51单片机小车状态控制系统仿真研究(4)
（2）四驱轮式车体，其特点是所有轮子都是驱动轮,均可以控制。优点是通过旋转轮子来转向，并提供动力，可以更好适应粗糙路面，而且速度快，噪声低；缺点是机械结构复杂，但也非常灵活，但是控制较复杂。
（3）汽车结构式轮式车体，其特点是只需要两个马达，一个作为动力驱动，另一个驱动差速器实行转向，容易控制。优点是速度快、效率高、运动噪声低；缺点是转弯效率低，或转外半径大，越障能力、地形适应能力较差，但比四驱轮式好。适合野外、城市环境，但是地形不能太复杂，如上楼梯难以实现。
（4）履带式车体，其特点是差速驱动两个履带。优点是动力强劲、越障能力、地形适应能力强；缺点是速度相对较低、效率低、运动噪声较大。适合野外、城市环境尤其在爬楼梯、越障等方面优于轮式车体。
综合考虑，本系统主要用于室内环境，对地形条件要求不高，所以采用二驱轮式车体作为系统车体。
3.硬件电路设计与实现
3.1 运动控制单元电路
运动控制单元主要承担着对小车状态控制的职责，它主要涉及到控制单元、驱动部分、和车体结构。控制部分由芯片STC89C51承担，主要的任务是分析接收到的信号，然后发出控制指令[7]。驱动部分主要由芯片L298N组成。车体主要是小车行走的硬件基础。
3.1.1 控制单元
系统的控制单元由STC89C51系统承担，在整个系统中承担着重要的作用。首先它直接与小车的驱动芯片相连，对芯片发送控制信号。其次它承担着对接受到的控制信号的分析和处理重要职责，对小车的状态的控制起着不可替代的作用。
控制单元的电路图如图5所示。51单片机通过P3.0接收上位机发送的控制信号，通过查询的方式对其接口信号进行查询分析，通过P2.0-P2.3接口向L298N模块发送控制信号，实现对小车控制信号的转换和发送，从而实现小车状态的控制。
图5 控制单元单元电路图
3.1.2 驱动部分
本系统运动控制驱动单元主要是由L298N模块完成，如图6为其电路图。主要分为两个部分：一个是L298N驱动模块，另外一个是电机。电机驱动模块的工作就是根据51板的输出信号去放大和转换，增大驱动能力，以便启动和停止相应的电机，以及调整电机的正反转方向[8]。正是通过开启和关闭相应的电机，使电机在不同的组合状态运转，最终来实现小车的状态控制功能。而电机的作用无疑就是小车的动力部分，分别控制两个电机的运动和停止，实现小车的前进、后退、左转、右转及停止等功能。电机主要是由线圈组成的，因此在电机的转动的过程中就相当于一个阻值很大的电感，尤其是在换向的时候会产生很大的反向电流，对电机有很大的破坏作用，因此要在电路中添加二极管，其作用就是泄流，对电机有保护作用。
图6 运动控制驱动单元电路图
控制驱动芯片主要采用L298N，其引脚功能分配图见图7。4管脚VS接2.5V到46V的电压，它是用来驱动电机的，9引脚是用来接4.5到7V的电压的，它是用来驱动L298芯片的，6和11引脚是它的使能端，一个使能端控制一个电机，具体由哪一个时能端控制由硬件的焊接决定，只有当它们都是高电平的时候两个电机才有可能工作。5,7,10,12是298的信号输入端和单片机的IO口相连，2,3,13,14是输出端，输入5和7控制输出2和3, 输入的10,12端口控制输出的13,14端口。
图7 L298N引脚图
通过单片机的I/O输出改变芯片控制端的电平，用单片机的P0口的低四位（P0.0 、P0.1、 P0.2、P0.3）分别接到电机控制芯片L298的控制信号输入端口IN1、IN2、IN3、IN4，用P1.3和P1.4分别接到L298的使能端口ENA和ENB。由于本设计采用两个电机来驱动小车，因此ENA、IN1、IN2是控制电机1，ENB 、IN3、IN4是控制电机2。