基于藍(lán)牙遙控的多功能智能小車設(shè)計(jì)與制作_畢業(yè)論文設(shè)計(jì)40論文41

1、 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)論論文文論文題目：多功能遙控小車論文題目：多功能遙控小車 藍(lán)牙智能遙控小車藍(lán)牙智能遙控小車 基于藍(lán)牙遙控的多功能智能小車設(shè)計(jì)與制作基于藍(lán)牙遙控的多功能智能小車設(shè)計(jì)與制作摘要：摘要：無線遙控的機(jī)器人小車在危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)、人員搜集等應(yīng)用中可發(fā)揮特殊無線遙控的機(jī)器人小車在危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)、人員搜集等應(yīng)用中可發(fā)揮特殊的作用。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇基于藍(lán)牙遙控的多功能智能小車為對(duì)象。設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)的的作用。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇基于藍(lán)牙遙控的多功能智能小車為對(duì)象。設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)的硬件電路原理圖和硬件電路原理圖和 PCBPCB 圖，控制系統(tǒng)以圖，控制系統(tǒng)以 STC12C

2、5A60S2STC12C5A60S2 單片機(jī)為主控芯片，采用單片機(jī)為主控芯片，采用 L293DL293D為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、藍(lán)牙無線遙控模塊、紅外光電傳感器模塊、超聲波發(fā)射與接收模塊為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、藍(lán)牙無線遙控模塊、紅外光電傳感器模塊、超聲波發(fā)射與接收模塊等構(gòu)成外圍擴(kuò)展電路。將自制的控制電路、控制程序和四輪小車機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合，制等構(gòu)成外圍擴(kuò)展電路。將自制的控制電路、控制程序和四輪小車機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合，制作多功能機(jī)器人小車。實(shí)驗(yàn)調(diào)試實(shí)現(xiàn)了智能小車的藍(lán)牙無線遙控、自動(dòng)避障、自動(dòng)循作多功能機(jī)器人小車。實(shí)驗(yàn)調(diào)試實(shí)現(xiàn)了智能小車的藍(lán)牙無線遙控、自動(dòng)避障、自動(dòng)循跡等功能。跡等功能。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: :單片機(jī)單片機(jī)

3、；藍(lán)牙遙控；藍(lán)牙遙控 ；PWMPWM 調(diào)速；光電傳感器調(diào)速；光電傳感器Development of a smart remote control vehicle based on blue-tooth communicationAbstract: Wireless remote control robot car could play a special role in the smart car with bluetooth remote control is selected as my graduation thesis subject. The design of the system

4、 paper. The control system circuit is mainly consist of a STC12C5A60S2 MCU as the main chip, as well as a L293D chip for motor driving, a bluetooth wireless communication module for remote control, a infrared photoelectric sensor module for object detection, a ultrasonic transmitter and receiver mod

5、ule for distance measurement. The smart car is implemented by the combination of the self-control circuit, the control program code and four-wheel car mechanical structure. Experimental tests showed that some functions such as Bluetooth wireless remote control, automatic obstacle avoidance, automati

6、c tracking route, auto-sensing objects and auto-detecting distance were completely achieved in the smart car.Keywords: Single Chip Microcomputer; Blue-Tooth Remote control; PWM Speed Regulation; Optical Electronic Sensor目錄目錄第一章第一章前言前言 .1 1第二章第二章 方案比較與論證方案比較與論證 .2 22.1 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì).22.2 無線模塊設(shè)計(jì)無線模塊設(shè)計(jì).

7、32.3 顯示模塊設(shè)計(jì)顯示模塊設(shè)計(jì).32.4 調(diào)速模塊設(shè)計(jì)調(diào)速模塊設(shè)計(jì).62.5 循跡模塊設(shè)計(jì)循跡模塊設(shè)計(jì).72.6 避障模塊設(shè)計(jì)避障模塊設(shè)計(jì).8第三章第三章智能車機(jī)結(jié)構(gòu)分析智能車機(jī)結(jié)構(gòu)分析 .9 93.1 底板設(shè)計(jì)底板設(shè)計(jì).93.2 電機(jī)與底板的連接支架設(shè)計(jì)電機(jī)與底板的連接支架設(shè)計(jì).103.3 整體裝配圖整體裝配圖.11第四章第四章 控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) .12124.1 MCU 的選型的選型.124.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì).144.3 顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路設(shè)計(jì).164.4 藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì).184.5 電源電路設(shè)計(jì)電源電路設(shè)計(jì).204.6 PCB 圖設(shè)計(jì)圖

8、設(shè)計(jì) .21第五章第五章 藍(lán)牙遙控小車程序設(shè)計(jì)藍(lán)牙遙控小車程序設(shè)計(jì) .24245.1 主程序設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì).245.2 電腦端藍(lán)牙控制軟件的設(shè)置電腦端藍(lán)牙控制軟件的設(shè)置.265.3 藍(lán)牙模塊參數(shù)設(shè)置藍(lán)牙模塊參數(shù)設(shè)置.27第六章第六章 調(diào)試結(jié)果分析調(diào)試結(jié)果分析 .31316.1 各模塊功能調(diào)試各模塊功能調(diào)試.316.2 總結(jié)總結(jié).35致謝致謝 .3636參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .3737附附 錄錄 A A.3838附附 錄錄 B B.3939第一章第一章 前言前言隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。遙控小車起源隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。遙控小車起源

9、于美國(guó)，由于政府對(duì)無線遙控小車研發(fā)的資助以及相關(guān)資助的推動(dòng)作用，日本、美國(guó)、于美國(guó)，由于政府對(duì)無線遙控小車研發(fā)的資助以及相關(guān)資助的推動(dòng)作用，日本、美國(guó)、德國(guó)等工業(yè)大國(guó)在遙控小車技術(shù)上占據(jù)著明顯優(yōu)勢(shì)。我國(guó)的無線遙控小車研究工作始德國(guó)等工業(yè)大國(guó)在遙控小車技術(shù)上占據(jù)著明顯優(yōu)勢(shì)。我國(guó)的無線遙控小車研究工作始于于 2020 世紀(jì)中后期，在國(guó)家的世紀(jì)中后期，在國(guó)家的 863863、973973 等技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的重點(diǎn)支持下，國(guó)內(nèi)已大范圍等技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的重點(diǎn)支持下，國(guó)內(nèi)已大范圍地進(jìn)行無線遙控小車的研究。全國(guó)電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這地進(jìn)行無線遙控小車的研究。全國(guó)電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次

10、都有智能小車這方面的題目，全國(guó)各高校也都很重視該題目的研究，但是與國(guó)際先進(jìn)還存在一定的差方面的題目，全國(guó)各高校也都很重視該題目的研究，但是與國(guó)際先進(jìn)還存在一定的差距?？梢娖溲芯恳饬x很大。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的。設(shè)計(jì)的智能電動(dòng)小車距?？梢娖溲芯恳饬x很大。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的。設(shè)計(jì)的智能電動(dòng)小車能夠?qū)崿F(xiàn)無線遙控，串口通訊，實(shí)時(shí)檢測(cè)速度，避障礙等功能。無線遙控實(shí)現(xiàn)方法包能夠?qū)崿F(xiàn)無線遙控，串口通訊，實(shí)時(shí)檢測(cè)速度，避障礙等功能。無線遙控實(shí)現(xiàn)方法包括藍(lán)牙、紅外、射頻幾種，其中藍(lán)牙技術(shù)具有一定優(yōu)勢(shì)，目前在信息家電方面應(yīng)用正括藍(lán)牙、紅外、射頻幾種，其中藍(lán)牙技術(shù)具有一定優(yōu)勢(shì)，目前在信息家電方面

11、應(yīng)用正在鋪設(shè)。各種家電共用遙控，并可組網(wǎng)與公眾互聯(lián)網(wǎng)相接，共享有用信息。目前藍(lán)牙在鋪設(shè)。各種家電共用遙控，并可組網(wǎng)與公眾互聯(lián)網(wǎng)相接，共享有用信息。目前藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線遙控的短板在于傳輸距離短和芯片價(jià)格高方面。但隨著科技發(fā)展，這些技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線遙控的短板在于傳輸距離短和芯片價(jià)格高方面。但隨著科技發(fā)展，這些問題正在逐步得以解決。問題正在逐步得以解決。 無線遙控機(jī)器人有著廣闊的應(yīng)用前景。無線遙控機(jī)器人有著廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)題目的要求繪制電路原理圖和根據(jù)題目的要求繪制電路原理圖和 PCBPCB 圖，制作電路板；在圖，制作電路板；在 KeilKeil C C 編譯環(huán)境下編編譯環(huán)境下編寫控制程序并調(diào)試，確

12、定如下方案：在藍(lán)牙無線遙控的基礎(chǔ)上，加裝光電紅外傳感器、寫控制程序并調(diào)試，確定如下方案：在藍(lán)牙無線遙控的基礎(chǔ)上，加裝光電紅外傳感器、光敏電阻、溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的速度、位置、運(yùn)行狀況、運(yùn)行環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)光敏電阻、溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的速度、位置、運(yùn)行狀況、運(yùn)行環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)到的各種數(shù)據(jù)，測(cè)，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)到的各種數(shù)據(jù)，對(duì)電動(dòng)車經(jīng)行對(duì)應(yīng)的控制并將計(jì)算出的數(shù)據(jù)送至上位機(jī)顯示，實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)時(shí)監(jiān)控。對(duì)電動(dòng)車經(jīng)行對(duì)應(yīng)的控制并將計(jì)算出的數(shù)據(jù)送至上位機(jī)顯示，實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)時(shí)監(jiān)控。本次設(shè)計(jì)可以對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)

13、動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可滿足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。本本次設(shè)計(jì)可以對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可滿足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)采用采用 STCSTC 系列中的系列中的 STC12C5A60S2 單片機(jī)。以單片機(jī)為控制核心，利用傳感器檢單片機(jī)。以單片機(jī)為控制核心，利用傳感器檢測(cè)道路上的各種信息，控制電動(dòng)汽車的無線遙控、自動(dòng)避障、自動(dòng)尋跡、尋光、自動(dòng)測(cè)道路上的各種信息，控制電動(dòng)汽車的無線遙控、自動(dòng)避障、自動(dòng)尋跡、尋光、自動(dòng)測(cè)溫等功能。測(cè)溫等功能。第二章第二章 方案比較與論證方案比較與論證本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)無線遙控智能車無線遙控智能車進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和制作。本次設(shè)計(jì)以進(jìn)行分析、

14、設(shè)計(jì)和制作。本次設(shè)計(jì)以STC12C5A60S2STC12C5A60S2 單片機(jī)為主控芯片，實(shí)現(xiàn)了智能車的無級(jí)調(diào)速功能、藍(lán)牙遙控功能、自單片機(jī)為主控芯片，實(shí)現(xiàn)了智能車的無級(jí)調(diào)速功能、藍(lán)牙遙控功能、自動(dòng)避障功能、速度檢測(cè)功能、光線檢測(cè)功能、距離檢測(cè)功能等。動(dòng)避障功能、速度檢測(cè)功能、光線檢測(cè)功能、距離檢測(cè)功能等。2.1總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)MCU控控制制器器藍(lán)牙傳輸模塊驅(qū)動(dòng)模塊顯示模塊避障模塊測(cè)速模塊循跡模塊圖圖 2.12.1 系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)原理框圖本小車是以本小車是以 STC12C5A60S2 為主控制器。開始由電腦或者手機(jī)發(fā)送藍(lán)牙無線信號(hào)為主控制器。開始由電腦或者手機(jī)發(fā)送藍(lán)牙無線信號(hào)來啟動(dòng)并

15、復(fù)位小車，由超聲波傳感器或紅外光電傳感器進(jìn)行障礙檢測(cè)，通過單片機(jī)控來啟動(dòng)并復(fù)位小車，由超聲波傳感器或紅外光電傳感器進(jìn)行障礙檢測(cè)，通過單片機(jī)控制小車行駛、顯示、避障和調(diào)速。智能車使用制小車行駛、顯示、避障和調(diào)速。智能車使用 4WD 驅(qū)動(dòng)，以提高整車運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性；驅(qū)動(dòng)，以提高整車運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性；在智能車進(jìn)駛過程中，采用雙極式在智能車進(jìn)駛過程中，采用雙極式 H 型型 PWM 脈寬調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速、平穩(wěn)地的調(diào)速；脈寬調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速、平穩(wěn)地的調(diào)速；通過超聲波傳感器和紅外光電傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障，自動(dòng)循跡等功能；通過透射式光通過超聲波傳感器和紅外光電傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障，自動(dòng)循跡等功能；通過透射式光電傳感器計(jì)

16、量輪子旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)（也就是脈沖數(shù)）實(shí)現(xiàn)速度檢測(cè)功能；最后通過藍(lán)牙無電傳感器計(jì)量輪子旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)（也就是脈沖數(shù)）實(shí)現(xiàn)速度檢測(cè)功能；最后通過藍(lán)牙無線傳輸功能將智能車的行駛信息實(shí)時(shí)地傳送給上位機(jī)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。當(dāng)然也線傳輸功能將智能車的行駛信息實(shí)時(shí)地傳送給上位機(jī)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。當(dāng)然也可通過藍(lán)牙無線遙控來控制小車的行駛狀態(tài)。這就是本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)思路?？赏ㄟ^藍(lán)牙無線遙控來控制小車的行駛狀態(tài)。這就是本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)思路。2.2 無線模塊設(shè)計(jì)無線模塊設(shè)計(jì)無線控制是為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)智能車的遠(yuǎn)程遙控，使小車可以在遙控狀態(tài)下代替人無線控制是為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)智能車的遠(yuǎn)程遙控，使小車可以在遙控狀態(tài)下代替人類完成

17、一些危險(xiǎn)項(xiàng)目。目前短距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)主要有兩大類，一類是基于類完成一些危險(xiǎn)項(xiàng)目。目前短距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)主要有兩大類，一類是基于 IrDAIrDA紅外無線通信技術(shù)，另一類是基于紅外無線通信技術(shù)，另一類是基于 ISM(IndustrialISM(Industrial ScientificScientific Medical)Medical)頻段射頻通頻段射頻通信技術(shù)。較為主流的幾種通信技術(shù)之間既存在著相互競(jìng)爭(zhēng)，但又在某些實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域信技術(shù)。較為主流的幾種通信技術(shù)之間既存在著相互競(jìng)爭(zhēng)，但又在某些實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)相互補(bǔ)充、相互配合，究竟選擇何種技術(shù)更優(yōu)越，需要由具體的工作環(huán)境來決定。內(nèi)相互補(bǔ)充、

18、相互配合，究竟選擇何種技術(shù)更優(yōu)越，需要由具體的工作環(huán)境來決定。表表 2.12.1 所示為四種短距離無線通訊技術(shù)主要性能參數(shù)。所示為四種短距離無線通訊技術(shù)主要性能參數(shù)。表表 2.1 幾種典型無線傳輸方案比較幾種典型無線傳輸方案比較藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)紅外技術(shù)紅外技術(shù)WiFi 技術(shù)技術(shù)ISM 射頻技術(shù)射頻技術(shù)通信距離通信距離100m10m300m1000m通信速率通信速率10Mbs16Mbs11Mbs500kbs通信頻率或波長(zhǎng)通信頻率或波長(zhǎng)2.4GHz0.75um-24um2.4GHz315、433.868、915 和和2400MHz頻率申請(qǐng)頻率申請(qǐng)否否否否否否否否開發(fā)難易開發(fā)難易難難易易難難易易模塊

19、成本模塊成本高高很低很低較低較低低低方案：通過表格可以看出，他們?cè)诮嚯x通訊領(lǐng)域都可以提供可靠的通信服務(wù)，方案：通過表格可以看出，他們?cè)诮嚯x通訊領(lǐng)域都可以提供可靠的通信服務(wù)，但是同時(shí)他們的應(yīng)用有著各自的技術(shù)架構(gòu)的限制。在以上的幾種中，我最終選擇了藍(lán)但是同時(shí)他們的應(yīng)用有著各自的技術(shù)架構(gòu)的限制。在以上的幾種中，我最終選擇了藍(lán)牙無線傳輸方式。牙無線傳輸方式。2.3 顯示模塊設(shè)計(jì)顯示模塊設(shè)計(jì)顯示模塊的主要功能是顯示小車運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度，位置及運(yùn)動(dòng)時(shí)間等信息。常用顯顯示模塊的主要功能是顯示小車運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度，位置及運(yùn)動(dòng)時(shí)間等信息。常用顯示器件有示器件有 LCD 顯示器、數(shù)碼管，點(diǎn)陣屏等等。根據(jù)此次設(shè)計(jì)需要我

20、提出了以下實(shí)現(xiàn)方顯示器、數(shù)碼管，點(diǎn)陣屏等等。根據(jù)此次設(shè)計(jì)需要我提出了以下實(shí)現(xiàn)方案案方案一：采用方案一：采用 8 位數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管電路和程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但需要循環(huán)顯示所位數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管電路和程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但需要循環(huán)顯示所以占用資源多。以占用資源多。方案二：采用方案二：采用 1602LCD 顯示器顯示。此方案采用集成顯示模塊，硬件電路更加簡(jiǎn)顯示器顯示。此方案采用集成顯示模塊，硬件電路更加簡(jiǎn)單，并且液晶顯示器消耗電流小，更節(jié)能，同時(shí)軟件實(shí)現(xiàn)也簡(jiǎn)單。單，并且液晶顯示器消耗電流小，更節(jié)能，同時(shí)軟件實(shí)現(xiàn)也簡(jiǎn)單。方案三：方案三：PC 機(jī)顯示。通過上位機(jī)的串口軟件來實(shí)時(shí)監(jiān)控智能車的行駛信息。軟件機(jī)顯示。

21、通過上位機(jī)的串口軟件來實(shí)時(shí)監(jiān)控智能車的行駛信息。軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，無需其他的外部硬件設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，無需其他的外部硬件設(shè)計(jì)。表表 2.2 幾種典型顯示方式比較幾種典型顯示方式比較數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示LCD 顯示顯示PC 機(jī)顯示機(jī)顯示開發(fā)難易開發(fā)難易易易易易較難較難模塊成本模塊成本很低很低低低高高觀察方式觀察方式繁瑣繁瑣繁瑣繁瑣方便方便方案：通過表格可以看出，方案三更加簡(jiǎn)單方便，且在智能車行駛過程中，通過方案：通過表格可以看出，方案三更加簡(jiǎn)單方便，且在智能車行駛過程中，通過LCD 來觀察智能車行駛信息也不方便，所以我最終選擇方案三為本設(shè)計(jì)中的顯示方案。來觀察智能車行駛信息也不方便，所以我最終選擇方案

22、三為本設(shè)計(jì)中的顯示方案。但為了以后的功能擴(kuò)展，也附加了但為了以后的功能擴(kuò)展，也附加了 1602LCD 顯示功能。為了節(jié)約電能，單獨(dú)使用了一顯示功能。為了節(jié)約電能，單獨(dú)使用了一個(gè)單刀雙擲開關(guān)控制個(gè)單刀雙擲開關(guān)控制 LCD 的通斷。的通斷。2.4 測(cè)速模塊設(shè)計(jì)測(cè)速模塊設(shè)計(jì)測(cè)速模塊的功能是完成當(dāng)前小車速度信息采集，并輸出標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，供單片機(jī)測(cè)速模塊的功能是完成當(dāng)前小車速度信息采集，并輸出標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，供單片機(jī)處理，運(yùn)算出小車實(shí)時(shí)速度。速度檢測(cè)可用加速度傳感器，光電編碼盤，測(cè)速電機(jī)等處理，運(yùn)算出小車實(shí)時(shí)速度。速度檢測(cè)可用加速度傳感器，光電編碼盤，測(cè)速電機(jī)等實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)。方案一：方案一：磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)磁

23、式測(cè)速發(fā)電機(jī)永磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種將轉(zhuǎn)子速度轉(zhuǎn)化為電氣信號(hào)的機(jī)電式信號(hào)元件，是永磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種將轉(zhuǎn)子速度轉(zhuǎn)化為電氣信號(hào)的機(jī)電式信號(hào)元件，是伺服系統(tǒng)中基本元件之一。作為測(cè)速、校正，解算元件，他被廣泛應(yīng)用于各種速度和伺服系統(tǒng)中基本元件之一。作為測(cè)速、校正，解算元件，他被廣泛應(yīng)用于各種速度和位置控制系統(tǒng)中。永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和電刷部件等組成。一般情況位置控制系統(tǒng)中。永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和電刷部件等組成。一般情況下自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)其元件的要求主要是高的精確度、靈敏度、可靠性等。因此永磁式下自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)其元件的要求主要是高的精確度、靈敏度、可靠性等。因此永磁式直流

24、測(cè)速發(fā)電機(jī)在電氣性能方面應(yīng)滿足以下要求：直流測(cè)速發(fā)電機(jī)在電氣性能方面應(yīng)滿足以下要求：（1 1） 輸出電壓和轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系輸出電壓和轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系（2 2）溫度變化對(duì)輸出特性影響?。囟茸兓瘜?duì)輸出特性影響?。? 3）輸出電壓波紋?。┹敵鲭妷翰y小 （4 4）正反轉(zhuǎn)的輸出特性應(yīng)該一致）正反轉(zhuǎn)的輸出特性應(yīng)該一致方案二：光電編碼器方案二：光電編碼器按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖

25、，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過程無關(guān)。工作時(shí)，光電碼盤安裝在轉(zhuǎn)子端軸上，隨終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過程無關(guān)。工作時(shí)，光電碼盤安裝在轉(zhuǎn)子端軸上，隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，光電碼盤也跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)，如果有一個(gè)固定光源照射在碼盤上，則可著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，光電碼盤也跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)，如果有一個(gè)固定光源照射在碼盤上，則可利用光敏元件來接收到的光的次數(shù)就是碼盤的編碼數(shù)。若編碼數(shù)為利用光敏元件來接收到的光的次數(shù)就是碼盤的編碼數(shù)。若編碼數(shù)為 60，測(cè)

26、量時(shí)間為，測(cè)量時(shí)間為t，測(cè)量到的脈沖數(shù)為，測(cè)量到的脈沖數(shù)為 N，則轉(zhuǎn)速為，則轉(zhuǎn)速為 n=N(t*60)*60=Nt。方案三：光電對(duì)射式方案三：光電對(duì)射式采用對(duì)射式紅外傳感器。在輪輻面板上均勻刻出槽孔，在輪子兩側(cè)固定相對(duì)的紅采用對(duì)射式紅外傳感器。在輪輻面板上均勻刻出槽孔，在輪子兩側(cè)固定相對(duì)的紅外發(fā)射、接收器件。在過孔處接收器可以接收到信號(hào)。從而輪子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生連續(xù)外發(fā)射、接收器件。在過孔處接收器可以接收到信號(hào)。從而輪子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生連續(xù)脈沖信號(hào)，通過對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)進(jìn)行車速測(cè)量。脈沖信號(hào)，通過對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)進(jìn)行車速測(cè)量。表表 2.3 幾種測(cè)速方案比較幾種測(cè)速方案比較直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)光電編

27、碼器光電編碼器光電對(duì)射式光電對(duì)射式測(cè)量精度測(cè)量精度高高高高低低開發(fā)難易開發(fā)難易難難難難易易模塊成本模塊成本低低高高較低較低方案：通過表格可以看出，方案三安裝方便簡(jiǎn)單且精度比方案一的精度高，而方方案：通過表格可以看出，方案三安裝方便簡(jiǎn)單且精度比方案一的精度高，而方案二的成本太高，且開發(fā)難度較高，因此最終我選擇方案三。案二的成本太高，且開發(fā)難度較高，因此最終我選擇方案三。設(shè)計(jì)的方案是使用一塊亞克力盤（如圖設(shè)計(jì)的方案是使用一塊亞克力盤（如圖 2.3） ，在盤上刻出，在盤上刻出 20 格方槽。盤下方的凹格方槽。盤下方的凹形物為槽型光電耦合器，其兩端高出部分的里面分別裝有紅外發(fā)射管和紅外接收管。形物為槽

28、型光電耦合器，其兩端高出部分的里面分別裝有紅外發(fā)射管和紅外接收管。遮光盤在凹槽中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，缺口進(jìn)入凹槽時(shí)，紅外線可以通過，缺口離開凹槽紅外線被遮光盤在凹槽中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，缺口進(jìn)入凹槽時(shí)，紅外線可以通過，缺口離開凹槽紅外線被阻擋。由此可見，車輪每轉(zhuǎn)一周，紅外光接收管均能接收到阻擋。由此可見，車輪每轉(zhuǎn)一周，紅外光接收管均能接收到 20 個(gè)脈沖信號(hào)并直接送入個(gè)脈沖信號(hào)并直接送入單片機(jī)的中斷口進(jìn)行計(jì)數(shù)。為實(shí)現(xiàn)可逆記數(shù)功能，我在測(cè)距儀中并列放置了兩個(gè)槽型單片機(jī)的中斷口進(jìn)行計(jì)數(shù)。為實(shí)現(xiàn)可逆記數(shù)功能，我在測(cè)距儀中并列放置了兩個(gè)槽型光電耦合器，遮光盤先后通過凹槽可產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào)。根據(jù)兩個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)生的先光電耦合器，

29、遮光盤先后通過凹槽可產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào)。根據(jù)兩個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)生的先后順序與兩個(gè)光電耦合器的位置關(guān)系，即可計(jì)算出智能車的行駛方向。后順序與兩個(gè)光電耦合器的位置關(guān)系，即可計(jì)算出智能車的行駛方向。圖圖 2.2 碼盤圖碼盤圖2.5 調(diào)速模塊設(shè)計(jì)調(diào)速模塊設(shè)計(jì)方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流即可改變其輸出電壓，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變勵(lì)磁電流的方向則輸出電壓的極性和電

30、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變勵(lì)磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以著改變，所以 G-M 系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。且技術(shù)落后，因此擱置不用。費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。且技術(shù)落后，因此擱置不用。方案二：靜止可控整流器。簡(jiǎn)稱方案二：靜止可控整流器。簡(jiǎn)稱 V-M 系統(tǒng)。系統(tǒng)。V-M 系統(tǒng)

31、是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實(shí)現(xiàn)平形式。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速?；{(diào)速。V-M 系統(tǒng)的缺點(diǎn)是晶閘管的單向?qū)щ娦裕辉试S電流反向，給系統(tǒng)的可逆系統(tǒng)的缺點(diǎn)是晶閘管的單向?qū)щ娦裕辉试S電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩。最后，當(dāng)系統(tǒng)處運(yùn)行造成困難。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。于低速運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的功率因數(shù)很

32、低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。方案三：脈寬調(diào)速系統(tǒng)。采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，方案三：脈寬調(diào)速系統(tǒng)。采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開，電動(dòng)機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，壓加到電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開，電動(dòng)機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖寬度調(diào)制（兩端電壓接近于零。脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation） ，簡(jiǎn)

33、稱，簡(jiǎn)稱 PWM。脈沖周。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。表表 2.42.4 幾種調(diào)速方式的比較幾種調(diào)速方式的比較串電阻調(diào)速系統(tǒng)串電阻調(diào)速系統(tǒng)靜止可控整流器靜止可控整流器脈寬調(diào)速系統(tǒng)脈寬調(diào)速系統(tǒng)開關(guān)特性開關(guān)特性低低低低高高調(diào)速精度調(diào)速精度低低較低較低高高開發(fā)難易開發(fā)難易易易難難易易模塊成本模塊成本高高較低較低低低PWM 調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）由于）由于 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可

34、以獲得脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá)達(dá) 1：10000 左右。由于電流波形比左右。由于電流波形比 V-M 系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動(dòng)機(jī)的損系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。耗和發(fā)熱都比較小。（2）同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻）同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。帶，因此快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。（3）由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主

35、電路損耗較小，裝置效率較高。）由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。方案：根據(jù)以上綜合比較，以及本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)要求和直流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，方案：根據(jù)以上綜合比較，以及本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)要求和直流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，本設(shè)計(jì)選用了方案三。本設(shè)計(jì)選用了方案三。2.6 循跡模塊設(shè)計(jì)循跡模塊設(shè)計(jì)探測(cè)路面黑線的原理：光線照射到路面并反射，由于黑線和白線的反射系數(shù)不同，探測(cè)路面黑線的原理：光線照射到路面并反射，由于黑線和白線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷傳感器和黑線相對(duì)位置?？筛鶕?jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷傳感器和黑線相對(duì)位置。方案一：采用可見光發(fā)光二極管和光敏二極管方

36、案一：采用可見光發(fā)光二極管和光敏二極管采用普通可見光發(fā)光管和光敏管組成的發(fā)射接收電路。其缺點(diǎn)在于易受到環(huán)境采用普通可見光發(fā)光管和光敏管組成的發(fā)射接收電路。其缺點(diǎn)在于易受到環(huán)境光源的影響。即便提高發(fā)光管亮度也難以抵抗外界光的干擾。光源的影響。即便提高發(fā)光管亮度也難以抵抗外界光的干擾。方案二：采用反射式紅外發(fā)射接收器方案二：采用反射式紅外發(fā)射接收器采用反射式紅外發(fā)射接收器。直接用直流電壓對(duì)發(fā)射管進(jìn)行供電，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)采用反射式紅外發(fā)射接收器。直接用直流電壓對(duì)發(fā)射管進(jìn)行供電，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境光源的抗干擾能力強(qiáng)，在要求不高時(shí)可以使用?，F(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境光源的抗干擾能力強(qiáng)，在要求不高時(shí)可以使用。方案：

37、根據(jù)本題目中對(duì)探測(cè)地面的要求，由于傳感器可以在車體的下部，發(fā)射、方案：根據(jù)本題目中對(duì)探測(cè)地面的要求，由于傳感器可以在車體的下部，發(fā)射、接收距地面都很近，外界光對(duì)其的干擾都很小。在基本不影響效果的前提下，為了簡(jiǎn)接收距地面都很近，外界光對(duì)其的干擾都很小。在基本不影響效果的前提下，為了簡(jiǎn)便起見，我選用了方案二。便起見，我選用了方案二。2.7 避障模塊避障模塊設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)方案：紅外式探測(cè)方案：紅外式探測(cè)采用紅外式發(fā)射、檢測(cè)一體化模塊。由于單個(gè)發(fā)射器的照射范圍不能太小，因此采用紅外式發(fā)射、檢測(cè)一體化模塊。由于單個(gè)發(fā)射器的照射范圍不能太小，因此不使用激光管。用波瓣較寬的脈沖調(diào)制型紅外發(fā)射管和接收器。其優(yōu)點(diǎn)是電

38、路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)不使用激光管。用波瓣較寬的脈沖調(diào)制型紅外發(fā)射管和接收器。其優(yōu)點(diǎn)是電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但抗干擾性較弱。單，但抗干擾性較弱。表表 2.52.5 幾種傳感器的比較幾種傳感器的比較超聲波探測(cè)超聲波探測(cè)紅外式探測(cè)紅外式探測(cè)檢測(cè)范圍檢測(cè)范圍(M)0.02-4.50.01-0.5環(huán)境要求環(huán)境要求高高低低檢測(cè)精度檢測(cè)精度高高低低開發(fā)難易開發(fā)難易難難易易模塊成本模塊成本高高低低方案：通過綜合考慮，我最終選擇紅外模塊安裝在小車車尾實(shí)現(xiàn)小車倒車壁障，方案：通過綜合考慮，我最終選擇紅外模塊安裝在小車車尾實(shí)現(xiàn)小車倒車壁障，在小車的兩側(cè)安裝光電檢測(cè)器來實(shí)現(xiàn)前行壁障。在小車的兩側(cè)安裝光電檢測(cè)器來實(shí)現(xiàn)前行壁障。第二章第二章

39、 智能車機(jī)智能車機(jī)結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析在本次設(shè)計(jì)中，小車使用四輪驅(qū)動(dòng)。四輪驅(qū)動(dòng)式的結(jié)構(gòu)中因?yàn)楹筝喌霓D(zhuǎn)動(dòng)力矩的在本次設(shè)計(jì)中，小車使用四輪驅(qū)動(dòng)。四輪驅(qū)動(dòng)式的結(jié)構(gòu)中因?yàn)楹筝喌霓D(zhuǎn)動(dòng)力矩的增大，所以在橫向上的輪胎阻力要大于增大，所以在橫向上的輪胎阻力要大于 2 輪驅(qū)動(dòng)式的，因此四輪驅(qū)動(dòng)式的車子不易發(fā)輪驅(qū)動(dòng)式的，因此四輪驅(qū)動(dòng)式的車子不易發(fā)生方向偏移。而且四輪驅(qū)動(dòng)的車子動(dòng)力更大，爬坡能力更強(qiáng)。但存在一些不足，如：生方向偏移。而且四輪驅(qū)動(dòng)的車子動(dòng)力更大，爬坡能力更強(qiáng)。但存在一些不足，如：四輪驅(qū)動(dòng)式的車子更加耗電，而且車體比一般的四輪驅(qū)動(dòng)式的車子更加耗電，而且車體比一般的 2 輪驅(qū)動(dòng)式的車體重。從整體的性能輪驅(qū)動(dòng)式

40、的車體重。從整體的性能來看四輪驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是很明顯的。來看四輪驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是很明顯的。3.1 底板設(shè)計(jì)底板設(shè)計(jì) 圖圖 3.1 智能車底板圖智能車底板圖底板是用來支撐車體的主要部件。同時(shí)也是用來固定車子零部件的，底板上主要底板是用來支撐車體的主要部件。同時(shí)也是用來固定車子零部件的，底板上主要有紅外傳感器安裝槽、超聲波傳感器安裝孔、電機(jī)定位槽和走線孔，其余的槽孔是用有紅外傳感器安裝槽、超聲波傳感器安裝孔、電機(jī)定位槽和走線孔，其余的槽孔是用來留在日后擴(kuò)展用的。每個(gè)器件的安裝位置如圖來留在日后擴(kuò)展用的。每個(gè)器件的安裝位置如圖 3.13.1 所示。底板采用的是亞克力板材。所示。底板采用的是亞克力

41、板材。安裝方便，結(jié)構(gòu)可靠穩(wěn)定。安裝方便，結(jié)構(gòu)可靠穩(wěn)定。 圖圖 3.2 底盤共振頻率分析底盤共振頻率分析如圖是電機(jī)底板的共振頻率分析圖，我是以底板邊緣的四個(gè)安裝孔為固定點(diǎn)，由如圖是電機(jī)底板的共振頻率分析圖，我是以底板邊緣的四個(gè)安裝孔為固定點(diǎn)，由于智能車的整車車體重于智能車的整車車體重 500g,所以在底盤的中心處加所以在底盤的中心處加 5N 的力，經(jīng)過電腦的自動(dòng)網(wǎng)格的力，經(jīng)過電腦的自動(dòng)網(wǎng)格劃分，通過軟件的共振頻率計(jì)算后得到圖示的應(yīng)力分布圖。從圖中可以看出，底板的劃分，通過軟件的共振頻率計(jì)算后得到圖示的應(yīng)力分布圖。從圖中可以看出，底板的中間部分是應(yīng)力最集中的一塊，也是最危險(xiǎn)的一塊，如果車體的振動(dòng)頻

42、率過快，底板中間部分是應(yīng)力最集中的一塊，也是最危險(xiǎn)的一塊，如果車體的振動(dòng)頻率過快，底板很可能會(huì)從中間層開始斷裂，所以要對(duì)底板經(jīng)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減小底板的長(zhǎng)度或者加大很可能會(huì)從中間層開始斷裂，所以要對(duì)底板經(jīng)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減小底板的長(zhǎng)度或者加大底板的厚度。底板的厚度。3.2 電機(jī)與底板的連接支架設(shè)計(jì)電機(jī)與底板的連接支架設(shè)計(jì) 零件零件數(shù)量數(shù)量電機(jī)支架電機(jī)支架2 片片圖圖 3.3 電機(jī)電機(jī)支架圖支架圖電機(jī)支架主要是電機(jī)支架主要是用來將電機(jī)固定用來將電機(jī)固定在底板上的，每在底板上的，每個(gè)電機(jī)用兩塊支個(gè)電機(jī)用兩塊支架板綁定固定，架板綁定固定，圖示電機(jī)支架的圖示電機(jī)支架的工程圖中，工程圖中，4 為支架的定位孔。它

43、通過慒孔和為支架的定位孔。它通過慒孔和 4 圓孔來綁定電機(jī)，靠左右兩側(cè)的肩圓孔來綁定電機(jī)，靠左右兩側(cè)的肩臺(tái)與底板卡在一起。支架的材料也是亞克力板（臺(tái)與底板卡在一起。支架的材料也是亞克力板（PMMA） 。表表 3.13.1 機(jī)械零部件表格機(jī)械零部件表格3.3 整體裝配圖整體裝配圖圖圖 3.4 整車裝配圖整車裝配圖圖圖 3.5 整車材料明細(xì)圖整車材料明細(xì)圖整體車體由車盤，輪子，電機(jī)，電機(jī)支架，測(cè)速碼盤，托板組成。整體車體由車盤，輪子，電機(jī)，電機(jī)支架，測(cè)速碼盤，托板組成。在以往的智能小車設(shè)計(jì)中，大都會(huì)采用三輪式結(jié)構(gòu)，前輪一般采用萬向輪牽引，在以往的智能小車設(shè)計(jì)中，大都會(huì)采用三輪式結(jié)構(gòu)，前輪一般采用萬

44、向輪牽引，左右分別為驅(qū)動(dòng)輪。雖然三輪式的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于操作，但是在小車行駛過程中的穩(wěn)定左右分別為驅(qū)動(dòng)輪。雖然三輪式的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于操作，但是在小車行駛過程中的穩(wěn)定性不足，且由于萬向輪的徑向阻力非常小，所以很容易偏向。因此在這次的設(shè)計(jì)中我性不足，且由于萬向輪的徑向阻力非常小，所以很容易偏向。因此在這次的設(shè)計(jì)中我采用了四輪驅(qū)動(dòng)，雖然四輪驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)相對(duì)于三輪式的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，但其穩(wěn)定性得采用了四輪驅(qū)動(dòng)，雖然四輪驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)相對(duì)于三輪式的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，但其穩(wěn)定性得螺絲螺母（螺絲螺母（M3）若干若干M3 螺柱螺柱若干若干碼盤碼盤4 片片到明顯加強(qiáng)，并且因?yàn)榈矫黠@加強(qiáng)，并且因?yàn)?4 個(gè)輪子都為驅(qū)動(dòng)輪，其偏差更為

45、離散，不一定是同側(cè)的偏差個(gè)輪子都為驅(qū)動(dòng)輪，其偏差更為離散，不一定是同側(cè)的偏差方向一致，所以在小車前進(jìn)過程中很難偏向。方向一致，所以在小車前進(jìn)過程中很難偏向。第四章第四章 控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如機(jī)內(nèi)部的功能單元，如 ROMRAMIO 口口定時(shí)記數(shù)器定時(shí)記數(shù)器中斷系統(tǒng)等能不能滿足應(yīng)中斷系統(tǒng)等能不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。二是系用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計(jì)

46、相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，在本設(shè)計(jì)中包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，在本設(shè)計(jì)中包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊紅外傳紅外傳感器模塊、藍(lán)牙模塊感器模塊、藍(lán)牙模塊顯示模塊等，還要設(shè)計(jì)合適的接口電路。顯示模塊等，還要設(shè)計(jì)合適的接口電路。4.1 MCU 的選型的選型本設(shè)計(jì)中使用的是本設(shè)計(jì)中使用的是 STC12C5A60S2 單片機(jī)。單片機(jī)。STC12C5A60S2 單片機(jī)是把那些作為單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能

47、部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行 IO 口、串口、串行口、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、行口、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、PWM 發(fā)生器、內(nèi)置看門狗、內(nèi)置發(fā)生器、內(nèi)置看門狗、內(nèi)置 8 路高速路高速 10 位位 AD 轉(zhuǎn)換、獨(dú)轉(zhuǎn)換、獨(dú)特波特率發(fā)生器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器等。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而特波特率發(fā)生器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器等。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU 加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。圖圖 4.1 STC12C5A60S2 引腳圖引腳圖表表 4

48、.14.1 STC12C5A60S2 硬件結(jié)構(gòu)表硬件結(jié)構(gòu)表類型類型參數(shù)參數(shù)STC12C5A60S2STC89C51 RC工作電壓（工作電壓（V）5.5-3.55.5-3.4Flash 程序存儲(chǔ)器字節(jié)程序存儲(chǔ)器字節(jié)60k4kRAM 字節(jié)字節(jié)1280512定時(shí)器定時(shí)器 T0、T1有有有有PCA 定時(shí)器定時(shí)器2無無UART11獨(dú)立波特率發(fā)生器獨(dú)立波特率發(fā)生器有有無無DPTR2無無EPPROM有有有有PCA（16 位）位）PWM（8 位）位）2 路路無無AD8 路路 25 萬次每秒萬次每秒10 位位無無IO4440看門狗看門狗有有有有內(nèi)置復(fù)位內(nèi)置復(fù)位有有無無外部可調(diào)門檻電壓外部可調(diào)門檻電壓有有無無外部

49、中斷外部中斷4 路路4 路路由上表可見，由上表可見，STC12C5A60S2 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強(qiáng)等單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。特別值得一提的是該單片機(jī)特點(diǎn)。特別值得一提的是該單片機(jī) CPU 中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的 1 位微位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位微計(jì)算機(jī)有自己的計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位微計(jì)算機(jī)有自己的 CPU、位寄存器、位寄存器、IO 口和指令集，計(jì)算速度比普口和指令集，計(jì)算速度比普通的通的 8051 快快 8 12 倍。倍。4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)EN11IN12OUT13GND4GND5OUT2

50、6IN27VCC28EN29IN310OUT311GND12GND13OUT414IN415VCC5v16U3L293D1KR312J312J212J512J4VCC1KR1L293D_IN1GNDL293D_EN1L293D_EN2L293D_IN2VCC_MotorL293D_IN4L293D_IN3圖圖 4.24.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖本設(shè)計(jì)采用本設(shè)計(jì)采用 L293DL293D 芯片，芯片，L293L293 是是 STST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、小電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。公司生產(chǎn)的一種高電壓、小電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用該芯片采用 1616 腳封裝，內(nèi)部是由雙極性管組成的腳封裝，內(nèi)

51、部是由雙極性管組成的 H H 橋電路。其輸出電流為橋電路。其輸出電流為 100mA100mA，最，最高電流高電流 2A2A，最高工作電壓，最高工作電壓 36V36V，可以驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載，可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，且很容，可以驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載，可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，且很容易被單片機(jī)控制。用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整易被單片機(jī)控制。用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；電機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H H 橋電路保證了橋電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子

52、開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很高，是一種廣可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很高，是一種廣泛采用的調(diào)速技術(shù)。泛采用的調(diào)速技術(shù)。圖圖 4.34.3 L293DL293D 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖示為圖示為 L293d 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，L293d 內(nèi)置了與門、非門、三級(jí)管組成的兩組電路，內(nèi)置了與門、非門、三級(jí)管組成的兩組電路，因?yàn)槠渑帕行螤钕褚驗(yàn)槠渑帕行螤钕馠子母，所以稱其為子母，所以稱其為 H 橋路。通過控制三極管的通斷就可以是橋路。通過控制三極管的通斷就可以是電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來，而通過控制不同三極管的導(dǎo)通，電流的流向就會(huì)發(fā)生改變，電機(jī)的轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來，而通過控制不同三

53、極管的導(dǎo)通，電流的流向就會(huì)發(fā)生改變，電機(jī)的轉(zhuǎn)向也就會(huì)發(fā)生變化。在圖向也就會(huì)發(fā)生變化。在圖 4.3 中，使中，使 ENA 與與 ENB 兩個(gè)使能端始終為兩個(gè)使能端始終為 1，通過控制，通過控制 IN1 IN4 輸入端的狀態(tài)來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向。輸入端的狀態(tài)來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向。表表 4.24.2 L293DL293D 真值表真值表IN1 IN2 IN3 IN4右電機(jī)右電機(jī)左電機(jī)左電機(jī) 1 0 1 0正正正正 1 0 0 1正正反反 0 1 1 0反反正正 0 1 0 1反反反反 0 0 0 0 當(dāng)當(dāng) IN1、IN2、IN3 和和 IN4 分別為分別為 1010 時(shí)，時(shí)，T1、T4、T5 和和 T8 導(dǎo)通

54、，左電機(jī)和右導(dǎo)通，左電機(jī)和右電機(jī)正轉(zhuǎn)；電機(jī)正轉(zhuǎn)； 示例程序示例程序 1：void Forward(unsigned char Speed_Right,unsigned char Speed_Left)前進(jìn)前進(jìn) L293D_IN1=1; L293D_IN2=0; L293D_IN3=1; L293D_IN4=0; PWM_Set(255-Speed_Right,255-Speed_Left);脈寬調(diào)制器本身是一個(gè)由運(yùn)算放大器和幾個(gè)輸入信號(hào)組成的電壓比較器。運(yùn)算放脈寬調(diào)制器本身是一個(gè)由運(yùn)算放大器和幾個(gè)輸入信號(hào)組成的電壓比較器。運(yùn)算放大器工作在開換狀態(tài)，稍微有一點(diǎn)輸入信號(hào)就可使其輸出電壓達(dá)到飽和值，

55、當(dāng)輸入電大器工作在開換狀態(tài)，稍微有一點(diǎn)輸入信號(hào)就可使其輸出電壓達(dá)到飽和值，當(dāng)輸入電壓極性改變時(shí)，輸出電壓就在正、負(fù)飽和值之間變化，這樣就完成了把連續(xù)電壓變成壓極性改變時(shí)，輸出電壓就在正、負(fù)飽和值之間變化，這樣就完成了把連續(xù)電壓變成脈沖電壓的轉(zhuǎn)換作用。加在運(yùn)算放大器反相輸入端上的有三個(gè)輸入信號(hào)。一個(gè)輸入信脈沖電壓的轉(zhuǎn)換作用。加在運(yùn)算放大器反相輸入端上的有三個(gè)輸入信號(hào)。一個(gè)輸入信號(hào)是鋸齒波調(diào)制信號(hào)，另一個(gè)是控制電壓，其極性大小可隨時(shí)改變，與鋸齒波調(diào)制信號(hào)是鋸齒波調(diào)制信號(hào)，另一個(gè)是控制電壓，其極性大小可隨時(shí)改變，與鋸齒波調(diào)制信號(hào)相減，從而在運(yùn)算放大器的輸出端得到周期不變、脈寬可變的調(diào)制輸出電壓。只要

56、號(hào)相減，從而在運(yùn)算放大器的輸出端得到周期不變、脈寬可變的調(diào)制輸出電壓。只要改變控制電壓的極性改變控制電壓的極性,也就改變了也就改變了 PWM 變換器輸出平均電壓的極性變換器輸出平均電壓的極性,因而改變了電動(dòng)機(jī)因而改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向.改變控制電壓的大小改變控制電壓的大小,則調(diào)節(jié)了輸出脈沖電壓的寬度則調(diào)節(jié)了輸出脈沖電壓的寬度,從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩{(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速.只只要鋸齒波的線性度足夠好要鋸齒波的線性度足夠好,輸出脈沖的寬度是和控制電壓的大小成正比的。輸出脈沖的寬度是和控制電壓的大小成正比的。示例程序示例程序 2 為脈寬調(diào)制函數(shù)，其中為脈寬調(diào)制函數(shù)，其中 PWM_Set 為為 PWM

57、調(diào)速函數(shù)，本設(shè)計(jì)采用的調(diào)速函數(shù)，本設(shè)計(jì)采用的是軟件調(diào)速，是軟件調(diào)速，Speed_Right、Speed_Left 為用戶給定的初值速度，速度值范圍：為用戶給定的初值速度，速度值范圍：0 255,數(shù)值越大，速度越快。在通常的程序中多是采用定時(shí)器為波特率發(fā)生器。而本次設(shè)計(jì)數(shù)值越大，速度越快。在通常的程序中多是采用定時(shí)器為波特率發(fā)生器。而本次設(shè)計(jì)中采用的是中采用的是 MCU 自帶的自帶的 PWM 脈沖發(fā)生器，脈沖發(fā)生器，stc12c5a60s2 有內(nèi)置的一個(gè)計(jì)數(shù)器和比較有內(nèi)置的一個(gè)計(jì)數(shù)器和比較寄存器寄存器 CCAPnLCCAPnL 和和 CLCL，CCAPnLCCAPnL 用來存放一個(gè)用來存放一個(gè)

58、0-2550-255 之間的一個(gè)數(shù)據(jù)，之間的一個(gè)數(shù)據(jù)，CLCL 是一個(gè)計(jì)數(shù)器，是一個(gè)計(jì)數(shù)器，當(dāng)當(dāng) CLCL 的值小于的值小于 CCAPnLCCAPnL 時(shí)，時(shí)，PWMPWM 引腳輸出低電平脈沖，當(dāng)引腳輸出低電平脈沖，當(dāng) CLCL 的值大于的值大于 CCAPnLCCAPnL 時(shí)，時(shí)，PWMPWM引腳輸出高電平脈沖引腳輸出高電平脈沖示例程序示例程序 2：void PWM_Set(unsigned char PWM0_DATA,unsigned char PWM1_DATA)CCAP0L=PWM0_DATA;裝入比較初值裝入比較初值CCAP0H=PWM0_DATA; CCAP1L=PWM1_DATA

59、; 裝入比較初值裝入比較初值CCAP1H=PWM1_DATA;4.3 顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中采用本設(shè)計(jì)中采用 LCD1602 字符型液晶屏為下位機(jī)顯示設(shè)備，在單片機(jī)的人機(jī)交流字符型液晶屏為下位機(jī)顯示設(shè)備，在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般輸出方式有：發(fā)光管、界面中，一般輸出方式有：發(fā)光管、LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。液晶顯示器顯示質(zhì)量數(shù)碼管、液晶顯示器。液晶顯示器顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，因高，由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，因此，液晶顯示器的畫面質(zhì)量高不會(huì)閃爍。由于液晶顯示器都是數(shù)字式的，所以和單

60、片此，液晶顯示器的畫面質(zhì)量高不會(huì)閃爍。由于液晶顯示器都是數(shù)字式的，所以和單片機(jī)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作方便。液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀機(jī)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作方便。液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，因此，液晶顯示器也有體積小，重量輕的優(yōu)點(diǎn)。液晶顯示的原態(tài)來達(dá)到顯示的目的，因此，液晶顯示器也有體積小，重量輕的優(yōu)點(diǎn)。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就顯示，這樣即可理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器目前已被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、以顯示出圖形。