51单片机智能小车控制系统设计(6)
(7) 端口区。用于外挂硬件的控制或者获取外部硬件的一些状态信息等。
3.1.2 车体结构
本系统运动车体部分采用二驱轮式双电机驱动，其机械结构及工作原理示意图如图5所示。
图5中两电机左右分布，分别驱动左右两轮，同万向轮共同作用，实现小车前进、后退、左转与右转[8]。
小车运行原理说明如下：
前进：由小车结构分析，左右两电机同时正转时，左右轮无速度差，小车向前直线运动，实现前进动作。
图5 车体结构
后退：倒车动作与前进动作相反，左右两电机同时反转时，左右轮无速度差，小车向后直线运动，实现后退动作。
左转：右轮电机正转，左轮电机停转，此时小车在左右电机共同作用下，配合万向轮，向左侧前进，实现左转动作。
右转：左轮电机正传，右轮电机停转，小车在前后轮共同作用下，配合万向轮，向右侧前进，实现右转动作。
3.1.3 控制板电路设计与原理
控制板主要由接口电路、电源电路和两路电机的驱动电路组成，其功能及设计原理如下：
(1) 接口电路：接口电路用于将61板的I/O电机控制信号传送给控制板，本设计采用IOB8~IOB11信号控制电机，此外，为方便后续开发与完善，预留出IOB12~IOB15和IOA8~IOA15接口，可在预留接口上搭载传感器，实现功能扩展。
(2) 电源电路：整个小车共有4个电源输入输出信号：电池电源，控制板的工作电源，61板的工作电源，61板I/O输出电源。电池为整个系统供电，控制板由电池经二极管D1后输出61板工作电源，经61板的跳线输出61板端口电源信号。二极管D1作用：①降压。4节电池提供的电压VCC最大可达到6V，D1可有效地降压。②保护。D1可以防止电源接反烧坏61板。
(3) 电机驱动电路：使用全桥驱动又称H桥驱动，IOB8和IOB9控制一个H桥，控制左轮电机，为小车左轮运动提供动力支持，实现小车的左轮的控制；IOB10和IOB11控制另一个H桥，控制右轮电机，实现小车右轮的调节，与万向轮配合使用，实现小车行驶状态的控制[9]。
①左轮电机驱动电路
本电路是使用全桥驱动，其原理如图6所示。Q1、Q2、Q3、Q4这四个三极管共同组成全桥驱动的四个桥臂，其中，Q1、Q4一组，Q2、Q3一组，Q5控制Q2与Q3的导通及关断，Q6控制Q1与Q4的导通及关断，而IOB9、IOB8控制Q5和Q6。因此，可以通过IOB8、IOB9实现四个桥臂的导通及关断控制，进而实现左轮电机运行状态的控制。
当IOB8为1且IOB9为0，Q1、Q4导通，Q2、Q3截止，左轮电机正向转动；反之当IOB8为0且IOB9为1，Q1、Q4截止，Q2、Q3导通，左轮电机反向转动；而当IOB8、IOB9同为0时Q1、Q2、Q3和Q4均截止，左轮电机停止转动。
注意：IOB8和IOB9不能同时置1，因为这样会造成左轮电机驱动全桥短路。
图6 左轮电机驱动电路
②右轮电机驱动电路
该电机驱动电路也是一个全桥式驱动电路，其原理如图7所示。Q7、Q8、Q9、Q10这四个三极管共同组成全桥驱动的四个桥臂，Q7、Q10一组，Q8、Q9一组，Q11控制Q8与Q9的导通及关断，Q12控制Q7与Q10的导通及关断，而IOB10、IOB11控制Q11与Q12。因此，可以通过IOB10、IOB11实现四个桥臂的导通及关断控制，进而实现右轮电机运行状态的控制。
图7 右轮电机驱动电路
当IOB10置1且IOB11置0时Q8、Q9导通，Q7、Q10截止，右轮电机正向转动；反之当IOB10置0且IOB11置1时，Q8、Q9截止，Q7、Q10导通，右轮电机反向转动；而当IOB10、IOB11同为0时Q8、Q9均截止，Q7、Q10也截止，右轮电机停止转动。
注意：IOB10、IOB11不能同时为1，因为会造成右轮电机驱动全桥的短路。
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