1 项目简介

        如果说小时候有什么梦想，那可能就是想拥有一辆属于自己的四驱车了。为了和大家一起圆了造车的梦想，我们将电路学习、PCB设计、焊接与单片机开发结合起来，以视频与文档的形式去讲述如何制作出一辆帅气的智能小车，真正做到零基础学习，这辆小车我们便给它取名为：逐梦壹号。

功能介绍

        要打造一辆优秀的四驱小车，那么它的功能必须是强大的，逐梦壹号具备以下八项核心功能，每一项功能都对应的单片机知识点，通过逐梦壹号的学习，同时掌握单片机开发的能力。

（1）车头放置两个LED，模拟汽车灯光系统，学习单片机的输出功能；

（2）使用独立按键，模拟汽车一键启动功能，学习单片机的输入检测；

（3）无源蜂鸣器音乐产生，让行驶途中不再枯燥，学习定时器功能配置；

（4）路上没电怎么办，使用电池电压检测功能，学习ADC电压采集功能；

（5）四路电机独立控制，实现小车行走，学习电机驱动及PWM输出功能；

（6）前方有障碍物，超声波避障让小车行驶更安全，学习传感器的使用；

（7）红外光电对管，实现小车无人驾驶循迹功能，学习传感器的使用；

（8）使用蓝牙模块，通过手机APP控制小车行驶，掌握串口协议与数据传输；

技能掌握

        在逐梦壹号的学习过程中，从硬件设计到软件编程，每一步都至关重要，对于成为一名优秀的电子工程师，不仅要求掌握电路设计，还需要掌握PCB设计、焊接、代码编写等基本素养，通过逐梦壹号四驱智能小车的学习，不仅仅可以让你把小车做出来，更希望可以通过小车的学习掌握单片机项目的开发能力。

（1）学习单片机项目电路分析的方法，学会如何看懂原理图；

（2）学习单片机电路设计方法，初步掌握元器件选型与数据手册阅读；

（3）掌握嘉立创EDA设计原理图和PCB方法，设计属于自己的智能小车；

（4）掌握元器件焊接的基础方法与硬件调试技能，成为新一代“焊武帝”；

（5）学习STC32单片机的基础功能和外设使用，上手STC32项目开发；

（6）掌握嵌入式软件开发、代码的阅读与BUG调试的方法与技巧；

2 总体设计方案

        逐梦壹号以STC32核心板为主控，两节3.7V14500锂电池供电，经过7805稳压芯片输出5V电压给单片机与其它模块进行供电。

        一个独立按键用于模拟一键启动，模式切换等功能；两个车灯模拟汽车行驶过程中的单闪，双闪以及近光灯和远光灯的功能；无源蜂鸣器用于产生音乐及警报功能；ADC电阻分压网络给单片机采集电池电压，电量过低时警报；蓝牙模块用于与手机连接进行无线控制；使用393比较器电路与红外光电传感器检测地面黑线，实现循迹功能；超声波模块读取与前方障碍物距离，避免撞车，实现四驱车的避障。逐梦壹号功能布局图如下所示：

图2-1 逐梦壹号功能布局图

3 原理图设计

        相信聪明的你已经对逐梦壹号的功能有了一个大致的了解，那么这些功能是如何实现的，它们的电路应该如何进行设计呢？接下来我们一起一层层剖开电路设计的面纱，了解那些不为人知的故事，好像有点神秘，但其实掌握好方法后电路其实也就那么回事。

3-1 核心板电路

        逐梦壹号上的主控是一块可拔插的STC32核心板，使用核心板的好处是可以自由设计更换主控，而且焊接起来更加方便。在学习过程中完成逐梦壹号四驱车的设计后还可以用核心板去设计其它的扩展项目，另外核心板尺寸小巧可以直接插到面包板或者洞洞板，实现快递搭建电路模块进行验证。

图3-1 STC32核心板电路原理图

图3-2 STC32核心板功能布局图

        核心板上板载CH340N串口芯片，配合程序下载按钮，可以直接进行程序烧录以及串口调试。24C02 Flash存储芯片用于程序空间的扩展，适应更加复杂的项目开发，使用431基准源给芯片提供稳定的基准电压。作为最小系统必备的独立按键和LED灯也是必不可少的，单独对核心板进行学习，也能够掌握STC32的基本开发能力，接下来要做的就是通过一些扩展项目加强个人能力和培养与项目开发的能力。

3-2 电源输入电路

        在设计电源电路时需要重点考虑四驱小车整体的工作电压。比如STC32核心板的工作电压是5V，电机参考电压是6V，那么电源输入电压就不能低于6V。常见的供电设备就是外接电池了，一般的干电池是1.5V，那至少需要4节电池，而干电池又不能循环充电，容易造成资源浪费。故而选择支持充电的锂电池，而锂电池的种类也很多，在具体选型的时候主要根据体积以及容量来选型。综合考虑小车整体大小，最终选用了14500两节锂电池供电，工作电压为3.7*2=7.4V。设计电路如图3-3所示：

图3-3 电源输入电路

        图中P1为双节14500的电池座，装上电池后，经过D1防反接的二极管，开关SW1打开，电源通过7805线性稳压器稳压到5V输出，C1和C2为电源滤波电容。LED1为电源指示灯，R5为限流电阻，这里取10K，让LED发光不会太亮，同时也是为了减少项目中所用元件种类。U1为7805稳压器的散热片，避免工作过久芯片发热严重，给它降降温。

3-3 LED驱动电路

        没有车灯的小车是没有灵魂的，那还必须选择高亮的LED用来模拟汽车的左右车灯。LED灯的阴极接电源地GND，这里限流电阻取值就稍微小一些，让LED电流更大，灯更亮。LED灯的程序控制也比较容易，R7电阻左端连接一个LED-R的网络标签与单片机引脚连接，当引脚输出高电平时，二极管导通，LED点亮。利用定时器及延时以及IO口输出配置，就可以实现车灯闪烁以及高亮和弱亮的呈现效果了。

图3-4 LED灯驱动电路

3-4 按键输入电路

        为了模拟一键启动以及模式切换功能，在智能小车上使用一个独立按键进行控制，可以实现长按以及短按的功能。该按键引脚与单片机的中断引脚相连，也可以进行中断实验演示。检测原理为：单片机的引脚与按键连接，当按键按下时，按键导通接到GND电平，即单片机引脚检测到低电平后告诉单片机我已经检测到按键按下的信号了，你可以去执行XXX操作。这就是单片机外部信号检测的基本原理。

图3-5 独立按键电路

3-5 蜂鸣器驱动电路

        为了当智能小车能发出声音，你可能会想加上一个喇叭，但是同样还需要一个声音信号的产生，如此设计的话整体电路会变得比较复杂。在众多电子元器件中，有那么一种神奇的元件，它可以发出各种音调的声音，它就是无源蜂鸣器。相对于无源蜂鸣器，它还有个亲兄弟叫有源蜂鸣器。

        值得注意的是这里的“源”指的是振荡源而不是电源。有源蜂鸣器只要通上电就可以发出响声，无需外围电路设计，缺点是只能固定发出某个频率的音调，不能更改。而无源蜂鸣器不能直接通电使用，还需要外部输入一个振荡信号，缺点是外围电路设计相对复杂些，但能够自由控制蜂鸣器输出的声音，我们就可以使用无源蜂鸣器这一特性生成一些美妙的音乐了。

图3-6 无源蜂鸣器驱动电路

        由于单片机的IO口驱动电流太小，不能直接驱动无源蜂鸣器，所以需要专门设计一个驱动电路，如图3-6所示。S8050三极管起开关作用，当输入信号为高电平时，三极管导通，蜂鸣器发声。二极管D2为续流作用，保护蜂鸣器不会损坏。

3-6 ADC检测电路

        ADC，即模拟信号转数字信号的转换器。电压信号是一个模拟值，一直不断的变化状态的，使用单片机的ADC功能，可以将变化的电压状态转换成我们所需要的电压参数。我们所用的锂电池电压为3.7V不代表电池满电电压是3.7V，而是4.2V，当电池电压为3.7V时电量仅剩20%，此时应注意充电。有了ADC电压检测功能就可以很方便的时刻监控电池的容量，再结合无源蜂鸣器做一个电量过低的警报，提醒我们该去充电了。

        逐梦壹号使用两节锂电池供电，即4.2*2=8.4V，这个电压是不能直接接到单片机的IO口的，容易损坏单片机。通用的处理方式是使用电阻进行分压或者说使用运放电路将电压降低到单片机容忍的电压以内。这里我们使用了三颗10K的电阻进行分压，取1/3电压点接到单片机的ADC引脚。

图3-7 ADC电阻分压电路

3-7 电机驱动电路

        电机驱动是小车的基础所在。单片机直接输出的电流太小，不足以带动小车行走。电机电路采用了RZ7899电机专用驱动芯片，该芯片外围电路简单，非常适合智能小车等小型电机驱动应用。它由逻辑输入端口BI和FI控制电机前进、后退以及制动，配合单片机PWM输出可以控制电机转速。在焊接时注意在电机上并联一个104的瓷片电容起着防干扰的作用。电机则使用的N20电机，小巧精致，电机焊接时使用排针直接与电机控制引脚连接，十分方便，小车的安装后续可观看组装视频。

图3-8 电机驱动电路

3-8 超声波避障电路

        为了避免逐梦壹号在行驶过程中出现撞车事故，使用了一个超声波模块放置在小车车头。超声波模块的型号为HC-SR04，使用四个引脚与单片机连接，分别是GND、VCC、Trig以及Echo引脚，除去电源引脚，只需要两根信号线就可以检测超声波检测前方障碍物的距离，检测原理方法将在软件部分讲解。

              图3-9 HC-SR04超声波模块                                3-10 超声波模块接口电路

3-9 红外循迹电路

        红外循迹电路是以 ITR9909传感器为核心，使用XD393比较器进行检测输入状态，配合精度调整的电位器，测量距离在 1mm~15mm 范围内可调节。

        小车循迹一般是在白色地板上沿着一根黑线行走，利用红外光在不同颜色的反射情况进行识别。红外光一直对外发射，车底如果是白色地板，光线会被折射回去，此时接收管接收到信号，经过比较器输出低电平，LED指示灯亮，单片机检测到低电平；如果车行驶在黑线周边，红外光被黑色吸收，接收管接收不到发射的信号，此时比较器电路输出为高电平，LED指示灯熄灭，单片机检测到高电平。循迹其实也就是一个寻找黑线以及沿着黑线行走的过程。

图3-11 红外光电循迹电路（右侧两路）

3-10 蓝牙接口电路

        既然是要做一辆智能小车，那么无线控制少不了。常用的智能小车控制方案有红外、蓝牙、WIFI、2/4G等方案。逐梦壹号所选用的是蓝牙控制，这种方式电路简单，手机就是遥控器，另外还可以学习蓝牙APP的设计。

        智能小车上使用HC05蓝牙主从模块，一共有6个引脚。EN引脚用于控制蓝牙模块进入AT指令，设置为高电平时，可以设置蓝牙模块的状态与数据传输；VCC引脚和GND引脚为电源输入引脚，输入电压范围为3.6-6V；TXD和RXD是用于与单片机连接的串口引脚，其中RXD接单片机的TXD，TXD接单片机的RXD引脚，此处需留意不能接反；最后一个引脚为STATE引脚，功能是显示蓝牙配对的状态。当蓝牙连接上手机时，该引脚输出高电平。

               图3-12 HC-05蓝牙主从模块                             3-13 蓝牙模块接口电路

3-11 电路原理图及器件列表

        将以上电路进行整合，我们就得到了下图的整体电路设计图。

图3-14 逐梦壹号电路原理图

        在嘉立创EDA绘制逐梦壹号原理图时，可按照下表中的器件名称、封装及立创商城编号进行搜索设计，也可以自由选型，设计过程中如有疑惑可查看逐梦壹号原理图设计视频，以下物料清单仅供设计参考：

 工程开源地址：

【嵌入式】逐梦壹号-基于STC32的智能小车设计 – 嘉立创EDA开源硬件平台 (oshwhub.com)https://oshwhub.com/wei-lai-dian-zi-gong-zuo-shi/qian-ru-shi-ji-yu-stc32-de-zhi-nen-xiao-che-she-ji

视频学习地址：

未来电子工作室的个人空间_哔哩哔哩_bilibilihttps://space.bilibili.com/494969171/channel/collectiondetail?sid=802650