電動車蹺蹺板自動化畢業(yè)論文

1、<p><b>　　電動車蹺蹺板</b></p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用AT89S52作為主控制芯片，再加上黑白傳感器、角度傳感器等傳感器，完成了規(guī)定時間內(nèi)定點停車、保持平衡，倒車至指定位置、能夠沿直線行進基本的功能。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89S52，黑白

2、傳感器，角度傳感器。</p><p>　　Abstract: This system with AT89S52 for core controller, realization pass to add Black-and-white sensor, Angle Sensors and LCD. To spread feeling to equip completion provision time to be

3、a little bit already decided parking and hold the balance in refit behind small car bodywork towards refitting behind commonly the intelligence of the car control, reverse the car to appointed position, advance along the

4、 straight lineof essential function.</p><p>　　Keyword: AT89S52, Black-and-white sensor, angle sensor.</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1.系統(tǒng)方案.................................

5、............4</p><p>　　1.1 微控制器模塊....................................4</p><p>　　1.2車體設(shè)計........................................4</p><p>　　1.3電機模塊....................................

6、....5</p><p>　　1.4電機驅(qū)動模塊....................................5</p><p>　　1.5尋跡傳感器模塊..................................5</p><p>　　1.6 角度傳感器模塊..................................6</p>

7、;<p>　　1.7電源模塊........................................6</p><p>　　1.8顯示模塊........................................6</p><p>　　1.9最終方案........................................6</p><

8、p>　　2.主要硬件電路設(shè)計....................................7</p><p>　　2.1電機驅(qū)動電路的設(shè)計..............................7</p><p>　　2.2黑白線檢測電路的設(shè)計：..........................7</p><p>　　2.3角度檢測電路的設(shè)計：

9、............................8</p><p>　　3.軟件實現(xiàn)............................................9</p><p>　　3.1理論分析.....................................9</p><p>　　3.2總體流程圖..................

10、.................9</p><p>　　3.3直線調(diào)節(jié)流程圖.................................10</p><p>　　3.4平衡調(diào)節(jié)流程圖.................................11</p><p>　　3.5返回流程圖...................................

11、..12 </p><p>　　4 .系統(tǒng)理論分析及計算.................. .............12</p><p>　　4.1小車角度的計算.................. ..............12</p><p>　　4.2 小車平衡角度的分析............................12</p>

12、<p>　　4.3 小車從停車5s后到達B點的分析.................13</p><p>　　5．系統(tǒng)功能測試：....................................13</p><p>　　5.1測試方案......................................13</p><p>　　5.2測試儀器及

13、設(shè)備................................13</p><p>　　5.3測試結(jié)果......................................13</p><p>　　5.4測試分析及結(jié)論................................14</p><p>　　6.結(jié)束語...................

14、.........................14</p><p><b>　　系統(tǒng)方案：</b></p><p>　　系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如下圖所示</p><p>　　1.1 微控制器模塊</p><p>　　方案一：采用可編程邏輯期間CPLD作為控制器。CPLD可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)

15、定性高、IO資源豐富、易于進行功能擴展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。且從使用及經(jīng)濟的角度考慮我們放棄了此方案。</p><p>　　方案二：采用Atmel公司的AT89S52單片機作為主控制器。AT89S52是一個低功耗，高性能的51內(nèi)核的CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k空間的可反復(fù)擦些1000次

16、的Flash只讀存儲器，具有256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個IO口，2個16位可編程定時計數(shù)器。且該系列的51單片機可以不用燒寫器而直接用串口或并口就可以向單片機中下載程序。我們自己制作51最小系統(tǒng)板，體積很小，下載程序方便，放在車上不會占用太多的空間。</p><p>　　從方便使用的角度考慮，我們選擇了方案二，采用Atmel公司的AT89S52單片機作為主控制器。</p>

17、<p><b>　　1.2車體設(shè)計</b></p><p>　　方案一：購買玩具電動車。購買的玩具電動車具有組裝完整的車架車輪、電機及其驅(qū)動電路。但是一般的說來，玩具電動車具有如下缺點：首先，這種玩具電動車由于裝配緊湊，使得各種所需傳感器的安裝十分不方便。再次，玩具電動車的電機多為玩具直流電機，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負載性能差，不易調(diào)速。而且這種電動車一般都價格不扉。因此我們放棄了

18、此方案。</p><p>　　方案二：自己制作電動車。經(jīng)過反復(fù)考慮論證，我們制定了左右兩輪分別驅(qū)動，前萬向輪轉(zhuǎn)向的方案。即左右輪分別用兩個轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流電機進行驅(qū)動，后部裝一個萬向輪。當(dāng)小車前進時，左右兩驅(qū)動輪與前萬向輪形成了三點結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進時比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)前后兩輪過低而使左右兩驅(qū)動輪驅(qū)動力不夠的情況。對于車架材料的選擇，我們鋁合金車架，輕便，美觀。</p>&

19、lt;p>　　綜上考慮，我們選擇了方案2，自己動手制作一輛電動車。</p><p><b>　　1.3電機模塊</b></p><p>　　方案一：用步進電機。步進電機可以精確地控制角度和距離。步進電機的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在轉(zhuǎn)速較高時會急劇下降，故其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)，并且它的體積大，價格高，質(zhì)量大，另外步進電機的編程

20、復(fù)雜，增加了編程的難度。     方案二：采用直流電機。直流電機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，精度也有一定的保證，雖然沒有步進電機那樣高，但完全可以滿足本題目的要求。通過單片機的PWM輸出同樣可以控制直流電機的旋轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)電動車的速度控制。并且直流電機相對于步進電機價格經(jīng)濟。</p><p>　　綜合性價比和功耗等方面的考慮，我們選擇方案二，使用直流電機作為電動車的驅(qū)動電機。</p>

21、<p><b>　　1.4電機驅(qū)動模塊</b></p><p>　　方案一：采用繼電器對電機的開關(guān)進行控制，可以完成電機的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，調(diào)速，但繼電器響應(yīng)時間慢，使小車運動靈敏度降低，增加了避障的難度。而且機械結(jié)構(gòu)易磨損，可靠性不高。它適用于大功率電機的驅(qū)動，對于中小功率的電機則極不經(jīng)濟。</p><p>　　方案二：采用SM6135W電機遙控驅(qū)動模塊。SM6

22、135W是專為遙控車設(shè)計的大規(guī)模集成電路。能實現(xiàn)前進、后退、向右、向左、加速五個功能，但是其采用的是編碼輸入控制，而不是電平控制，這樣在程序中實現(xiàn)比較麻煩，而且該電機模塊價格比較高。</p><p>　　方案三：采用集成的驅(qū)動電路芯片L298N。L298N驅(qū)動芯片具有體積小，可靠性安全性高，抗干擾能力強等優(yōu)點，適合控制智能小車的運動。且有較大的電流驅(qū)動能力，連接方便簡單。 綜合以上考慮，我們選擇方案三，

23、使用L298驅(qū)動直流電機。</p><p>　　1.5尋跡傳感器模塊</p><p>　　方案一：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受

24、外界光線的影響，因此我們放棄了這個方案。</p><p>　　方案二：用黑白傳感器測量。黑白傳感器是專門檢測白底黑線或黑底白線的傳感器，黑白線只出現(xiàn)高低電平變化，變化明顯，易于區(qū)別，且傳感器接線簡單，信號穩(wěn)定，非常適合小車的尋跡。</p><p>　　所以我們選擇了擇方案一，采用黑白傳感器作為尋跡模塊。</p><p>　　1.6 角度傳感器模塊</p>

25、<p>　　方案一：采用水銀開關(guān)和編碼器?？刂凭群艿?，不易實現(xiàn)題目要求。</p><p>　　方案二：采用AME-B001角度傳感器。AME-B001，0－360度測量范圍，同步串行接口，絕對角位置輸出，但是安裝非常不方便，而且電壓輸出信號，采集不便</p><p>　　方案三：采用ZCT245AL-485-BUS雙軸傾角傳感器。ZCT245AL-485測角范圍在±

26、;45度之間，分辨率能達到0.1度，可以工作在半雙工方式下，能準確測量小車與平面的夾角，易于單片機控制。選用MAX485芯片實行與51板通信，電路簡單，</p><p>　　由于蹺蹺板最大傾角為5度左右，角度變化范圍較小，因此要求角度傳感器精度高，頻率快?？偵峡紤]我們選擇此方案3，采用ZCT245AL-485-BUS雙軸傾角傳感器。</p><p><b>　　1.7電源模塊&l

27、t;/b></p><p>　　在本系統(tǒng)中，需要用到的電源有單片機的5V，L298N芯片的電源5V和電機的電源7-15V。所以需要對電源的提供必須正確和穩(wěn)定可靠。</p><p>　　方案一：用9V的鋅電源給前、后輪電機供電，然后使用7805穩(wěn)壓管來把高電壓穩(wěn)成5V分別給單片機和電機驅(qū)動芯片供電。這種接法比較簡單，但小車的電路功耗過大會導(dǎo)致后輪電機動力不足。</p>&

28、lt;p>　　方案二：采用雙電源。為了確保單片機控制部分和后輪電機驅(qū)動的部分的電壓不會互相影響，要把單片機的供電和驅(qū)動電路分開來，即：用直流電12v供給單片機，后輪電機的電源用5V供電，這樣有助于消除電機干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　基于以上分析，我們選擇了方案二，采用雙電源供電。</p><p><b>　　1.8顯示模塊</b></p&

29、gt;<p>　　方案一：用LED顯示。數(shù)碼管能顯示數(shù)字和符號，顏色鮮艷，易于觀察，可實時動態(tài)顯示，編程簡單，易于控制，優(yōu)點亮度高、成本低，但不能顯示漢字，顯示內(nèi)容較少，人機關(guān)系較差。</p><p>　　方案二：：采用帶字庫的LCD顯示。LCD可以用全中文界面顯示，顯示內(nèi)容豐富，易于人機交流，且可以串行接口，節(jié)省I/O資源，顯示簡單。</p><p>　　考慮到本題的要求，

30、只需要一片LCD就可以實現(xiàn)，故我們選擇方案二。</p><p><b>　　1.9最終方案</b></p><p>　　經(jīng)過反復(fù)論證，我們最終確定了如下方案：</p><p>　　1采用Atmel公司的AT89S52單片機作為主控制器。</p><p>　　2電機采用直流減速電機。</p><p>

31、;　　3采用專用芯片L298N作為電機驅(qū)動芯片。</p><p>　　4采用黑白傳感器作為尋跡模塊。</p><p>　　5采用ZCT245AL-485-BUS雙軸傾角傳感器。</p><p><b>　　6采用雙電源供電。</b></p><p>　　7采用12864液晶顯示行進中的傾角。</p><

32、;p><b>　　2主要硬件電路設(shè)計</b></p><p>　　2.1電機驅(qū)動電路的設(shè)計</p><p>　　L298N驅(qū)動直流電機，它靠兩個引腳控制一個電機的運動。智能尋跡小車采用后輪驅(qū)動，左右后輪各用一個直流減速電機驅(qū)動，通過調(diào)制后面兩個輪子的轉(zhuǎn)速或正反轉(zhuǎn)來達到控制小車轉(zhuǎn)向的目的。</p><p>　　芯片引腳和功能如圖1，驅(qū)動電路

33、如圖2。</p><p>　　圖1 L298N的引腳和功能</p><p>　　圖2 驅(qū)動電路圖</p><p>　　2.2黑白線檢測電路的設(shè)計：</p><p>　　通過光電檢測器來實現(xiàn)黑白線的監(jiān)測，當(dāng)檢測到黑線時輸出端為低電平，白線時為高電平。兩個TCRT5000來實現(xiàn)小車走直線。輸出端要加上拉電阻，才能得到穩(wěn)定信號，其原理圖如

34、圖所示。</p><p>　　2.3角度檢測電路的設(shè)計：</p><p>　　角度傳感器ZCT245AL-485通過MAX485完成與單片機的半雙工通訊方式。ZCT245AL-485的綠線和藍線分別接MAX485的11腳，12腳，單片機的P11,P12分別接MAX485的1腳和5腳，P13,P14接3腳和4腳。其原理圖如圖所示。</p><p><b>　

35、　3軟件實現(xiàn)</b></p><p><b>　　3.1理論分析</b></p><p>　　通過題目可知小車與水平面的夾角從arcsin(7/80)到-arcsin(7/80)之間變化，當(dāng)為0度角時蹺蹺板處于平衡狀態(tài)。在不加配重的情況下，小車應(yīng)在C點保持平衡。小車要在30S內(nèi)到C附近，則小車速度等于路程和時間的比值，可知小車速度在2cm/s到4cm/s之

36、間。當(dāng)為0度角時蹺蹺板平衡，此時延時5s，并報語音。30s到B點和小車到C點的速度相同。倒車行程程序和從開始到B點的類似。</p><p><b>　　3.2總體流程圖</b></p><p>　　3.3直線調(diào)節(jié)流程圖</p><p>　　3.4平衡調(diào)節(jié)流程圖</p><p><b>　　3.5返回流程圖<

37、;/b></p><p>　　4 系統(tǒng)理論分析及計算</p><p>　　4.1小車角度的計算</p><p>　　4.2 小車平衡角度的分析</p><p>　　通過題目可知小車與水平面的夾角從arcsin(7/80)到-arcsin(7/80)之間變化，當(dāng)為0度角時蹺蹺板處于平衡狀態(tài)，這是理想狀態(tài)。題目中平衡的定義為A、B兩端與地面

38、的距離差d=∣dA-dB∣不大于40mm。因此只要小車角度在arcsin(4/160)到-arcsin(4/160)之間即認為是達到平衡了。</p><p>　　4.3 小車從停車5s后到達B點的分析</p><p>　　電動車從平衡點出發(fā)，向B點行駛的過程中，小車車前的黑白線傳感器一直在檢測黑白線，只要兩個傳感器同時檢測到黑線，即認為是到達B點。根據(jù)題目要求只要車頭距蹺蹺板末端B不大于5

39、0mm即可。</p><p><b>　　5．系統(tǒng)功能測試：</b></p><p><b>　　5.1測試方案</b></p><p>　　根據(jù)題目要求，自制了蹺蹺板，上面布置上黑線，以引導(dǎo)小車走直線以及到A點和B點停車。反復(fù)讓小車在環(huán)境中進行實驗。測試并記錄下小車多次完成各個階段任務(wù)的情況，用統(tǒng)計的方法得出小車的性能參

40、數(shù)及誤差范圍。</p><p>　　5.2測試儀器及設(shè)備</p><p><b>　　測試儀器及設(shè)備</b></p><p>　　另外還有秒表，用來測量定位誤差。</p><p><b>　　5.3測試結(jié)果</b></p><p>　　（1）平衡時角度測試（單位：度）<

41、/p><p>　　（2）小車平衡點尋找時間檢測（單位：秒）</p><p>　?。?）小車從平衡到達B時的時間測試（單位：秒）</p><p>　　（4）小車從B點返回到A點的時間測試（單位：秒）</p><p>　　5.4測試分析及結(jié)論</p><p>　　根據(jù)上述測試數(shù)據(jù)，可以得出以下結(jié)論：</p>&l