寻迹小车 followme—— 之二：控制部分硬件设计概述及电机驱动部分设计.htm

机器人应用的全套实例寻机小车

                        <UL>
                          <LI>TI的MSC系列具有一个24位AD，十分适合做高精度的仪器； 
                          <LI>SiliconLAB公司的51F系列单片机速度极快、功耗低、体积小、资源丰富，有各种不同的规格，最快的达100MPS 
                          ，引脚还可编程确定功能； 
                          <LI>ST公司的uPSD3xxx系列，有较大的内存，可以内置汉字库，还集成了片内PLD； 
                          <LI>Chipcon公司（现归属TI）的CC2430芯片将ZigBee无线通讯协议和51核集成，可构成ZigBee无线节点； 

                          <LI>Nodic公司的nRF24E1 
                          芯片将2.4GHz的无线收发模块与51核集成，可方便的实现短距离无线通讯。 </LI></UL>
                        <P>还有很多类似的产品，此处就不一一例举。主要是想说明，51架构还是有其优势的，否则不会有如此多的公司基于51架构开发出这么多产品。</P>
                        <P>至于可靠性、性价比等指标在学习时可忽略，设计产品时才需要考虑这些因素。</P>
                        <P>从另一个角度来说，由于目前编程通常使用C语言，所以对单片机的依附已不十分紧密，只是在设计硬件线路及程序中对硬件初始化时要涉及器件，而程序的逻辑部分几乎与硬件无关，所以选择什么单片机学习没有什么绝对的好与坏，关键看自己可利用的资源。 
                        </P>
                        <H3>5.3 电机驱动部分硬件设计</H3>
                        <P>因为考虑到做好后的驱动电路最好可用于其它场合，所以硬件设计上预留了许多功能。而且为了便于在其它场合使用，体积和封装都作了考虑。</P>
                        <P>5.3.1 需求</P>
                        <UL>
                          <LI>可驱动一个直流电机，驱动电压范围 5 – 12 V， 电流 10 - 20 A； 
                          <LI>电机驱动要支持4种工作模式：正转、反转、惰走、制动； 
                          <LI>控制信号可接受：UART、SPI控制，标准的宽度1 – 2 ms 、周期20ms的 PWM 控制； 
                          <LI>可支持脉冲反馈，实现调速而非调功； 
                          <LI>可根据脉冲计数控制行走距离。 
                          <LI>可检测转动方向； 
                          <LI>支持第二路反馈的脉冲信号，以实现转速跟踪； </LI></UL>
                        <P>5.3.2 概要设计</P>
                        <P>使用 STC12C54XX 系列51单片机控制，使用 MOSFET管构成 H 
                        桥驱动，并使用门电路实现互锁，避免造成 MOSFET 短路。驱动管设计为可双管并联，以便于扩充驱动电流。</P>
                        <P>采用独立模块方式，一个模块驱动一个电机，为了能实现多个电机的连锁，提供一个跟踪通道，捕获需要跟踪的电机（轮子） 
                        的转速，自动调整自己的速度，以实现准确的直线行走，或其它类似的目的。</P>
                        <P>5.3.3 详细硬件设计</P>
                        <P>以STC12C54XX 
                        单片机为控制核心，该芯片具有4个通道的PCA，可以方便的实现转速脉冲测量和方向判断，同时也便于接受PWM控制信号。同时此款单片机为 
                        1T的高速工作模式，可以使用定时中断控制MOSFET，因为需要实现4种电机工作模式，所以使用了4个IO独立控制H桥的4个MOSFET 
                        ,不能使用简单的PWM 输出控制。</P>
                        <P>因为用 4 
                        个IO独立控制，所以必须避免MOSFET出现短路，使用2块4-2与非门构成互锁逻辑，保证不出现同侧上下MOSFET同时导通的情况。借此也可以隔离电机的噪声对单片机的影响。</P>
                        <P>因为需要支持5 – 12 
                        V的电机工作电压，而且互锁逻辑输出还差一级反向，所以控制MOSFET使用双极性三极管9013，这样可使用普通的MOSFET，便于购买。（如果不使用9013 
                        ，则需要选用逻辑电平控制的MOSFET）</P>
                        <P>在线路及PCB的设计上，考虑MOSFET的双管并联工作，以便于日后需要提高驱动能力。<BR>供给电机的电压直接接MOSFET，同时经稳压器SPX1117-3.3V稳压输出后供单片机和门电路，单片机选择3V的，门电路选用 
                        74HCxx ，这样，电机的工作电压可以低到 5 V（4节充电电池）。</P>
                        <P>单片机硬件资源分配：</P>
                        <P>P2.4 – P2.7 ：用于驱动 H桥；<BR>PCA3 ： 
                        用于电机的PWM输出，工作在定时器模式；<BR>PCA2/P2.0：用于主测速脉冲输入，工作在捕获模式，边沿触发；<BR>P2.1 
                        ： 主脉冲输入方向辅助输入，用于判断转动的方向；<BR>PCA1/P3.5 
                        ：用于跟踪脉冲输入，工作在捕获模式，边沿触发；<BR>P3.4 
                        ：跟踪脉冲的辅助输入，用于判断方向；<BR>PCA0/P3.7 ： 
                        用于PWM控制信号输入，，工作在捕获模式，边沿触发；<BR>P1.4 – P1.7 ：用于 
                        SPI控制输入；<BR>P1.2 
                        、P1.3、P2.2、P2.3、INT0、INT1：用于连接无线模块PTR4000，以便实现无线控制；<BR>P1.0、P1.1 
                        ：保留作为ISP 的控制口；<BR>P3.0 – P3.1 ：用于 UART控制输入<BR>T1 ： 用于产生 
                        UART 的波特率<BR>T0 ：系统时基；</P>
                        <P>因为希望体积小一些，可以装入一个 59 X 35 X15 
                        mm的标准小机壳中，元器件采用的是表贴器件，将控制和H桥驱动分开，做成两块PCB，这样可以灵活一些，既可以使用独立的驱动器驱动，也可以用逻辑控制部分直接驱动，体积因此也缩小了。</P>
                        <P>两块PCB之间采用直针连接，形成类似于4层板的结构，抗干扰性有所改善。PCB采用1mm厚板材。</P>
                        <P>为了便于自行扩充，同时减少PCB的面积，所有输入输出均采用空中对接插头。</P>
                        <P>（如果实在不愿意使用表贴器件，也可以采用DIP封装的，用一块试验线路板作为第二层平台，直接在上面焊接元器件，试验线路板有双面和单面的，双面的略贵，约10元/块，单面的只要1-2元/块。但是这样做出来的东西只能用于这个小车了，在其它场合使用将会横不方便。）</P>
                        <P>详细电原理图和PCB图见附件。</P>
                        <P>所用标准件的照片：</P>
                        <P align=center><IMG height=320 
                        src="寻迹小车 FollowMe—— 之二：控制部分硬件设计概述及电机驱动部分设计.files/box.jpg" 
                        width=320><BR>59 X 35 X15 mm的标准小机壳：（市场有售，1.5元/只）</P>
                        <P>（未完待续）<BR>附件：</P>
                        <OL>
                          <LI>电机驱动控制部分电原理图(<A 
                          href="http://www.robotdiy.com/images/FollowMe_robot/DRV-CTRL.SCH">Potel格式</A>，<A 
                          href="http://www.robotdiy.com/images/FollowMe_robot/Follow_Me_Robot_DRV_CTRL.pdf">PDF格式</A>) 

                          <LI>电机驱动H桥部分电原理图(<A 
                          href="http://www.robotdiy.com/images/FollowMe_robot/DRV-HBRI.SCH">Potel格式</A>，<A 
                          href="http://www.robotdiy.com/images/FollowMe_robot/Follow_Me_Robot_DRV_HBRI.pdf">PDF格式</A>) 

                          <LI><A 
                          href="http://www.robotdiy.com/images/FollowMe_robot/MOTORDRV.PCB">电机驱动部分的PCB图（两块板拼图，采用V切工艺，Potel格式，340K）</A> 

                          <LI><A 
                          href="http://www.robotdiy.com/images/FollowMe_robot/List.XLS">元器件清单（供参考，Excel文件，18K</A>） 

                          <LI><A 
                          href="http://www.robotdiy.com/images/FollowMe_robot/Connector.jpg">空中对接插头资料(jpg文件，166K)</A> 
                          </LI></OL>
                        <P>参考资料：<BR>1、 STC12C51XX系列单片机数据手册 
                        http://www.mcu-memory.com/<BR>2、 TI MSC 
                        系列单片机<BR>http://focus.ti.com.cn/cn/mcu/docs/mcugeneralcontent.tsp?sectionId=98&amp;amp;tabId=1515<BR>3、 
                        SiliconLAB公司的51F系列单片机 http://www.xhl.com.cn/<BR>4、 
                        ST公司的uPSD3xxx系列 www.upsd8051.com<BR>5、 
                        Chipcon公司（现归属TI）的CC2430芯片 
                        <BR>http://focus.ti.com.cn/cn/docs/prod/folders/print/cc2430.html<BR>6、 
                        Nodic公司的nRF24E1 芯片 
                        http://www.freqchina.com/nRF24E1.htm</P>
                        <H2 align=left>提示：</H2>
                        <P>由于文章是分开多节上传到网站上，为了方便大家讨论，请把相关的问题集中在<A 
                        href="http://www.robotdiy.com/phpbb2/viewtopic.php?p=48671" 
                        target=_blank>这个帖子</A>上，这样可以方便作者回答大家的问题，谢谢！<BR></P></TD></TR>
                    <TR>
                      <TD class=type4 align=right>
                        <DIV align=right><A 
                        href="http://www.robotdiy.com/friend.php?op=FriendSend&amp;sid=262"><IMG 
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                        align=middle border=0></A> &nbsp;|&nbsp; <A 
                        href="http://www.robotdiy.com/article.php?op=Print&amp;sid=262"><IMG 
                        alt="Printable Version" 
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                        align=middle 
                    border=0></A>&nbsp;</DIV></TD></TR></TD></TR></TBODY></TABLE><BR><BR>
                  <TABLE style="TEXT-ALIGN: left" cellSpacing=2 cellPadding=4 
                  width="100%" border=0>
                    <TBODY>
                    <TR>
                      <TD class=article-top 
                        style="BACKGROUND-COLOR: #e0e0e0">评论 - <A 
                        href="http://www.robotdiy.com/mod.php?mod=comments&amp;op=reply&amp;cmt_cid=a">张贴你的评论</A></TD></TR>
                    <TR>
                      <TD class=white>
                        <DIV align=center>所有的评论属于张贴者，本网站不对任何内容负责。 
                        <FORM action=mod.php method=post>定制显示方式:显示&nbsp;<SELECT 
                        name=cmt_new_thold><OPTION value=-1>-1 : 
                          2</OPTION><OPTION value=0 selected>0 : 
                          2</OPTION><OPTION value=1>1 : 0</OPTION><OPTION 
                          value=2>2 : 0</OPTION><OPTION value=3>3 : 
                          0</OPTION><OPTION value=4>4 : 0</OPTION><OPTION 
                          value=5>5 : 0</OPTION></SELECT>&nbsp;<SELECT 
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                          Comments</OPTION> <OPTION value=nested 
                          selected>Nested</OPTION> <OPTION 
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                          <OPTION value=3>Lowest Scores First</OPTION> <OPTION 
                          value=2>Highest Scores First</OPTION></SELECT> <INPUT 
                        type=hidden value=comments name=mod> <INPUT type=hidden 
                        value=refresh name=op> <BR><BR><INPUT type=submit value=刷新> </FORM>
                        <HR width="50%" SIZE=1>
                        </DIV><BR>
                        <TABLE width="100%" summary=Comment border=0>
                          <TBODY>
                          <TR>
                            <TD class=type4>更好的仿制 | (Scores: 0)<BR>作者: 
                              Anonymous 发表日期: 星期六 15 七月 @ 20:49:03<BR></TD></TR>
                          <TR>
                            <TD>希望有电子元器件和PCB的套件提供！ </TD></TR>
                          <TR>
                            <TD><BR>[ <A 
                              href="http://www.robotdiy.com/mod.php?mod=comments&amp;op=reply&amp;cmt_cid=1">回复</A> 
                              ]<BR><BR></TD></TR></TBODY></TABLE>
                        <TABLE width="100%" summary=Comment border=0>
                          <TBODY>
                          <TR>
                            <TD class=type4>这两行资料找不到 | (Scores: 0)<BR>作者: 
                              Anonymous 发表日期: 星期三 18 十月 @ 16:16:15<BR></TD></TR>
                          <TR>
                            <TD>2、 TI MSC 
                              系列单片机<BR>http://focus.ti.com.cn/cn/mcu/docs/mcugeneralcontent.tsp?sectionId=98&amp;amp;tabId=1515<BR>5、 
                              Chipcon公司（现归属TI）的CC2430芯片 
                              <BR>http://focus.ti.com.cn/cn/docs/prod/folders/print/cc2430.html<BR>这两行资料找不到 
                            </TD></TR>
                          <TR>
                            <TD><BR>[ <A 
                              href="http://www.robotdiy.com/mod.php?mod=comments&amp;op=reply&amp;cmt_cid=2">回复</A> 
                              ]<BR><BR></TD></TR></TBODY></TABLE>
                        <DIV align=center><A 
                        href="http://www.robotdiy.com/mod.php?mod=comments&amp;op=reply&amp;cmt_cid=a">张贴你的评论</A></DIV></TD></TR></TBODY></TABLE><BR><!-- BEGIN: File: themes/foo/footer.php --></TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR></TBODY></TABLE>
<DIV class=smalltextatbottom style="TEXT-ALIGN: center">版权所有，2002-2006。<A 
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</DIV></BODY></HTML>