CN207817472U - 一种避障遥控小车的主控板 - Google Patents

Abstract

一种避障遥控小车的主控板，属于单片机技术设备领域。包括单片机最小系统、下载模块、电机驱动模块和避障模块，所述的单片机最小系统包括单片机、电源开关模块和复位模块，电机驱动模块通过电源开关模块连接单片机的电源端，复位模块与单片机的复位引脚连接，避障模块与单片机连接，下载模块设置转接芯片，转接芯片的发送端反向串联二极管后与单片机的接收端连接，下载模块的下载接口通过数据线与主机连接，下载接口连接转接芯片的输入端，转接芯片的接收端与电阻串联后连接单片机的发送端。具有适合新手学习、稳定性好、集成度高，保证下载程序时无需冷启动，提高程序下载成功率的有益效果。

Description

一种避障遥控小车的主控板

技术领域

一种避障遥控小车的主控板，属于单片机技术设备领域。

背景技术

现在市面上比较常见的是51单片机开发板以及各种各样鱼龙混杂的模块，对于一个新手来说选择这些开发板和模块是一件相当痛苦的事情，稍有不慎就买错模块，一来浪费了钱财，在一个达不到实验目的，后果相当严重。而还有一种比较成熟的成品套件，模块多并且功能全，但是对于新手来说不仅花费昂贵，而且很难上手，导致单片机水平难以提升。同时在程序下载时，因为转接芯片断电不彻底，需要冷启动，冷启动时会造成程序下载失败，影响程序下载的成功率。针对现有技术的不足，目前急需一种适合新手学习、稳定性好、集成度高，保证下载程序时无需冷启动，提高程序下载成功率的技术方案。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种适合新手学习、稳定性好、集成度高，保证下载程序时无需冷启动，提高程序下载成功率的避障遥控小车的主控板。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该避障遥控小车的主控板，包括单片机最小系统，其特征在于：还包括下载模块、电机驱动模块和避障模块，所述的单片机最小系统包括单片机，电机驱动模块连接单片机的电源端，避障模块与单片机连接，下载模块设置转接芯片，转接芯片的发送端反向串联二极管后与单片机的接收端连接，下载模块的下载接口通过数据线与主机连接，下载接口连接转接芯片的输入端，转接芯片的接收端与电阻串联后连接单片机的发送端。

优选的，所述的单片机最小系统还包括电源开关模块、时钟模块和复位模块，电源开关模块设置在电机驱动模块与单片机之间，复位模块与单片机的复位引脚连接，时钟模块与单片机的外部晶振引脚连接。

优选的，所述的电机驱动模块包括电机驱动芯片、稳压电路和外接电源接口，稳压电路串联在电机驱动芯片一侧，电机驱动芯片设置两个输入端和两个输出端，电机驱动芯片的两个输出端连接电机，外接电源接口设置在电机驱动芯片的电源端，连接外接电源。

优选的，所述的避障模块包括寻迹模块、红外接收模块、超声波测距模块、显示模块及其外围电路中的至少一种。

优选的，所述的寻迹模块包括发射模块和接收模块，接收模块连接四运放集成电路的反相输入端，同相输入端连接滑动变阻器。

优选的，所述的四运放集成电路的输出端设置指示灯。

优选的，所述的红外接收模块包括红外遥控信号接收器，与配套的红外遥控信号发射器无线连接。

优选的，所述的超声波测距模块包括声波发生器、接收器和超声波控制电路，声波发生器连接超声波控制电路的输出端，接收器连接超声波控制电路的输入端，超声波控制电路分别与单片机的输入端和输出端连接。

优选的，所述的显示模块，显示模块的输入端与单片机的输出端连接。

本实用新型的工作原理为：

通过将下载模块、电机驱动模块和避障模块等与单片机焊接在同一块主控板中，提高主控板的集成度，避免使用者在使用时繁琐的接线，同时提高了稳定性。在转接芯片的发送端与单片机接收端之间反相串联二极管，同时在转接芯片接收端与单片机发送端之间串联电阻，使下载模块无需冷启动即可彻底断电，提高程序下载的成功率。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果是：

1、一种避障遥控小车的主控板，具有适合新手学习、稳定性好、集成度高，保证下载程序时无需冷启动，提高程序下载成功率的有益效果。

2、本实用新型中单片机最小系统中包括单片机，同时在主控板上设置电源开关模块和复位模块，无需外接模块，通过单片机内部的写入程序支配电机驱动模块、寻迹模块、红外接收模块、超声波测距模块和显示模块。

3、本实用新型中设置下载模块，下载模块中设置转接芯片，由于转接芯片断电不彻底需要冷启动，在转接芯片的发送端反向串联二极管后与单片机的接收端连接，转接芯片的接收端与电阻串联后连接单片机的发送端，利用二极管的单向导电性，同时串联作为耗能元件的电阻，实现彻底的断电而无需冷启动，减少下载程序时的失败风险，提高了程序下载的成功率。

4、本实用新型中设置下载模块，为单片机最小系统下载程序使用，该主控板加上下载模块后可以直接进行程序下载，不用每次下载接线，更加稳定。

5、本实用新型中设置寻迹模块，寻迹模块包括发射模块和接收模块，同时设置四运放集成电路，通过四运放集成电路判断接受的信号并输出不同高低的电平信号，一个输入端连接接收模块，另一个输入端连接滑动变阻器，通过改变滑动变阻器的阻值来提供合适的比较电压，具有方便调节电压的有益效果。

6、本实用新型中红外接收模块包括红外遥控信号接收器，通过配套使用的红外遥控信号发射器产生遥控编码脉冲，驱动其红外发射管输出红外遥控信号，红外遥控信号接收器接收信号后完成对遥控信号的放大、检波、整形、解调出遥控编码脉冲，能够通过远程遥控控制主控板上的某一模块停止或工作。

7、本实用新型中设置超声波测距模块，通过发射信号再返回接收，用于测试车体距障碍物的距离，超声波测距模块和寻迹模块共同使用，能够使测量的距离更加精准。

8、本实用新型中设置显示模块，显示模块包括 LCD1602及其外围电路，通过程序设定显示相应的距离数据或其他可展示的数据，显示模块设置在小车上或其他方便查看的位置，方便使用者学习显示模块的编程。

附图说明

图1为本实用新型中单片机最小系统的工作原理图。

图2为本实用新型中下载模块的工作原理图。

图3为本实用新型中电机驱动模块的工作原理图。

图4为本实用新型中寻迹模块的工作原理图。

图5为本实用新型中红外接受模块的工作原理图。

图6为本实用新型中超声波测距模块的工作原理图。

图7为本实用新型中显示模块的工作原理图。

图8为本实用新型中蜂鸣器模块的工作原理图。

图9为本实用新型中流水灯模块的工作原理图。

具体实施方式

图1~9是本实用新型的最佳实施例，下面结合附图1~9对本实用新型做进一步说明。

本实施例中包括单片机最小系统模块、电机驱动模块、下载模块和避障小车模块，避障小车模块包括寻迹模块、红外接收模块、超声波测距模块和显示模块中的至少一种，单片机最小系统模块包括单片机，如图1所示，本实施例中单片机采用STC89C52单片机，设置VCC、GND预留端口和通信接口，本实施例中单片机最小系统还包括电源开关模块、复位模块、时钟模块，单片机最小系统通过写入的程序支配电机驱动模块、寻迹模块、红外接收模块、超声波测距模块和显示模块。本实施例中在单片机的P0口和P2口各设置一个上拉电阻，增强输出端口的驱动能力。

如图2所示，下载模块包括下载电路，市面上有不少下载程序的模块，但都需要再接线到单片机上才能下载，而该主控板加上下载电路后可直接进行程序下载，不用每次下载接线。

主控板的学习首先要学会下载程序，所以程序下载模块显得尤为重要。下载电路的TXD引脚与单片机的RXD引脚连接，下载电路的RXD引脚与单片机的TXD引脚连接，下载电路的USB接口端通过Micro USB数据线连接至主机，Micro USB有不锈钢外壳，多次拔插不影响数据传输、体积小并能够保证供电，将程序下载至单片机内部。

下载电路的原理是将其他信号转换成TTL信号，再通过CH340芯片直接将USB信号转换为TTL电平，本实施例中使用CH340转换芯片，因为其他转换芯片的外围电路较复杂，使用本芯片能够保证下载电路成功率高，性能较其他芯片更好。

但是某些CH340芯片的引脚在给单片机供电时，容易导致单片机断电不彻底，下载程序时要冷启动（断电重启），从而可能导致程序的下载失败；本实施例中在CH340芯片的TXD引脚反向串联一个二极管，利用二极管的单向导电性，再在CH340芯片的RXD引脚串联300欧姆的电阻，电阻作为一个耗能元件，可以实现CH340芯片的彻底断电，不需要冷启动。

如图3所示，电机驱动模块包括电机驱动芯片、稳压电路和外接电源接口，电机驱动模块用于驱动电机并为整个主控板提供电源。本实施例中电机驱动芯片采用两通道推挽式功率放大专用集成电路器件L9110，其外围器件成本低而且可靠性高。

该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端可以直接驱动电机的正反向运动及刹车，使其具有较大的电流驱动能力，每通道能通过750～800mA的持续电流，峰值电流能力可达1.5～2.0A；同时它具有较低的输出饱和压降；内部设置钳位二极管，释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动直流电机时更安全可靠。

外接电源能够为整个主控板供电，主控板设置在小车上，本实施例中外接电源为可充电的3个串联3.7V锂电池；当锂电池电量低时也可以直接用12V电源适配器通过外接电源接口充电，不需要多次更换电池。

当使用电机驱动模块时需要接短路帽，以便单独调试该模块，而不影响其他模块。本实施例中还可在避障小车模块中加入短路帽，端口复用时，不会影响其他部分。

如图4所示，本实施例中寻迹模块包括红外对管及其电路，红外对管包括发射模块和接收模块，发射模块为发光二极管，接收模块为光敏三极管；寻迹模块运用红外探测的原理，利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射强度的特点，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。

本实施例中设置三个红外对管及其电路，从不同位置对黑线进行寻迹；寻迹模块的输出端连接单片机的输入端，单片机接收寻迹模块反馈的红外光接收信号，通过是否收到反射回来的红外光来确定黑线的位置和小车的行走路线。

由于寻迹模块的位置在主控板上已定，寻迹模块的红外对管无法在主控板上接收到最准确的信息，本实施例中将红外对管接上长导线引出，固定到小车合适的位置，提高寻迹的精确性。

接收信号部分主要依靠运放LM324芯片（四运放集成电路），其电路功耗很小，工作电压范围宽；LM324芯片的反相输入端连接接收模块，同相输入端连接滑动变阻器，通过改变滑动变阻器的阻值来提供合适的比较电压；在黑线检测电路中LM324芯片用来确定红外接收信号电平的高低，以电平高低判定黑线有无。该电路部分加入三个指示灯，当三个红外对管工作时通过运放输出端对地的电压观察工作状态。

如图5所示，红外接受模块包括红外遥控信号接收器，设置在避障遥控小车内部。与红外接收模块相对应的还需要设置远程控制的红外遥控信号发射器，通过红外遥控信号发射器产生遥控编码脉冲，驱动内部的红外发射管输出红外遥控信号，红外遥控信号接收器的接受头完成对遥控信号的放大、检波、整形并解调出遥控编码脉冲。

主控板的运行方式可以通过对单片机内部下载程序编程设定，也可以通过红外遥控信号发射器远程遥控控制主控板上的某一部分工作或停止工作，如通过控制寻迹模块设定避障遥控小车的行走路线。

本实施例中红外遥控信号发射器具有两种工作状态，分别为学习状态和控制状态。当处于学习状态时，使用者每按一个控制键，红外遥控信号接收器就开始接收外来红外信号，同时将其转换成电信号，然后经过检波、整形、放大，再由CPU定时对其采样，将每个采样点的二进制数据以8位为一个单位，分别存放到指定的存储单元中去，供以后对该设备控制使用。当遥控器处于控制状态时，使用者每按下一个控制键，CPU从指定的存储单元中读取一系列的二进制数据，串行输出给信号保持电路，此时位和位之间的时间间隔等于采样时的时间间隔，同时由调制电路进行信号调制，将调制信号经放大后，由红外线发射管进行发射，从而实现对该控制键对应设备功能的控制。总的来说，就是通过红外遥控信号发射器的红外发射管把信号换成不可见的红外线发射出去，然后红外遥控信号接收器接收到红外线然后转成信号，然后信号就能控制主控板的每个部分。

如图6所示，超声波测距模块主要由声波发生器、接收器和控制电路组成，该部分采用IO口TRIG触发测距，模块自动发送方波，自动检测信号的方式，测试车体距障碍物的距离。

超声波测距模块与寻迹模块都是通过发射信号再返回接受后判断距离，本实施例将超声波测距模块和寻迹模块共同使用，使测量的距离更加精准。同时可以加长引线引出至避障遥控小车上找到最合适位置加以固定，以便更精准的测量。

如图7所示，显示模块包括 LCD1602及其外围电路，本实施例中通过程序设定显示距离或其他可显示的数据，显示模块的输入端对应连接单片机的I/O口。

如图8~9所示，本实施例中还可设置蜂鸣器模块和流水灯模块分别与单片机连接，增加这些模块可以帮助使用者学习对这些模块的编程学习。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种避障遥控小车的主控板，包括单片机最小系统，其特征在于：还包括下载模块、电机驱动模块和避障模块，所述的单片机最小系统包括单片机，电机驱动模块连接单片机的电源端，避障模块与单片机连接，下载模块设置转接芯片，转接芯片的发送端反向串联二极管后与单片机的接收端连接，下载模块的下载接口通过数据线与主机连接，下载接口连接转接芯片的输入端，转接芯片的接收端与电阻串联后连接单片机的发送端。

2.根据权利要求1所述的一种避障遥控小车的主控板，其特征在于：所述的单片机最小系统还包括电源开关模块、时钟模块和复位模块，电源开关模块设置在电机驱动模块与单片机之间，复位模块与单片机的复位引脚连接，时钟模块与单片机的外部晶振引脚连接。

3.根据权利要求1所述的一种避障遥控小车的主控板，其特征在于：所述的电机驱动模块包括电机驱动芯片、稳压电路和外接电源接口，稳压电路串联在电机驱动芯片一侧，电机驱动芯片设置两个输入端和两个输出端，电机驱动芯片的两个输出端连接电机，外接电源接口设置在电机驱动芯片的电源端，连接外接电源。

4.根据权利要求1所述的一种避障遥控小车的主控板，其特征在于：所述的避障模块包括寻迹模块、红外接收模块、超声波测距模块、显示模块及其外围电路中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的一种避障遥控小车的主控板，其特征在于：所述的寻迹模块包括发射模块和接收模块，接收模块连接四运放集成电路的反相输入端，同相输入端连接滑动变阻器。

6.根据权利要求5所述的一种避障遥控小车的主控板，其特征在于：所述的四运放集成电路的输出端设置指示灯。

7.根据权利要求4所述的一种避障遥控小车的主控板，其特征在于：所述的红外接收模块包括红外遥控信号接收器，与配套的红外遥控信号发射器无线连接。

8.根据权利要求4所述的一种避障遥控小车的主控板，其特征在于：所述的超声波测距模块包括声波发生器、接收器和超声波控制电路，声波发生器连接超声波控制电路的输出端，接收器连接超声波控制电路的输入端，超声波控制电路分别与单片机的输入端和输出端连接。

9.根据权利要求4所述的一种避障遥控小车的主控板，其特征在于：所述的显示模块，显示模块的输入端与单片机的输出端连接。