小车

上拉电阻与下拉电阻
上拉电阻就是把不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，此电阻还起到限流 的作用。 同理，下拉电阻是把不确定的信号钳位在低电平。上拉电阻是指器件的输入电 流，而下拉指的是输出电流。 为什么要使用拉电阻： a、一般作单键触发使用时，如果IC本身没有内接电阻，为了使单键维持在不 被触发的状态或是触发后回到原状态，必须在IC外部另接一电阻。 b、数字电路有三种状态：高电平、低电平、和高阻状态，有些应用场合不希 望出现高阻状态，可以通过上拉电阻或下拉电阻的方式使处于稳定状态，具体 视设计要求而定！ c、一般说的是I/O端口，有的可以设置，有的不可以设置，有的是内置（AVR 单片机的I/O口内置上拉电阻，做输入时可通过程序开启上拉电阻），有的是需 要外接（51单片机的P0口），I/O端口的输出类似与一个三极管的C，当C接通 过一个电阻和电源连接在一起的时候，该电阻成为上C拉电阻，也就是说，如 果该端口正常时为高电平，C通过一个电阻和地连接在一起的时候，该电阻称 为下拉电阻，使该端口平时为低电平. 比如：当一个接有上拉电阻的端口设为输入状态时，他的常态就为高电平，用 于检测低电平的输入。 l 上拉电阻是用来解决总线驱动能力不足时提供电流的。一般说法是拉电流，下 拉电阻是用来吸收电流的，也就是所谓的灌电流。(51最小系统)
寻 线 小 车
寻线小车
一、寻线小车原理： 这里的循迹是指小车在黑色地板上循白线行走， 通常采取的方法是红外探测法。 红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体 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，当红外光遇到白色纸 质地板时发生漫反射，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，小车上的 接收管接收不到红外光。单片电就是否收到反射回 来的红外光输依据来确定黑线的位置和小车的行走 路线。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超 过3cm。
2.4稳压模块 稳压模块
5V电源的制作：
D9 1 4 2 + Cj1 CAPACITOR POL 3 C4 CAP 2 U4 LM7805 Vin G ND Vout 3 R51 RES2 C6 CAP D20 LED BRIDGE1 5V电电电电电电，输输输 1 VCC
+ Cj4 CAPACITOR POL
电容容量大的话，就是提高电流输出能力，小容量电容是抗干扰过滤高频的 如果是电解电容器，它的作用叫“退耦”，通俗说就是减少电源内阻对负载产 生不良影响。 如果是瓷片电容器，它一般和电解电容器并联起来一起工作，在 电路板上它两的安装位置一般不在一起，它的作用是对付高频干扰。
2.5寻迹传感器模块 寻迹传感器模块
2.2控制器模块 控制器模块
方案1：采用可编程逻辑期间CPLD作为控制器。CPLD可以实现各 种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、 易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度， 适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能， 对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑我 们放弃了此方案。 方案2：采用凌阳公司的16位单片机，它是16位控制器，具有体积小、 驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断 处理能力强等特点。处理速度高，尤其适用于语音处理和识别等领域。 但是当凌阳单片机应用语音处理和辨识时，由于其占用的CPU资源较多 而使得凌阳单片机同时处理其它任务的速度和能力降低。 本系统主要是进行寻迹运行的检测以及电机的控制。如果单纯的使 用凌阳单片机，在语音播报的同时小车的控制容易出现不稳定的情况。 从系统的稳定性和编程的简洁性考虑，我们放弃了单纯使用凌阳单片机 而考虑其它的方案。 方案3：采用Atmel公司的ATmaga32L单片机作为主控制器。 ATmaga32L是一个低功耗，高性能的8位单片机，片内含32k空间的可 反复擦些100,000次的Flash只读存储器，具有2Kbytes的随机存取数据 存储器（RAM），32个IO口，2个8位可编程定时计数器，1个16位可编 程定时计数器，四通道PWM，内置8路10 位ADC。且maga系列的单片 机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。
电解电容与瓷片电容的作用及区别
1，滤波作用，在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直 流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其 充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直 流电压。在实际中，为了防止电路各部分供电电压因负载变化 而产生变化，所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接 有数十至数百微法的电解电容．由于大容量的电解电容一般具 有一定的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在 其两端并联了一只容量为0.001--0.lpF的电容，以滤除高频及 脉冲干扰． 2，耦合作用：在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后 两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容藕合．为了防止 信号中韵低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容。 两种电容的材质是不同的。陶瓷电容无极性，电解电容有极性。 陶瓷电容的容量一般较小，电解电容的容值可以做得很大。另 外两者的用途也有差别，陶资电容一般用于信号源滤波，而电 解电容一般用于电源部分。
方案1：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化 而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射 较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经 过比较器就可以输出高低电平。 但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。因此我们考虑其他更加稳定的方案。 方案2：用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外 线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则 检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电 平。这样自己制作组装的寻迹传感器基本能够满足要求，但是工作不够稳定，且容易受 外界光线的影响，因此我们放弃了这个方案。 方案3：用RPR220型光电对管。RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射 器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。 RPR220采用DIP4封装，其具有如下特点： 塑料透镜可以提高灵敏度。 内置可见光过滤器能减小离散光的影响。 体积小，结构紧凑。 当发光二极管发出的光反射回来时，三极管导通输出低电平。此光电对管调理电路简单， 工作性能稳定。 因此我们选择了方案3。
二、模块方案比较与论证
根据设计要求，本系统主要由 控制器模块、电源模块、寻迹传感 器模块、直流电机及其驱动模块、 电压比较模块等模块构成。 现在我们分别就这几方面采取 不同的讨论。
2.1车体设计 车体设计
方案1：购买玩具电动车。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机 及其驱动电路。但是一般的说来，玩具电动车具有如下缺点：首先，这种玩具电 动车由于装配紧凑，使得各种所需传感器的安装十分不方便。其次，这种电动车 一般都是前轮转向后轮驱动，不能适应该题目的方格地图，不能方便迅速的实现 原地保持坐标转90度甚至180度的弯角。再次，玩具电动车的电机多为玩具直流 电机，力矩小，空载转速快，负载性能差，不易调速。而且这种电动车一般都价 格不菲。因此我们放弃了此方案。 方案2：自己制作电动车。经过反复考虑论证，我们制定了左右两轮分别驱动， 后万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机 进行驱动，车体尾部装一个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时转速相 同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的90度和 180度的转弯。 在安装时我们保证两个驱动电机同轴。小车前进时，左右两驱动轮与后万 向轮形成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现后轮 过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移，后万向轮 起支撑作用。 对于车架材料的选择，可以选择了有机玻璃、角铝和电路板制作。
R1起限流电阻的作用，当有光反射回来时，光电对管中的三极管导通，R2的上端 变为高电平，此时VT1饱和导通，三极管集电极输出低电平。 当没有光反射回来时，光电对管中的三极管不导通，VT1截至，其集电极输出高电平。 VT1在该电路中起到滤波整形的作用。
RPR220型光电对管的安装
红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过3cm。而对于传感器的安装我们从 简单、方便、可靠等角度出发，同时在底盘装设4个红外探测头，进行两级方向纠正 控制，将大大提高其循迹的可靠性。 图中循迹传感器全部在一条直线上。其中X1与Y1为第一级方向控制传感器，X2 与Y2为第二级方向控制传感器，并且黑线同一边的两个传感器之间的宽度不得大于 黑线的宽度。小车前进时，始终保持(如图1中所示的行走轨迹黑线)在X1和Y1这两个 第一级传感器之间，当小车偏离黑线时，第一级传感器就能检测到黑线，把检测的 信号送给小车的处理、控制系统，控制系统发出信号对小车轨迹予以纠正。第二级 方向探测器实际是第一级的后备保护，它的存在是考虑到小车由于惯性过大会依旧 偏离轨道，再次对小车的运动进行纠正，从而提高了小车循迹的可靠性。
2.3电源模块 电源模块
由于本系统需要电池供电，我们考虑了如下集中方案为系统供电。 方案1： 采用10节1.5V干电池供电，电压达到15V，经7812稳压后给支流电机供电， 然后将12V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。但干电池电量有 限，使用大量的干电池给系统调试带来很大的不便，因此，我们放弃了这种方案。 方案2：采用3节4.2V可充电式锂电池串联共12.6V给直流电机供电，经过7812的电 压变换后给支流电机供电，然后将12V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他 芯片供电。锂电池的电量比较足，并且可以充电，重复利用，因此，这种方案比较 可行。但锂电池的价格过于昂贵，使用锂电池会大大超出我们的预算，因此，我们 放弃了这种方案。 方案3：采用双电源供电。为防止电机在启动过程和运动过程中产生的各种干扰， 采取对电机和单片机和其他的芯片分别单独供电的模式----一般12V蓄电池给电机供 电，用12V锂电池通过7805降压、稳压后给单片机供电。在实用电路中，在电源的 正极要并联一小阻值的电容，一般值为0.1uf。 综上考虑，选择了方案3。
RPR220型光电对管
rpr220
可调电阻R3可以调节比较器的门限电压,输出波形规则。 光线返回时，输出高电平，在没有光线返回时，输出低 电平。
电压比较器LM339
LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个 输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+” 表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压 时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电 平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个 待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止， 相当于输出端开路，输出高电平（5V）。当“-”端电压高于“+” 端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差 别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状 态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。 LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使 用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选315K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为 当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电 阻与负载的值。
红外探头的分布图
2.6电机模块极其驱动 电机模块极其驱动
方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过 的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精 确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力 矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降， 其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。经综 合比较考虑，我们放弃了此方案。 方案2：采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体 积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电 动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生较 大扭力。