智能小车课程设计说明书

1、目录 一、 前言前言 2 2 1.1 课程设计要求2 1.2 课题研究的背景和意义2 二、 方案设计与论证方案设计与论证 2 2 2.1 控制器模块选取 2 2.2 电机模块选取3 2.3 电机驱动器模块选取 3 2.4电源模块选取 3 三、 硬件设计硬件设计 3 3 3.1 主控系统4 3.2 电机模块 5 3.3 电机驱动模块 5 3.4 电源模块 7 3.5 按键模块 7 3.6 显示模块设计 8 四、 软件设计软件设计 8 8 4.1 直行设计 8 4.2 小车运行设计 9 4.3 小车调速设计 9 五、 调试中存在的问题调试中存在的问题1212 六、 参考文献参考文献1212 一、前

2、言 1.1 课程设计要求 1.查阅有智能小车控制方案，设计智能小车软硬件； 2.按键控制加速，减速，刹停，左转和右转； 3.驱动最大电压 12V；最大驱动电流 2A； 4.实时显示：运行状态; 1.2 课题研究的背景和意义 随着汽车工业的迅速发展， 关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子 大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目， 全国各高校也都很重 视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的，指 导教师已经有充分的准备。本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。我们设 计的智能电动小车具有加速、减速、刹停、左转和右转运行的功能。 根据题目的要求，确定如下方

3、案：在现有玩具电动车的基础上，加了四个按 键，实现对电动车的运行轨迹的启动，并将按键的状态传送至单片机进行处理， 然后由单片机根据所检测的各种按键状态实现对电动车的智能控制。 这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度 高，可满足对系统的各项要求。本设计采用 AT89C51 单片机。以 AT89C51 为控制 核心，利用按键的动作，控制电动小汽车的状态。 二、方案设计与论证 2.1 控制器模块选取 我们采用 AT89C51 单片机作为主控制器，AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编 程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Er

4、asable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8 位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相 兼容。 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方 2 案。从方便使用的角度考虑，我们选择了此方案 2.2 电机模块选取 采用普通直流电机。直流电机运转平稳，精度有一定的保证。直流电机控制 的精度虽然没有步进电机那样高， 但完全可以满足本题目的要求。通过单片机的 PWM 输出同

5、样可以控制直流电机的旋转速度，实现电动车的速度控制。并且直 流电机相对于步进电机价格经济。 2.3 电机驱动器模块选取 采用电机驱动芯片 L298N。L298N 为单块集成电路，高电压，高电流，四通 道驱动，可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/O 输入改变 芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，非常方便，亦能满 足直流减速电机的大电流要求。 调试时在依照芯片手册， 用程序输入对应的码值， 能够实现对应的动作。 2.4 电源模块选取 在本系统中，需要用到的电源有单片机的5V，L298N 芯片的电源 5V 和电机 的电源 12V。所以需要对电源的提供必须正确和稳定

6、可靠。用9V 的锂电池串联 2 节 5 号普通电池给前、后轮电机供电，然后使用 7805 稳压管来把高电压稳成 5V 分别给单片机和电机驱动芯片供电。因此为了方便，这里我们采用12V 电源 给电机供电，再用 7805 转换成 5V 电源给单片机使用。 三、硬件设计 小车采用四轮驱动， 一侧的前后两个车轮共用一个电机驱动，另外两个前后 轮共用一个驱动，调节左右车轮转速从而达到控制转向的目的。 3 电机驱动模块 L298N 微控制 模块 AT89C51 LED 显示 模块 电机模块 按键模块 电源模块 图 3.1 3.1 控制模块设计 根据设计的小车性能，使用控制系统来控制电机的状态，按键来操作，

7、从而 使小车可以进行加速、减速、刹停、左转和右转的运行。设计的控制模块电路图 图 3.2 4 图 3.2 AT89C51 单片机的 P0 通过控制总线来连接锁存器 74LS373 以及计数器 8253， 以此来控制 L298N 驱动芯片的工作方式，PWM1 和 PWM2 来控制电机的工作状态。 AT89C51 的 P2 口通过控制总线与显示器连接。 3.2 电机模块设计 因为设计的小车运行比较简单，没有避障等复杂的功能，所以我们选择普 通直流减速电机，通过到商店里和到网上等途径进行购买，电机模块采用 2 块电 机同时驱动，这里将同一侧电机短接接到 L298N 的一个输出端。 3.3 电机驱动模

8、块设计 采用电机驱动芯片 L298N。L298N 是 SGS 公司的产品，为单块集成电路， 高电压，高电流，四通道驱动，可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过 单片机的 I/O 输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操 作，非常方便，亦能满足直流减速电机的大电流要求。调试时在依照芯片手册， 用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作。 5 图 3.3 如图 3.2 所示 ，1 脚和 15 脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流信 号， ，还可驱动 2 个电机，OUT1，OUT 2，OUT3，OUT4 之间分别连接 2 个电 动机。5、7、10、12 脚接控制电平，控制电机

9、的正反转，接控 制使能端，控制电机的停转。 同时输出两组波，每一组用来控制一个，电机的速度。另外， 二个口可以控制电机的正反转， 控制第一个电机的方向， ， 输入的：控制第一个电机的速度；控制第二个电机的方 向，输出的控制第二个电机地说速度。 由于电机的正常的工作时对电源的干挠很大，只用一组电源时，会影响单片 机的正常工作，所以选用双电源供电。，是一对红外发射接收对管，与 构成光右转电传感的检测电路。可实现对小车的加速，减速，刹停， 并可通过两个电机的不同转速实现左转和。 可以用表表示为： EN A（B）IN1（IN3） H H H L H L 同 IN2（IN4） X IN2（IN4） L

10、H 同 IN2（IN4） X 电机运行情况 正转 反转 快速停止 停止 6 3.4、电源模块 采用两片 7805 电压稳压 5V 后给单片机系统和其他芯片供电供电， 但缺点是 压降过大，消耗的功率过大，发热量过大。 图 3.4 结构图如下： 12V 电源12V 电机 单片机 7805 电压稳 压 L298N 图 3.5 3.5 按键模块 本系统添加 4 个按键，用来选择控制小车。并接于 P2 口。 7 图 3.6 3.6 显示模块设计 根据按键来控制小车从而在显示屏上显示小车的状态，设计的显示电路图图 3.7。 图 3.7 四、软件设计 4.1 流程图设计 8 开始 N 是否有键按 下？ Y

11、检测按下哪个键？ S1 按下 加速 S2 按下 减速 S3 按下 刹停 S4 按下 左转 S5 按下 右转 图 4.1 4.2、小车运行设计： 若要求小车直走，这需要给 4 个电机正转命令。根据 L298N 芯片手册 EN A（B）IN1（IN3） H H H L 这里将 P1=0 xfa。 H L 同 IN2（IN4） X IN2（IN4） L H 同 IN2（IN4） X 电机运行情况 正转 反转 快速停止 停止 4.3、小车调速设计： 若要求车调速，只需用 PWM 来控制 L298N 的 ENA 和 ENB 就可以对小车进行调 速 。 这 里 我 使 用 定 时 器 T0 的 工 作 模

12、 式 2 自 动 重 装 。 并 赋 初 值 TH0=0 xf6;TL0=0 xf6； U 9 产生高频脉冲。 C 语言源代码实现 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int unsigned char zkb1=0 ; /*左边电机的占空比*/ unsigned char zkb2=0 ; /*右边电机的占空比*/ unsigned char t=0; /*定时器中断计数器*/ sbit RSEN1=P10; sbit RSEN2=P11; sbit LSEN1=P12; sbit LSEN2=P13; sbi

13、t IN1=P00; sbit IN2=P01; sbit IN3=P02; sbit IN4=P03; sbit ENA=P04; sbit ENB=P05; /*延时函数*/ void delay(int z) while (z-); /*初始化定时器，中断*/ void init() TMOD=0 x01; TH0=(65536-100)/256; TL0=(65536-100)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; /*中断函数+脉宽调制*/ void timer0() interrupt 1 if(tzkb1) ENA=1; else ENA=0; if(t=100) t

14、=0; /*直行*/ 10 void qianjin() zkb1=30; zkb2=30; /*左转函数 1*/ void turn_left1() zkb1=0; zkb2=50; /*左转函数 2*/ void turn_left2() zkb1=0; zkb2=60; /*右转函数 1*/ void turn_right1() zkb1=50; zkb2=0; /*右转函数 2*/ void turn_right2() zkb1=60; zkb2=0; /*循迹函数*/ void xunji() uchar flag; if(RSEN1=1) /*直行*/ else if(RSEN1=

15、0) /*左偏 1,右转 1*/ else if(RSEN1=0) /*左偏 2,右转 2*/ else if(RSEN1=1) /*右偏 1，左转 1*/ else if(RSEN1=1) /*右偏 2，左转 2*/ switch (flag) case 0:qianjin(); break; case 1:turn_right1(); break; case 2:turn_right2(); break; 11 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; /*给电机加电启动*/ IN2=0; IN3=1; IN4=0; ENA=1; ENB=1; while(1) xunj