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MicroPython实战:DIY一台会思考的避障车

来源:本站整理 作者:佚名 时间:2018-07-03 TAG: 我要投稿

一、什么是会思考的避障车?
在日常生活中,大家会经常见到各种各样的遥控车,它需要我们人为的操作,控制它的前进、后退和转弯。今天就带大家认识一个不一样的新朋友——会思考的避障车。
会思考的避障车和我们平时的遥控车最主要的区别就是智能化,它可以不需要我们去操控,自己就能行走。同时它还会实时检测前方是否有障碍物,思考自己是否要前进或者转弯。
听到这里,是不是已经跃跃欲试了呢。话不多说,动起手来吧!
二、 所需器材:
Ø  TurnipBit开发板 一块
Ø  下载数据线 一条
Ø  智能小车套件 一套(底盘、车轮、电机等)
Ø  超声波模块(HC-SR04)一个(用作小车的“眼睛”)
Ø  L298N电机驱动模块 一个
Ø  接入互联网的电脑 一台(推荐使用Google Chome或者Firefox浏览器)
三、基础知识
3.1  电机
3.1.1电机的概念
电机(俗称“马达”)是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。电机在电路中是用字母M(旧标准用D)表示,它的主要作用是产生驱动转矩,作为用电器或各种机械的动力源,发电机在电路中用字母G表示,它的主要作用是利用电能转化为机械能。
3.1.2 电机的分类
    电机分类有很多种,我们常见的分类方式如下:
1、按工作电源种类划分:可分为直流电机和交流电机。
2、按结构和工作原理划分:可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。
3、按起动与运行方式划分:电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。
4、按用途可划分:驱动用电动机和控制用电动机。
5、按转子的结构可划分:笼型感应电动机(旧标准称为鼠笼型异步电动机)和绕线转子感应电动机(旧标准称为绕线型异步电动机)。
6、按运转速度可划分:高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。
3.1.3 直流电机的概念及原理
直流电机是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机,将电能转换为机械能;作发电机运行时是直流发电机,将机械能转换为电能。

图 直流电机
直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场,由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
3.1.4 步进电机的概念及原理
与直流电机不同,步进电机是指能将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。

图  步进电机
步进电机是一种可以自由回转的电磁铁,其动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。通常电机的转子为永磁体,当电流流过定子绕组时,定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度,使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲,电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序,电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。
3.1.5 电机驱动模块
当使用单片机控制直流电机时需要增加驱动电路,用来提供足够的电流。H桥驱动电路是直流电机驱动电路中比较常见的一种电路,它主要实现直流电机的正、反两个方向的转动。
 

图 桥电路
上图是H桥的简单电路,其形状类似于字母“H”,作为负载的直流电机像“桥”一样架在上面,所以称为“ H桥驱动”,4个开关所在的位置就称为“桥臂”。从图中可以看出,假设开关A 、 D接通,电机正向转动,而开关B、C 接通时,直流电机将反向转动,从而实现了电机的正反控制。
L298N是ST公司生产的一种高电压,大电流的电机驱动芯片,是比较典型的H 桥驱动电路的体现,其主要特点是:(1)工作电压高,最高工作电压可达46V;(2 )输出电流大,瞬间峰值可达3A,持续工作电流为2A。
它内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器,可以用来驱动直流电机和步进电机、继电器线圈等感性负载;采用标准逻辑电平信号控制;具有两个用控制端,在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端,使内部逻辑电路部分在低电压下工作;可以外接检测电阻,将变化量反馈给控制电路。使用 L298N电机驱动模块可以同时驱动两台直流电机或一台两相步进电机和四相步进电机。
 

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