基于光电传感器的智能小车控制系统设计与实现 - 图文(4)

图3.6 LM2940稳压电路

注意事项：

1、C1远离电源位置；

2、要稳定的话C2必须高于22μF，并尽可能的接近稳压器。焊接完进行调试，用7.2V电池进行供电，用万用表电压端测量输出引脚，为4.95V。

3.3 测速传感器模块

本模块采用光电码盘作为测速传感器，通过码盘转轴齿轮与后轮车轴齿轮的啮合，进行小车的测速。 3.3.1 光电码盘的工作原理及设计

光电编码器[32]，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，广泛用于自动控制，自动测量，作为转角与转速传感器。光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机通过齿轮啮合，电动机旋转时，光栅盘与电动机以一定传动比旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。

增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90º，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为

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每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。

光电码盘的工作原理如图3.11。

码盘透镜光源透镜光敏元件脉冲数出放大整形转轴图3.11 光电码盘工作原理

1、产品型号与编号

? 电压输出型 ZVH-4A-50BM-ES~26E ? 精度 500P/r ? 零位宽 Tm=1T ? 工作电压 DC 5~26V ? 码盘直径 Φ18mm ? 最高转速 10000rpm ? 允许角加速度 10000rad/s2

? 最大负载 轴向4.9N 径向9.8N 2、注意事项

（1）光电码盘属于高精密仪器，如安装使用不当会影响仪器的性能和寿命；

（2）避免与光电编码器刚性联接；

（3）安装时注意其允许的轴最大负载，严禁敲击和摔打。

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3.3.2 光电编码器的安装结构

光电编码器用于测量电机转速，由于电机驱动后轮，故需要安装在后轮轮轴附近，通过与轮轴上的齿轮进行啮合。

机械安装结构如图3.12。

图3.12 光电码盘安装结构

3.4 直流电机及其驱动模块

直流电机作为本系统的动力来源，通过齿轮来带动后轮转动，但要完成

闭环调速的功能，决定了直流电机不可能直接由单片机或者外接电源供电，必须通过设计直流电机驱动器来驱动直流电机。 3.4.1 直流电机

直流电机参数：

? 电机型号 RS380_ST ? 驱动电压 7.2V ? 空载最大转速 15300转/分

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? 堵转电流 16.72A ? 最大功率 26.68W ? 堵转扭矩 680gcm ? 电机直径 Φ27.7mm 3.4.2 直流电机驱动器

采用以恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N为驱动芯片进行直流电机驱动器设计。

L298N是SGS公司的产品，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。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，本装置我们选用驱动一台电动机。5，7脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA接控制使能端，控制电机的停转。表3.2列举了L298N功能逻辑。

表 3.2 L298N功能逻辑

ENA 0 1 1 1 1 In1 × 1 0 1 0 IN2 × 0 1 1 0 运转状态 停止 正转 反转 刹停 停止 19

由表3.2可知当EnA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当EnA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。

L298N与MC9S12XS128的连接电路如图3.15。

图3.15 电机驱动电路原理图

3.5 本章小结

本章主要进行了系统硬件电路的具体设计。首先对单片机各模块和内部功能进行了详细的说明，并附有原理图和实物图；而超声波测距模块作为主要功能模块，是讨论的重要对象，从超声波的发射接收原理到发送接收电路，都做了说明，并进行硬件的焊装；测速传感器模块关系到本设计最主要的速度闭环控制部分，在此对光电编码器的原理跟技术参数进行了介绍；随后进行LCD显示模块的具体设计，它的设计能否完成很大程度上影响了整个系统的运行。最后直流电机驱动模块单列出来，进行具体的设计说明，附电路原理图、工作逻辑图。通过以上对进行硬件电路的设计，做出硬件实物。

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