智能小車(chē)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、目錄一、 前言 21.1課程設(shè)計(jì)要求 2 1.2課題研究的背景和意義 2二、 方案設(shè)計(jì)與論證 22.1控制器模塊選取 22.2電機(jī)模塊選取32.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)器模塊選取 32.4電源模塊選取 3三、 硬件設(shè)計(jì) 33.1主控系統(tǒng) 43.2電機(jī)模塊 53.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 53.4電源模塊 73.5按鍵模塊 73.6顯示模塊設(shè)計(jì) 8四、 軟件設(shè)計(jì) 84.1直行設(shè)計(jì) 84.2小車(chē)運(yùn)行設(shè)計(jì) 94.3小車(chē)調(diào)速設(shè)計(jì) 9五、 調(diào)試中存在的問(wèn)題 12六、 參考文獻(xiàn)12一、前言1.1課程設(shè)計(jì)要求 1.查閱有智能小車(chē)控制方案，設(shè)計(jì)智能小車(chē)軟硬件； 2.按鍵控制加速，減速，剎停，左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)； 3.驅(qū)動(dòng)最大電壓12V；最大

2、驅(qū)動(dòng)電流2A； 4.實(shí)時(shí)顯示：運(yùn)行狀態(tài);1.2課題研究的背景和意義隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車(chē)的研究也就越來(lái)越受人關(guān)注。全國(guó)電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車(chē)這方面的題目，全國(guó)各高校也都很重視該題目的研究?？梢?jiàn)其研究意義很大。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，指導(dǎo)教師已經(jīng)有充分的準(zhǔn)備。本題目是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類(lèi)課題。我們?cè)O(shè)計(jì)的智能電動(dòng)小車(chē)具有加速、減速、剎停、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)運(yùn)行的功能。根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車(chē)的基礎(chǔ)上，加了四個(gè)按鍵，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的運(yùn)行軌跡的啟動(dòng)，并將按鍵的狀態(tài)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)的各種按鍵狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的智能控制。這

3、種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)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。本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)。以AT89C51為控制核心，利用按鍵的動(dòng)作，控制電動(dòng)小汽車(chē)的狀態(tài)。二、方案設(shè)計(jì)與論證2.1控制器模塊選取我們采用AT89C51單片機(jī)作為主控制器，AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能

4、8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。從方便使用的角度考慮，我們選擇了此方案2.2電機(jī)模塊選取采用普通直流電機(jī)。直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，精度有一定的保證。直流電機(jī)控制的精度雖然沒(méi)有步進(jìn)電機(jī)那樣高，但完全可以滿足本題目的要求。通過(guò)單片機(jī)的PWM輸出同樣可以控制直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)的速度控制。并且直流電機(jī)相對(duì)于步進(jìn)電機(jī)價(jià)格經(jīng)濟(jì)。2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)器模塊選取采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N。L298N為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)，可直接的對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，無(wú)須隔離電路。通過(guò)單片機(jī)的I/O輸入改變

5、芯片控制端的電平，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，非常方便，亦能滿足直流減速電機(jī)的大電流要求。調(diào)試時(shí)在依照芯片手冊(cè)，用程序輸入對(duì)應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。2.4電源模塊選取在本系統(tǒng)中，需要用到的電源有單片機(jī)的5V，L298N芯片的電源5V和電機(jī)的電源12V。所以需要對(duì)電源的提供必須正確和穩(wěn)定可靠。用9V的鋰電池串聯(lián)2節(jié)5號(hào)普通電池給前、后輪電機(jī)供電，然后使用7805穩(wěn)壓管來(lái)把高電壓穩(wěn)成5V分別給單片機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片供電。因此為了方便，這里我們采用12V電源給電機(jī)供電，再用7805轉(zhuǎn)換成5V電源給單片機(jī)使用。三、硬件設(shè)計(jì)小車(chē)采用四輪驅(qū)動(dòng)，一側(cè)的前后兩個(gè)車(chē)輪共用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，另外兩個(gè)前后輪

6、共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)，調(diào)節(jié)左右車(chē)輪轉(zhuǎn)速?gòu)亩_(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的。電源模塊按鍵模塊 微控制模塊AT89C51LED顯示模塊電機(jī)模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298N圖3.13.1控制模塊設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)的小車(chē)性能，使用控制系統(tǒng)來(lái)控制電機(jī)的狀態(tài)，按鍵來(lái)操作，從而使小車(chē)可以進(jìn)行加速、減速、剎停、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的運(yùn)行。設(shè)計(jì)的控制模塊電路圖圖3.2圖3.2 AT89C51單片機(jī)的P0通過(guò)控制總線來(lái)連接鎖存器74LS373以及計(jì)數(shù)器8253，以此來(lái)控制L298N驅(qū)動(dòng)芯片的工作方式，PWM1和PWM2來(lái)控制電機(jī)的工作狀態(tài)。AT89C51的P2口通過(guò)控制總線與顯示器連接。3.2電機(jī)模塊設(shè)計(jì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)的小車(chē)運(yùn)行比較簡(jiǎn)單，沒(méi)有避障等復(fù)雜的功能

7、，所以我們選擇普通直流減速電機(jī)，通過(guò)到商店里和到網(wǎng)上等途徑進(jìn)行購(gòu)買(mǎi)，電機(jī)模塊采用2塊電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)，這里將同一側(cè)電機(jī)短接接到L298N的一個(gè)輸出端。3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N。L298N是SGS公司的產(chǎn)品，為單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)，可直接的對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，無(wú)須隔離電路。通過(guò)單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，非常方便，亦能滿足直流減速電機(jī)的大電流要求。調(diào)試時(shí)在依照芯片手冊(cè)，用程序輸入對(duì)應(yīng)的碼值，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。圖3.3如圖3.2所示 ，1腳和15腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，形成電流信號(hào)，還可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī)，OU

8、T1，OUT 2，OUT3，OUT4之間分別連接2個(gè)電動(dòng)機(jī)。5、7、10、12腳接控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。同時(shí)輸出兩組波，每一組用來(lái)控制一個(gè)，電機(jī)的速度。另外，二個(gè)口可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制第一個(gè)電機(jī)的方向，輸入的：控制第一個(gè)電機(jī)的速度；控制第二個(gè)電機(jī)的方向，輸出的控制第二個(gè)電機(jī)地說(shuō)速度。由于電機(jī)的正常的工作時(shí)對(duì)電源的干撓很大，只用一組電源時(shí)，會(huì)影響單片機(jī)的正常工作，所以選用雙電源供電。，是一對(duì)紅外發(fā)射接收對(duì)管，與構(gòu)成光右轉(zhuǎn)電傳感的檢測(cè)電路?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)的加速，減速，剎停，并可通過(guò)兩個(gè)電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)和?？梢杂帽肀硎緸椋篍N A（B）IN1（IN3）I

9、N2（IN4）電機(jī)運(yùn)行情況HHL正轉(zhuǎn)HLH反轉(zhuǎn)H同IN2（IN4）同IN2（IN4）快速停止LXX停止3.4、電源模塊采用兩片7805電壓穩(wěn)壓5V后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電供電，但缺點(diǎn)是壓降過(guò)大，消耗的功率過(guò)大，發(fā)熱量過(guò)大。圖3.4結(jié)構(gòu)圖如下：7805電壓穩(wěn)壓12V電機(jī)12V電源單片機(jī)L298N圖3.53.5按鍵模塊本系統(tǒng)添加4個(gè)按鍵，用來(lái)選擇控制小車(chē)。并接于P2口。圖3.63.6顯示模塊設(shè)計(jì) 根據(jù)按鍵來(lái)控制小車(chē)從而在顯示屏上顯示小車(chē)的狀態(tài)，設(shè)計(jì)的顯示電路圖圖3.7。圖3.7四、軟件設(shè)計(jì)4.1流程圖設(shè)計(jì)是否有鍵按下？開(kāi)始 檢測(cè)按下哪個(gè)鍵？加速減速剎停NY圖4.1左轉(zhuǎn)S1按下S2按下S3按下S

10、4按下右轉(zhuǎn)S5按下4.2、小車(chē)運(yùn)行設(shè)計(jì)：若要求小車(chē)直走，這需要給4個(gè)電機(jī)正轉(zhuǎn)命令。根據(jù)L298N芯片手冊(cè)EN A（B）IN1（IN3）IN2（IN4）電機(jī)運(yùn)行情況HHL正轉(zhuǎn)HLH反轉(zhuǎn)H同IN2（IN4）同IN2（IN4）快速停止LXX停止這里將P1=0xfa。4.3、小車(chē)調(diào)速設(shè)計(jì)：若要求車(chē)調(diào)速，只需用PWM來(lái)控制L298N的ENA和ENB就可以對(duì)小車(chē)進(jìn)行調(diào)速。這里我使用定時(shí)器T0的工作模式2自動(dòng)重裝。并賦初值TH0=0xf6;TL0=0xf6；U產(chǎn)生高頻脈沖。C語(yǔ)言源代碼實(shí)現(xiàn)#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define ui

11、nt unsigned intunsigned char zkb1=0 ; /*左邊電機(jī)的占空比*/unsigned char zkb2=0 ; /*右邊電機(jī)的占空比*/unsigned char t=0; /*定時(shí)器中斷計(jì)數(shù)器*/sbit RSEN1=P10;sbit RSEN2=P11;sbit LSEN1=P12;sbit LSEN2=P13;sbit IN1=P00;sbit IN2=P01;sbit IN3=P02;sbit IN4=P03;sbit ENA=P04;sbit ENB=P05;/*延時(shí)函數(shù)*/void delay(int z) while (z-); /*初始化定時(shí)器

12、，中斷*/void init() TMOD=0x01; TH0=(65536-100)/256; TL0=(65536-100)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; /*中斷函數(shù)+脈寬調(diào)制*/void timer0() interrupt 1 if(t<zkb1) ENA=1; else ENA=0; if(t<zkb2) ENB=1; else ENB=0; t+; if(t>=100) t=0;/*直行*/void qianjin() zkb1=30; zkb2=30;/*左轉(zhuǎn)函數(shù)1*/void turn_left1() zkb1=0; zkb2=50;/*

13、左轉(zhuǎn)函數(shù)2*/void turn_left2() zkb1=0; zkb2=60;/*右轉(zhuǎn)函數(shù)1*/void turn_right1() zkb1=50; zkb2=0;/*右轉(zhuǎn)函數(shù)2*/void turn_right2() zkb1=60; zkb2=0;/*循跡函數(shù)*/void xunji() uchar flag; if(RSEN1=1)&&(RSEN2=1)&&(LSEN1=1)&&(LSEN2=1) flag=0; /*直行*/ else if(RSEN1=0)&&(RSEN2=1)&&(LSEN1=1)

14、&&(LSEN2=1) flag=1; /*左偏1,右轉(zhuǎn)1*/ else if(RSEN1=0)&&(RSEN2=0)&&(LSEN1=1)&&(LSEN2=1) flag=2; /*左偏2,右轉(zhuǎn)2*/ else if(RSEN1=1)&&(RSEN2=1)&&(LSEN1=0)&&(LSEN2=1) flag=3; /*右偏1，左轉(zhuǎn)1*/ else if(RSEN1=1)&&(RSEN2=1)&&(LSEN1=0)&&(LSEN2=0

15、) flag=4; /*右偏2，左轉(zhuǎn)2*/ switch (flag) case 0:qianjin(); break; case 1:turn_right1(); break; case 2:turn_right2(); break; case 3:turn_left1(); break; case 4:turn_left2(); break; default: break; /*主程序*/void main() init(); zkb1=30; zkb2=30; while(1) IN1=1; /*給電機(jī)加電啟動(dòng)*/ IN2=0; IN3=1; IN4=0; ENA=1; ENB=1;while(1