发器与复位电路相连,触发器用来抑制噪声,它的输出在每个机器周期中由复位电路采样一次。
复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。所谓上电复位,是指计算机加电瞬间,要在RST引脚出现大于10MS的正脉冲,使单片机进入复位状态。按钮复位是指用户按下“复位”按钮,使单片机进入复位状态。如上图3是按钮电平复位的一种实用电路。
3.2 电机驱动模块的设计
电机驱动模块采用专用芯片L298N 作为电机驱动芯片,L298N 是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片,其响应频率高,一片L298N可以分别控制两个直流电机。
图5 电机驱动原理简图
3.2.1 L298N芯片的介绍
L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是:工作电压高,最高工作电压可达46V;输出电流大,瞬间峰值电流可达3A,持续工作电流为2A;额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器,可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载;采用标准逻辑电平信号控制;具有两个使能控制端,在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端,使内部逻辑电路部分在低电压下工作;可以外接检测电阻,将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片
驱动电机,该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机,也可以驱动两台直流电机,实物图及外围电路如下图6、7所示。
图6 L298N芯片
图7 L298N外围电路
接口说明如下示:
+5V:芯片电压5V。
VCC:电机电压,最大可接50V。 GND:共地接法。 A-~D-:输出端,接电机。
A~D+ :为步进电机公共端,模块上接了VCC。
EN1、EN2:高电平有效,EN1、EN2分别为 IN1和IN2、IN3和IN4的使能端。 IN1~ IN4:输入端,输入端电平和输出端电平是对应的。
L298N 的5、7、10、12 四个引脚接到单片机上,通过对单片机的编程就可实现两个直流电机的PWM调速控制,图8是L298N功能逻辑图。
图8 L298N功能逻辑图
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,本实验装置我们选用驱动一台电动机。5,7,10,12脚接输入控制电平,控制电机的正反转。EnA,EnB接控制使能端,控制电机的停转。In3,In4的逻辑图与上图相同。由上图可知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。
3.3 红外避障电路的原理与设计
用漫反射式光电开关进行避障。光电开关实际发射头与接收头于一体的检测开关,其工作原理是根据发射头发出的光束,被物体反射,接收头据此做出判断是否有障碍物。当有光线反射回来时,输出低电平。当没有光线反射回来时,输出高电平。单片机根据接收头电平的高低做出相应控制,避免小车碰到障碍物。由于接收管输出TTL电平,有利于单片机对信号的处理。小车采用漫反射式传感器进行避障的电路原理图如下图9所示:
图9 光电开关避障电路原理图
3.3.1 光电传感器简介
光电传感器在机器人中有着广泛的应用,可以用来检测地面明暗和颜色的变化,也可以探测有无接近的物体。光电传感器是靠红外发射管和红外接收管组成的传感器,对于小车循迹场地的黑白两种颜色,发射管发出同样的光强,接收管接收到的光强不同,因此输出的电压值也不同;给定一个基准电压,通过对不同输出电压值进行比较,则电路的输出为高低电平。当检测到黑白线时分别输出为高低电平,这样不仅系统硬件电路简单,而且信号处理速度快。原理如下图10、图11所示。
图10 白色反射面下的红外反射
图11 黑色反射面下的红外吸收
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