protel99SECAD設(shè)計(jì)分解

1、電子線路CA大作業(yè)專業(yè)班級(jí)：測(cè)控技術(shù)與儀器1302班學(xué)號(hào)：120132527姓名：周慧棟1 .電子線路CAM作業(yè)選題意義22 .設(shè)計(jì)要求23 .設(shè)計(jì)具體步驟33.1 電源子電路設(shè)計(jì)步驟33.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)子電路設(shè)計(jì)步驟43.3 傳感器系統(tǒng)子電路設(shè)計(jì)步驟53.4 主控系統(tǒng)子電路設(shè)計(jì)步驟84 .總結(jié)11101 .電子線路CAD±作業(yè)選題意義基于單片機(jī)的智能電動(dòng)小車作為實(shí)現(xiàn)無人駕駛小汽車的方案之一，以其智能、靈活、便攜、智能等優(yōu)點(diǎn)滿足了玩具小汽車發(fā)展的需要。本文設(shè)計(jì)的智能電動(dòng)小車控制系統(tǒng)有自動(dòng)循跡的功能，能滿足按預(yù)設(shè)軌道行走并完成給定任務(wù)的要求，單片機(jī)是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)智能小車控制系統(tǒng)的核心，具軟硬

2、件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)循跡功能的基本要求和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣時(shí)，人工不能完成的任務(wù)如物料運(yùn)輸和裝卸等，可采用智能尋跡小車完成相應(yīng)的任務(wù)?；谏a(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和日常生活的實(shí)際需要，研究和開發(fā)智能小車尋跡系統(tǒng)具有十分重要的意義。該項(xiàng)目的研究可以應(yīng)用于機(jī)車頭燈自動(dòng)尋跡、工廠自動(dòng)化、倉(cāng)庫管理、智能玩具和民用服務(wù)等領(lǐng)域，可提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)環(huán)境。智能作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，無需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。本設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)多功能小車的智能模式，設(shè)計(jì)中的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點(diǎn)等可以為自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)器人、采礦勘探機(jī)

3、器人、家用自動(dòng)清潔機(jī)器人等自動(dòng)半自動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與普及有一定的參考意義。同時(shí)小車可以作為玩具的發(fā)展對(duì)象，為中國(guó)玩具市場(chǎng)技術(shù)含量的缺乏進(jìn)行一定的彌補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益，形成商業(yè)價(jià)值。2 .設(shè)計(jì)要求以AT89C51單片機(jī)為核心的控制電路，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案，運(yùn)用光電傳感器、金屬探測(cè)傳感器、超聲波傳感器組成不同的檢測(cè)電路，實(shí)現(xiàn)小車在行駛中自動(dòng)尋跡、探測(cè)預(yù)埋金屬鐵片、躲避障礙物、測(cè)量里程等問題。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)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)小車的智能控制。根據(jù)要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車的基礎(chǔ)上，加裝光電檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量

4、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)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的智能控制。這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。3具體設(shè)計(jì)步驟3.1電源部分子電路設(shè)計(jì)步驟(1)方案1:采用9V蓄電池為直流電機(jī)供電，將9V電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)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(dòng)車上使用極為不方便。方案2:采用9V南孚干電池直接個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N供電，并將9V經(jīng)過7805穩(wěn)壓及電容濾波后給單片機(jī)供電。由于方案2的質(zhì)量小，且電池價(jià)格便宜，實(shí)用性強(qiáng)，足夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能，因此我

5、們選用方案2。直接采用9V直流電源由穩(wěn)壓模塊將220V交流電轉(zhuǎn)換成9V直流電再經(jīng)7805穩(wěn)壓模塊到5V供單片機(jī)電機(jī)使用，如圖1。圖1(2)繪圖所用元件庫及元件MiscellaneousDevices元件庫：電容CAP極性電容ELECTRO發(fā)光二極管LED電阻RES開關(guān)SW-PB元件VOLTREG標(biāo)號(hào)為J8的元件為新建元件，新建步驟如下:在原理圖繪制界面，點(diǎn)擊Edit,再點(diǎn)擊菜單欄Tools工具選項(xiàng)，點(diǎn)擊第一項(xiàng)NewComponent新建元件選項(xiàng)，即打開新建元件界面，然后利用畫線工具進(jìn)行元件繪制。繪制完成后點(diǎn)擊File下的SaveCopyAs將新建元件保存，然后點(diǎn)擊左側(cè)的Place放置元件。3.

6、2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制部分(1)方案一:采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)整.此方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器白響應(yīng)時(shí)間慢，易損壞，壽命較短，可靠性不高。萬案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到分壓的目的。但電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要的問題在于一般的電動(dòng)機(jī)電阻很小，但電流很大，分壓不僅回降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。方案二:采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的H型橋式電路(如圖2.1)。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)

7、狀態(tài)下，精確調(diào)整電動(dòng)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型橋式電路保證了簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的PWMS速技術(shù)?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，選用L298芯片。這部分采用專用的電機(jī)控制芯片L298,它可同時(shí)對(duì)兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路簡(jiǎn)單控制效果好電路干擾小，電路圖如圖2陽玉 OLT4 0KENB IN5 1三號(hào)5V)成4OLT1SENA(2)所用元件庫及元件MiscellaneousDevices元件庫：電機(jī)MOTORSERVO二極管DIODE圖中標(biāo)號(hào)D10的芯片L298為新建元件新建步驟如下：由于新建元件為16引腳，因元

8、件HEADER16的弓唧也為15個(gè)，所以在它的基礎(chǔ)上新建修改，在MiscellaneousDevices元件庫找到該原件后選中然后單擊Edit新建元件界面打開，然后在原有的基礎(chǔ)上修改，修改完成之后，點(diǎn)擊File下的SaveCopyAs進(jìn)行保存，然后再通過點(diǎn)擊Place放置元件。管腳排列如下圖4。CURRENTSENSINGBOUTPUT4OUTPUT3INPUT4ENABLEBINPUT3LOGICSUPPLYVOLTAGEv:=閉口INPUT2ENABLEAINPUT!SUPPLYVOLTAGEVsOUTPUT2OUTPUT1CURREYSENSINGA3.3 傳感器探測(cè)部分方案一：用光敏電

9、阻組成光敏探測(cè)器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)光線發(fā)射強(qiáng)烈光線照射到黑線上面時(shí)光線發(fā)射較弱因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化，將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。方案二：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器，紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線，則檢測(cè)出黑線輸出高電平。方案三用RP220光電又t管，RP220一種一體化反射型光電探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)神化錢二極管，而接收管是一個(gè)高靈敏度，硅平面光電三極管。傳感器

10、部分如圖5,6vac圖6(2)所用元件庫及元件MiscellaneousDevices元件庫：電阻Res三極管NPN運(yùn)算放大器CA082T編號(hào)為RPR353勺元件為新建元件，新建步驟如下：在元件CON4勺基礎(chǔ)上進(jìn)行新建，選中該元件，然后單擊Edit打開編輯元件界面，在原有元件的基礎(chǔ)上進(jìn)行新建，新建完成之后，點(diǎn)擊File下的SaveCopyAs行保存，然后再通過點(diǎn)擊Place放置元件。3.4 主控系統(tǒng)部分(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此設(shè)計(jì)屬于多輸入量的復(fù)雜程序控制問題。據(jù)此，擬定了以下兩種方案，具體如下：萬案一：選用一片CPLD(如EPM7128LC84-15作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。C

11、PLD具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用VHD印言進(jìn)行編寫開發(fā)。但CPLDfcg制上較單片機(jī)有較大的劣勢(shì)。同時(shí)，CPLD的處理速度非?？欤≤嚨男羞M(jìn)速度不可能太高，那么對(duì)系統(tǒng)處理信息的要求也就不會(huì)太高，在這一點(diǎn)上，MCUB已經(jīng)可以勝任了。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。為此，我們不采用該種方案，進(jìn)而提出了第二種設(shè)想。萬案一：采用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，用其控制行進(jìn)中的小車，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)控制，而在這一點(diǎn)上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢(shì)一一控制簡(jiǎn)單、方便、快捷。這樣一來，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源

12、豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，這種方案是一種較為理想的方案。因此選用89C51作為控制芯片。如圖7,8.一c Q 1 2 3 4 5 6 7 一AECC7 6 5 4 3/4 1 0 七讓也讓業(yè)業(yè)"立業(yè)一Ej工E2,2.2.2.2sz2.工 p p p ppp p pA噂 p p p p p p p PrTNPNPMrfvM-7一136工511Pl JOPl,PL.2 ?1.3 ?1.4PL5Pl,5Pl.7R5TRXD?.3 nmpj.i r<TC P3.2 3TC ?3 4 T1 P15WKP3 689<?=1圖8(2)所用元件庫及元件串口DB9晶振CRYSTAL電阻RES開關(guān)SW-PB電容CAP元件MAX232F口89C51為編輯元件，編輯步驟如下：在原理圖繪制界面，點(diǎn)擊Edit,再點(diǎn)擊菜單欄Tools工具選項(xiàng)，點(diǎn)擊第一項(xiàng)NewComponent新建元件選項(xiàng)，即打開新建元件界面，然后利用畫線工具進(jìn)行元件繪制。繪制完成后點(diǎn)擊File下的SaveCopyAs將新建元件保存，然后點(diǎn)擊左側(cè)的Place放置元件。4總結(jié)通過本次設(shè)計(jì)，我不但鞏固了課本上的知識(shí)，對(duì)單片機(jī)有了更為深入的了解，對(duì)一個(gè)課題如何畫流程圖，編程序等，有了一定的認(rèn)識(shí)。在本次設(shè)