智能小車設(shè)計論文分解

1、智能小車課程設(shè)計論文第二組班級:11機械電子工程姓名:張群學(xué)號:2011100619完成時間：2014年3月6日目錄 TOC o 1-5 h z 一、弓I言3 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 1）課程設(shè)計要求3 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 2）課題背景及意義3 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 二、方案設(shè)計與論證4 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 1）控制器模塊選取42）電機模塊選取5

2、HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 3）電機驅(qū)動器模塊選取64）電源模塊選取7 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 三、硬件設(shè)計71）主控系統(tǒng)72）顯示模塊83）電機驅(qū)動模塊94）電源模塊105）按鍵模塊10四、軟件設(shè)計111）直行設(shè)計122）轉(zhuǎn)彎設(shè)計123）調(diào)速設(shè)計12 HYPERLINK l bookmark85 o Current Document 五、總結(jié)18 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 六、參考文獻.19附錄總體電路設(shè)計圖一、引言：1

3、）課程設(shè)計要求1.1查閱有智能小車控制方案，設(shè)計智能小車控制軟硬件；1.2、按鍵或無線控制小車的加速、減速、剎車、左右轉(zhuǎn)彎；1.3、驅(qū)動最大電壓12V；最大驅(qū)動電流2A；1.4、實時顯示；運行狀態(tài)及車速；2）課題背景及意義現(xiàn)在，隨著科技的快速發(fā)展，國內(nèi)外對小型智能系統(tǒng)的應(yīng)用越 來越廣泛，種類也越來越多。本題目就是結(jié)合有關(guān)科研項目而確定的 設(shè)計類課題，所設(shè)計的智能小車應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)加速，減速，左拐，右拐， 停止的功能。根據(jù)題目的要求，智能小車控制系統(tǒng)采用一片STC89C52單片機 作為本控制系統(tǒng)的主控芯片，硬件包括以下幾個模塊:驅(qū)動電機模塊、 按鍵模塊、單片機控制模塊、檢測電路、電源模塊。本設(shè)計采用

4、了 STC89C52單片機為智能小車核心控制部分。行進直流電機驅(qū)動采用 PWM調(diào)制技術(shù)，可靈活方便地對車速、行進方向進行控制。本設(shè)計通過采用STC89C52單片機為控制核心，實現(xiàn)對小車的智 能控制。該控制系統(tǒng)不僅在智能小車中有很強的實用價值，在汽車應(yīng) 用、智能機器人等方面都有很強的實用價值，尤其是在機器人研究方 面具有很好的發(fā)展前景。所以本設(shè)計與實際相聯(lián)系，具有重要的現(xiàn)實 意義。以STC89C52為控制核心，利用按鍵的動作，控制電動小汽車的 軌跡。實現(xiàn)四種運行軌跡。STC89C52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好評。二、方案設(shè)計與論證1） 控制器模塊選取我們采用int

5、el公司的intel8253（2.6MHz）單片機作為主 控制器，8253內(nèi)部有三個計數(shù)器，分別稱為計數(shù)器0、計數(shù)器1 和計數(shù)器2,他們的機構(gòu)完全相同。每個計數(shù)器的輸入和輸出都 決定于設(shè)置在控制寄存器中的控制字，互相之間工作完全獨立。 每個計數(shù)器通過三個引腳和外部聯(lián)系，一個為時鐘輸入端CLK， 一個為門控信號輸入端GATE，另一個為輸出端OUT。讀寫由A1、 A0、RD、WR和cs等引腳加以控制，主要以控制Intel 8253的數(shù) 據(jù)與命令的寫入、讀取與禁止。每個計數(shù)器內(nèi)部有一個8位的控 制寄存器，還有一個16位的計數(shù)初值寄存器CR、一個計數(shù)執(zhí)行 部件CE和一個輸出鎖存器OLo Intel 8

6、253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下：內(nèi)部總線CLKoGATEoCLKiGATEiCLK2GATE28253內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖OUToOUTiOUT2采用普通直流減速電機。直流減速電機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，精度有一 定的保證。直流電機控制的精確度雖然沒有步進電機那樣高，但 完全可以滿足本題目（最大電壓12V，最大驅(qū)動電流2A）的要求。 很方便的就可以實現(xiàn)通過單片機對直流減速電機加速、減速、停 止。通過單片機的PWM輸出同樣可以控制直流電機的旋轉(zhuǎn)速度， 實現(xiàn)電動車的速度控制。并且直流電機相對于步進電機價格經(jīng)濟。3）電機驅(qū)動器模塊選取L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作

7、電壓高，最高工 作電壓可達46V ；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù) 工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流 全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器 線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制 端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯 電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測 電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L29器芯片驅(qū)動電機，該 芯片可以驅(qū)動一臺兩相步進電機或四相步進電 機，也可以驅(qū)動兩臺直流電機L298N引腳編號與功能引腳編號名稱功能1電流傳感器A在該引腳和地之間接小阻值電阻可用來檢測電流2

8、輸出引腳1內(nèi)置驅(qū)動器A的輸出端1，接至電機A3輸出引腳2內(nèi)置驅(qū)動器A的輸出端2,接至電機A4電機電源端電機供電輸入端，電壓可達46V5輸入引腳1內(nèi)置驅(qū)動器A的邏輯控制輸入端16使能端A內(nèi)置驅(qū)動器A的使能端7輸入引腳2內(nèi)置驅(qū)動器A的邏輯控制輸入端28邏輯地邏輯地9邏輯電源端邏輯控制電路的電源輸入端為5V10輸入引腳3內(nèi)置驅(qū)動器B的邏輯控制輸入端111使能端B內(nèi)置驅(qū)動器B的使能端12輸入引腳4內(nèi)置驅(qū)動器B的邏輯控制輸入端213輸出引腳3內(nèi)置驅(qū)動器B的輸出端1，接至電機B14輸出引腳4內(nèi)置驅(qū)動器B的輸出端2，接至電機B15電流傳感器B在該引腳和地之間接小阻值電阻可用來檢測電流4）電源模塊選取在本系統(tǒng)

9、中，需要用到的電源有單片機的5V, L298N芯片的 電源5V和電機的電源7-15V。所以需要對電源的提供必須正確和 穩(wěn)定可靠。用9V的鋅電源給前、后輪電機供電，然后使用7805 穩(wěn)壓管來把高電壓穩(wěn)成5V分別給單片機和電機驅(qū)動芯片供電。 因此為了方便，這里我們采用12V電源給電機供電，再用7805 轉(zhuǎn)換成5V電源給單片機使用。三硬件設(shè)計3.1主控系統(tǒng)車采用四輪驅(qū)動，一側(cè)的前后兩個車輪共用一個電機驅(qū)動，另外 兩個前后輪共用一個驅(qū)動，調(diào)節(jié)左右車輪轉(zhuǎn)速從而達到控制轉(zhuǎn)向的目 的。P1.0P1.1 *P1.2 *P1.3 *P1.4 *P1.5 *12345678RXDP3.31011j-121314虹

10、151617RD 1918LLDT2/P1.0P0.0/AD0T2EX/P1.1P0.1/AD1P1.2P0.2/AD2P1.3P0.3/AD3P1.4P0.4/AD4P1.5P0.5/AD5SCL/P1.6P0.6/AD6SDA/P1.7P0.7/AD7RxD/P3.0EATxD7P3.1ATE-INT07P3.2PSENINT1/P3.3RSTTT7P3.5P2.0/A8WR/P3.6P2.1/A9RD/P3.7P2.2/A10P2.3/A11XTAL1P2.4/A12XTAL2P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A1580C5283938-r*37L3635343332313029

11、9GND3478-x.13f141718_D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D7Q7OE _L_C74LS373111256912151619P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4券P2.528主控系統(tǒng)電路圖按鍵模塊電源模 塊單片機最小 系統(tǒng)L298電機模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2顯示模塊采用LS167芯片控制LCD板，實時顯示智能小車的運動狀態(tài)。LS164芯片與單片機C52芯片相連74LS1643.3電機驅(qū)動模塊L298N驅(qū)動直流電機，它靠兩個引腳控制一個電機的運動。小車 采用四輪驅(qū)動，小車兩側(cè)的電機短接起來各接到L298N的一個輸出 端。通過調(diào)制兩邊輪子的轉(zhuǎn)速或正反轉(zhuǎn)來達到

12、控制小車轉(zhuǎn)向的目的。 芯片引腳和功能如圖1，驅(qū)動電路如圖2。U13:A1P4024P115P129PWM2,131R161kQ3U14R131kPWM1EN A （B）IN1 （IN3）IN2 （IN4）電機運行情況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后給單片機系統(tǒng)和其他芯片供電供VCCGND電，但缺點是壓降過大，消耗的功率過大，發(fā)熱量過大。3.5按鍵模塊本系統(tǒng)添加5個按鍵，用來選擇控制小車。并接P2.0到P2.4上，如下圖：S1S2S3S4S5加速-減速左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)A A A A AR5 2kT P2.1t

13、P2.2O OII .停止4O O P2.3 P2.4 P2.5GND四.軟件設(shè)計4.1、小車直行設(shè)計：若要求小車直走，這需要給4個電機正轉(zhuǎn)命令。根據(jù)L298N芯片手冊EN A （B）IN1 （IN3）IN2 （IN4）電機運行情況HHL加速HLH減速H同 IN2（IN4）同 IN2 （IN4）快速停止LXX停止這里將P1=0 xfa。4.2、小車轉(zhuǎn)彎設(shè)計：若要求小車轉(zhuǎn)彎，需要給一側(cè)電機正轉(zhuǎn)，一側(cè)電機反轉(zhuǎn)或者不旋 轉(zhuǎn)。這樣將P1=0 xf8或者P1=0 xf9.4.3、小車調(diào)速設(shè)計：若要求車調(diào)速，只需用PWM來控制L298N的ENA和ENB就可以對 小車進行調(diào)速。這里我使用定時器T0的工作模式

14、2自動重裝。并賦 初值 TH0=TH1_VALUE;TL0=0 xf6；C語言程序代碼#include#define sense P2/* 宏定義按鍵端口*/#define input1 P1/*左電機的 IN1,IN2 定義在 P0 口*/#define input2 P1/*右電機的 IN3,IN4 及 ENA,ENB 定義在 P2口*/宏定義電機的具體端口sbit MOTO1_INT1二P0;sbit MOTO1_INT2=P1;sbit MOTO1_ENA二P4;sbit MOTO2_INT3=P2;sbit MOTO2_INT4=P3;sbit MOTO2_ENB二P5;宏定義按鍵的

15、具體端口sbit sense_A=P21;sbit sense_U=P22;sbit sense_L=P23;sbit sense_R=P24;sbit sense_S=P25;/小車程序初始化void Init()void iniTimer1(void)/定時器 1TMOD=TMOD_VALUE;TH1=TH1_VALUE;TL1=TL1_VALUE;TR1=1;驅(qū)動程序unsigned char BUTTON(void);/按鍵函數(shù)void turn(uchar x)/小車方向控制，轉(zhuǎn)向控制只有全速和半速if(x=0)/前進P11=1;P14=1;/L298 的 ENA=1,ENB=1P1

16、5=1；P10=0； /左輪前進P12=0；P13=1； /右輪前進return;if(x=1)/左轉(zhuǎn)P11=1;P14=1;P12=0;P13=1;/右輪全速while(1)P15=1;P10=0;/左輪半速delay();P15=P15;P10=P10;delay();if(x=2)/右轉(zhuǎn)P1.1=1;P1.4=1;P1.5=0;P1.0=1;/左輪全速while(1)P1.2=1;P1.3=0;/右輪半速delay();P1.2=P1.2;P1.3=P1.3; delay();if(x=3)/減速P1.1=1；P1.4=1;P1.5=1;P1.0=0;P1.2=1;P1.3=0;retu

17、rn;if(x=4)/停轉(zhuǎn)P1.1=0;P1.4=1;P1.2=0;P1.3=0;P1.5=0;P1.0=0;return;void motorctrl(uchar x)switch(x)case0:turn(0);break;/前進case1:turn(1);break;/左轉(zhuǎn)case2:turn(2):break;/右轉(zhuǎn)case3:turn(3);break;/反轉(zhuǎn)case4:turn(4);break;/停轉(zhuǎn)unsigned char BUTTON ()if(A=0)return 0;/加速else if(U=0)retun 3;/減速else if(L=0)return 1;/左轉(zhuǎn)el

18、se if(R=0)return 2;/右轉(zhuǎn)else if(S=0) return 4;/停止五、總結(jié)歷經(jīng)兩個禮拜的課程設(shè)計，從最初的資料查找、方案設(shè)計，經(jīng)過 最基本的電路設(shè)計、調(diào)試過程，再到軟件設(shè)計、測試，我們學(xué)習(xí)了單 片機系統(tǒng)設(shè)計的整個過程。通過該作品的設(shè)計制作，使我們更好的了 解了驅(qū)動芯片L298N的使用，程序中對各種任務(wù)的合理安排，使整體 系統(tǒng)能夠更好的協(xié)同工作，增強了自己的動手能力，更好的熟悉的了 解了一個單片機系統(tǒng)的開發(fā)過程。測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)實現(xiàn)了設(shè)計任務(wù)要求，該控制系統(tǒng)運用了 單片機，直流電機，PWM調(diào)速等技術(shù)，基本實現(xiàn)了智能小車的要求。但是本系統(tǒng)中還存在著不足：小車的直線行

19、進的穩(wěn)定性未得到很 好的解決，通過測試小車在直線行走時與小車的初始角度、小車的速 度、小車的轉(zhuǎn)彎。學(xué)習(xí)的過程中雖然遇到很多困難，但經(jīng)過努力克服了困難解決了 問題，最終完成了設(shè)計。通過這次課程設(shè)計，使我深刻地認識到學(xué)好專業(yè)知識的重要性， 也理解了理論聯(lián)系實際的含義，同時也是對專業(yè)的學(xué)習(xí)成果的一個綜 合檢驗。這兩個禮拜的課程設(shè)計是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴充 的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。六、參考文獻1. C語言程序設(shè)計孫輝，吳潤秀編著2.單片機原理及應(yīng)用彭喜元彭宇編著3.實用電子電路設(shè)計與調(diào)試陳梓城編著4.全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽培訓(xùn)教程高吉祥編著附錄總體電路圖的設(shè)計NPN1kQ4U9U10U11R1056P1.0 1 P1.1 P1. P1. P1.4 P1.-6- -7U8:B -8-T2/P1.0 P0.0/AI T2EX/P1JP0.1/AI P1.2 P1.3 P1.4 P1.5SCL/P1.6P0.6/AI SDA/P1.7P0.7/AIS1加速n.S5停止AR123kon 03938P0.2/AD2； P0.3/AD336 SP0.4/aD435 P0.5/AD534 3 L813141718D0D1D2D3D4D5D6D7QCQ1Q6Q7RXDX12P3.gWCLM32T%+8-GN