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1、嵌入式设计系统实践论文 -基于ARM2103的灭火机器人设计系 别： 机电学院 专 业：自动化 班 级：093班 学 号：02 03 学生姓名：黄 文黎书堂 指导教师：王 祖 麟 基于ARM2103灭火机器人的研究与设计摘要：随着社会与国家的发展，在经济迅速增长的同时，各种危险场所不可避免的火灾频繁出现，给社会安全造成了很多隐患，于是现代火灾及时补救已成为迫在眉睫需要解决的问题，救火早一刻就少一分损失，消防救援人员固然速度已经很快，但也需要一段不小的时间，而且进入救火现场还有生命危险的可能，于是消防机器人的理念诞生了，笨设计主要就是针对消防机器人的制作与研究，小车以ARM2103为控制核心，加
2、以电源电路、电机驱动、光电传感电路、火焰检测电路、灭火风扇以及其它电路构成。电源电路提供系统所需的工作电源，专用电机驱动芯片驱动电机控制小车的前进后退以及转向，光电对管完成寻迹和避障，光敏电阻传感器检测火焰，灭火风扇进行灭火。本设计制作的消防小车具有简易灭火功能，达到了实现现场灭火的目的，设计较好地完成了课题目标。关键词：传感器；灭火机器人；直流电机；寻迹The Design of Dual Serial Server Based on ARM2103Abstract: With the social and national development, rapid economic growt
3、h, the inevitable fires a variety of dangerous places frequently, to the Social Security created a lot of hidden dangers, so the modern fire remedied in time, has become an urgent need to address the problem, the fire As early as the moment of loss on the Shaoyi Fen, fire rescue personnel of course,
4、 speed has been fast, but it also needs a big time, and enter the fire scene there is the possibility of life-threatening, so was born the concept of fire-fighting robot, stupid design is mainly for the production of fire-fighting robot and research, car in order to ARM2103 microcontroller to contro
5、l the core,To power supply circuits, motor drives, photoelectric sensor circuit, the flame detection circuit, fire fans, and other circuit. Power circuit to provide the necessary working power supply systems, special-purpose motor driver chip drives car forward backward motor control, as well as ste
6、ering, photoelectric tracing the completion of the tube and avoid obstacles, and photosensitive resistance sensor detects flame, fire-fighting fans put out the fire. This design produced a simple car fire extinguishing capabilities to achieve the realization of on-site fire-fighting purposes, the de
7、sign goal of a better way to complete a task.Keywords: sensor; fire-extinguishing robot; DC motor; tracing第1章 绪论1.1 机器人产生的背景11.2 机器人技术发展现状21.2.1 机器人的发展21.2.2 灭火机器人21.3 本文的主要内容及组织3第2章 整体方案设计及背景知识2.1 整体方案设计.42.2 硬件实现方案.52.2.1 MCU的选择.52.2.2 电机的选择52.2.2 传感器的选择.52.2.2. 火焰传感器的选择52.2.2. 避障传感器的选择52.2.3 硬件总体
8、设计方案.72.3 软件实现方案7第3章 系统硬件电路设计3.1 电源电路143.2 微控制器模块设计143.2.1 ARM2103 3.2.2 ARM2103最小系统电路3.3 电机驱动电路的设计153.4 寻线电路的设计.153.5 火焰检测电路的设计.173.6 声音警报与灭火20 3.6.1 灭火驱动电路. 3.6.2 声音警报电路3.7 本章小结.第4章 软件的实现4.1 软件开发平台介绍244.2 主程序流程图244.3 寻线程序流程图.254.4 灭火程序流程图.264.5 本章小结28第一章 绪论1.1 机器人产生的背景首先我介绍一下机器人产生的背景，机器人技术的发展，它应该说
9、是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，也同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中，各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，那么人类的发展随着人们这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。那么什么是机器人呢？人们一般的理解来看，机器人是具有一些类似人的功能的机械电子装置，或者叫自动化装置，它仍然是个机器，它有三个特点，一个是有类人的功能，比如说作业功能，
10、感知功能，行走功能，还能完成各种动作，它还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是它可以编程，改变它的工作、动作、工作的对象，和工作的一些要求，它是人造的机器或机械电子装置。但从完整的更为深远的机器人定义来看，应该更强调机器人智能，所以人们又提出来机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。那么这给机器人提出来更高层次的要求，展望21世纪，机器人将是一个与20世纪计算机的普及一样，会深入地应用到各个领域，在21世纪的前20年是机器人从制造业走向非制造业的发展一个重要时期，也是智能机器人发展的一个关键时期。 刚才我们用了短暂的时间，讲了机
11、器人的发展以及我们对机器人的看法，进行了简单地介绍，相信大家在今后的学习中，能够加入到我们研究机器人这个行列中。1.2 机器人技术发展及现状1.2.1 机器人的发展机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，同时，为社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入，就加强了本国的经济的发展。比如说日本，战后以后开始进行汽车的工业，那么这时候由于它人力的缺乏，它迫切需要一种机器人来进行大批量的制造，提高生产效率降低人的劳动强度，这是从社会发展需求本身的一个需求。另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必
12、然结果，那么人类的发展随着人们逐渐的这种社会发展的情况，人们越来越不断探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中,来需求能够解放人的一种奴隶。那么这种奴隶就是代替人们去能够从事复杂和繁重的体力劳动，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。但另一方面，尽管人们有各种各样的好的想法，但是它也归功于电子技术，计算机技术以及制造技术等相关技术的发展而产生了提供了强大的技术保证。 那么机器人怎么产生的呢？这是在1920年，有一个捷克斯洛伐克的一个作家叫卡佩克，他写了一本科幻小说，叫罗萨姆的机器人万能公司。这本小说中他构思了一个和幻想了一个机器人，它的名字叫罗伯特
13、，也就是我们英文中的Robot，它可以不吃饭，它能够不知疲劳的，不知疲倦地进行工作。在1920年前后，大家也知道是在第一次世界大战以后，是各国工业发展比较迅速的时期，我们看到电影摩登时代，卓别林主演的人变成了机器人，在生产线中天天的进行劳动。人们在这种烦躁的体力劳动中就幻想有一种能代替人完成这样工作的想像、一种需要，这个小说在1924年和1927年的时候被纷纷传到了日本、法国和欧洲国家，还变成了一种当时的木偶剧和一些话剧，所以这样的一个机器人的名词就向全世界铺展开来，当时人们还认为是一个科幻小说，还没有把它跟我们日常的学习工作和生产结合起来。 在20世纪70年代到20世纪80年代初期，工业机器
14、人变成产品以后，得到全世界的普遍应用以后，那么很多研究机构开始研究第二代具有感知功能的机器人，出现了瑞典的ABB公司，德国的KUKA机器人公司，日本几家公司和日本的FUNAC公司，都在工业机器人方面都有很大的作为，同时我们也看到机器人的应用在不断拓宽，它已经从工业上的一些应用，扩展到了服务行业，扩展了它的作业空间，向海洋空间和服务医疗等等行业的使用。所以从这张图可以看出机器人发展的几个过程。 那么总结一下，我们认为，机器人有三个发展阶段，那么也就是说，我们习惯于把机器人分成三类，一种是第一代机器人，那么也叫示教再现型机器人，它是通过一个计算机，来控制一个多自由度的一个机械，通过示教存储程序和信
15、息，工作时把信息读取出来，然后发出指令，这样的话机器人可以重复的根据人当时示教的结果，再现出这种动作，比方说汽车的点焊机器人，它只要把这个点焊的过程示教完以后，它总是重复这样一种工作，它对于外界的环境没有感知，这个力操作力的大小，这个工件存在不存在，焊的好与坏，它并不知道，那么实际上这种从第一代机器人，也就存在它这种缺陷，因此，在20世纪70年代后期，人们开始研究第二代机器人，叫带感觉的机器人，这种带感觉的机器人是类似人在某种功能的感觉，比如说力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉和人进行相类比，有了各种各样的感觉，比方说在机器人抓一个物体的时候，它实际上力的大小能感觉出来，它能够通过视觉，能够去感受和
16、识别它的形状、大小、颜色。抓一个鸡蛋，它能通过一个触觉，知道它的力的大小和滑动的情况。 那么第三代机器人，也是我们机器人学中一个理想的所追求的最高级的阶段，叫智能机器人，那么只要告诉它做什么，不用告诉它怎么去做，它就能完成运动，感知思维和人机通讯的这种功能和机能，那么这个目前的发展还是相对的只是在局部有这种智能的概念和含义，但真正完整意义的这种智能机器人实际上并没有存在，而只是随着我们不断的科学技术的发展，智能的概念越来越丰富，它内涵越来越宽。 那么从三代机器人发展过程中，从另一个方面，我们对机器人从应用的角度进行了分类，比如说工业机器人，它包括点焊、弧焊、喷漆、搬运、码垛，在工业现场中工作的
17、这种机器人，我们统称为工业机器人，那么从不同的应用中，到水下去作业的叫水下机器人，到空间作业的叫空间机器人，同时又存在农业、林业、牧业，对医疗机器人叫医用机器人，还包括娱乐机器人，建筑和居室上用的机器人，所以从应用分类，它包括从行业、应用角度，也可以进行这样简单的分类。1.2.2 灭火机器人的发展近几十年中，大量的高层、地下建筑与大型的石化企业不断涌现。由于这些建筑的特殊性，发生火灾时，不能快速高效的灭火。为了解决这一问题，尽快救助火灾中的受害者，最大限度的保证消防人员的安全，消防机器人研究被提到了议事日程。而机器人技术的发展也为这一要求的实现提供了技术上的保证，使得消防机器人应运而生。 从二
18、十世纪八十年代开始，世界许多国家都进行了消防机器人的研究。美国和苏联最早进行消防机器人的研究，而后日本、英国、法国等国家都纷纷开展了消防机器人的研究，目前已有多种不同类型的消防机器人用于各种火灾场合。 我国从八十年代末期开始消防机器人的研究，公安部上海消防研究所等单位在消防机器人的研究中取得了大量的成果，自行式消防炮已经投入市场，履带轮式消防灭火侦察机器人也于2000年6月通过了国家验收。但是，我国消防机器人的研究还处在初级阶段，还有许多有待研究的问题。比如，高层建筑发生火灾时，消防人员不可能在短时间内到达高处的火灾发生地点，在地下建筑中，由于环境比较潮湿，烟气不易扩散，消防人员不容易快速的判
19、定火源位置；而在石化企业发生火灾时，将产生大量的毒气，消防人员在灭火时极易中毒。研制能够用于这些场合的侦察灭火机器人，协助消防人员进行火灾的定位和灭火，将有极大的社会意义。 基于人工智能的不断发展，各项高新技术的不断成熟，在可预见的将来，消防机器人在功能上会更具多样特点，在较多危险区域可以完全代替消防员，避免消防员生命伤亡。同时也应该看到，我国在研究消防机器人方面较国外同行已落后太多，存在技术差异和代沟，消防机器人的不断研制、生产和装备过程，应坚持自主研制为主，引进为辅，提高我国消防部队消防装备现代化的水平,并及时装备消防部队，提高消防部队打赢大仗、恶仗、硬仗和特殊战役的能力，提高消防部队在处
20、置大型复杂火灾和应急救援的作战效能, 提高消防部队的自我防护能力,减少消防指战员的人身伤亡，更好地保卫我国经济发展。1.3本文的主要内容及组织本论文设计了以ARM2103作为主控制器，光敏电阻作为本系统的火焰传感器，用TCRT5000型光电对管进行寻线和避障，L298作为直流电机的驱动芯片。所做工作和确定的成果如下：1、以ARM2103为核心拟定了系统组成方案，完成了系统的电路硬件总体设计，包括供电模块、ARM2103系统、寻线系统、电机驱动系统、壁障系统、火焰检测系统以及灭火系统和各个模块间接口。2、完成主要功能模块的程序设计，分别完成对各个功能模块的程序进行调试工作。第2章 系统设计及方案
21、比较根据课题设计的要求和课题目标，我制定出了系统的设计方案，并通过比较论证，选择合适的器件。最终确定手工制作小车，采用ARM2103作为主控制器，用ST178型光电对管进行避障，光敏电阻传感器作为本系统的火焰传感器，L298作为直流电机的驱动芯片的设计方案。2.1 整体方案设计课题要求设计一个简易灭火机器人模型，能到指定区域进行灭火工作（以蜡烛模拟火源，分布在小车行走的场地中）。小车必须通过内部设备采集现场环境情况进行分析并做出相应的动作，以达到小车智能灭火的目的。根据题目要求，本系统主要由控制器模块、电源模块、直流电机及其驱动模块、避障传感器模块、避障模块、火焰传感器、灭火系统及其驱动模块等
22、模块构成，本系统的方框图如图2-1所示。 图2-1系统方框图为较好的实现各模块的功能，我分别设计了几种方案并分别进行了论证。2.2 硬件实现方案2.2.1 微控制器的选择近年来，ARM微控制器应用技术发展迅速，为智能装置的开发设计带来了很大的便利。但在开发设计中选择合适的MCU带来了很大的困难。方案1：采用单片机作为主控制器。P89V51RC2是一个低功耗，高性能的51内核的CMOS 8位单片机，片内含8k空间的可反复擦多次的Flash只读存储器，具有256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个IO口，2个16位可编程定时计数器。且该系列的51单片机可以不用烧写器而直接用串口或并口
23、就可以向单片机中下载程序。但是考虑到本系统要进行避障和火焰传感器的检测以及电机的控制、声音报警，若使用P89V51RC2可能在数据处理方面有一些不足。因此我们不选择此方案。方案2：采用周立功公司的ARM2103作为主控制器。LPC2103 是一个基于支持实时仿真的 16/32 位ARM7 TDMI-S CPU 的微控制器，并带有 32kB 的嵌入高速Flash 存储器，128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使 32 位代码能 够在最大时钟速率下运行。 较小的封装和极低的功耗使LPC2103 适用于访问控制器和POS 机等小型应用系统中； 由于内置了宽范围的串行通信接口（2 个UART、SP
24、I、SSP 和2 个I2C）和8KB 的片内SRAM，LPC2103 也适合用在通信网关和协议转换器中。32/16 位定时器、增强型 10 位ADC、定时 器输出匹配PWM 特性、多达13个边沿、电平触发的外部中断、32 条高速GPIO，使得LPC2103 微控制器特别适用于工业控制和医疗系统中。 16/32 位ARM7 TDMI-S 微控制器，超小LQFP48 封装；8KB 的片内静态RAM 和 32KB 的片内Flash 程序存储器。128 位宽度接口/加速器 可实现高达70 MHz 工作频率； 通过片内boot 装载程序实现在系统/在应用编程（ISP/IAP）。单个Flash 扇区或整
25、片擦除时间为 100ms，256 字节编程时间为 1ms； 嵌入式ICE RT 通过片内RealMonitor 软件提供实时调试； 10 位 A/D 转换器提供 8 路模拟输入（每个通道的转换时间低至 2.44us），以及特 定的结果寄存器来最大限度地减少中断开销；2 个32 位定时器/外部事件计数器（带7 路捕获和7 路比较通道）；2 个 16 位定时器/外部事件计数器（带3 路捕获和7 路比较通道）；低功耗实时时钟（RTC）具有独立的电源和特定的32KHz 时钟输入；多个串行接口，包括2 个UART（16C550 协议标准）、2 个高速I2C 总线（400 Kbit/s）、 SPI 和具有
26、缓冲作用和数据长度可变功能的 SSP；向量中断控制器（VIC ），可配置优先级和向量地址；多达32 个通用I/O 口（可承受5V 电压）；多达 13 个边沿、电平触发的外部中断管脚；通过一个可编程的片内PLL （100us 的设置时间）可实现最大为70MHz 的CPU 操作频率，其具有 10MHz25MHz 的输入频率；片内集成振荡器与外部晶体的操作频率范围为 125MHz；低功耗模式包括空闲模式、带RTC 的睡眠模式和掉电模式；可通过个别使能/禁止外围功能和外围时钟分频来优化额外功耗；通过外部中断或RTC 将处理器从掉电模式中唤醒。从方便使用和经济的角度考虑，我们选择了方案2。2.2.2 电
27、机选择本系统为智能电动车，对于电动车来说，其驱动电机的选择就显得十分重要。下面我们分析了几种常见电机。步进电机由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生大扭力。本课题选用的是直流电机。2.2 传感器的选择2.2.1 火焰传感器的选择火焰检测有紫外传感器、烟雾传感器、温度传感器、红外传感器以及CCD
28、图像传感器。我综合论证了这几种传感器，制定了如下几种方案。方案1：用烟雾传感器。烟雾传感器广泛应用与火警检测。但是由于此题目的火源是用蜡烛模拟的，没有太大的烟雾，因此用烟雾传感器作为此小型电动车的火焰传感器也不够实用，因此我放弃了此方案方案2：用紫外传感器检测火焰。紫外火焰传感器主要应用于火灾消防系统，尤其是一些易燃易爆场所，用来监测火焰的产生。紫外线火焰传感器的灵敏度高，相应速度快，抗干扰能力强，对明火特别敏感，能对火灾立即做出反应。但是紫外传感器检测的范围太大，不适用于本系统。方案3：用光敏电阻作为传感器。所谓光敏，就是对光反应敏感。光敏电阻在光照条件下电阻值随外界光照强弱（明暗）变化而变
29、化的组件，光越强阻值越小，光越弱阻值越大。CDS光敏电阻，灵敏度高，反应速度快，光谱特性及值一致性好等特点外，在高温、多湿的恶劣环境下，仍能保持其高度的稳定性和可靠性，广泛应用于光探测和光自控领域中。从经济和方便的角度考虑，本课题选择了方案3。2.2.2寻迹传感器方案1：用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。这样自己制作组装的寻迹传感器基本能够满足要求，但是工作不够稳定，且容易受外界光线的影响，因此我放弃了这个方
30、案。方案2：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。因此我们考虑其他更加稳定的方案。方案3：用TCRT5000型光电对管。TCRT5000为反射取样式红外线对管作为核心传感器件。它采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，以非接触检测方式，检测距离可调整范围大，4-10mm可用。所示。当发光二极管发出的光反射回，三极管导通输出低电平。
31、此光电对管调理电路简单，工作性能稳定。因此本课题选择了方案3。2.2.3.2 避障传感器的选择方案1：用超声波传感器进行避障。超声波传感器的原理是：超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后，遇到障碍物便反射回来，再被超声波传感器接收。然后将这信号放大后送入单片机。超声波传感器在避障的设计中被广泛应用。但是超声波传感器需要40KHz的方波信号来工作，因为超声波传感器对工作频率要求较高，偏差在1内，所以用模拟电路来做方波发生器比较难以实现。而用单片机作为方波发生器未免有些浪费资源。因此我考虑其他的方案。方案2：用红外光电开关TL1838A2进行避障。光电开关的工作原理是根据投光器发出的光束，被物体阻断或
32、部分反射，受光器最终据此做出判断反应，是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，当检测到有障碍物的时候，光电对管就能够接收到物体反射的红外光，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均能检测。光电对管TL1838A2操作简单，使用方便。当有光线反射回来时，输出低电平。当没有光线反射回来时，输出高电平。考虑到本系统只需要检测简单障碍物，没有十分复杂的环境。为了使用方便，便于操作和调试，我最终选择了方案2。2.2.3 硬件总体设计方案经过反复比较论证，我最终确定了如下方案：1、手工制作车体。2、采用ARM2103作为主控制器。3、用TL1838A2型光电对管进行避障。4、光敏电阻传感器作为本系统的火
33、焰传感器。5、L298作为直流电机的驱动芯片。6、使用蜂鸣器进行灭火报警。TL1838A2光电对管寻迹 灭火风扇火焰传感器声音报警模块L298驱动直流电机ARM2103控制芯片光电开关避障模块图2-4系统结构框图2.3.2 软件总体设计方案 传感器组把测得温度分别通过AD转换传给单片机，单片机通过一定的处理，比较得出温度最高的三个传感器，根据能量在自由空间的衰减规律可知，火源与传感器的距离与传感器测得温度的大小呈负相关，温度越高，距离火源越近，所以，火源即在这三个传感器所对的那个方向上，调整小车方向并通过避障传感器避障前进到火源位置驱动灭火风扇进行灭火。第3章 硬件单元电路设计本章主要讲述了以
34、ARM2103为主控制器，设计相关的硬件电路。主要硬件电路有：寻线与控制电路、电机驱动模块、火焰检测电路、灭火风扇驱动电路以及声音报警电路。3.1 电源电路ARM2103需要4.5 - 5.5V直流电压、150mA的峰值电流，在考虑到其它外围芯片的供电电压和功耗，最终选择L7805ACV这种专为大功率供电使用的芯片提供5V供电，电源电路如图3-1。 （3-1）3.2微控制器模块的设计3.2.1 ARM2103微控制器介绍周立功公司的 基于支持实时仿真的16/32位ARM7 TDMI-S CPU的较高配置的一款微控制器，应用极其广泛ATmega128主要特性如下：l 16/32 位ARM7 TD
35、MI-S 微控制器，超小LQFP48 封装； l 8KB 的片内静态RAM 和 32KB 的片内Flash 程序存储器。128 位宽度接口/加速器，可实现高达70 MHz 工作频率；l 通过片内boot 装载程序实现在系统/在应用编程（ISP/IAP）。单个Flash 扇区或整片擦除时间为 100ms，256 字节编程时间为 1ms；嵌入式ICE RT 通过片内RealMonitor 软件提供实时调试。l 10 位 A/D 转换器提供 8 路模拟输入（每个通道的转换时间低至 2.44us），以及特定的结果寄存器来最大限度地减少中断开销。l 2 个32 位定时器/外部事件计数器（带7 路捕获和7
36、 路比较通道）。l 2 个 16 位定时器/外部事件计数器（带3 路捕获和7 路比较通道）。l 低功耗实时时钟（RTC）具有独立的电源和特定的32KHz 时钟输入。l 多个串行接口，包括2 个UART（16C550 协议标准）、2 个高速I2C 总线（400 Kbit/s） ，SPI 和具有缓冲作用和数据长度可变功能的 SSP；l 向量中断控制器（VIC ），可配置优先级和向量地址。l 多达32 个通用I/O 口（可承受5V 电压）；l 多达 13 个边沿、电平触发的外部中断管脚；l 通过一个可编程的片内PLL （100us 的设置时间）可实现最大为70M的CPU 操作频率，其具有 10MHz
37、25MHz 的输入频率。l 片内集成振荡器与外部晶体的操作频率范围为 125MHz。l 低功耗模式包括空闲模式、带RTC 的睡眠模式和掉电模式。l 可通过个别使能/禁止外围功能和外围时钟分频来优化额外功耗。 l 通过外部中断或RTC 将处理器从掉电模式中唤醒。3.2.2 ARM2103最小系统电路ARM2103最小系统电路如图3-2所示。主要包括复位电路、晶振电路、低通滤波器电路以及各种滤波电容3.3 电机驱动电路的设计用L298芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良，从稳定性方面考虑，采用电机驱动芯片L298作为电机驱动。L298是SGS公司的产品，是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯
38、片，内部图3-3 LM298内部H桥原理图包含二个H桥的高电压大电流桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46伏、2安培以下的电机，工作温度范围从25度到130度。它相应频率高，一片L298可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。其内部的H桥原理图如图2-2所示。EnA是控制使能端，控制OUTl和OUT2之间电机的停转， IN1、IN2脚接入控制电平，控制OUTl和OUT2之间电机的转向。当使能端EnA有效，IN1为低电平IN2为高电平时，三极管2，3导通，1，4截止，电机反转。当IN1和IN2电平相同时，电机停转。如表3-1是L298使能引脚、输入引脚和输出引脚之间的逻辑关系
39、表3-1电机运行逻辑关系EnAIN1IN2电机转向HHL正转HLH反转H同IN2同IN1停止LXX停止驱动电路的设计如图3-4所示。电源由变压器提供，通过稳压模块转化为5v作为信号电源Vss。 电机由L298供电，由全桥进行泻流。 对电机的控制信号由ARM2103的P0.12 P0.15 P0.16 P0.17四个IO口直接输入，P0.19与P0.20为两个电机的控制信号，（3-4）通过对ARM2103的编程就可以实现两个直流电机的正反转。电源模块为经过变压器变压后在经过稳压器稳压之后的电压，稳压器的电路的原理图如下：3.4 寻线电路的设计在实际设计中，我们并选用AD采样的方案来判断红外线的接
40、收与否。红外线对管典型应用电路如图3-6所示。R1 R2 D VCC VrefVout Ie图3-6红外线对管典型应用电路其中，Ie是红外线接收管的导通后的发射极电流。输出电压为： R1为发射管的限流电阻，R2是输出分压电阻，VCC是发射管供电电压，Vref是输出信号的参考电压，Vout是输出信号。工作时，发射管D发射出的波长约为940nm的红外线信号经反射面传送到接收管上，反射信号的强度随反射面的材料和颜色的不同而不同，接收管的导通电阻RGB随接收到的反射信号强弱而改变，信号越强电阻越小，信号越弱电阻越大。导通电阻和下拉电阻对Vref分压之后输出Vout的模拟电压信号送至AD端口判断信号的接
41、收。本次课题还应用TL838A2红外线接收头。该接收头的特点是：低功耗，高灵敏度，抗干扰性强。使用TL1838A2红外线接收头接收信号时应用38KHz频率三分之一占空比的载波发送红外线并且用探头接收。TL1838A2极限参数电源电压Vcc（V）6工作温度TOPR（） -2585功耗PD(mw)30存储温度TSTG()-40125在发送端口发送38KHz频率的PWM方波，发送600us以后停止发送红外线，停止的时间为900us。之后不断的重复的定时发送。设计出的电路原理图如图3-7所示。图3-7寻线传感器模块原理图小车位置示意图如图3-8所示。寻线的原理：若小车在运动时，小车中轴线位于地面引导线上，位置状态=010，使小车前进；若小车中轴线位于地面引导线的右侧，位置状态=100，使小车左转；若小车中轴线位于地面引导线的左侧，位置状态
