轮式机器人设计论文

轮式机器人设计论文

学院：电气信息工程系

班级：15级电气自动化1班

姓名：奉志强

学号：201512021049

一、摘要

随着计算机技术的发展，计算机已经深入到了各个领域，单片机作为计算机的一个很重要的分支，自问世以来就广泛受到了了人们的关注，单片机体积小、质量轻、抗干扰能力强、性价比高。随着人工智能研究烦人不断深入，促进了智能控制的发展，智能机器人的研究也越来越得到人们的重视。智能机器人被应用到了各个领域，如今智能机器人已经成为一个学科，人们对机器人的要求不同，于是出现了各种各样的机器人，本文讨论的是一种基于手机蓝牙遥控的遥控轮式机器人（智能小车）。

二、关键字

底盘、驱动、单片机、PWM、蓝牙、红外避障、

三、轮式机器人整体设计

首先轮式机器人是基于手机蓝牙进行控制，轮式机器人底盘采用履带式的底盘，电机驱动采用L298N双H桥电机驱动芯片，STC15F2k60S4单片机作为主控芯片，采用红外避障模块检测障碍物。

四、底盘

底盘采用的是履带式的橡胶底盘，并且是后驱方式进行驱动机器人，因此只需要两个直流减速电机即可，只需要一块L298N芯片就可以达到运动的效果。履带式底盘具有稳定性好的有点，控制简单。

五、硬件电路设计

1、电源电路：

电源电路采用7805三端集成稳压器，输入VI端输入VS电压范围7~37v；

最大输出电流1.5A。输入端采用100UF电容滤除高频信号，输出电压为5V，输出端采用100UF电容稳定负载电路带来的电压波动。

2、驱动电路：

单片机STC15f2k60s4输出的PWM (脉宽调制)信号的电压值很小,没法使

直流电机工作,往往电机启动时的电流要达1A左右，因此要利用驱动芯片

L298以及一些逻辑器件构成的驱动模块来放大PWM的信号电压值。

驱动芯片的外围电路结构如下图所示。L298的工作模式分为卑极性模式和双极性模式两种。单极性工作模式是指在PWM周期中,电机两端的电压为同极性电压,如正极性电压。双极性工作模式是指在PWM周期中,电机两端的电压为正负极性变化的,一端为正极性电压,另一端为负极性电压。在本设计论文的设计中该系统应用的是双极性工作模式。

恒压恒流桥式2A 驱动芯片L298N

•芯片桥式驱动器双路298

•电机类型:全桥

•输出数:4

•输出电流:2A

•输出电压:46V

•驱动器封装类型:Multiwatt

•针脚数:15

•电源电压最小值:4.5V

•电源电压最大值:7V

•工作温度最小值:-25°C

•工作温度最高值:130°C

L298 是比较常见的是15 脚Multiwatt 封装的L298N，内部同样包含4 通道逻辑驱动电路，具有放大电流、独立驱动两个电机的特点。。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N 可接受标准TTL 逻辑电平信号VSS ，VSS 可接4 ．5～7 V电压。4 脚VS 接电源电压，VS 电压范围VIH 为＋2．5～46 V。输出电流可达2．5 A，可驱动电感性负载。1 脚和15 脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298 可驱动2 个电动机，OUT1，OUT2 和OUT3，OUT4 之间可分别接电动机。5，7，10，12 脚接输入控制PWM信号，控制电机的正反转。EnA，EnB 接控制使能端，控制电机的停转。

内部结构框图：

3、PWM

PWM介绍：PWM调速技术出现以来,迅速被应用于直流电机调速领域中,并且其在性能方面、成本方面以及操作方面表现出了很多优势,因此得到了广泛应用。PWM调速方式能够实现大范围调速、调速过程平滑、调速响应动作快速克服了以上调速方法的缺点,随着PWM技术的不断发展,其应用领域将不断扩大。PWM技术是利用半导体幵关的通断,使得直流电压随着半导体幵关的通断而变化,半导体开关导通时,直流电压为高电平状态,半导体幵关断开时,直流电压降为低电平,这样就把直流电压变成了脉冲信号,通过改变半导体幵关的通断状态就可以改变PWM信号的频率或者脉冲宽度,即改变了直流电压的平均值,从而实现直流电机的调速目的。

改变PWM脉冲占空比;有三种方法:调频、调宽、调宽调频。调频就是调节电压为低电平的时间段T2,T2变化使得占空比变化,从而改变电机两端的平

均电压,实现调速目旳;调宽就是调节电压为高电平的时间段T1来改变占空比;0,改变电机两端平均电压,实现调速目的;调宽调频就是同时调节T1、T2来调节电机两端平均电压,从而实现调速目的。利用这种方法,电动机在运转时比较稳定,并且在产生PWM脉冲实现上更方便。

4、红外避障

模块描述：该传感器模块对环境光线适应能力强，其具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理之后，绿色指示灯会亮起，同时信号输出接口输出数字信号（一个低电平信号），可通过电位器旋钮调节检测距离，有效距离范围2～30cm，工作电压为

3.3V-5V。该传感器的探测距离可以通过电位器调节、具有干扰小、便于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、避障小车、流水线计数及黑白线循迹等众多场合。

1 当模块检测到前方障碍物信号时，电路板上绿色指示灯点亮电平，同时OUT端口持续输出低电平信号,该模块检测距离2～30cm，检测角度35°，检测距离可以通过电位器进行调节，顺时针调电位器，检测距离增加；逆时针调电位器，检测距离减少。

2、传感器主动红外线反射探测,因此目标的反射率和形状是探测距离的关键。其中黑色探测距离最小,白色最大;小面积物体距离小,大面积距离大。

3、比较器采用LM393，工作稳定；

4、可采用3-5V直流电源对模块进行供电。当电源接通时，红色电源指示灯点亮；

5、OUT 小板数字量输出接口（0和1）

5、蓝牙模块

一．特点：

芯片采用工业级蓝牙2.0芯片，信号更加稳定，性能更强大，同时支持3.3V、5V电压供电。

支持主机和从机模式，从设备可以与主设备配对连接通讯之外还可以与手机、电脑的蓝牙适配器、PDA等设备配对连接然后通讯。