简易智能电动车的设计论文

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1、中国计量学院现代科技学院课程设计报告 中国计量学院现代科技学院课程设计报告课程设计名称：简易智能小车系（部）：计测工程系 学号：0930221111 专业：测控技术与仪器 姓名：黄雪琴 班级：测控091 指导老师： 2012年4月28日目录一、 系统介绍 1.1摘要3 1.2关键字3二、 系统硬件总体设计 2.1方案论证与比较3 2.2方案确定42.2.1控制器模块4 2.2.2电机驱动模块42.2.3探光模块42.2.4避障模块52.2.5金属检测模块52.2.6 LM298PWN调车速部分5三、 硬件电路设计与分析3.1控制器模块53.2电机驱动模块6四、系统软件设计41系统软件设计框图7

2、42PWN调速控制程序7五、讨论及进一步研究建议8六、设计心得与体会8七、参考文献8 一、 系统介绍智能车辆是一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术来实现环境感知、规划决策和自动行驶为一体的高新技术综合体它在军事、民用和科学研究等方面已获得了应用，对解决道路交通安全提供了一种新的途径。本文介绍的是一款采用两片AT89S52单片机和LM298N为驱动直流电机的控制器其性价高，体积小，易操作，稳定度高。以单片机为核心能按键调节直流电机速度为主，设计一基于单片机的直流小电机驱动系统；实现正反转控制；实现速度调节；启动，停止，正反转，调速，并且显示在“直道区”检测到的薄铁片数

3、目。 电动车在光源的引导下，通过障碍进入停车区并到达车库，统计时间。 1.1摘要 本文提供一种以AT89S52为核心、制作了一款智能小车，功能强大。小车具有以下几个功能：自动避障功能；寻迹功能（按路面的黑色轨道行驶）；趋光功能（寻找前方的点光源并行驶到位）；检测路面所放置的铁片的个数的功能；用霍尔传感器实现薄铁片的检测，用光敏电阻实现探测光源。 计算并显示所走的路程和行走的时间，并可发声发光。作品可以作为高级智能玩具，也可以作为大学生学习嵌入式控制的强有力的应用实例。1.2关键字： 智能小车 传感器 AT89S52 循迹 趋光二、系统硬件总体设计设计一个直流电机小车系统，用L298N驱动电机，

4、可加减速调节；用红外发射和接收传感器控制小车在规定区域行走,用红外传感器实现壁障，用霍尔传感器实现薄铁片的检测，用光敏电阻实现探测光源。 2.1方案论证和比较方案一：采用可编程逻辑器件CPLD 作为控制器。采用步进电机控制的小车，利用H桥电路的电机驱动模块。采用6节5号干电池供电。用激光传感器进行避障。TS-D06N1型金属接近开关。采用红外发射接收管来探测黑线。光敏电阻探测光源。单片机进行声光报警和蜂鸣器进行声报警。使用LCD1602来显示。方案二：采用AT89S52单片机。采用直流电机控制的小车。用基于L298n的电机驱动模块。采用直流稳压电源。用E3F-DS5C2型红外光电开关进行避障。

5、使用LJ30A3-15-Z/BX金属接近传感器。采用RPR-220红外光电传感器来探测黑线。光敏电阻探测光源。单片机进行声光报警和蜂鸣器进行声报警。使用LCD1602来显示。红外光电避障加光敏电阻探测光源 AT89S52单片机L298N电机驱动LCD1602显示 直流稳压电源 红外发射接收管探测黑线LJ30A3-15-Z/BX金属探测2.2确定方案经过比较方案二经济又易于实现，故采用。2.2.1控制器模块：AT89S52有 8K字节在系统可编程Flash存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定

6、时器、双数据指针、掉电标识符 ，适合小系统使用，因此我用AT59S52单片机作为控制器。2.2.2电机驱动模块方案一中：利用H桥电路的电机驱动模块。此种电路包含若干个三极管及外围电阻等器件，通用性强，功能强大。通过对相关端口的写入，能够实现两电机正反转和pwm调速。但是，由于三极管本身工作电流的限制，此电路不能够驱动大功率电机，并且电路暴露在外部导致稳定性不高，所以我们放弃使用该方案。方案二中：基于L298n的电机驱动模块。L298N是一款专门用于驱动电动机的芯片，具有高集成度、高功率的特点，其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，减速

7、电机，伺服电机，电磁阀等，较少的外围电路（仅需要保护用的二极管和滤波电容）便可以很好地驱动大功率的电机。其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可以直接控制两路电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。而且模块体积小，稳定性高。综上所述，选择L298N及外围电路作为电机驱动模块。2.2.3探光模块寻找光源功能 方案一：在小车前面装上几个光电开关，通过不同方向射来的光使光电开关工作，从而对小车行驶方向进行控制，根据光电开关特性，只有当光达到一定强度时才能够导通，因此带有一定的局限性。 方案二：在小车前面装上参数一致的光敏二极管或者光敏电

8、阻，再通过A/D转换电路转换成数字量送入单片机，单片机再对读入的几路数据进行存储、比较，然后发出命令对外围进操作。对方案一、二进行比较，方案二硬件稍为复杂，但能够对不同强度的光进行采集以及比较，操作灵活，所以采用方案二。2.2.4避障模块用红外光电开关进行避障。光电开关的工作原理：红外发射二极管发射红外线，如果遇到障碍物后，光线反射回来，接受的光感三极管导通，单片机接受到相应的电平信号。红外避障模块造价低，外围电路简单稳定。实际实验中，模块灵敏迅速，而且通过调节电路的可变电阻能够实现对感知距离的改变（0-30cm）。此方案的缺点是对额定电压要求比较高，必须在5v左右，但是通过对整体系统的改造（

9、适量提高供电电压），我可以完全克服这个问题，通过LM393电压比较器即可实现。2.2.5金属检测模块：方案1中：采用TS-D06N1型金属接近开关。此模块工作在10-36V，在9V下虽然也能正常工作，但是距离大于4mm的金属就不能被检测到。所以我放弃这方案。方案2中：使用LJ30A3-15-Z/BX金属接近传感器。这种传感器工作在+6-+36V,在9V时在2cm左右，探测距离较大，所以我选用这方案。2.2.6 LM298PWN调车速部分：PWM调速原理：PWM的原理： PWM（Pulse Width Modulation）控制脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要

10、波形（含形状和幅值）。 只要控制LM298N的两个使能端的脉冲宽度也就是高低电平的占空比,就可控制电机的转向和速度,且可以达到动态静止,有利于正反转死区的消除。占空比：就是输出的PWM中，高电平保持的时间 与 该PWM的时钟周期的时间 之比如，一个PWM的频率是1000Hz，那么它的时钟周期就是1ms，就是1000us，如果高电平出现的时间是200us，那么低电平的时间肯定是800us，那么占空比就是200：1000，也就是说PWM的占空比就是1：5。软件实现PWN调节：本小车使用了单片机定时器1us产生一次中断，以10us为一个周期时间。可以很好的控制高低电平的时间，高电平可以在1,2,3,

11、4,5,6,7,8,9,10毫秒之间任意按需要按键调节，从而调节了PWM的占空比。三、硬件电路设计与分析3.1控制器模块：我使用2片AT89S52单片机为核心制作单片机最小系统，可作为启动、停止等按键。各单片机使用单片机上的外部中断管脚进行通信。 图1 单片机最小系统3.2电机驱动模块：恒压恒流桥式2A驱动芯片L298NL298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机。L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接457 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为2546 V。输出电流可

12、达25 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本次制作选用驱动小车左右两台直流电动机，供给+5V和+9V电压。 图3 L298N电机驱动模块四、系统软件设计：系统软件编程采用C语言实现了PWN调速功能和功能构架的实现，对功能实现和PWN波形控制，实现数据显示以及两机通信。为了方便系统管理和功能扩展，本系统软件采用模块化结构设计，使程序间的逻辑层次更加简明。整个程序大部分的编译和调试都在Keil uVision3的集成开发环境下来完成。41系统软件设计框

13、图:主程序开始显示及系统硬件的初始化判断某个键按下小车加速小车减速小车前进小车停止功能实现功能锁定小车后退42PWN调速控制程序：void pwmout() TMOD |=0x01;/定时器设置 1ms in 12M crystal TH0=(65536-1000)/256; TL0=(65536-1000)%256;/定时0.5mS IE= 0x82; /打开中断 TR0=1; CYCLE =10;/ 时间可以调整 这个是10步调整 周while(1) if(!KEY1)/加速键 delay(30000); if(!KEY1) PWM_Num+; dangwei(PWM_Num); if(!

14、KEY2) /减速键 delay(30000)if(!KEY2) PWM_Num-; dangwei(PWM_Num); /* 定时中断 */void tim(void) interrupt 1 using 1static unsigned char count; TH0=(65536-1000)/256; TL0=(65536-1000)%256;/定时1mS if (count=PWM_ON) EC=1; / 小车使能接口1 EB=1; /使能接口2 count+;if(count = CYCLE)count=0;if(PWM_ON!=0) /如果左右时间是0 保持原来状态 EC=0; /

15、 小车使能接口1 EB=0; /使能接口2 五. 讨论及进一步研究建议本设计在调速部分发现做得不是很好！软件做得再好，可硬件单单是LM298N加光耦是难以实现的。这就值得我去深思了，在不用步进电机的情况下可以很精确的看到调速效果吗？直流电机可不可以呢？后面涉及用LM297N在LM298前面做细分， 结果实现效果确实很好，很满意。后面也就搭建LM297作为前级做细分完善小车。小车的功能得以创新及实现主要得益于选材的及方案的确定、软件的实现等。 六、 设计心得与体会：这次设计题目的基本要求和发挥部分在调试时都基本实现。小车有时候会出错，可能是硬件系统不稳定造成，用于用到两块52单片机，数据传输有可

16、能存在不同步。还没有把小车做得够完善，我日夜调试终于功夫不负有心人调成了问题一个个解决，有种不吃饭也感到高兴的感觉。在这次设计中我们学到了很多软硬件方面的知识，也发现很多不足，我还要进一步提高。但在这个艰难的阶段我学到了很多。这次亲身体验让我有了深刻感触，这不仅是一次实践，还是一次人生经历，是一生宝贵的财富。在今后我要参加更多的社会实践，磨练自己的同时让自己认识的更多，使自己未踏入社会就已体会社会更多方面。在本课题完成之际，我基础理论得到了进一步巩固和加深，同时在此基础上，我掌握了仪器仪表的硬件设计原理和软件调试方法。但这些都离不开我身边的老师和同学的大力帮助与支持。在此感谢老老师们的悉心指导，感谢帮助过我的人。七.参考文献：1 吴金戌等编，8051单片机实践与应用，清华大学出版社，20012 王洪庆编，微型计算机控制技术，机械工业出版社，20063 付家才编，单片机控制工程实践技术，化学工业出版社，2004 4 杨文龙，单片机原理及应用M，西安电子科技大学出版社，20005 赵文博，刘文涛,单片机语言C51程序设计M,人民邮电出版社，20066 张伟编，电路设计制版Protel DXP高级应用，人民邮电大学出版社，20048