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简易智能电动车资料,毕业设计
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青岛大学自动化工程学院：冯焕源、盛中来、刘蒙恩 指导老师：迟洁茹 1 E4简易智能电动车 青岛大学自动化工程学院：冯焕源、盛中来、刘蒙恩 指导老师：迟洁茹 摘要 本系统采用 AT89C52 为中心控制器，实现电动车的智能控制功能。整个电动车智能控制系统包括：上位机实时模拟系统，主控制系统和各种标志的传感器检测系统三大部分。上位机实时模拟系统根据主控制系统传送的行程、行驶时间、铁片数目等各种参数实时模拟电动车的运行状况，实时监控电动车的运行情况。主控制系统的功能主要是启动电动车、检测并计数铁片、测量行程、计时行驶时间、显示所需的各种参数，并且负责和上位机、检测控制系统通信。检测控 制系统通过各传感器检测引导线、障碍物和光源等控制信号，并送入单片机，单片机判断、处理后，控制 MOTOR1（左轮驱动电机）和 MOTOR2（右轮驱动电机），以达到控制电动车行进方向的目的，使电动车准确进入车库，完成预定任务。且在完成了题目要求的各项任务的基础上，加入了一些创新：如声控功能和无线传输功能，实现上位机的实时模拟等。 nts青岛大学自动化工程学院：冯焕源、盛中来、刘蒙恩 指导老师：迟洁茹 2 采用以 AT89C52 为中心控制器的智能控制系统，实现电动车的智能控制功能。系统总体设计框图如下图： 控制过程：系统上电后，等待外部声控启 动信号。主控制系统的麦克接收到声控信号后，产生一高低电平变化，从而使主控制系统的单片机产生中断。主控制系统的单片机在接收到该中断后，通过 P1.3 为检测控制系统的单片机提供启动信号，检测控制系统的单片机检测到该信号后发出控制信号，给 MOTOR1 和MOTOR2 通电，启动电动车。同时主控制系统的单片机通过透射式光电传感器测量行程，金属感应器检测铁片且在 PCF8563 秒脉冲的作用下计时并把各种参数在液晶显示器上显示出来，同时用无线收发模块 RF2000 把这些参数发送到上位机，在上位机上模拟电动车的运行情况。监测控制系 统有两个在车下的红外线传感器用于检测引导线，使电动车在 AC 之间始终沿着引导线前进。在 C 以后运行中，电动车始终朝着光源前进，当在车前的红外线测距传感器检测到障碍物后，电动车左转避开障碍物，避开障碍物后，继续朝着光源前进，进入车库。当在前的两个红外线传感器检测到黑线后，停止电动车，停止计时。 主控制 系统 单 片 机 显示 无线 通信 单 片 机 铁片 检测 行程 测量 MOTOR2 检测控制系统 MOTOR1 引导线 检测 光源 检测 障碍物 检测 实时模拟系统 nts青岛大学自动化工程学院：冯焕源、盛中来、刘蒙恩 指导老师：迟洁茹 3 方案论证 ： 计时 方案一： 在需用秒脉冲时，大部分设计采用 555 定时器组成秒脉冲多谐振荡器。电路图如图所示： 这种设计有一定的优势，只需硬件设计好，无需软件设定，该电路即可输出恒定的秒脉 冲。但该电路功耗较大 ,且只能提供简单的脉冲信号。 方案二： 采用由 PCF8563 日历时钟芯片组成的电路提供秒脉冲。该部分硬件电路如图： 设定好 PCF8563 的 CLKOUT 输出频率控制字，即可输出所需频率的脉冲信号，在本设计中所用频率为 1Hz。单片机在该秒脉冲的作用下可实现计时、 C 点停留 5S 等功能。并且在给 PCF8563 送入初始的日历信息后 , PCF8563 中的日历就会自动运行，经单片机读取、处理后就可以在液晶显示器上显示当前日历。而且该部分电路还加了掉电保护功能，在主供电系统意外断电时， 即 Vcc 为 0V 时，D1 截止， 3.6V 备用电源通过 D2 继续给 PCF8563 供电 ,保证 8563 的正常运行。因此在本系统中采用方案二。 由 PCF8563 组成的秒脉冲发生器 由 CB555 组成的秒脉冲发生器 C20. 01 uC110uR147KR347KR22K G N D1TR2Vo3RD4V c c8D IS C7TH6V c o5RP ?CB55 5V C C秒脉冲nts青岛大学自动化工程学院：冯焕源、盛中来、刘蒙恩 指导老师：迟洁茹 4 行程测量 方案一： 采用开关式霍尔元件 将磁铁固定在小汽车的车轮上 ,当车轮转动时 ,磁铁也跟着转动 ,霍尔元件感应到磁场的变化时 ,就会产生通断效果 ,使单片机的定时器 T0 的输入端产生高低电平的变化 ,从而使得 T0 计数小汽车车轮转的圈数 ,假设为 N,并设车轮的周长为L,通过 S=N*L,就可以计算出小汽车在一段时间内的行程。这种测量方法的测量数据只能是车轮周长的整数倍，误差较大。例如：小汽 车的车轮半径为 1cm，那么这种测量方法的最小误差就可达到 6cm 方案二： 采用透光式光电传感器，硬件电路如图。 在小汽车的车轮上钻若干小孔，设小孔的个数为 n。在车轮转动时，发光二极管发射的光被没有孔的地方遮挡时，光敏三极管不能导通，光敏三极管的集电极输出为高电平，经 CD40106 反相后，单片机定时器 T0 的输入端为低电平。在有小孔的地方，发光二极管发射的光就会透过小孔照射到光敏三极管上，使光敏三极管导通，此时光敏三极管的集电极输出为低电平。在经 CD40106 反相后，单片机定时器 T0的输入为高电平。单片机定时 器 T0 就会准确记录下这种高低电平的变化的次数，即通过的小孔的个数。假设为 N, 并设车轮的周长与方案一的相同也是 L，某段时间内的行程计算公式为： S=N*L/n，可以看到这种测量方法的最小误差为方案一的 1/n，可较为精确地测量出小汽车的行程。并且可以进行误差控制，因为孔的个数与误差成反比，要想提高准确度只要增加小孔的个数就可以。故采用方案二。 电机控制 由于电动车采用了前面使用万向轮，两个后轮各一个电机驱动的驱动方式，所以可使电动车旋转 360 度，这样即使光源在电动车的后方，电动车也可以通过在原地不断旋转的方式找 到光源的准确位置，从而完成寻找光源，入库等功能。在电动机的控制上有两种方案可供选择。 方案一 :利用 9012、 2SC8050、及电机构成驱动电路。 如果单片机 89C52 控制口 P1.7 输出高电平， 9012 截止， 2SC8050 截止，电机停止运转。单片机 89C52 控制口 P1.7 输出低电平时， 9012 导通， 2SC8050 导通，电机开始运转。该电路比较简单，输出功率足够大，足以推动电机工作，并且电机工作时透光式光电传感器行程测量电路 nts青岛大学自动化工程学院：冯焕源、盛中来、刘蒙恩 指导老师：迟洁茹 5 三极管性能非常稳定。但该方案中单片机部分和电机供电部分没有完全隔离，而电动机在切换时会产生巨大的反电动势，经常烧坏单片机。 方案二： 利用 BA6219B 及其外部辅助电路和电机构成驱动电路。 12J2M O T O R 112345678910J4B A 6 2 1 9 BZ1+5C D 11041 I N 11 I N 2+ 9 VN C 1100uRC1 3C D 2104C M 10 . 3 3 u单片机控制口接 BA6219B 的两个输入控制端 IN1,IN2。 BA6219 的两个输出端 OUT1(2),OUT2(10)接电机。 电机转动状态编码： 左电机 右电机 左电机 右电机 电 动车运行状态 1IN1 1IN2 2IN1 2IN2 1 0 1 0 正转 正转 前行 1 0 0 1 正转 反转 左转 1 0 0 0 正转 停 以左电机为中心原地左转 0 1 1 0 反转 正转 右转 0 0 1 0 停 正转 以右电机为中心原地右转 0 1 0 1 反转 反转 后退 根据上表可知，只要设定两块 BA6219B 的 1IN1,1IN2,2IN1,2IN2 四个控制端口的不同编码，就可得到电动车的前进，后退，旋转等不同的运行状态；且BA6219B 的最大输出电流为 2.2A，可 使电动车快速运行。故采用方案二。 无线通信 方案一： 红外光方式 红外通信只适用于室内静止或慢速移动中的点对点通信，方向性要求高，对于运动中的小汽车传输过程中易产生误码，性能不稳定。 方案二： 使用无线 MODEM（ RF2000） RF2000 采用 Nordic 公司的 nRF401 芯片，它是一种 RF 无线收发芯片 ，一个RF2000 模块即可以接收数据也可以发送数据。但属于半双工工作方式。接收与发送方式选择由 TXEN 控制。而且有两个工作频道可供选择：工作频道一：434.33MHz;工作频道二： 433.92MHz。 nts青岛大学自动化工程学院：冯焕源、盛中来、刘蒙恩 指导老师：迟洁茹 6 工作模 式控制及工作频道选择： 主控制系统与 RF2000 的连接电路图如图。 DI、 DO分别接单片机的 TXD、 RXD。接主控制系统的 RF2000始终为发射方。 CS401， PWR，TXEN始终置 0， 1， 1。也就是工作在工作频道1-434.33MHz，发射状态。 上位机（ COMPUTER）实时模拟系统与 RF2000的连接电路图 C 2 -5V C C16C2+4V-6R 2 I N8R 2 O U T9C 1 -3V+2C1+1G N D15T 2 I N10T 2 O U T7U 1 3M A X 2 3 2T X DR X DV C C162738495J1R S -2 3 2C12 1 . 0 u FC13 1 . 0 u FC141 . 0 u FC251 . 0 u FC261 . 0 u F1234567R F 1R F 2 0 0 0V+C S 4 0 1T X DR X DP W RT X E NG N DC270 . 1 uC284 . 7 uL1330uHV C C接上位机的 RF2000始终为接收方， CS401， PWR， TXEN始终置 0， 1， 0。也就是工作在工作频道 1-434.33MHz，接收状态。使用 RF2000设计比较 简单，且不受外界环境影响，具有较低的发射功率和较高的接收灵敏度，并且可工作在较低速率下如常用的单片机串口波特率 9600bps。采用 FSK调制方式，抗干扰能力强。基于以上诸多优点所以在本系统中无线通信部分采用了方案二的设计。 运行情况测试 测试仪器清单：秒表，函数发生器，示波器，频率计等 测试过程及测试数据： 在单项模块测试完成之后，进行组装整体测试。组装后的整车尺寸为28cm(长 )*18cm(宽 )*15cm(高 )。 首先按照题目要求制作场地如下： RF2000 与单片机连接电路图 1234567RFR F 401V+C S 401DODIP W RT X E NG N DC 160. 1uC 154. 7uL1330m HV C Cnts青岛大学自动化工程学院：冯焕源、盛中来、刘蒙恩 指导老师：迟洁茹 7 场 地内全部敷设白色绘图纸，并用透明胶带固定。在白纸下面按要求放置 4块铁片，其中最后一块置于 C 点。然后用毛笔绘制边线及引导线。 首先将整车放于起点处，上电后通过声音信号启动运行。小车正确感应到铁片，发出声光指示信息。小车正常寻迹运行到 C 点之后，在 C 点停留 5 秒，然后小车重新启动，朝光源方向直线行使，直至检测到前方出现障碍物。在检测到障碍物之后，小车左转 90 度行驶，绕过障碍物，继续向光源方向行驶，直至进入车库后检测到黑色边线，停止运行。小车在经过 C 点之后的路线如图所示。 下表为连续十次的运行时间： 次数 1 2 3 4 5 运行时间 75s 68s 69s 74s 60s 次数 6 7 8 9 10 运行时间 62s 7
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