供一个高速率的检测系统。
2.8显示模块设计
2.8.1 LED数码显示器的结构与编码方式
显示单元是智能终端装置和计算机控制的重要组成部分，用来显示中间和最终的计算结果，本设计选用常见7段共阳极LED显示器，用于显示智能小车电机的转速。LED显示器简单易用，其内部为一发光二极管，在发光二极管正极加上正向电压，负极通过限流电阻接地，则发光二级管发光。本设计选用的7段LED数码管显示器内部结构图如图2.11所示，当阴极段加载低电平时，对应段的发光二极管就导通点亮，而加载高电平时则不导通点亮。
图2.11 7段数码显示器外形及结构图
采用7段LED显示器可以显示数字0～9和字母A～F，其显示字符与对应段的点亮是有规律的。7段LED显示器包含7段发光二极管和小数位发光二极管，共8位，正好用一个字节来表示，通常将控制二极管点亮的8位二进制数称为段数码。本设计选用的7段码表的部分显示代码如表2.1所示。
表2.1 7段LED数码管字型显示代码表
显示数字 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 E a 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 f 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 b 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 g 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 c 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 dp 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 d 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 e 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 共阳极 十六进制显示代码 14H d7H 4cH 45H 87H 25H 24H 57H 04H 05H 2cH 本设计选用的7段LED显示器是通过软件实现译码过程的。设计中由系统程序完成BCD 7段码的转换，直接送出即为显示码，不需要外接7段译码器。