【正文】 基于單片機的自動往返小車的設計 畢業(yè)論文 好 ! 基于單片機的自動往返 小車的設計 摘要 89S52 單片機是一款八位單片機他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評這里介紹的是如何用 89S52 單片機來實現(xiàn)成都理工大學工程技術學院的畢業(yè)設計該設計是結合科研項目而確定的設計類課題本系統(tǒng)以設計題目的要求為目的采用 89S52 單片機為控制核心利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙控制電動小汽車的自動避障快慢速行駛以及自動停車并可以自動記錄時間里程和速度自動尋跡和尋光功能整個 系統(tǒng)的電路結構簡單可靠性能高實驗測試結果滿足要求本文著重介紹了該系統(tǒng)的硬件設計方法及測試結果分析 采用的技術主要有 通過編程來控制小車的速度 傳感器的有效應用 新型顯示芯片的采用 關鍵詞 80C52 單片機電動小車光電檢測器 PWM 調速 Abstract 89S52 is a 8 bit single chip puter Its easily using and multifunction suffer large users This article introduces the Engineeringtechnical College of Chengdu University of Technology graduation design with the 89S52 single chip puter This design bines with scientific research object This system regards the request of the topic adopting 89S52 for controlling core super sonic sensor for test the hinder It can run in a high and a low speed or stop automatically It also can record the time distance and the speed or searching light and mark automatically the electric circuit construction of whole system is simple the function is dependable Experiment test result satisfy the request this text emphasizes introduced the hardware system designs and the result analyze The adoption of technique as Reduce the speed by program the engine efficient application of the sensor The adoption of the new display chip Keywords 80C52 single chip puterElectricity motive small carlight electricity detectorPWM speed adjusting 目錄 摘要 I Abstract II 目錄 III 前言 1 1 方案設計與論證 2 11 電動小車 2 12 控制模塊 3 13 電機控制模塊 3 14 直流調速系統(tǒng) 3 15 電機驅動模塊 5 16 信號檢測模塊 5 17 行車距離檢測 7 18 系統(tǒng)原理 9 2 硬件設計 10 21 AT89S52 單片機硬件結構 10 22 最小應用系統(tǒng)設計 11 3 軟件設計 13 31 主程序設計 13 32 顯示子程序設計 15 33 避障子程序設計 15 34 軟件抗干擾技術 15 341 數(shù)字濾波技術 15 342 開關量的軟件抗干擾技術 16 343 指令冗余技術 16 344 軟件陷阱技術 17 345 程序區(qū) 18 35 看門狗技術 18 36 可編程邏輯器件 20 4 測試數(shù)據(jù)測試結果分析及結論 21 致 謝 23 參 考 文 獻 24 附錄 1 程序清單 25 附錄 2 硬件原理 圖 34 前言 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展關于汽車的研究也就越來越受人關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本設計就是在這樣的背景下提出的設計一款智能電動小車智能電動小車應該具有自動尋找軌跡的功能 根據(jù)題目的要求本設計以 AT89S52 為控制核心在現(xiàn)有電動小車的基礎上加裝傳感器實現(xiàn)對電動車的運動狀態(tài)進行實時控制本系統(tǒng)控制靈活可靠精度高滿足各項要求利用紅外線傳感器檢測地上的特定軌跡將數(shù)據(jù)傳給 AT89S52 經(jīng)過AT89S52 分析后做出 反應控制電動機的運行使小車按照特定軌跡行駛 AT89S52 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它是第三代單片機的代表其最主要的技術特點是向外部接口電路擴展以完善控制功能外部可接其他功能單元如 AD、 PWM、 PCA、 WDT、 AT89S52 采用 CHOMS 工藝功耗很低可用于很多小型設備中該設計具有實際意義稍作修改就可以應用于考古機器人醫(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)展前景在考古方面可用超聲波傳感器進行檢測所以本設計與實際相結合現(xiàn)實意義很強 1 方案設計與論證 根據(jù)題目的 要求確定如下方案在現(xiàn)有電動小車的基礎上加裝傳感器實現(xiàn)對路面特殊軌跡的實時測量并將測量數(shù)據(jù)傳送至主控制器進行處理然后由主控制器根據(jù)所檢測的數(shù)據(jù)對電動車進行控制實現(xiàn)按照路徑自動行駛 這種方案如圖 11 能實現(xiàn)對電動車的運動狀態(tài)進行實時控制控制靈活可靠精度高可滿足對系統(tǒng)的各項要求 圖 11 自動尋跡小車原理圖 11 電動小車 方案一轉向和動力分開的電動小車轉向和動力分開的電動小車是將輪胎分為兩組一組與點動機相連輸出動力控制小車的行駛另外一組控制小車的方向兩組輪胎的前后順序可調其換影響不大轉向輪可使用單輪方案一只需一個電動 機一個轉向器由主控制器分別進行控制控制程序較多 方案二轉向和動力結合的電動小車轉向和動力結合的電動小車是使用兩個獨立的電動機各自帶動一個輪胎位于兩側通過兩個輪胎速度的改變實現(xiàn)小車的轉向控制所用程序較少控制器控制起來簡單這種轉向方式類似于坦克的轉向方式為了小車的平衡再裝上萬向輪 綜上分析本設計使用方案二 12 控制模塊 方案一采用 FPGA作為系統(tǒng)的主控制器 FPGA可以實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能規(guī)模大集成度高體積小穩(wěn)定性好 IO 口資源豐富易于進行功能擴展處理速度快但是適用于大規(guī)模實時性要求較高的系統(tǒng)價格高編程實現(xiàn)難度 大本系統(tǒng)只需要完成信號檢測和電機驅動的控制邏輯功能簡單對控制器的數(shù)據(jù)處理能力要求不高所以不選擇此方案 方案二采用嵌入式系統(tǒng)作為主控制器嵌入式系統(tǒng)工作頻率較高速度較快控制能力很強也有較強的數(shù)據(jù)處理能力但同樣價格較高編程實現(xiàn)難度大 方案三采用 Atmel公司的 AT98S52單片機作為主控制器 AT98S52是一款低功耗高性能的 8位單片機片內(nèi)含有 8KB的 Flash片內(nèi)程序存儲器 256 Bytes的 RAM32個外部雙向輸入輸出 IO 口 5個中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷等價格便宜使用方便編程實現(xiàn)難度低適合用來實現(xiàn)系統(tǒng)的控制 功能 總上分析本設計使用方案三 13 電機控制模塊 為了實現(xiàn)電動小車對行走路徑的準確定位和精確測量可以考慮一下兩種方案 方案一采用直流電機直流電機轉動力矩大體積小重量輕轉配簡單使用方便主要適用于高速點擊系統(tǒng)本系統(tǒng)要求控制精度高不易達到 方案二采用步進電機步進電機是數(shù)字控制電機控制也比較簡單具有瞬時啟動和急速停止的優(yōu)越性比較適合本系統(tǒng)控制精度高的特點 總上分析但由于實際原材料考慮本設計使用方案一 14 直流調速系統(tǒng) 方案一旋轉變流系統(tǒng)旋轉變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機拖動直流電動機實現(xiàn)變流由發(fā)電機給需要調速的直流電動機 供電調節(jié)發(fā)電機的勵磁電流即可改變其輸出電壓從而調節(jié)電動機的轉速改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機的轉向都隨著改變所以旋轉變流系統(tǒng)的可逆運行是很容易實現(xiàn)的該系統(tǒng)需要旋轉變流機組至少包含兩臺與調速電動機容量相當?shù)男D電機還要一臺勵磁發(fā)電機設備多體積大費用高效率低維護不方便等缺點且技術落后因此擱置不用 方案二靜止可控整流器簡稱 VM系統(tǒng) VM系統(tǒng)是當今直流調速系統(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)平滑調速 VM系統(tǒng)的缺點是晶閘管的單向導電性它不允許電流反向給系統(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備 方案三脈寬調速系統(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狀態(tài)當晶閘管被觸發(fā)導通時電源電壓加到電動機上當晶閘管關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制 Pulse Width Modulation 簡稱 PWM 脈沖周期不變只改變晶閘管的導通時間即通過改變脈沖寬度來進行直流調速 與 VM 系統(tǒng)相比 PWM 調速系統(tǒng)有下 列優(yōu)點 1由于 PWM調速系統(tǒng)的開關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)調速范圍較寬可達110000 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 同樣由于開關頻率高若與快速響應的電機相配合系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶因此快速響應性能好動態(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計中受控電機的容量和直流電機調速的發(fā)展方向本設計采用了 H 型單極型可逆 PWM 變換器進行調速 脈寬調 速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調制式變換器簡稱 PWM 變換器 脈寬調速也可通過單片機控制繼電器的閉合來實現(xiàn)但是驅動能力有限為順利實現(xiàn)電動小汽車的前行與倒車本設計采用了可逆 PWM變換器可逆 PWM變換器主電路的結構式有 H型 T型等類型我們在設計中采用了常用的雙極式 H型變換器它是由 4 個三極電力晶體管和 4 個續(xù)流二極管組成的橋式電路 15 電機驅動模塊 方案一采用集成芯片 L298N驅動步進電機 L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅動芯片相應頻率較高穩(wěn)定性較好單本系統(tǒng)兩個電機時序不同會出現(xiàn)兩個不同延時程序的情況系統(tǒng)處理負荷大影響 電機工作同時價格相對較高 方案二用功率管如 TP1328A70W 構成驅動電路來驅動電機結構簡單價格低廉經(jīng)測試完全可以驅動電機完成控制功能 綜上分析選擇方案二 16 信號檢測模塊 方案一采用光敏電阻組成光敏探測器光敏電阻原理簡單使用方便價格低廉但受光照強度影響很大可靠性不高 方案二采用角度傳感器實用角度傳感器來測量車體水平方向和豎直方向的角度感測到的傾角信號經(jīng)編碼后傳感給單片機由單片機控制電動機的運行角度傳感器靈敏度合適響應速度好但使用復雜價格高昂且不易購買 方案三采用光電傳感器光電傳感器原理簡單實現(xiàn)方便價格低 廉可集發(fā)射器和接收器于一體使用這類光電傳感器電路簡單工作性能穩(wěn)定能完成需要的信號檢測功能 綜上分析選擇方案三本系統(tǒng)共設計兩個光電三極管分別放置在電動車車頭的左右兩個方向用來控制電動車的行走方向當左側光電管受到光照時單片機控制轉向電機向左轉當右側光電管受到光照時單片機控制轉向電機向右轉當左右兩側光電管都受到光照時單片機控制直行見圖 12 電動車的方向檢測電路 a 行車方向檢測電路見圖 13 電動車的方向檢測電路 b 采用反射接收原理配置了一對紅外線發(fā)射接收傳感器該電路包括一個紅外發(fā)光二極管一個紅外光敏三極管及其 上拉電阻紅外發(fā)光二極管發(fā)射一定強度的紅外線照射物體紅外光敏三極管在接收到反射回來的紅外線后導通發(fā)出一個電平跳變信號 此套紅外光電傳感器固定在底盤前沿貼近地面正常行駛時 圖 12 電動車的方向檢測電路 a 圖 13 電動車的方向檢測電路 b 發(fā)射管發(fā)