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转眼“寻迹小车FollowMe之七”一文发表已过半年，在这段时间中收到了许多朋友的咨询、建议，在此首先感谢大家的关注、认可！大家的热情给了我继续完善的动力，促使这个项目生存下去，不断成长，成为一个能给广大爱好者、学习者提供切实帮助的平台。

作者：Hanker

前面的章节：

1. 车的主体；
2. 控制部分中的电机驱动器设计；
3. 轨迹采样及逻辑控制部分硬件设计；
4. 开环控制功能；
5. 电机测速及转速控制；
6. 电机驱动部分调试；
7. 单MCU控制的程序设计；

转眼“寻迹小车FollowMe之七”一文发表已过半年，在这段时间中收到了许多朋友的咨询、建议，在此首先感谢大家的关注、认可！大家的热情给了我继续完善的动力，促使这个项目生存下去，不断成长，成为一个能给广大爱好者、学习者提供切实帮助的平台。

在收到的所有建议、意见中，主要内容均围绕着如何配齐这些材料？提的最多的要求是：能否提供套件？

我仔细考察后发现，确实如此，目前这样的销售渠道很少，只有少数几个城市有电子器件的销售，多数地方根本没有这方面的商场。即使在器件供应较好的城市，项目的主要服务对象 ―― 大学生，也由于这几年校区外迁，大大增加了采购的难度、成本。而零星通过网上采购有些不上算，邮费可能要远超过材料成本。此外，已简化至极的结构还是成了许多人实施的障碍。

基于此，我着手完善前面的设计，使之能真正为大家所实施，尽量消除所有障碍，在朋友的帮助下，“圆梦”小车DIY套件终于诞生了！

之所以取名“圆梦”，首先是为了有个名字便于交流；其次是我和许多大学生交流的感受，他们中许多人都梦想自己做一辆智能小车，但苦于客观条件的制约，无法圆梦，我希望这个套件能够圆他们的梦，所以称之为“圆梦”！ 同时，小车呈圆形，白色底盘、蓝色PCB，寓意蓝天白云，是梦的最好意境。

(点击图片可以看大图)

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这个平台在开始做时，有些目标还不是很清晰，在做的过程中不断有所感悟，特别是辅导了两个大学生应用这个平台参加校内机器人赛后，得到了很大启发。他们用这个平台参与的是“自动入库小车”项目，第七篇所描述的单MCU控制方案就是他们所做。

通过和他们的交流，明晰了这个平台的目标：

1. 电路及所选器件必须便于初学者自己动手；
2. 所选器件尽量便宜，以降低参与的心理门槛；
3. 电路设计要便于初学者理解工作原理；
4. 要允许易出现的错误，通过设计降低意外损坏的可能；
5. 要降低意外损坏的维护费用；
6. 要便于扩充、升级，以适应多层次、多样化的要求，以及自身的发展需求；
7. 基本开发手段要尽量便宜，不要造成“鞍子比马贵”的现象；
8. 要有足够的公共资源作为参考。

这个平台所面向的对象是：

1. 相关专业的大学生
2. 机器人爱好者
3. 单片机初学者

基于这些，做了下述改进。

以第七篇的单MCU控制方案为基础，主要改进有：

A. 将结构件开模，彻底消除制作障碍；
B. 改进码盘设计，利用模具优势将码盘分辨率提高至每转 100 脉冲；
C. 改用直插式器件，降低焊接难度，便于调试时检测电平、波形；
D. 改用双极性的中功率三极管D882、B772代替MOS管，成本为原来的1/5；
E. 增加了一些必要的工作指示，如电机驱动输出，以便于使用者在不具备测试手段时能够大概掌握工作情况；
F. 增加了扩展板设计，将MCU的引脚均引至扩展板，提供了更换MCU的可能；
G. 利用扩展板的空间设计了USB转UART接口，可以直接实现程序下载；
H. 利用扩展板的空间设计了无线接口，便于为小车建立无线通讯链路；

原来使用车床加工的塑料件均改为模具制造，借鉴静态模型的方式，将所有零件连在一起，使用时切开，这样不易丢失。塑料件如下：

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其中包含底盘、车轮、滚珠万向轮、小皮带轮、电机固定卡。
滚珠轴承、轮胎、皮带与原来相同，增加了几个钢珠。

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底盘形状如下:

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在底盘设计中，改进了码盘采样器的安装方式，同时提供了一个GP2D12 的安装位置，为即将推出的“打擂台”游戏提供方便。

主要是增加了码盘部分，而且是遮断模式，增加了可靠性，提高了分辨率。（此设计还是受网上某个爱好者的启发，他也自己做了一个小车，码盘和这个结构相同，只不过他是用一拉罐手工制作的。因时间间隔稍长，记不起在何处看到的了，在此向他表示感谢！）
由于工艺需要，车轮分成三层，以形成轮胎安装槽和皮带槽，因此可以将滚珠轴承夹于其中，解决了滚珠轴承的固定问题。

车轮部件：

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组装后： （安装好的车轮）

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原来由于加工手段限制，只好使用磁钢固定钢珠，由于吸力增加了阻力。此次使用模具制造，可以按照标准的球型万向轮结构设计，既可以为本平台服务，还给大家提供了一种小型的万向轮（16*16*22mm），标准的球型万向轮尺寸太大，常常无法在小车上使用。

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为了减轻小车重量，选用四节7号 NiMH充电电池作为电源，电池盒可以安装于底盘下，以降低重心，同时也便于上层扩展。

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虽说7号 NiMH电池容量小，但价格比5号便宜，可以多买几节用于替换，反而减少了等待电池充电的时间。且这个平台的目的是为了学习，没有竞赛那种追求性能的需求。

驱动电路主要修改了驱动三极管，改用双极性管 D772、D882 ，降低了成本，但也减小了驱动电流，目前的电流只有 3A。

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在驱动方式上也作了较大改动，基于前面样机试验的结果，发现双极性可逆方式驱动效果不好，电流消耗太大，在不是十分关注性能的情况下，最好采用受限单极性可逆驱动模式（详见《电动机的单片机控制》一书 P139），基于这个前提，将驱动的防护逻辑改为下图所示，这样修改后，主要的好处是：PWM输出控制可以由硬件完成，大大降低了软件开销（读者可对比本篇所附的程序和前面的程序之电机驱动部分），便于应用 RTOS。

一路电机H桥驱动电路

一路电机驱动保护逻辑电路

观察驱动保护电路，可以得出如下控制状态表：

从表中可以看出，Ctrl2、Ctrl3 两个信号组合，可以实现电机的四种控制：正转、反转、惰行、刹车，Ctrl1 用于控制两个上桥臂开关，实现PWM调功控制。此外，利用与逻辑避免了同侧上、下桥臂同时导通的现象。

这样修改后还节省了2个I/O口，可以增加扩充的灵活性。

从电机H桥驱动电路中可以看出，在输出口增加了2路LED指示，可以方便监视电机的工作状态。

原来设计采用SMD器件是出于这样的考虑：SMD器件已成为正规产品的唯一选择，所以期望通过使用SMD器件来减少与现实的差距。但通过样机试验发现，这样增加了难度，最大的缺陷是不便于测试，使得学习的作用大打折扣，而我们的初衷是借此学习单片机控制，所以这次改进舍弃了SMD器件，全部使用直插式元件。

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改为直插式器件后，原来PCB上的扩展空间没有了。为了保留给使用者足够的个性化尝试空间，增加了一块扩展PCB。

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考虑到没有必要留出那么多扩展用焊盘，所以将USB转UART电路设计在扩展板上，使得用户可以不借助任何外部装置实现在线编程。由于所用的USB转UART芯片无DIP封装的，所以设计了一个装换PCB，我们焊好、测试后提供给大家，以化解这个障碍。

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在辅导大学生做项目时发现，有一个无线通道调试时将十分方便，如在调试走轨迹功能时，可以利用无线通道实时监控4个轨迹检测传感器的输出，以及程序中一些关键变量的值，大大提高了程序调试的效率。所以在扩展板上还将前面文章描述的无线接口部分加入，便于用户方便的扩充无线通道。

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在MCU的扩充连接上也采用了一种较灵活的方式，将MCU的所有引脚均引到扩展板上，这样一方面使得用户在扩展时比较方便，同时提供了一种新的可能：替换MCU！因为所有MCU的引脚均引到扩展板上，如果原来的MCU（STC12LE5412AD）不插，则可以使用扩展板上自己选择的MCU控制。

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目前除了51系列MCU应用比较普遍外，AVR系列正在被广泛接受，特别是用于电机控制，因为它有丰富的PWM资源以及较快的速度。所以在扩展板上设计了MEGA64/128的位置，因为它是TQFP封装，需PCB转换后才可以方便的使用。

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如果使用别的DIP封装的MCU，在扩展板上还设计了一个DIP40 和DIP28的位置，DIP28是窄封装的，可以方便的使用MEGA8/16系列MCU。

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我看过STK500的ISP协议，感觉使用20脚的STC12C5412应该可以实现，所以如果用户有能力可以借用无线模块控制MCU的位置尝试自己做一个STK500，这样AVR的编程也不必借助外部设备了，同时这也是学习MCU通讯功能的极好题材。

很多人觉得应该自己设计，从电路设计开始，自己设计PCB、购买元器件，然后自己制作、调试。能够这样固然好，但是对于许多实践经验几乎为零的学生来说，这样走的效率太低，会走许多弯路，而且有可能由于困难太大而夭折，或是望而却步。

反思一下，我们是如何学会写字的？是不是开始就自己写？还是从描红开始，逐步到临摹，之后才去树立自己的风格。

写字如此，学习单片机也是同样。采用别人设计好的DIY套件制作如同“描红”一样，它将给你一种体验，使你能够掌握基本的“运笔”方法、熟悉“字”的间架结构；在这里则是对器件功能的认识、电路设计基础知识的了解，以及一些基本焊接、调试技能的掌握。借助这个“描红”过程，对所描的对象深入剖析，关注选择器件要考虑什么？设计电路要注意什么？设计PCB又要避免什么？留意什么？结合自己焊接、调试中所遇到的问题，一定会获得许多自己独到的想法。

如果这个过程是用心去体验的，那在此基础上再自己设计将会有的放矢，少走弯路，减少诸多不必要的浪费，关键是对建立自信心有极大的帮助。我接触过许多大学生，他们都对动手能力很不自信，一方面确实是缺少锻炼，另一方面也是舆论有意无意的强化了他们这种感觉。实际上当你成功的做完一件作品后，就知道并没有那么可怕！那么神秘！但是要循序渐进，如同登楼一样，拾级而上。

有人也许会问：那我选择成品如何？如果你是为了学习，我认为不妥，成品如同字帖，如果只看字帖是难以写好字的，除非你临摹。

这个DIY套件最主要的目的是帮助初学者入门，使大家有一个可以相互交流的平台。PC机上的编程之所以比单片机容易学，主要归功于PC机这个标准平台，使得大家可以方便的交流程序，从而逐步掌握其中的奥妙。期望这个平台也能部分扮演这样的角色，使得初学者也可以从先行者那里获得帮助。

等到入门了，再去发扬自己的创新精神，如同书法家那样自创门派。

当然，我们也会结合这个领域的发展，不断推出相应的套件，辅助大家跟上时代的进步。我们将通过市场的调研，不断选择一些代表MCU发展趋势的芯片作为控制核心，同时还会选择一些新兴的传感器作为小车的眼、耳，一方面使小车更加智能，但主要是希望籍此帮助大家了解、掌握新的传感器技术，如数字接口的光电/色彩检测器、两轴/三轴加速度传感器等，这些本来身价高高在上的传感器正由于技术的进步而平民化，借助小车我们便可以感受到它们的神奇。

期待大家的参与、反馈，让我们共同营造一个良好的学习氛围。这个平台只是提供了一个躯体，而它的大脑还空空如也，望大家能够使之丰富，通过交流让所有想学习单片机的朋友各有所获。

原计划本系列文章写八篇，至此总算了此心愿，希望它能“抛砖引玉”，引出更多此类内容满足大家。谢谢！

• 所有的设计资料（RAR压缩），内含：
  1. 机器人小车扩展板器件布置图
  2. 机器人小车控制板器件布置图
  3. 机器人小车轨迹采样部分原理图
  4. 机器人小车通讯部分原理图
  5. 机器人小车电机驱动部分原理图
  6. 机器人小车MCU控制部分原理图
• 程序（RAR压缩）。 所附程序主要是修改了电机驱动部分，没有仔细调试，仅供参考。

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这个帖子上，这样可以方便作者回答大家的问题，谢谢！