📄 寻迹小车 followme—— 之三：轨迹采样及逻辑控制部分硬件设计.htm
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<LI>支持模拟输入功能，可接GP2D12 等模拟量输出传感器；
<LI>提供一路PWM方式的DA转换输出，以便作为RCX的输入扩展模块。
<LI>电源应支持单节电池供电，以便于作为独立模块使用。 </LI></UL>
<H3>5.4.3 概要设计</H3>
<P>采用STC12C54xxAD系列单片机作为控制核心，控制、采集4路采样电路，采样电路中设计了背景光去除功能。</P>
<P>电源设计了从1V升压到5V的电路，以便于为扩充的输入器件供电，如GP2D12。而后再经3.3
V稳压器降压作为MCU的电源。这样设计使用1 - 2节7号或5号电池就可以工作，体积大大缩小。</P>
<P>电机驱动部分设计提供最大1A的驱动能力，电机的工作电压可变，以满足不同电机的需要。</P>
<H3>5.4.4详细硬件设计</H3>
<P>STC12C54xxAD系列单片机有8路10位AD转换器，虽说采用的是扫描方式逐个完成，但其一个通道的A/D转换时间在22.1184MHz
主频下只需约10us，加上通道间的切换时间，4个通道采样时间不到60us，所以可以满足4通道轨迹采样的要求。由于P1.0、P1.1
有可能要作为ISP编程的控制引脚，所以用P1.4 – P1.7 四个通道作为轨迹采样通道。</P>
<P>MCU资源分配汇总：<BR>I/O口：<BR>P1.0 — P1.1 —— ISP控制口,
兼作通用模拟输入口；<BR>P1.2 — P1.3 —— 通用模拟输入口；<BR>P1.4 — P1.7 ——
4路光电采样信号输入；<BR>P2.0 — P2.3 —— 马达1 的4个驱动，使用PCA2
控制;<BR>P2.4 — P2.7 —— 马达2 的4个驱动，使用PCA3 控制;<BR>P3.0 —
P3.1 —— TXD、RXD端，作为ISP使用，兼作为通用的串口；<BR>P3.2 — P3.3 ——
通用的开关量输入口，<BR>P3.4 —— 工作指示灯<BR>P3.5 —— 用PWM输出模拟信号给
RCX；<BR>P3.7 —— 控制光电采样器的背景采样，4路共用！</P>
<P>内部资源：<BR>T0 —— 系统时基<BR>T1 —— 串口波特率<BR>PCA0 ——
生成背景采样控制，编程时看是用时基程序控制，还是PWM硬件控制。<BR>PCA1 —— D/A输出给
RCX<BR>PCA2 —— 马达1 的PWM控制<BR>PCA3 —— 马达2
的PWM控制<BR>INT0、INT1 —— 保留给开关量输入。 </P>
<P>采样电路中第一级作为电压跟随器，提高输入阻抗，减少后级电路对光电管的影响，同时增加驱动能力，保证在Tx1截止、Tx2导通状态下，能可靠的对Cx1充电，实现对背景光强度的记忆。</P>
<P>第二级是一个减法器，同时兼作放大。采样时，Tx1导通，点亮LED，Tx2
截止，第二级的输入实际上为此时的光电信号减去刚才电容上记忆的信号，达到了去除背景光的目的。</P>
<P>PCA1 设计为DA输出用的PWM，以提供RCX输入所需的模拟信号，由于单片机采用的是3.3
V电源，输出使用LMV358做了电平转换，同时使用一个全桥电路实现与RCX的“无极性”连接。为了降低二极管带来的电压损失，使用了4个肖特基二极管，其正向压降约为0.15V，而普通整流管约为0.6V。</P>
<P>电源采用NCP1402开关型升压芯片，所需器件较少，电路简单，输出电流约200
mA（详查NCP1402手册）。<BR>电机驱动部分使用的是长电的SS8050和SS8550作为功率驱动，标称最大电流1.5A。为了便于使用不同的电压驱动电机，电路上将电机驱动电压分开，其中的电阻值需要根据所使用的电压确定。由于空间有限，没有设计短路防护，在编程时要十分注意。而且只设计了H桥下臂的两个二极管，作为PWM调功必须的续流通路，省去了上臂的保护二极管，所以在软件编写时须注意，尽量避免同时切断所有桥臂，导致电机线圈产生高压，击穿三极管。</P>
<P>发光二极管的设置主要是为了便于监测程序的运行状态，可以根据需要改变LED闪烁的方式，达到调试或状态检测的目的。</P>
<P>电路设计上为了便于作为其他用途，PCB上留出了可以扩充的I/O口，包括：</P>
<UL>
<LI>4路可作为模拟输入的I/O口，接内部A/D转换器；
<LI>2路数字I/O，接内部外部中断，可灵活作为各种用途的监测；
<LI>TXD、RXD串口，既作为编程的接口，也可在执行用户程序时作为通用的数据接口；
<LI>提供了3.3V和5V两种电源，便于扩充需要。 </LI></UL>
<P>为了增加灵活性、减小PCB，仍然采用软线引出，使用空中对接插头连接（插头资料见之二的附件），这样可以方便的按照自己的需要接出所需的信号，而不会受制于直接设计在PCB上的插座的约束。</P>
<P>从PCB的设计上可以看出，如果需要更复杂可靠的轨迹采样，可以再接一块采样板，使用保留的4路A/D通道，实现8个轨迹采样或者其他特殊的需求。</P>
<H2>5.5 硬件设计总结</H2>
<P>至此，控制硬件设计基本完成，综观上述设计，尤其是PCB的设计，应当可以看出，整个设计的宗旨均贯穿着这样的理念：</P>
<UL>
<LI>便于灵活的组合，以达到不同的目的，满足不同的需求；
<LI>尽量使所做的东西可以不断的被利用，以发挥其最大价值；(两个部分总共有4块PCB，他们可以灵活组合，每一块PCB又都可以方便的作为其它用途：)
<LI>H桥部分可以作为其它主控板的功率驱动部分；
<LI>采样部分也可以单独作为光电采样的信号预处理；
<LI>电机驱动器的控制部分可作为一个通用的最小系统，方便的构成一些智能部件 。 </LI></UL>
<P>硬件设计到此为止，在实施中也许会做适当改进。</P>
<P>（未完待续）</P>
<P>附件：<BR>1、 <A
href="http://www.robotdiy.com/images/FollowMe_robot/followme_robot_logic.rar">电原理图、PCB（RAR压缩文件）</A><BR>2、
<A
href="http://www.robotdiy.com/images/FollowMe_robot/followme_robot_logic.XLS">元器件清单（Excel文件，供参考）</A></P>
<P>参考资料：<BR>1、 NCP1402 数据手册<BR>2、 《电动机的单片机控制》王晓明编著
北京航空航天大学出版社<BR></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>
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<TD class=type4>我们想做一个线控的比赛用的小机器人 | (Scores:
0)<BR>作者: Anonymous 发表日期: 星期二 18 七月 @
10:57:57<BR></TD></TR>
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<TD>就是说不是采用这种采集信号反馈的方式，而是可以由人员操作的，可以给些控制电机方面的建议不？
</TD></TR>
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<TD class=type4>RE:我们想做一个线控的比赛用的小机器人 | (Scores:
0)<BR>作者: Anonymous 发表日期: 星期三 19 七月 @
09:27:59<BR></TD></TR>
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<TD>关键看你的控制要求，如果只是正反转，用倒顺开关即可，但是要调速，就要加一些控制了。<BR></TD></TR>
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<TD class=type4>不可爱了 | (Scores: 0)<BR>作者:
Anonymous 发表日期: 星期三 13 九月 @ 14:26:15<BR></TD></TR>
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<TD>还是喜欢原来全积木式的！ </TD></TR>
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<TD class=type4>寻轨迹机器人 | (Scores: 0)<BR>作者:
Anonymous 发表日期: 星期二 21 十一月 @ 08:10:52<BR></TD></TR>
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<TD>这是啥牌子的机器人<BR></TD></TR>
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