基于52单片机的智能小车的设计与制作

　　引言：

　　随着电子技术、计算机技术和制造技术的飞速发展，消费产品呈现光、机、电一体化、智能化、小型化的趋势。各种智能化小车在市场玩具中占一个很大的比例。传统玩具的市场比重正在逐步缩水，高科技含量的电子玩具蒸蒸日上，日益成为电子玩具行业的发展主流。智能控制与传统控制有机的结合起来，取长补短，提高整体优势，更好地满足人们的需求。智能技术必将迎来它的发展新时代，因此，我们设计了这款智能小车。

　　1、机械部分总方案

　　在小车的机械要求保证预定的功能的前提下，我们还考虑到小车的经济、可靠、外形美观，性能好、富有时代特点。

　　转向机构与驱动系统的设计是至关重要的。为了保证小车转向时精确、灵敏、可靠性高且在转向时小车前轮纯滚动而无滑动，利用阿克曼原理及解析算法，设计出等腰梯形的双摇杆机构，小车的完美转向变为现实。

　　1.1、机械控制原理

　　在以单片机为核心的控制下，直流减速双电机驱动小车后轮，舵机通过等腰梯形双摇杆机构控制小车转向。

　　如图一所示：

　　图一：机械控制原理图

　　1.2、阿克曼原理：

　　如图二所示：

　　图二：阿克曼原理示意图

　　转弯时因轮距与轴距的关系，两前轮转角不同，内侧轮转向角比外侧转向角大，要使车辆转向顺利，车轮在地面纯滚动而不产生滑移，必须使所有车轮都绕同一瞬时转动中心滚动，两前轮转轴延长线与后轮轮轴延长线交与一点，这是阿克曼原理。此时，转向的内外轮转角关系为 ：

　　ctgβ-ctgα=M/L

　　由解析法计算等腰梯形双摇杆机构连杆、连架杆长度：

　　已知连架杆AB的三个位置与连架杆CD的三个位置相对应，即三组对应位置为

　　建立直角坐标系，如图所示，和分别为AB和CD的初始角，各杆长度分别用矢量和表示。将各矢量分别在轴和轴投影，得到投影方程

　　在上述方程中消去并整理，可得与之间的函数关系

　　在上式中令：

　　通过化简可得到：

　　将两连架杆对应的参数分别代入到方程得到，再根据其他条件选定机架长度，据此，可求出其余杆的长度

　　有了小车的驱动结构和转向结构，将小车其他零件装配好，可得到小车的装配图，如图三：

　　图三：小车整体装配图

　　2、电路部分总体方案

　　智能小车采用52单片机作为控制器，通过控制电路控制舵机转向和直流减速电机的转速、转动方向，使小车能够走直线和转弯。运用集成的红外对管GP2A25来巡线，安装在车子前方，并排安装三个，采集路面信号反馈给单片机，再由单片机控制电机的转动和方向的调整，从而达到巡线的效果。整个小车还采用金属传感器来识别小车巡线上的金属。

　　整个小车的结构图如图四所示：

　　图四：电路部分总方案图

　　下面分别讨论以上五个模块。

　　2.1、单片机最小系统

　　单片机要能够工作，必须加上晶振和复位电路，如果用到P0口的话还得给其加上上拉电阻，保证通电后P0为高电平。另外还得有给单片机烧写程序的下载器，这个老师已给。单片机是此电路的核心部分。设计采用的52单片机，其工作电压为5V(20引脚接5V，40引脚接地)。单片机根据程序输出逻辑电压从而完成控制作用。本设计使用单片机的P0.5到P0.7引脚来作为红外巡线的反馈控制引脚。P0.4为金属传感器的控制端口，只可惜时间上不允许我们把金属探测的功能做出来。P2.0到P2.3,为直流减速电机的控制线接口，能控制左右电机的正转、反转和停转;P2.4和P2.5为电机的使能端接口，分别控制左右电机的转速。P2.6为舵机的控制线接口，通过控制占空比来控制舵机的转向及转角大小。电路图如图五：

　　图五：单片机最小系统

　　2.2、电源模块

　　首先单片机用到的是5V的数字电，而电机驱动要用到L298的芯片，这种芯片用到12V的模拟电压，驱动舵机用到的又是5V的模拟电压。这就用到了三种电压。我手上有一块12V的电池，能够供给L298作为电机驱动的电源。然后我选择L7805来得到5V的模拟电压。最后供给单片机的也是此电压，然后把数字地和模拟地共地，从而得到了整个智能小车的总体供电系统。但是由于数字电和模拟电共在一起，干扰很大，系统的效果并不是很好。电路图如图六：

　　图六：电源模块电路图