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智能电动车的设计与研究.doc

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智能电动车的设计与研究.doc

2011届本科生毕业论文(设计)题目智能电动车的设计与研究作者姓名学号系院机械与电子工程学院专业电子信息工程指导教师姓名指导教师职称讲师2011年3月30日摘要本系统采用AT89C52芯片做为中心控制器来实现智能电动车的控制功能。整个系统包括电源控制系统、各种传感器检测系统、数据显示系统。电源控制系统使用低压差的LM2940稳压芯片代替常用的78系列,采用两路供电,一路单独为单片机供电,另一路提供驱动模块和传感器等的工作电压。在驱动模块里我们采用了L298N作为电机驱动芯片,引脚A、B可用于PWM控制,仅用单片机的两个端口给出PWM信号控制A、B即可实现直行、转弯、加减速等动作。系统使用红外模块进行循迹和避障,首先沿黑线前进,在黑线消失的时候使用寻光模块寻找光源前进,并在指定位置停车。关键词智能循迹避障寻光ABSTRACTThissystemadoptsAT89C52chipcentriccontrollertorealizeintelligentelectriccontrolfunctions.Theentiresystemincludingadetectionsystem,apowercontrolsystem,sensorsandadatadisplaysystem.LM2940ofpowersupplycontrolsystemusinglowvoltagechipinsteadoftheusual78series.powersupplyswithtwowaysoneformicrocontroller,andanotherforthedrivingmoduleandsensors.DrivermodulesweuseL298Nasmotordrivechip,pina,b,canbeusedforPWMcontrolled,microcontrolleronlytwoportstothePWMsignalcontrollingofa,b,canberealized,turning,straightlineaccelerationanddeceleration.Ourtrackingandobstacleavoidanceusinginfraredmodule,firstalongtheblacklines,blacklinesdisappearwhenusingsearchmoduletofindlightsthewayforward,andstopataspecifiedlocation.Keywordsintelligencetrackingavoidanceseeklight目录绪论...................................................................11.功能概述和方案设计..................................................21.1功能概述..................................................................21.2方案设计..........................................................31.2.1电动车车体设计................................................31.2.2中央处理模块..................................................31.2.3电源稳压模块..................................................31.2.4电机驱动模块..................................................31.2.5车速检测模块..................................................41.2.6红外模块......................................................52.系统硬件设计........................................................72.1电源稳压模块设计..................................................72.2电机驱动模块设计..................................................82.3测速模块设计......................................................92.4红外模块设计.....................................................102.5显示电路设计.....................................................122.6光源检测电路.....................................................143.系统软件设计........................................................16结论..................................................................17参考文献..............................................................18附录................................................................19致谢...............................................................197宿州学院毕业论文(设计)绪论1绪论随着汽车工业的迅速发展,关于汽车的研究也就越来越受到人们的广泛关注,而汽车的智能化已成为科技发展的新方向。智能作为现代的新发明,是以后的发展方向,它可以按照预先设定的模式在特定环境中自动的运作,不需要人为的管理,可应用于科学勘探等的用途。智能电动车是一个多种高新技术的集成体,运用传感器、单片机、信号处理、电机驱动及自动控制等技术来实现环境感知和自动行驶为一体的高新技术综合体,它融合了机械、电子、传感器、微计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识,涉及到当今许多前沿领域的技术,它在军事、民用和科学研究等方面已获得了应用。而单片机以其强大的控制能力已经被广泛应用于诸多领域,配以各种接口传感器可以实现系统的智能化。无论是在工业控制领域、医疗卫生领域、还是在国防军事领域、航天航空领域,微控制器都起着举足轻重的作用。从最初的8位控制器到现在的16位、32位控制器都还有很大的发展和应用空间。此次设计的智能电动车是基于单片机控制及传感器技术的,实现的功能是小汽车可自动寻迹行驶,并且能够利用红外传感器检测道路上的障碍,控制电动小汽车的自动避障、寻光及自动停车,停车后显示里程、时间。宿州学院毕业论文(设计)功能概述和方案设计21.功能概述和方案设计1.1功能概述图11行驶路线示意图本系统要求设计并制作一个智能电动车,其行驶路线示意图如图11所示电动车从起跑线出发,沿宽度为2cm的黑色引导线到达B点,然后进入弯道区,沿圆弧引导线到达C点。电动车在光源的引导下,通过障碍区进入停车区并到达车库。电动车必须在两个障碍物之间通过且不得与其接触,完成上述任务后立即停车。图12为系统总体框图图12系统总体框图红外传感器(避障)红外对管(线路跟踪)光敏传感器(寻找光源)单片机(89C52)电机驱动电路2只电机A/DLCD电源电路宿州学院毕业论文(设计)功能概述和方案设计31.2方案设计1.2.1电动车车体设计本设计采用的车体,是在已有玩具电动车的基础上进行了改装。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路。玩具电动车具有如下特点一是各传感器安装方便,二是双电机控制,这样电动车就可以进行原地90180度的转弯。1.2.2中央处理模块控制器本系统使用的是AT89C52芯片,AT89C52属于51单片机系列,它是ATMEL公司生产的。AT89C52是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,2个读写口线,AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程S系列的才支持在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。1.2.3电源稳压模块电源是整个系统稳定工作的前提,因此必须有一个合理的电源设计,对于小车来说电源设计应注意两点(1)与一般的稳压电源不同,电动车的电池电压为四节干电池6V,还要考虑在电池损耗的情况下电压的降低,因此常用的78系列稳压芯片不再能够满足要求,因此必须采用低压差的稳压芯片,设计中我们使用的是LM2940稳压芯片。LM2940系列是输出电压固定的低压差三端端稳压器输出电压有5V、8V、10V多种最大输出电流1A输出电流1A时,最小输入输出电压差小于0.8V最大输入电压26V工作温度40~125℃内含静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路。同时LM2940价格适中而且较容易购买,非常适合在本设计中使用。(2)单片机必须与大电流器件分开供电,避免大电流器件对单片机进行干扰,影响单片机的稳定运行。1.2.4电机驱动模块宿州学院毕业论文(设计)功能概述和方案设计4由于单片机的驱动能力不足,无法驱动像电机这样的大功率外部器件,因此必须外加驱动电路。电机常用的驱动芯片很多,在本设计中选用了硬件设计简单,驱动效率较高的L298N作为电机驱动芯片,L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是工作电压高,最高工作电压可达46V输出电流大,瞬间峰值电流可达3A,持续工作电流为2A额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器,可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载采用标准逻辑电平信号控制具有两个使能控制端,在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端,使内部逻辑电路部分在低电压下工作可以外接检测电阻,将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机,该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机,也可以驱动两台直流电机。1.2.5车速检测模块对于小车的车速检测及距离确定的一般原理是这样的小车的行驶过程是一个连续的时间过程,它的时间、路程、速度都是连续的。我们用t表示时间,S表示路程,υ表示瞬时速度,那么它们的数学定义为svdt,dsvdt,小车的平均速度为svt。将上面的式子离散化,假设在一个很短的时间t内小车行驶了S的路程,则小车的即时速度NSLm。直接得到小车的速度的传感器很难实现,但是小车行驶的距离是容易测量的,因为车轮在行驶的过程中一直在旋转。假设车轮的周长为L,在时间t内转动了N圈,则小车行驶的距离为SNL。在实际过程中,我们需要把车轮的转动信息转换成电信号,就是使用速度传感器得到脉冲信号。如果小车转动一周得到一个信号,则很显然的,距离测量的最大误差就是车轮的周长。因此,我们有必要在车轮转动一周的过程中得到尽可能多的计数脉冲。假设在车轮转动一周的过程中均匀地得到m个脉冲信号,那么距离测量的最大误差就变为L/m,如果在时间t内得到的计数脉冲为N个,那么小车行驶的距离为NSLm。因此,在小车的速度和距离的检测过程中最需要知道的就是车轮旋转时产生的脉冲个数。速度传感器有多种,本设计采用的是反射式光电传感器。原理如图13

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