图3-1 开发板结构图
控制板模块接收程序的命令，通过H桥对舵机模块进行控制,完成小车的行进动作。起笔和落笔的舵机模块是由主控板直接控制的,没有通过H桥。传感器模块是由霍尔传感器完成的，当小车运动的时候，霍尔元件就会在磁场中发生变化，从而记录小车的行程。电池组模块驱动舵机，为控制板提供电源。另外系统还有一些指示灯的模块。比如电池组指示灯，串口指示灯等。
图3-2 基础系统结构图
3.1.1 主控板模块
（1） 电源
电源采用稳压器L4941 LDO ，使得输入输出的电压差仅为0.45V 。但是，如果输入的电压小于5.4V ，就没有稳压效果。原则上输入的电压可以在3.5V~9V之间。用四节1.5V的电池就可以工作。
电源端有防反接电路，这样，即使反接也不会烧坏电路。起到了安全保护的措施。
图3-3 电源原理图
（2）串口
板子上的串口是必不可少的，最起码的功能就是要实现与电脑的通信，比如下载程序到处理器。还有些预留串口，可以外接串口设备，方便实现其他的功能，比如项目中有时会用到的蓝牙模块。在进行电脑与板子通信之前，要下载相应的驱动程序，在电脑上安装好后，便可以与板子进行通信。
（3）主控芯片
板子的核心，也就是主控芯片是Atmega8A芯片。 （4）双电机驱动
小车的两个轮子，各有一个独立的电机进行驱动。电机的驱动部分采用MOSFET，阻抗低，工作效率高，还能有效的减少发热。电机的控制部分采用的是H桥，三极管导通，驱动电机转动。 3.1.2 舵机驱动模块 1、舵机介绍
（1）简介
舵机也是电机的一种。当给它一个角度指令时，它就会转到指定的角度，好多机器人的关节部位用到的都是这种马达。比如有些大型机器人的手臂、膝盖等处会用到，这种
电机通过简单的操控就可以实现转动，对于机器人的控制相对来说比较简单[5]。
图3-4 舵机实物图
（2）内部结构
在这个伺服马达的内部有一个小型的直流马达，为伺服马达提供动力。还有一个变速的齿轮组，齿轮组来带动舵机臂的转动。舵机内部还有一个反馈电位器，“报告”转动情况。
（3）工作原理
直流马达驱动齿轮组转动，电位器将检测结果反馈给控制系统，控制系统把反馈结果
与参数进行比较，然后进行调整，直到转动到指定位置。这种反馈的机理可以大大提高舵机的精确度[6]。
（4）控制方法
a、控制线：控制车轮的两个伺服马达有两条线，是电源线和地线。其中红色的是电源线，黑色的是地线。这两个电机的转动是通过H桥，并且在霍尔传感器的“配合”下完成的，因此不需要控制线。给控制线一定的脉冲波，舵机就会转到指定的位置。
b、控制信号：输入一个周期性的正向脉冲信号，就可以驱动马达，脉冲的高电平时间一般是1~2毫秒之间，低电平的时间是5~20毫秒之间。高电平维持的时间不同，转到的角度就会不同[7]。
下表是脉冲与角度位置的关系：
表 3-1 舵机脉冲驱动
输入的正脉冲
T=0.6ms
T=0.89ms
T=1.44ms
T=2.05ms
T=2.32ms
私服马达的角度位置
-90
-45
0
+45
+90
2、舵机驱动算法
脉冲宽度调制的基本思想就是：用数字脉冲来代替正弦波，或者是其他波形[8]。 具体的来说，就好像是高等数学里的微积分学。比如将正弦波的半个周期的波形进行
M等分，半周期的波形就变成了M个彼此相连的、宽度相等且幅值不等的脉冲，并且幅值不是平行于水平坐标轴的，而是倾斜的直线，如果加两条垂直于坐标轴的直线，就是直角梯形，而不是矩形。把这些直角梯形近似的转换为矩形，得到的矩形是等宽的，但是高度是不一样的。然后把每个矩形的高度转变成相等的，每个矩形的面积依旧和原来一样，即要改变它们各自的宽度。这样就会得到一序列等高不等宽的波形，称之为PWM波形。通过转换以后，幅值不再遵循正弦规律，相对的波形的宽度却遵循了正弦规律。
图3-5 PWM的占空比
3.1.3 霍尔传感器模块
霍尔传感器采用的是一种磁电效应原理。原理如下图所示，在磁场中放置一个霍尔半导体片，磁场的方向垂直于导体面从上到下。有电流从A到B流通时，电流会偏向一侧，在CD方向上产生电位差U，U就是所谓的霍尔电压[9]。
本次设计，霍尔传感器是用来记录小车行驶的行程的。因为在写字的时候需要控制小车行驶的距离，这个距离就是靠霍尔传感器记录，然后反馈给处理器，处理器采取“多退少补”的原则，对小车进行控制。在两个车轮上分别有两个圆形的金属片，这两个金属片是有磁性的，而且是断断续续的，当车轮转动时，霍尔元件就会在这个变化的磁场中产生变化的电压，每变化一次就记录一次。
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