烟台大学毕业论文（设计）
控制部分方案一 、二中对电机的控制基本是相同的，都用继电器控制直流电动机的正反转，但方案二采用调节占空比实现电机的调速，而方案一直接采用消耗电阻的方式来控制加减速，脉宽调制控制加减速有它的好处，即控制电路速度选择可通过软件选择多种速度，但在实际应用中，由于各跑道摩擦力不同，在现场测试时并不好调节速度，而方案一在现场可直接调节速度，使用非常方便；再者，所谓脉宽调制也不能真正实现不消耗功率，因为单片机不能直接驱动电机，用三极管或光藕驱动时，在他们导通时就得消耗大量功率，而第一种方案在全速行驶时功率消耗比较小，在整个行程中是以全速行驶为主；方案二要体现出匀速行驶，对脉冲频率要求高，相应地对继电器要求也较高，而第一种方案就无此忧虑。光电检测器的检测部分也是相同的，均采用中断的控制方式，使用一个光电检测器即能使准确确定小车行驶位置。如前所述，方案一比方案二有许多优点，最重要是因为可靠性强，调整简单，有把握在规定的时间内完成此设计。为此我们选用方案一来实现。
（三） 硬件电路设计
1 . 电路方框图及说明
系统原理框图如下图所示。主控元件采用凌阳SPCE061A单片机，属于凌阳u’nSP?系列产品的一个16位结构的微控制器。在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，SPCE061A里只内嵌32K字的闪存（FLASH），但用在此系统上已经绰绰有余。较高的处理速度使u’nSP?能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。因此以u’nSP?为核心的SPCE061A微控制器也适用在数字语音识别应用领域。SPCE061A在2.6V~3.6V工作电压范围内的工作速度范围为0.32MHz~49.152MHz，较高的工作速度使其应用领域更加拓宽。2K字SRAM和32K字FLASH仅占一页存储空间，32位可编程的多功能I/O端口；两个16位定时器/计数器；32768Hz实时时钟；低电压复位/监测功能；8通道10位模-数转换输入功能具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式；双通道10位DAC方式的音频输出功能，这就为本系统的特定人辨识和语音播报打下了基础。凌阳音频很有特色，有自己的语音格式，压缩比最大可达80：1.5。这里所提到的压缩编码率即为压缩后每秒钟语音播放时所使用的数据量。而解码后每秒钟播放的语音数据量均为16K byte。将压缩前的数据量比上压缩后的数据量既可以得出凌阳不同音频格式压缩比。压缩比越大，占用存储空间越小，越节约资源。例如：采用SACM_A2000 16Kbit/s的编码率，播放1分钟，所占用存储器的空间为：16Kbit * 60s = 960K bit /8 =120K byte/2=60K word。
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主控电路正反向和加减速控制电路
光电检测障碍
物 凌阳SPCE061A单 霍尔元件检测轮子转数用来计算速度 片机 音频放大电 路 语音播报输 出
LED显示电路 光电检测障碍物 图2.3.1 总体电路方框图
2. 整体设计的布局：
其中：Motor1和 Motor3控制的方向一致，Motor2和 Motor4控制的方向一致。但Motor1和 Motor2不能同时为高或低。Motor3和 Motor4也不能一致。当Motor1和 Motor3为高电平，轮子向后转；为低电平时轮子向前转。Motor2和 Motor4也一样。当Motor1、Motor3 、Motor2和 Motor4均为高时，车子前行；均为低时，车子后退；一高一低时，转弯。MOT1由IOB10控制、MOT2由IOB11控制、MOT3由IOB12控制、MOT4由IOB13控制。J1由Motor1和Motor2控制。J2由Motor3和 Motor4控制.
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图2.3.2 总体布局总图
3 .各部分电路设计
(1) 光电检测电路设计
为了确定障碍物，加入障碍物检测的光电传感器采集信息，根据小车所处的位置改变行驶状态，所使用的光电传感器为市场上普通的光电传感器，光电管的测量最大范围为1.5－18.5cm，实际安装距地面为 2cm。发射管发出红外线光电信号，接收管接收到反射的光信号以后输出低电平, 接收管没有接收到反射的光信号时输出高电平，输出电平直接送IOB2做外部中断的信源。在没检测到障碍物时Uo输出为低电平，在检测到障碍物时Uo将与传感器内部电路断开，输出高电平 ，为了安全起见需加一个上拉电阻保护电路，如下图：在检测障碍物时采用查询方式，通过察看输出电平是高还是低来判断有无障碍物。
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图2.3.3光电监测电路
为方便大家扩展，在电机控制板上预留了六个开关型传感器接口，如下图所示，我们只要拉出一根线到IO口上即可。
图2.3.4 传感器接口电路 (2) 电机控制图
图2.3.5 电机控制电路
MOTI和MOT2输入高低电平即可在J1处得到正反向电压，后面的电路是由两个CMOS管和两个二极管构成的通断电路，MOTSP输入PWM就可在J2处接上电机，用于速度的控制。 整个小车的行使状态由两个电机控制，每一个电机控制一边的两个轮子，要转弯时控制一个电机正转一个电机反转的即可。为了保证能直线行走，就设计了一个口输出PWM的控制，这样
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就保证了两个电机的同步。 其中继电器驱动电路的设计如下
由于单片机 I/O口提供的电流太小，不能直接驱动继电器。在这里采用8050来提供一个开关电压，实现I/O口对继电器的驱动，用IN4007去掉继电器断开时线圈产生反向电流，保护8050。
图2.3.6 继电器驱动电路
（3） 行驶状态控制电路的设计
如图所示为行驶状态控制电路，整个小车的行驶状态由两个电机来控制，MOTOR B控制佐拐和右拐MOTOR A控制前进，倒退及三挡速度，
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