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自动循迹小车,毕业论文,单片机,传感器,PWM调速,循迹,光源探测

摘要:本组的智能小车是以ATMEL公司设计的AT89S52单片机为控制核心,结合多种传感器以及PID算法实现循迹功能的智能小车。利用反射式光电传感器检测黑线实现小车循迹,整个系统具有自动寻迹、寻光和速度测试功能。其中,控制部分采用AT89S52,AT89S52是一款8位单片机,它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。电机驱动采用常用的PWM方式进行电机的调速控制,整个系统的电路结构较简单,可靠性能高,能满足各种设计的要求。

一、总体设计方案选择

根据题目要求确定如下方案:

在做好的小车基础上,加装反射式红外光电传感器和光敏二极管阵列,实现对外界环境的实时测量,并将测量数据传送至单片机进行处理,然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。本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。系统整体方框图如下图所示。

二、方案论证及设计

1.车体方案论证

根据题目设计左右两轮分别驱动,后万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本相同的直流电机进行驱动,车体尾部装一个万向轮。这样,当两个直流电机转向相反同时转速相同

时就可以实现电动车的原地旋转,由此可以轻松的实现小车的转弯。在安装时我们保证两个驱动电机同轴。当小车前进时,左右两驱动轮与后万向轮形成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳,可以避免出现后轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移,后万向轮起支撑作用。对于车架材料的选择,我们选择了废用的电路板,变废为宝。

2.单片机控制电路系统方案论证

此部分是整个小车运行的核心部分,起着控制小车所有运行状态的作用。控制的方法有很多,大部分都采用单片机控制。单片机要完成电机控制、循线控制和光源检测控制等工作。本设计中小车的主控采用我们最为熟悉的AT89S52单片机。虽然这款单片机本身没有PWM模块,但若采用本身有PWM模块的单片机就会产生资源浪费。我们可以通过软件编程产生PWM,既能充分利用可用资源,又不浪费。且能很好的满足题目要求。

3.电机驱动系统方案论证

方案一:使用直流电机,直流电机具有良好的调速性能,控制起来也比较简单。直流电机只要通上直流电源就可连续不断的转动,调节电压的大小就可以改变电机的速度。常用的驱动方式是PWM方式,即脉冲宽度调制方式,此方法性能较好,电路和控制都比较简单,但也有其缺点,就是其控制精度较差,开动起来惯性力较大,较难控制。

方案二:使用步进电机。步进电机具有良好的控制性能。当给步进电机输入一个电脉冲信号时,步进电机的输出轴就转动一个角度,因此可以实现精确的位置控制。与直流电机不同,要使步进电机连续的转动,需要连续不断的输入点脉冲信号,转速的大小由外加的脉冲频率决定。而且其转动不受电压波动和负载变化的影响,也不受温度、气压等环境因素的影响,仅与控制脉冲有关。但步进电机的驱动相对较复杂,要由控制器和功率放大器组成且成本较高。具体差别见下表1

由上表可以看出步进电机和直流电机都有各自的优点。步进电机能进行精确的位置控制,但驱动电路麻烦,鉴于本设计中小车的位置控制不要求十分精确,直流电机即可满足小车要求的精度。且直流电机易于控制、简单,故选择方案一。

驱动电路

小车使用的是直流电机。从单片机输出的信号功率很弱,即使在没有其它外在负载时也无法带动电机,所以在实际电路中我们加入了电机驱动芯片提高输入电机信号的功率,从而能够根据需要控制电机转动。直流电机常用PWM方式驱动。本设计中电机驱动采用L298集成H桥芯片。L298中有两套H桥电路,刚好可以控制两个电机。它的使能端可以外接高低电平,也可以利用单片机进行软件控制,极大地满足各种复杂电路需要。

另外,L298的驱动功率较大,在6~46V的电压下,可以提供2A的额定电流,并且具有过热自动关断和电流反馈检测功能,安全可靠;为了保证L298正常工作,我们另外安装了续流二极管。电路如图2所示。能根据输入电压的大小输出不同的电压和功率,解决了负载能力不够这个问题。利用单片机调整出PWM脉冲和高低电平对直流电机进行驱动和控制。

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