智能小车设计和研究

管和大功率管等 四、按功能分三极管种类有开关管、功率管、达林顿管、光敏管等
三极管的分类
三极管的作用
三极管的作用：放大作用和开关作用
三极管的工作特性
三极管的工作特性
三极管的开关作用
三极管开关是利用三极管在截止区（断开）和饱和区（闭合） 特性的电子开关
三极管的开关作用
电机驱动设计
功能：1、电机是单向还是双向转动？ 2、需不需要调速？
模拟信号和数字信号
数字电路中只有两种电平：高和低 • （本课程中）定义单片机为TTL电平： 高 +5V 低 0V • 例如：单片机输出1，其实就是某个管脚输 出高电平。我们给某个管脚输入高电平，就 是向单片机输入了 1
三极管的分类
三极管的分类
一、按材质分三极管种类有：硅管、锗管 二、按结构分三极管的种类有：NPN PNP. 三、按三极管消耗功率的不同三极管的种类有小功率管、中功率
电路接地设计
这种接地方式虽然有很大的问题，却是实际中最常见的，因为它十分 简单。但在大功率和小功率电路混合的系统中，切忌使用，因为大功率 电路中的地线电流会影响小功率电路的正常工作。另外，最敏感的电路 要放在A点，这点电位是最稳定的。另外，从前面讨论的放大器情况知道， 功率输出级要放在A点，前置放大器放在B、C点。当驱动板与单片机共用 一组电源时，单点接地电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的 地线造成干扰。
接地方式
有三种基本的信号接地方式：浮地、单点接地、多点接地。 (1)浮地 目的：使电路或设备与公共地线可能引起环流的公共导线隔离起来， 浮地还使不同电位的电路之间配合变得容易。 缺点：容易出现静电积累引起 强烈的静电放电。 折衷方案：接入泄放电阻。 (2) 单点接地 方式：线路中只有一个物理点被定义为接地参考点，凡需要接 地均接于此。 缺点：不适宜用于高频场合。 (3)多点接地 方式：凡需要接地的点都直接连到距它最近的接地平面上，以便 使接地线长度为最短。 缺点：维护较麻烦。 (4) 混合接地 按需要选用单点及多点接地。
保护电路分析
循迹小车
什么是循迹小车
使用一定的循迹方法，使得小车自动循着赛道运行 的技术，就是循迹技术，这样的循迹小车又称为简单的 循迹机器人。
循迹方法
各种循迹方法介绍
• 小车比赛赛道 – 底色一般是白色 – 赛道一般为单条或双条黑线，具有直道、普通 弯道、交叉、 180度转弯、连续波浪弯道等 – 自己制作跑道：用黑胶布作为赛道，用白色KT 板作为底板，如果没有KT板，也可以用大的白纸 或者直接在浅色地砖上铺设赛道
对于单向的电机驱动，只要用一个大功率三极管或 场效应管或继电器直接带动电机即可，当电机需要双向 转动时，可以使用由4个功率元件组成的H桥电路或者使 用一个双刀双掷的继电器。
如果不需要调速，只要使用继电器即可；但如果需 要调速，可以使用三极管，场效应管等开关元件实现 PWM（脉冲宽度调制）调速。
电机驱动电路性能指标
简单的循迹赛道
循迹方法
各种循迹方法介绍
红外对管循迹法：利用黑、白色对红外线的吸收 作用不同； 摄像头循迹法：利用摄像头读取赛道信息，分为 模拟和数字，购买套餐后送了大量的摄像头循 迹资料，在这里不作为本讲主要内容； 激光管循迹法：和红外循迹法原理相似，但是检 测距离远； 飞思卡尔智能车比赛还使用电磁循迹法。
这些不同的地仅能在通过一点连接起来。
H桥的理解
很多器件对电源极性要求不高，如发热桥丝， 正反接都可以工作，而且现象都差不多，也有的 器件对电源极性敏感，而且接反了就不工作，例 如多数半导体器件，LED等；但也有的器件对电源 极性敏感，但正反接都可以工作，区别是正反接 出来的现象不同，如普通直流电磁电机，因为电 流方向不同，线圈产生的磁极方向会不同，从而 旋转方向不同。这样的特性使得电动车，遥控玩 具车可以实现前进，倒退。
片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。 最佳振荡频率为6M—12M。
模拟信号和数字信号
•模拟量-----模拟电子技术：专门研究模拟信号的处理。 模拟量的特点：连续性。自然界中的温度、声音、电压 都是模拟量， 收音机就是典型的采用模拟电子技术的 产品，其内部电路是模拟电路。
• 数字量-----数字电子技术：专门研究数字信号的处理。 数字量的特点：离散性。芯片的个数，产品的个数、人 数、齿轮的齿数都是数字量， 计数器就是典型的采用 数字电子技术的产品，其内部电路是数字电路，单片机 是典型的数字电路， 数字电路只能处理数字量，不能 直接处理模拟量，模拟量转换成数字量后（用专业的术 语讲是离散化以后），才可以被数字电路处理。
PWM就是脉冲宽度调制，也就是占空比可变的脉冲波形.
PWM控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关 器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值 相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或 其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行 调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输 出频率。
模拟信号和数字信号
模拟信号是表示模拟量的信号，模拟量是在时间和 数值上都是连续的的物理量。模拟信号包括正弦波信号 和脉冲信号，脉冲信号如方波、矩形波、尖脉冲锯齿波、 梯形波等。
模拟信号和数字信号
几种模拟信号图形
模拟信号和数字信号
几种数字信号图形 数字信号是表示数字量的信号，数字量实在时 间和数值上都是离散的。实现数字信号的产生、传 输和处理的电路称为数字电路。数字信号包括脉冲 型（归0型）和电平型（不归0型）。
学习资料介绍
全国大学生智能汽车竞赛原则上由全国
所有自动化专业的高等学校（包括港、澳地 区的高校）参赛。竞赛首先在各个分赛区进 行报名、预赛，各分赛区的优胜队将参加全 国总决赛。每届比赛根据参赛队伍和队员情 况，分别设立光电组、摄像头组、创意组等 多个赛题组别。每个学校可以根据竞赛规则 选报不同组别的参赛队伍。
保护电路分析
保护电路分析
因为虚断，运放同向端没有电流流过，则流过R1和R2的电流相等， 同理流过R4和R3的电流也相等。
故 （V1 – V+）/R1 = （V+ - V2）/R2 ……a （Vout – V-）/R3 =V-/R4 ……b 由虚短知： V+ = V- ……c 如果R1=R2，R3=R4，则由以上式子可以 推导出 V+ = （V1 + V2）/2 V- = Vout/2 故 Vout = V1 +V2 也是一个加法 器。
PCB中的大面积敷铜接地 其实就是多点接地 所以单面Pcb也可以实现多点接 地（实际操作中经常用这种方法，在这里也应该注意有时候不可以不布地线， 尤其是高速高频的，以及多层板的情况）。 多层PCB大多为高速电路地层的增加可以有效提高PCB的电磁兼容性是提高信 号抗干扰的基本手段。
电路接地设计
单点接地
3）对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号 隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或 者光电耦合器实现隔离。
4）对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成 高频电源污染；大的电流可能导致地线电位浮动。
5）可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到，无论加上何种控制 信号，何种无源负载，电路都是安全的。
智能小车的分类
智能小车的分类
智能小车的分类
智能小车的分类
智能小车的分类
讲课目录
一、智能小车硬件设计 二、智能小车软件设计
51单片机简介
51ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ片机简介
1、技术资料齐全、参考例程丰富 2、技术成熟、可选型号多 3、适合低成本、短周期开发 4、易于学习、提高和进阶
51单片机简介
·8位CPU·4kbytes程序存储器(ROM) (52为8K) ·128bytes的数据存储器(RAM) （52有256bytes的RAM） ·32条I/O口线·111条指令，大部分为单字节指令 ·21个专用寄存器 ·2个可编程定时/计数器·5个中断源，2个优先级（52有6个） ·一个全双工串行通信口 ·外部数据存储器寻址空间为64kB ·外部程序存储器寻址空间为64kB ·逻辑操作位寻址功能·双列直插40PinDIP封装 ·单一+5V电源供电 CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分 外部特殊功能寄存器；
H桥的理解
单刀双掷开关
H桥的理解
单刀单掷开关代替单刀双掷开关
H桥的理解
单刀双掷开关换成三极管
H桥的组成形式
两种类型三极管组成的H桥结构
H桥的组成形式
一种类型三极管组成的H桥结构
H桥的理解
H桥的理解
H桥的理解
L298N电机驱动芯片内部的结构
PWM（脉宽调制）的理解
Pulse Width Modulation
令频率不变，直接改变脉冲的宽度，亦即控制开关元件 的导通时间；比如现在是高电平导通，那么方波的高电 平越大，低调平越小，导通时间就长；否则就越短。
PWM（脉宽调制）的理解
PWM（脉宽调制）的理解
Pulse Width Modulation
PWM的产生方法
用微处理机来实现脉宽调制，通常的方法有两种：
51单片机简介
RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结 果以及欲显示的数据； ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格； I/O口：四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出 T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作 在记数模式； 五个中断源的中断控制系统； 一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于 实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；
单点接地有两种类型，一种是串联单点接地，另一种是并联单点接地。串联 单点接地中，许多电路之间有公共阻抗，因此相互之间由公共阻抗耦合产生的干 扰十分严重。 串联单点接地的干扰： A点的电位是：VA = ( I1 + I2 + I3 ) R1 B点的电位是：VB = ( I1 + I2 + I3 ) R1 + ( I2 + I3 ) R2 C点的电位是： VC = ( I1 + I2 + I3 ) R1 + ( I2 + I3 ) R2 + I3 R3 从公式中可以看出，A、B、C各点的电位是受电路工作电流影响的，随各电路 的地线电流而变化。尤其是C点的电位，十分不稳定。
PWM的占空比改变方法
如果你就要用 51 单片机的话，也是可以的，但是 比较的麻烦. 可以用定时器 T0 来控制频率， 定时器 T1 来控制占空比： 大致的的编程思路是这样的： T0 定 时器中断是让一个 I0 口输出高电平， 在这个定时器 T0 的中断当中起动定时器T1，而这个 T1 是让 IO 口输 出低电平，这样改变定时器 T0 的初值就可以改变频率， 改变定时器 T1 的初值就可以改变占空比。
（1）用软件方式来实现，即通过执行软件延时循环程 序交替改变端 口某个二进制位输出逻辑状态来产生脉宽调制信号， 设置不同的延时 时间得到不同的占空比。
（2）硬件实验自动产生 PWM 信号，不占用 CPU 处理 的时间。 这就要用到 STC89C52 的在 PWM 模式下的计数器 1， 具体内容可参考
性能：对于PWM调速的电机驱动电路，主要有以下性能指标。 1）输出电流和电压范围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。 2）效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的
发热。要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防 止共态导通（H桥或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件 同时导通使电源短路）入手。
H桥的理解
H桥（H-Bridge)，即全桥（因外形 与H相似故得名），常用于逆变器（DCAC转换，即直流变交流）。通过开关的 开合，将直流电（来自电池等）逆变为 某个频率或可变频率的交流电，用于驱 动交流电机（异步电机等）。
H桥的理解
双刀双掷开关
QNPN QNPN D D N N G G K 1R K 1R motor M 1 0 SSW-SPDT C C V
电路接地设计
电路接地设计
将电路按照特性分组，相互之间不易发生干扰的电路放在同一组， 相互之间容易发生干扰的电路放在不同的组。每个组内采用串联单点接 地，获得最简单的地线结构，不同组的接地采用并联单点接地，避免相 互之间干扰。
这个方法的关键：绝不要使功率相差很大的电路或噪声电平 相差 很大的电路共用一段地线。