【正文】 畢 業(yè) 設(shè) 計簡易智能電動車控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)教師 講師學(xué)院名稱工程學(xué)院 專業(yè)名稱電子科學(xué)與技術(shù)論文提交日期2009年5月 論文答辯日期2009年5月答辯委員會主席 ____________評 閱 人 ____________摘 要AT89S52單片機是一款八位單片機，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評?，F(xiàn)在，單片機已廣泛地應(yīng)用在智能儀器儀表、機電設(shè)備過程控制、自動檢測、家用電器和數(shù)據(jù)處理等各個方面。隨著單片機的發(fā)展以及它在各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，它將滲透到生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域。本設(shè)計的理論設(shè)計方案、調(diào)試方法、家用清潔機器人、滅火機器人等自主及半自主機器人的設(shè)計與實現(xiàn)有一定的參考意義。本文介紹了基于AT89S52單片機，利用紅外傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小車的自動避障，用PMW調(diào)速方式控制車子快慢速行駛，以及自動停車，并可以自動記錄和顯示時間、里程和速度，自動尋跡、檢測鐵片、發(fā)出聲光信息和尋光功能。整個系統(tǒng)的電路邏輯結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高，實現(xiàn)功能強大。本文著重介紹了該系統(tǒng)的組成、硬件配置、軟件設(shè)計、工作原理、功能以及技術(shù)性能。本設(shè)計的特色就在于它利用AT89S52作為中心芯片對外部進行控制，在外部信號采集后經(jīng)LM324電壓比較器后能夠給單片機輸入穩(wěn)定的高低電平，在小車行駛動力采用L293芯片具有足夠的驅(qū)動力，選LCD1602做為顯示器增加了本設(shè)計的顯示功能，改變了傳統(tǒng)的LED顯示信息量小的局限性。關(guān)鍵詞：AT89S52單片機 電動小車 PMW調(diào)速 紅外傳感器 自動避障 LM324 L293 LCD1602目 錄1 前言……………………………………………………………………………….………1 本論文的主要工作………………………………………………………………….….1 預(yù)期目標(biāo)………………...……………………………….……………………….…….22 系統(tǒng)設(shè)計可行性分析……...……………………………………….....…………….……2 總體方案……...……………………………………………………….……….……….2 電源模塊方案………………………………………………………………….……….2 智能車驅(qū)動方案……………………………………………………………….……….3 直流調(diào)速方案……………………………………………………………….………….3 檢測放大器方案……………………………………………………………….……….4 檢測黑線方案……………………………………………………………….………….6 檢測鐵片方案……………………………………………………………….………….6 避障方案……………………………………………………………………….……….6 尋光方案……………………………………………………………………….……….6 停車方案…………………………………………………………………….………...7 行車距離檢測方案……………………………………………………………………7 聲音提示方案…………………………………………………………………………8 顯示部分………………………………………………………………………………8 系統(tǒng)工作原理…………………………………………………………………………8 本章小結(jié)………………………………………………………………………………93 系統(tǒng)硬件電路…………………………………………………………………………….9 電源電路………………………………………………………………………………..9 驅(qū)動電路………………………………………………………………………………..10 檢測電路………………………………………………………………………………..11 黑線檢測……………………………………………………………………………...11 鐵片檢測……………………………………………………………………………...11 障礙物檢測…………………………………………………………………………...12 單片機最小電路………………………………………………………………………..12 聲光電路………………………………………………………………………………..13 顯示電路………………………………………………………………………………..13 系統(tǒng)總電路圖…………………………………………………………………………..16 本章小結(jié)………………………………………………………………………………..174 系統(tǒng)軟件電路…………………………………………………………………………….17 系統(tǒng)軟件設(shè)計說明……………………………………………………………………..17 軟件流程圖……………………………………………………………………………..17 本章小結(jié)………………………………………………………………………………..295 硬件電路的制作與調(diào)試………………………………………………………………….30 電路板的制作…………………………………………………………………………..30 電路圖的繪制………………………………………………………………………...30 制作電路板…………………………………………………………………………...30 電路板的焊接…………………………………………………………………………..31 手工焊錫要點…….…………………………………………………………………..31 焊錫操作要領(lǐng)……………………………………………………………………...…31 電路的調(diào)試……………………………………………………………………………..31 測試方法與儀器……………………………………………………………………...31 電源模塊調(diào)試………………………………………………………………………...32 單片機模塊調(diào)試…………………………………………………………………...…32 檢測模塊調(diào)試……………………………………………………………………...…32 本章小結(jié)………………………………………………………………………………..346 結(jié)論……………………………………………………………………………………….34致謝…………………………………………………………………………………………...35參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………...36英文摘要……………………………………………………………………………………...37附錄成績評定表1 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。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究，可見其研究意義很大。新一代單片機為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴展與配置打下了良好的基礎(chǔ)。 單片機的應(yīng)用在于實現(xiàn)計算機控制。而在線控制應(yīng)用方面，由于計算機身處系統(tǒng)之中，因此對計算機有體積小、功耗小、成本低以及控制功能強等要求，對這些要求真可謂是非單片機莫屬了?，F(xiàn)在單片機的應(yīng)用日益廣泛深入，諸如在智能儀器儀表、家用電器和軍事設(shè)備的智能化以及實時過程控制等方面，單片機都扮演著越來越重要的角色，具有廣闊的應(yīng)用前景。從上述可以看出，單片機應(yīng)用的意義絕不限于它的功能，以及所帶來的經(jīng)濟效益上。更重要的意義在于單片機的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在已能使用單片機通過軟件方法實現(xiàn)了，這種以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)，稱之為微控制技術(shù)。這標(biāo)志著一種全新概念的建立。綜觀近三十年的發(fā)展過程，單片機正朝多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價格、擴大存儲容量和加強I/O功能及結(jié)構(gòu)兼容方向發(fā)展。預(yù)計其今后的發(fā)展趨勢有以下幾個方面： （1）微控制器的CPU核仍以CISC為主，但向RISC演化 （2）提升指令執(zhí)行速度 （3）集成大容量片上FLASH存儲器，實現(xiàn)ISP、IAP （4）普遍使用混合信號(數(shù)字模擬相混合)集成技術(shù) （5）增加可聯(lián)網(wǎng)的外設(shè)接口 （6）追求低電壓、低功耗、低價位、LPG(少腿芯片)本設(shè)計就采用了比較先進的AT80S52為控制核心，AT80S52采用CHOMS工藝，功耗很低。該設(shè)計具有實際意義，可以應(yīng)用于考古、機器人、醫(yī)療器械等許多方面。尤其是在足球機器人研究方面具有很好的發(fā)展前景；在考古方面也應(yīng)用到了紅外傳感器進行檢測。所以本設(shè)計與實際相結(jié)合，現(xiàn)實意義很強。 本論文的主要工作在現(xiàn)有玩具電動車的基礎(chǔ)上，加裝紅外線傳感器、霍爾傳感器及金屬探測器，實現(xiàn)對電動車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機進行處理，然后由單片機根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動車的智能控制。 預(yù)期目標(biāo)根據(jù)設(shè)計目的，選出合適的芯片和設(shè)計方案，實現(xiàn)設(shè)計的智能電動小車能夠顯示時間、速度、里程，具有自動尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車。2 系統(tǒng)設(shè)計可行性分析 總體方案方案一：采用各類數(shù)字電路來組成小車的控制系統(tǒng)，對外圍避障信號，黑帶檢測信號，鐵片檢測信號，各路趨光信號進行處理。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于小車智能化的擴展，對各路信號處理比較困難。 方案二：采用AT89S52單片機來作為整機的控制單元。紅外線探頭采用市面上通用的發(fā)射管與及接收。鐵片檢測采用電感式接近開關(guān)TLQ5MCL檢測，黑帶采用紅外線發(fā)射管對光源信號采集，再經(jīng)過LM324轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送到單片機系統(tǒng)處理。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決復(fù)雜的硬件電路部分，使系統(tǒng)硬件簡潔化，各類功能易于實現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。 比較以上兩種方案的優(yōu)缺點，方案二簡潔、靈活、可擴展性好，能達(dá)到題目的設(shè)計要求，因此采用方案二來實現(xiàn)。 電源模塊方案由于本系統(tǒng)需要電池供電，我們考慮了如下集中方案為系統(tǒng)供電。方案一：，電壓達(dá)到15V，經(jīng)7812穩(wěn)壓后給支流電機供電，然后將12V電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機系統(tǒng)和其他芯片供電。但干電池電量有限，使用大量的干電池給系統(tǒng)調(diào)試帶來很大的不便，因此，我們放棄了這種方案。方案二：，然后將12V電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機系統(tǒng)和其他芯片供電。鋰電池的電量比較足，并且可以充電，重復(fù)利用，因此，這種方案比較可行。但鋰電池的價格過于昂貴，使用鋰電池會大大超出我們的預(yù)算，因此，我們放棄了這種方案。方案三：采用12V蓄電池為直流電機供電，將12V電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機系統(tǒng)和其他芯片供電。蓄電池具有較強的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。雖然蓄電池的體積過于龐大，在小型電動車上使用極為不方便，但由于我們的車體設(shè)計時留出了足夠的空間，并且蓄電池的價格比較低。因此我們選擇了此方案。 智能車驅(qū)動方案方案一：采用分立元件組成的平式驅(qū)動電路，這種電路可以由單片機直接對其進行操作，但由于分立元件占用的空間比較大，還要配上兩個繼電器，考慮到小車的空間問題，此方案不夠理想。 方案二：采用市面易購的電機驅(qū)動芯片L293D，該芯片是利用TTL電平進行控制，對電機的操作方便，通過改變芯片控制端的輸入電平，即可以對電機進行正反轉(zhuǎn)操作，很方便單片機的操作，亦能滿足直流減速電機的要求。 直流調(diào)速方案方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。串電阻調(diào)速能簡單的實現(xiàn)要求，但是不穩(wěn)定，在電動車行走時產(chǎn)生大的功耗，影響其他芯片的工作，故放棄此方案。方案二：靜止可控整流器，簡稱VM系統(tǒng)。VM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，可實現(xiàn)平滑調(diào)速。VM系統(tǒng)的缺點是晶閘管的單向?qū)щ娦裕辉试S電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。它的另一個缺點是運行條件要求高，維護運行麻煩。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運行時，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。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，電源電壓加到電動機上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時，直流電源與電動機斷開，電動機經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation），簡稱PWM。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時間，即通過改變脈沖寬度來進行直流調(diào)速。與VM系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點：（1）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脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá)1：10000左右。由于電流波形比VM系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動機的損耗和發(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，動態(tài)抗擾能力強。（3）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。根據(jù)以上綜合比較，以及本設(shè)計中受控電機的容量和直流電機調(diào)速的發(fā)展方向，本設(shè)計采用了PWM方式進行調(diào)速，脈寬調(diào)速也可通過單片機控制繼電器的閉合來實現(xiàn)。 檢測放大器方案：方案一：使用普通單級比例放大電路。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、價格低廉。但是也存在著許多不足。如抗干擾能力差、共模抑制比低等。方案二：采用差動放大電路。選擇優(yōu)質(zhì)元件構(gòu)成比例放大電路，雖然可以達(dá)到一定的精度，但有時仍不能滿足某些特殊要求。例如，在測量本設(shè)計中的光電檢測信號時需要把檢測過來的電平信號放大并濾除