【基于单片机的智能小车控制系统的硬件设计案例3400字】

基于单片机的智能小车控制系统的硬件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u23059基于单片机的智能小车控制系统的硬件设计案例 184481.1系统工作原理及功能简介 1116131.2电机驱动模块 2212531.3红外避障模块 4305301.4防火模块 5109091.5防煤气泄露模块 7208031.6防盗模块 8308181.7报警模块 91.1系统工作原理及功能简介本系统主控模块时89C52，避障可以采用红外对管；采用MQ-2烟雾传感器以及DS18B20温度传感器对光热信号来检测，主要是烟火；采用超声波来检测是否有人员入侵以实现防盗；采用MQ-5气敏传感器来检测空气中的天然气浓度是否达到威胁生命安全的程度。系统工作原理框图如图1.1所示。图3-1系统工作原理框图1.2电机驱动模块直流电机驱动具有十分稳定，结构简单的特点，目前已广泛应用于智能小车。电机驱动单元的电路图如图3-2所示。图3-2电机驱动模块电路图如图3-3为ULN2003是高性能的芯片封装模块，由其中主要是7个NPN型管，在标准工作电压下它能与其他晶体管电路组合，以便于处理逻辑数据，也十分契合本次设计中的需求。下面给出ULN2003芯片的相关数据手册。图3-3ULN2003芯片图主要特点：（1）0.5A单集电电流。（2）高电压输出：50V。（3）输入和各种逻辑类型兼容。（4）继电器驱动器。ULN2003内部还应用了一个消线圈反向电差的晶体管，能够驱动外接模块。ULN是基于达林顿的集成电路,它的输出电流可达0.2A，饱和状态可以有1V的压降，有36V耐压值。集电极开路时可以有较高的输出电流，对外接设备的驱动能力十分不错。一般情况下驱动ULN2003，要有一个2K欧的上拉电阻适配，COM引脚不接电源则要求悬空。它还是一个非门电路，单个单元驱动的最高电流为0.5A，9号引脚作为悬空端。当接电感等感性元件时，在原来的电路基础上把9脚与电源正极相连。引脚介绍：引脚1:CPU脉冲输入端。引脚2:CPU脉冲输入端。引脚3:CPU脉冲输入端。引脚4:CPU脉冲输入端。引脚5:CPU脉冲输入端。引脚6:CPU脉冲输入端。引脚7:CPU脉冲输入端。引脚8:接地。引脚9:插脚是内部续流二极管七个负极的公共端子，每个二极管的正极分别与每个达林顿管的集电极相连，用于感性负载，插脚与负载电源的正极相连，实现续流功能。如果引脚接地，实际上是达林顿管的集电极接地。引脚10-16:脉冲信号输出端，对应7-1脚信号输入端。1.3红外避障模块这个单元模块的工作主要由红外传感器来完成。红外线避障模块的应用是以红外线发射反射为原理，小车在运行过程中，该模块会不断地向外发射红外线，当红外线接触到障碍物时，红外线会被反射回小车，红外接收管会根据反馈回的信息将其转化为电子信号传输至小车的主控制器，主控制器则根据电子信号，判断小车周边的障碍物分布情况，做出相应躲避障碍物运行的指令，并且主控制器模块将该指令传输至电机驱动模块，从而改变智能小车的运行轨迹，进而达到躲避障碍物的效果。图3-4红外接收模块电路图 图3-5红外发射模块电路图如图3-4为红外接收头，如图3-5为红外发射模块电路图。红外接收头采用HS0038型号，HS0038的接收频率为38kHz，周期约26μs。PIN二极管和前置放大器是引线的框架，IR过滤器采用环氧包装，是标准IR遥控接收器系列，支持所有主要的传输码。红外接收头实物图如图3-6所示。图3-6HS0038红外接收头实物图特点：（1）光检测器与放大器同一集成。（2）内带PCM频率滤波器。（3）输出电平兼容性高。（4）输出低电平。（5）改进对电场的屏蔽和干扰。（6）电源电压5V，低功耗。（7）对自然光的抗干扰能力强。（8）数据可以连续传输。（800比特/秒）1.4防火模块这个单元模块主要由温度传感器DS18B20以及烟雾传感器MQ-2来完成。如图3-8为传感器实物图。MQ-2烟雾传感器的工作原理：采用的SnO2半导体材料在清洁空气中电阻率较低，当与烟雾接触时，其导电率会随之变化，因此可以检测是否产生了烟雾，烟雾浓度越高，传感器导电率越大，电阻越低，输出的模拟信号也就越大。将环境的外部设备情况转换为模拟信号的强弱，再通过此传递的电信号的强弱，传递至单片机控制系统时，单片机就会做出相应的反应，驱动报警设备达到报警的效果。火灾初期，燃料快速氧化释放的气溶胶粒子和烟雾进入探测电离室，吸收和中和正负离子，使电离流量大大减少，离子平衡状态发生改变。介质电极产生的电压升高与测量的烟雾浓度直接相关，通过分析电压升高的变化来发出火灾警报。如图3-7所示，由两个温度晶振，两个计数器，一个寄存器构成。两个晶振对温度的敏感度不同，高低温产生的信号可以作为两个晶振的脉冲输入，一号计数器作为低温输入的检测端，采取递减计数，当一号计数器的中的数值减到0时，温度寄存器标记为增加一，一号计数器重载，对低温信号重新计数，在此基础上当二号寄存器也减到0时，累加运算结束，当下温度预估值就存储在温度寄存器中图3-7DS18B20温度传感器接口 图3-8MQ-2烟雾传感器实物图DS18B20是一种当前使用较为普片的数字温度传感器，其输出的是数字信号，并且有许多优点。比如体积不大，成本较低，具有较强的干扰能力以及较高的精度。该传感器接线比较简单，封装成后可应用于多种场合。可以根据不同的场合需要使用合适的外观。该传感器封装后可应用的范围十分广泛，像锅炉，机房，农业大棚，洁净室等各种场合都可以用该传感器进行测温。除此之外，该传感器还能于在各种微小的空间设备数字测温。特点：需要一个管脚来通信独特的1-Wire总线接口。每个设备的内部ROM上都烧写了一个独一无二的64位序列号。多录采集能力使得分布式温度采集应用更加简单。无需外围元件。能够采用数据线供地；供电范围为1.0V至5.5V。温度可测量范围为：-55℃至+125℃。（-67℉至257℉）温度范围超过-10℃至85℃之外时具有±0.5℃的精度。内部温度采集精度可以由用户自定义为9-Bits至12-Bits。温度转换时间在转换精度为12-Bits时达到最大值750ms。用户自定义非易失性的温度报警装置。定义了温度报警搜索命令和当温度超过用户自定义的设定值时。与DS1822程序兼容。应用于温度控制系统，工业系统，民用产品，温度传感器，或者任何温度检测系统中。MQ-2的4脚直流信号随添加到2脚U1A比较器的烟雾浓度而变化，RP表示比较的极限电压。当烟气浓度高，输出电压高于极限电压时，装置发出低电平（0V），LED亮起报警；如果浓度降低传感器的输出电压低于极限电压，补偿器将切换输出高电平（VCC），LED熄灭。通过设置RP可以调节补偿器的极限电压，以调节报警输出的灵敏度。R1连接到传感器的加热电路，可以保护加热线不受冷电源的碰撞。特点：具有信号输出指示。有模拟量输出及TTL电平输出两种输出形式。低电平为TTL的输出有效信号。电压随着浓度的改变而改变。能较好的区分天然气与其他气体。寿命长，稳定性高。响应恢复十分迅速。1.5防煤气泄露模块这个模块单元的主要功能主要由气敏传感器MQ-5来实现。MQ-5型气体传感器中使用的气体测量材料是SnO2，在洁净空气中具有低电导率。如果环境中存在甲烷和其他可燃气体，则传感器的电导率会随着空气中天然气浓度的增加而增加。MQ-5传感器对甲烷和其他气体敏感，并且在甲烷和丙烷之间具有良好的平衡。该传感器对可燃气体的敏感度高，浓度范围宽，使用寿命长，成本低，易于驾驶。主要参数如图3-9所示。图3-9MQ-5气敏传感器主要参数图为3-10为MQ-5传感器的基本测试电路。加热器电压（VH）和测试电压（VC）都需要施加在这个传感器上。其中加热器电压的作用是给传感器提供其需要的工作温度，在电源方面无论是直流电源或交流电源都可使用。VRL则是用于测量负载电阻RL两端的电压。测试电压的作用是给负载电阻RL提供其所需要测试的电压，电源方面就与加热器电压不同，只能用直流电源 。图3-10 MQ-5气敏传感器基本测试电路1.6防盗模块本模块单元的主要功能主要依靠超声波来实现。对入侵人员的检测依靠超声波传感器HC-SR04实现，超声波测距是一种有效的非接触式测距方法，其原理是超声波传感器发出超声波，碰到障碍物后返回，然后可以通过一定的算法计算出距离。超声波模块将在每个方位上连续扫描，将超声波扫描到的前一周期的位置信息与后一周期的位置信息相比较，实现对动态物体的检测。图3-11HC-SR04超声波传感器实物图如图3-11所示，VCC供5V电源，GND为地线，TRIG触发控制信号输入，ECHO回响信号输出。HC-SR04超声波传感器工作原理：采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号。模块自动发送8个40kHz的方波，自动检测是否有信号返回。有信号返回，通过IO输出一个高电平，高电平