簡易智能電動車的設(shè)計論文

.z課程設(shè)計報告課程設(shè)計名稱：簡易智能小車目錄系統(tǒng)介紹1.1摘要………………31.2關(guān)鍵字……………3系統(tǒng)硬件總體設(shè)計2.1方案論證與比擬……………………32.2方案確定……………42.2.1控制器模塊……………………4電機驅(qū)動模塊…………………4探光模塊………………………4避障模塊………………………5金屬檢測模塊…………………52.2.6LM298PWN調(diào)車速局部…………5硬件電路設(shè)計與分析3.1控制器模塊………………………53.2電機驅(qū)動模塊……………………6四、系統(tǒng)軟件設(shè)計4．1系統(tǒng)軟件設(shè)計框圖……………74．2PWN調(diào)速控制程序………………7五、討論及進一步研究建議……………8六、設(shè)計心得與體會……………………8七、參考文獻……………8一、系統(tǒng)介紹智能車輛是一個運用計算機、傳感、信息、通信、導(dǎo)航、人工智能及自動控制等技術(shù)來實現(xiàn)環(huán)境感知、規(guī)劃決策和自動行駛為一體的高新技術(shù)綜合體．它在軍事、民用和科學(xué)研究等方面已獲得了應(yīng)用，對解決道路交通平安提供了一種新的途徑。本文介紹的是一款采用兩片AT89S52單片機和LM298N為驅(qū)動直流電機的控制器其性價高，體積小，易操作，穩(wěn)定度高。以單片機為核心能按鍵調(diào)節(jié)直流電機速度為主，設(shè)計一基于單片機的直流小電機驅(qū)動系統(tǒng)；實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制；實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)；啟動，停頓，正反轉(zhuǎn)，調(diào)速，并且顯示在“直道區(qū)〞檢測到的薄鐵片數(shù)目。電動車在光源的引導(dǎo)下，通過障礙進入停車區(qū)并到達車庫，統(tǒng)計時間。1.1摘要本文提供一種以AT89S52為核心、制作了一款智能小車，功能強大。小車具有以下幾個功能：自動避障功能；尋跡功能〔按路面的黑色軌道行駛〕；趨光功能〔尋找前方的點光源并行駛到位〕；檢測路面所放置的鐵片的個數(shù)的功能；用霍爾傳感器實現(xiàn)薄鐵片的檢測，用光敏電阻實現(xiàn)探測光源。計算并顯示所走的路程和行走的時間，并可發(fā)聲發(fā)光。作品可以作為高級智能玩具，也可以作為大學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式控制的強有力的應(yīng)用實例。1.2關(guān)鍵字：智能小車傳感器AT89S52循跡趨光二、系統(tǒng)硬件總體設(shè)計設(shè)計一個直流電機小車系統(tǒng)，用L298N驅(qū)動電機，可加減速調(diào)節(jié)；用紅外發(fā)射和接收傳感器控制小車在規(guī)定區(qū)域行走,用紅外傳感器實現(xiàn)壁障，用霍爾傳感器實現(xiàn)薄鐵片的檢測，用光敏電阻實現(xiàn)探測光源。2.1方案論證和比擬方案一：采用可編程邏輯器件CPLD作為控制器。采用步進電機控制的小車，利用H橋電路的電機驅(qū)動模塊。采用6節(jié)5號干電池供電。用激光傳感器進展避障。TS-D06N1型金屬接近開關(guān)。采用紅外發(fā)射接收管來探測黑線。光敏電阻探測光源。單片機進展聲光報警和蜂鳴器進展聲報警。使用LCD1602來顯示。方案二：采用AT89S52單片機。采用直流電機控制的小車。用基于L298n的電機驅(qū)動模塊。采用直流穩(wěn)壓電源。用E3F-DS5C2型紅外光電開關(guān)進展避障。使用LJ30A3-15-Z/B*金屬接近傳感器。采用RPR-220紅外光電傳感器來探測黑線。光敏電阻探測光源。單片機進展聲光報警和蜂鳴器進展聲報警。使用LCD1602來顯示。紅外光電避障加光敏電阻探測光源紅外光電避障加光敏電阻探測光源AT89S52單片機L298N電機驅(qū)動LCD1602顯示直流穩(wěn)壓電源紅外發(fā)射接收管探測黑線LJ30A3-15-Z/B*金屬探測2.2確定方案經(jīng)過比擬方案二經(jīng)濟又易于實現(xiàn)，故采用?？刂破髂K：AT89S52有8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、32個可編程I/O口線、三個16位定時器/計數(shù)器、八個中斷源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識符，適合小系統(tǒng)使用，因此我用AT59S52單片機作為控制器。電機驅(qū)動模塊方案一中：利用H橋電路的電機驅(qū)動模塊。此種電路包含假設(shè)干個三極管及外圍電阻等器件，通用性強，功能強大。通過對相關(guān)端口的寫入，能夠?qū)崿F(xiàn)兩電機正反轉(zhuǎn)和pwm調(diào)速。但是，由于三極管本身工作電流的限制，此電路不能夠驅(qū)動大功率電機，并且電路暴露在外部導(dǎo)致穩(wěn)定性不高，所以我們放棄使用該方案。方案二中：基于L298n的電機驅(qū)動模塊。L298N是一款專門用于驅(qū)動電動機的芯片，具有高集成度、高功率的特點，其輸出電流為2A，最高電流4A，最高工作電壓50V，可以驅(qū)動感性負(fù)載，如大功率直流電機，步進電機，減速電機，伺服電機，電磁閥等，較少的外圍電路〔僅需要保護用的二極管和濾波電容〕便可以很好地驅(qū)動大功率的電機。其輸入端可以與單片機直接相聯(lián)，從而很方便地受單片機控制。當(dāng)驅(qū)動直流電機時，可以直接控制兩路電機，并可以實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。而且模塊體積小，穩(wěn)定性高。綜上所述，選擇L298N及外圍電路作為電機驅(qū)動模塊。探光模塊尋找光源功能方案一：在小車前面裝上幾個光電開關(guān)，通過不同方向射來的光使光電開關(guān)工作，從而對小車行駛方向進展控制，根據(jù)光電開關(guān)特性，只有當(dāng)光到達一定強度時才能夠?qū)ǎ虼藥в幸欢ǖ木窒扌?。方案二：在小車前面裝上參數(shù)一致的光敏二極管或者光敏電阻，再通過A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機，單片機再對讀入的幾路數(shù)據(jù)進展存儲、比擬，然后發(fā)出命令對外圍進操作。對方案一、二進展比擬，方案二硬件稍為復(fù)雜，但能夠?qū)Σ煌瑥姸鹊墓膺M展采集以及比擬，操作靈活，所以采用方案二。避障模塊用紅外光電開關(guān)進展避障。光電開關(guān)的工作原理：紅外發(fā)射二極管發(fā)射紅外線，如果遇到障礙物后，光線反射回來，承受的光感三極管導(dǎo)通，單片機承受到相應(yīng)的電平信號。紅外避障模塊造價低，外圍電路簡單穩(wěn)定。實際實驗中，模塊靈敏迅速，而且通過調(diào)節(jié)電路的可變電阻能夠?qū)崿F(xiàn)對感知距離的改變〔0-30cm〕。此方案的缺點是對額定電壓要求比擬高，必須在5v左右，但是通過對整體系統(tǒng)的改造〔適量提高供電電壓〕，我可以完全克制這個問題，通過LM393電壓比擬器即可實現(xiàn)。金屬檢測模塊：方案1中：采用TS-D06N1型金屬接近開關(guān)。此模塊工作在10-36V，在9V下雖然也能正常工作，但是距離大于4mm的金屬就不能被檢測到。所以我放棄這方案。方案2中：使用LJ30A3-15-Z/B*金屬接近傳感器。這種傳感器工作在+6-+36V,在9V時在2cm左右，探測距離較大，所以我選用這方案。2.2.6LM298PWN調(diào)車速局部：PWM調(diào)速原理：PWM的原理：PWM〔PulseWidthModulation〕控制——脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過對一系列脈沖的寬度進展調(diào)制，來等效地獲得所需要波形〔含形狀和幅值〕。只要控制LM298N的兩個使能端的脈沖寬度也就是上下電平的占空比,就可控制電機的轉(zhuǎn)向和速度,且可以到達動態(tài)靜止,有利于正反轉(zhuǎn)死區(qū)的消除。占空比：就是輸出的PWM中，高電平保持的時間與該PWM的時鐘周期的時間之比方，一個PWM的頻率是1000Hz，則它的時鐘周期就是1ms，就是1000us，如果高電平出現(xiàn)的時間是200us，則低電平的時間肯定是800us，則占空比就是200：1000，也就是說PWM的占空比就是1：5。軟件實現(xiàn)PWN調(diào)節(jié)：本小車使用了單片機定時器1us產(chǎn)生一次中斷，以10us為一個周期時間。可以很好的控制上下電平的時間，高電平可以在1,2,3,4,5,6,7,8,9,10毫秒之間任意按需要按鍵調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)了PWM的占空比。三、硬件電路設(shè)計與分析3.1控制器模塊：我使用2片AT89S52單片機為核心制作單片機最小系統(tǒng)，可作為啟動、停頓等按鍵。各單片機使用單片機上的外部中斷管腳進展通信。圖1單片機最小系統(tǒng)3.2電機驅(qū)動模塊：恒壓恒流橋式2A驅(qū)動芯片L298NL298是SGS公司的產(chǎn)品，比擬常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動電路?？梢苑奖愕尿?qū)動兩個直流電機。L298N可承受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4．5～7V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓*圍VIH為＋2．5～46V。輸出電流可達2．5A，可驅(qū)動電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅(qū)動2個電動機，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機，本次制作選用驅(qū)動小車左右兩臺直流電動機，供應(yīng)+5V和+9V電壓。圖3L298N電機驅(qū)動模塊四、系統(tǒng)軟件設(shè)計：系統(tǒng)軟件編程采用C語言實現(xiàn)了PWN調(diào)速功能和功能構(gòu)架的實現(xiàn)，對功能實現(xiàn)和PWN波形控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示以及兩機通信。為了方便系統(tǒng)管理和功能擴展，本系統(tǒng)軟件采用模塊化構(gòu)造設(shè)計，使程序間的邏輯層次更加簡明。整個程序大局部的編譯和調(diào)試都在KeiluVision3的集成開發(fā)環(huán)境下來完成。4．1系統(tǒng)軟件設(shè)計框圖:主程序開場主程序開場顯示及系統(tǒng)硬件的初始化判斷*個鍵按下小車加速小車減速小車前進小車停頓功能實現(xiàn)功能鎖定小車后退4．2PWN調(diào)速控制程序：voidpwmout(){TMOD|=0*01;//定時器設(shè)置1msin12McrystalTH0=(65536-1000)/256;TL0=(65536-1000)%256;//定時0.5mSIE=0*82;//翻開中斷TR0=1;CYCLE=10;//時間可以調(diào)整這個是10步調(diào)整周while(1){if(!KEY1)//加速鍵{delay(30000);if(!KEY1) {PWM_Num++;dangwei(PWM_Num);}}if(!KEY2)//減速鍵 {delay(30000)if(!KEY2) {PWM_Num--;dangwei(PWM_Num);}}}}/*定時中斷*/voidtim(void)interrupt1using1{staticunsignedcharcount;TH0=(65536-1000)/256;TL0=(65536-1000)%256;//定時1mSif(count==PWM_ON){EC=1; //小車使能接口1EB=1; //使能接口2}count++;if(count==CYCLE){count=0; if(PWM_ON!=0)//如果左右時間是0保持原來狀態(tài)EC=0; //小車使能接口1EB=0; //使能接口2 }}五.討論及進一步研究建議本設(shè)計在調(diào)速局部發(fā)現(xiàn)做得不是很好！軟件做得再好，可硬件單單是LM298N加光耦是難以實現(xiàn)的。這就值得我去深思了，在不用步進電機的情況下可以很準(zhǔn)確的看到調(diào)速效果嗎.直流電機可不可以呢.后面涉及用LM297N在LM298前面做細分，結(jié)果實現(xiàn)效果確實很好，很滿意。后面也就搭建LM297作為前級做細分完善小車。小車的功能得以創(chuàng)新及實現(xiàn)主要得益于選材的及方案確實定、軟件的實現(xiàn)等。六、設(shè)計心得與體會：這次設(shè)計題目的根本要求和發(fā)揮局部在調(diào)試時都根本實現(xiàn)。小車有時候會出錯，可能是硬件系統(tǒng)不穩(wěn)定造成，用于用到兩塊52單片機，數(shù)據(jù)傳輸有可能存在不同步。還沒有把小車做得夠完善，我日夜調(diào)試終于功夫不負(fù)有心人調(diào)成了問題一個個解決，有種不吃飯也感到快樂的感覺。在這次設(shè)計中我們學(xué)到了很多軟硬件方面的知識，也發(fā)現(xiàn)很多缺乏，我還要進一步提高。但在這個困難的階段我學(xué)到了很多。這次親身體驗讓我有了深刻感觸，這不僅是一次實踐，還是一次人生經(jīng)歷，是一生珍貴的財富。在今后我要參加更多的社會實踐，磨練自己的同時讓自己認(rèn)識的更多，使自己未踏入社會就已體會社會更多方面。在本課題完成之際，我根底理論得到了進一步穩(wěn)固和加深，同時在此根底上，我掌握了儀器儀表的硬件設(shè)計原理和軟件調(diào)試方法。但這些都離不開我身邊的教師和同學(xué)的大力幫