單片機(jī)控制的簡(jiǎn)易電動(dòng)車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u16018單片機(jī)控制的簡(jiǎn)易電動(dòng)車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)案例 160671緒論 146892電動(dòng)車整體結(jié)構(gòu)及工作原理 1102732.1整體結(jié)構(gòu) 1201342.2工作原理 1308283系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 2254833.1單片機(jī)控制設(shè)計(jì) 2265103.2系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì) 3203083.2.1紅外線循跡部分 3124853.2.2避障部分 496273.3電源部分設(shè)計(jì) 41緒論這幾十年以來(lái)，中國(guó)科技發(fā)展迅速，汽車的智能化就是科技的其中體現(xiàn)。其中就有將避障、避障和循跡等功能應(yīng)用于智能機(jī)器人。本世紀(jì)的必然發(fā)展趨勢(shì)是將傳統(tǒng)與智能進(jìn)行融合。改革開(kāi)放以來(lái)，雖然我們國(guó)家大力倡導(dǎo)與發(fā)展科技發(fā)展，然而，和世界上其他的發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)比下，我們國(guó)家對(duì)智能的創(chuàng)新能力還需大大提高。高校智力競(jìng)爭(zhēng)日益普遍，大學(xué)生對(duì)電子知識(shí)的熱愛(ài)和研究推動(dòng)了智能車輛的發(fā)展，讓我們的生活更加舒適和智能。根據(jù)有關(guān)報(bào)告，汽車產(chǎn)業(yè)將與目前發(fā)展迅速的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)進(jìn)行結(jié)合，促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)的的發(fā)展，這也全世界各個(gè)國(guó)家的發(fā)展趨勢(shì)，我們國(guó)家要看準(zhǔn)機(jī)遇，抓住機(jī)遇，在我國(guó)的汽車產(chǎn)業(yè)以及其他領(lǐng)域借此機(jī)遇發(fā)展突破，這也有助于我們國(guó)家現(xiàn)代化的發(fā)展[3]。2電動(dòng)車整體結(jié)構(gòu)及工作原理2.1整體結(jié)構(gòu)智能小車以STC89C52為核心處理器，前兩車輪負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向，后面兩個(gè)車輪為支撐作用。主要包括電機(jī)組件，電源組件，紅外循跡組件，遙控組件等組成。作為這個(gè)系統(tǒng)的控制器，這次用L298N驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)和H電橋的工作電源采用AMS1117-3V3三端穩(wěn)壓集成電路制造的穩(wěn)壓電源。由于普通電機(jī)體積小、扭矩大、速度快、電路相對(duì)簡(jiǎn)單，因此采用直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源。2.2工作原理智能車的驅(qū)動(dòng)依靠前兩個(gè)輪子，左前輪和右前輪分別由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。通過(guò)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制功能。后面兩個(gè)輪子用作支撐。使用紅外傳感器對(duì)路線進(jìn)行檢測(cè)，這是用紅外線的反射特性進(jìn)行檢測(cè)的，紅外線在顏色深淺不同的表面上，會(huì)有不同的反射強(qiáng)度，然后根據(jù)紅外接收器接收到紅外線數(shù)據(jù)，傳遞至單片機(jī)進(jìn)行處理。在小車接通電源之后，車頭的紅外發(fā)射器會(huì)一直發(fā)射紅外光，從而會(huì)形成漫反射。小車的紅外線投射到白色地板上，地板對(duì)光有反射，那么反射的光線就會(huì)被車頭的紅外線接收管接收到，然后會(huì)將接收到的信號(hào)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行處理。如果發(fā)射的紅外線是投射到黑線上時(shí)，不會(huì)發(fā)生反射光，小車就是根據(jù)紅外線傳感器是否接收到紅外線來(lái)處理小車的行駛方向[4]。在小車的車頭部位安裝紅外線傳感器，傳感器接收到的所有信號(hào)都會(huì)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度。當(dāng)遇到障礙物時(shí)，小車便會(huì)即改變方向以適應(yīng)新的道路進(jìn)行行使。在小車的尾部，設(shè)計(jì)一個(gè)模式按鍵，通過(guò)輕觸按鍵來(lái)選擇小車的模式，本系統(tǒng)下小車共有三種模式，分為避障模式、循跡模式和紅外遙控模式，分別對(duì)應(yīng)用LED燈的1、2、3來(lái)表示，將系統(tǒng)通入電源時(shí)，進(jìn)入初始模式狀態(tài)為紅外線循跡。當(dāng)?shù)谝淮屋p觸模式切換按鍵的時(shí)候，LED顯示“2”，即進(jìn)入避障模式，再按一次模式切換按鍵時(shí)，此時(shí)LED顯示“3”即進(jìn)入遙控模式。紅外遙控分為兩部分組成，即發(fā)射和接收。通過(guò)使用一些外圍設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收的功能。具備元器件少，抗干擾力強(qiáng)，靠譜性高等優(yōu)缺點(diǎn)[5]，遙控器可以對(duì)小車的行駛方向進(jìn)行遙控，遙控器上有四個(gè)按鍵，分別控制小車的四個(gè)方向。發(fā)射器對(duì)紅外遙控器進(jìn)行編碼和調(diào)制，然后通過(guò)電轉(zhuǎn)換器將其傳送到紅外接收器，紅外遙控的過(guò)程由此完成。3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)控制設(shè)計(jì)STC89C52處理器有多個(gè)部分組成，包括微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并口I/O、串行口、中斷系統(tǒng)、特殊功能存儲(chǔ)器，單片機(jī)就是將這些基本的部件進(jìn)行集成，由一個(gè)有限的集成電路進(jìn)行工作。這些部件的連接方式都是由片上總線進(jìn)行連接，它的大致結(jié)構(gòu)依然是核心處理器加一些外圍線路，其他的部分功能模塊進(jìn)行操控，所以需要使用到有特殊功能的寄存器對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一的控制方式[6]。本系統(tǒng)對(duì)硬件控制的是依靠單片機(jī)的最小系統(tǒng)，系統(tǒng)使用的單片機(jī)內(nèi)部置有ROM/EPROM的微控制器。這款最小系統(tǒng)是STC89C52處理器構(gòu)成的，具有多種優(yōu)點(diǎn)，其中包括系統(tǒng)簡(jiǎn)單，工作可靠，而且這是現(xiàn)在最小的系統(tǒng)，這需要將時(shí)鐘電路和復(fù)位電路這兩部分和單片機(jī)連接到一起。一般來(lái)說(shuō)，程序內(nèi)存越大，芯片價(jià)格就越高，我們要根據(jù)自己的需要選擇芯片，只要程序可以安裝，同一芯片的不同型號(hào)就不會(huì)干涉其它的功能。智能車的轉(zhuǎn)向控制需要對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行控制，建立合理的車輛系統(tǒng)模型，不僅是設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向控制器的前提，也是實(shí)現(xiàn)智能車自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)[2]。3.2系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)3.2.1紅外線循跡部分本系統(tǒng)采用紅外發(fā)射器和接收器組成。小車的循跡功能是依靠紅外線發(fā)射器發(fā)射的紅外線投射到不同顏色的物體上，進(jìn)行不同的反射，根據(jù)反射的程度不同，傳至單片機(jī)處理。紅外線在白色地板上會(huì)有反射，當(dāng)它降落在黑色平面上時(shí)被吸收。紅外發(fā)射器的工作原理：紅外發(fā)射器和發(fā)光二極管類似，也是一種LED燈，打開(kāi)后能產(chǎn)生人眼看不見(jiàn)的紅外光。接收器是黑色的LED燈，紅外光的多少會(huì)影響它內(nèi)阻的大小，根據(jù)黑光吸收的原理[7]，當(dāng)小車在前進(jìn)的過(guò)程中，如果遇到黑線，紅外線幾乎不會(huì)反射，接收管自然也接收不到，繼續(xù)保持高電平行駛，然后以LM393為比較器，將接收到的所有信號(hào)傳遞至單片機(jī)的I/O口進(jìn)行處理，從而完成小車的循跡功能。循跡電路原理圖如圖3-1所示：圖3-1循跡電路原理圖小車的循跡功能的外部電路設(shè)計(jì)，要把參考的電壓和模擬的電壓信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，所以使用了LM393比較器，這款比較器是輸入為模擬信號(hào)，以二進(jìn)制信號(hào)作為輸出，而且要求輸出需要保持不變，不受以上兩電壓的影響，故比較器也可以當(dāng)做A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行使用[8]。在構(gòu)建道路檢測(cè)電路時(shí)，通過(guò)設(shè)置電位計(jì)的閾值來(lái)判斷光是否被反射。根據(jù)閾值，單片機(jī)需要TTL電平，所有需要將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換成TTL信號(hào)，然后傳遞至單片機(jī)。LM393電路原理圖如圖3-2所示：圖3-2LM393電路原理圖3.2.2避障部分本系統(tǒng)避障部分電路由單片機(jī)、比較器L393、紅外發(fā)射對(duì)管等元器件構(gòu)成，廣泛應(yīng)用于智能車輛的避障原理中。紅外傳感器是一種常見(jiàn)的障礙傳感器，根據(jù)其工作特點(diǎn)和工作方式，感應(yīng)避障距離約10cm，持續(xù)輸出（TTL電平），方便可靠，為了保證避障的準(zhǔn)確性，在安裝紅外收、發(fā)對(duì)管時(shí)，應(yīng)跟小車保持平行，這樣便可以準(zhǔn)確對(duì)小車正前方的障礙物及時(shí)發(fā)現(xiàn)。紅外避障連接電路如圖3-3所示：圖3-3紅外避障連接電路圖3.3電源部分設(shè)計(jì)電源部分是小車的動(dòng)力來(lái)源，所以電源的保證是小車的基礎(chǔ)。同時(shí)，也要考慮電源的轉(zhuǎn)換效率，提高利用率。為了減少對(duì)電源部分的影響，需要對(duì)系統(tǒng)的其他部分進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整，從根本上解決有可能對(duì)電源產(chǎn)生影響的隱患，電源部分是所有元器件工作的基礎(chǔ)，必須要做夠重視。電池有平衡身體重心的作用，另外，電流分為兩個(gè)方向，一個(gè)是