自动往返电动小汽车

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1、电子设计竞赛选拔设计设计题目：自动往返电动小汽车设计人：_____王________班级：测控技术与仪器班学号：_________2012年7月10日13一·系统主要硬件电路设计1·总体硬件设计系统总体设计框图如图1所示里程显示电机模块时间显示单片机系统黑线检测模块图1系统原理框图对于单片机中央处理系统的方案设计，根据要求，我们可以选用具有4KB片内E2PROM的AT89C51单片机作为中央处理器。作为整个控制系统的核心，AT89C51内部已包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件，其硬件能符合整个控制系统的要求，不需要外接其

2、他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统。整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。是比较合适的方案。2·电机驱动电路及速度控制模块设计方案一：通过模拟电路或数字电路实现，例如用555搭成的触发电路。此方案电路的占空比不能自动调节，不能用于自动控制小车的调速。方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。13方案三：采用集成电路驱动芯片L298，L298内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，可

3、驱动46v,2A以下电机,1和15脚可单独引出接电流采样电阻器,形成电流传感信号，同时通过单片机控制产生PWM波，精确控制电机转速。这种电路驱动能力强，可以简单地实现转速和方向的控制，稳定性高。综上所述，方案三是相对较好的一个方案。下面将详细介绍。直流电机驱动电路使用最广泛的就是H型全桥式电路，这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。它的基本原理图如图2所示。全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态，S1、S2为一组，S3、S4为另一组，两组的状态互补，一组导通则另一组必须关断。

4、当S1、S2导通时，S3、S4关断，电机两端加正向电压，可以实现电机的正转或反转制动；当S3、S4导通时，S1、S2关断，电机两端为反向电压，电机反转或正转制动。图2H型桥式电路在小车动作的过程中，我们要不断地使电机在四个象限之间切换，即在正转和反转之间切换，也就是在S1、S2导通且S3、S4关断，到S1、S2关断且S3、S4导通，这两种状态之间转换。集成有桥式电路的电机专用驱动芯片L298正是基于这个原理制成，但其性能更加稳定可靠。13由于电机在正常工作时对电源的干扰很大，如果只用一组电源时会影响单片机的正常工作，所以我们选用

5、双电源供电。一组5V给单片机和控制电路供电，另外一组9V给电机供电。驱动芯片L298是驱动二相和四相步进电机的专用芯片，我们利用它内部的桥式电路来驱动直流电机，这种方法有一系列的优点。L298型双H桥式驱动器是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机

6、的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。每一组PWM波用来控制一个电机的速度，而另外两个I/O口可以控制电机的正反转，控制比较简单，电路也很简单，一个芯片内包含有8个功率管，这样简化了电路的复杂性。L298电机驱动电路如图2所示。图２　Ｌ２９８电机驱动电路3·黑线检测电路设计13方案一：由可见光发光二极管（如红色、绿色或黄色等）发射可见光，光敏光敏三极管作为接收器件。发光二极管反射可见光经地面反射到光敏三极管，光敏三极管因反射的光强不同而呈现不同的电阻值，这样，在经过黑线时即可检测出。此方案电路简单，容易实

7、施。并能完成设计要求。方案二：脉冲调制式发射接收装置。采用脉冲发射与接收装置可以提高瞬时输出光强，提高抗干扰能力，还能节损能量。此方案最大的一个缺点是不易控制脉冲发射时间间隔，而黑线只有2cm宽，容易跳过黑线而传感器检测不出来。这样就容易出错。经以上分析，所以采用方案一反射式光电开关来识别轨迹上的黑线标记信号，如图3所示。这种光电开关的红外发射管和接收管位于同一侧，光敏三极管只能接收反射回的红外光。当车身下面是黑线时，由于黑线吸收部分光，光敏三极管接收到的红外光不能使光敏三极管导通,，光电开关输出高电平，经CD4069的非门输出

8、低电平。反之，当车身下面是白色的地面时，红外发射管发射的光经其反射后，被接收管接受，光电开关输出低电平。经CD4069整形后输出高电平。将CD4069的输出接至CPU的INT1输入端?。车在前进和后退过程中，小车每过一道黑线，便产生一次中断申请。从而调用相应的子